PROPOSAL PENGEMBANGAN TEKNOLOGI NANO DENGAN MEMANFAATKAN BAHAN BATUAN ALAMI DAN BAHAN ORGANIK
PROGRAM INSENTIF RISET TERAPAN
Fokus Bidang Prioritas : Kode Produk Target :
Ketahanan Pangan 1.01
Kode Kegiatan :
1.01.01
Peneliti Utama :
Ir. Ladiyani Retno Widowati, MSc.
BALAI PENELITIAN TANAH BALAI BESAR PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN SUMBERDAYA LAHAN PERTANIAN BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN PERTANIAN KEMENTERIAN PERTANIAN 2011
LEMBAR PENGESAHAN Judul Kegiatan
Fokus Bidang Prioritas Kode Produk Target Kode Kegiatan Lokasi Penelitian
: Pengembangan Teknologi Nano dengan Menmanfaatkan Bahan Batuan Alami dan Bahan Organik : Ketahanan Pangan : 1.01 : 1.01.01 : Jawa Barat, DKI
A. Keterangan Lembaga Pelaksana/Pengelola Penelitian Nama Koordinator : Ir. Ladiyani Retno Widowati, MSc. Nama Institusi Unit Organisasi Alamat Telepon/Fax/Email
: Balai Penelitian Tanah : Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Sumber daya Lahan Pertanian : Jl. Ir. H. Juanda 98, Bogor 16123 : (0251) 8323012, (0251) 8321608
B. Lembaga Lain Yang Terlibat Nama Lembaga Jangka Waktu Kegiatan Biaya Tahun 1 Biaya Tahun 2 Total biaya Aktivitas Riset (baru/lanjutan)
: : : : : :
1 (satu) tahun Rp 179.072.727,Rp 133.636.368,Rp 312,709,095,Lanjutan
Rekapitulasi Biaya Tahun yang diusulkan: No. Uraian 1. Belanja 2. Belanja 3. Belanja 4. Belanja Total Biaya
Jumlah (Rp) Rp. 55,870,000,Rp. 30,000,000,Rp. 39,150,000,Rp. 8,616,368,Rp. 133,636,368,-
Uang Honor Bahan Habis Pakai Perjalanan Lainnya
Setuju Diusulkan: Kepala Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian
Dr. Muhrizal Sarwani NIP. 19600329 198403 1 001
Penanggung Jawab Kegiatan
Ir. Ladiyani R. Widowati, MSc. NIP: 19690303 199403 2 001
i
RINGKASAN Peningkatan produksi pangan dalam rangka mendukung program ketahanan pangan perlu di dukung oleh teknologi yang mampu meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk, ramah lingkungan dan mampu meningkatkan nilai produksi pangan. Penggunaan pupuk yang tidak berimbang menyebabkan kekurangan hara bagi tanaman dan sebaliknya menyebabkan keracunan dan polusi lingkungan bila digunakan berlebihan. Teknologi nano disebut-sebut dapat memecahkan permasalahan pertanian di atas dengan meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk dan air. Sehingga dengan teknologi nano ini, memungkinkan pemberian pupuk yang sesuai dengan kebutuhan tanaman (precision farming). Dengan demikian input sistem produksi pertanian dapat dikurangi namun hasil produksi pangan dapat ditingkatkan jauh lebih baik. Namun demikian, di Indonesia teknologi nano di bidang pertanian relatif belum dikenal. Untuk itu sebagai lembaga penelitian yang menangani pupuk untuk pertanian, Balai Penelitian Tanah memulai suatu penelitian tentang teknologi nano di Indonesia. Pada tahun pertama (2010) dengan anggaran dari Proyek Kerjasama Penelitian SINTA telah dilakukan studi literature (desk work) tentang teknologi nano dalam bidang pertanian di Indonesia maupun dunia, mengikuti seminar dan pelatihan, serta melakukan formulasi awal pupuk nano. Pada tahun kedua penelitian merupakan lanjutan untuk menghasilkan produk pupuk nano yang berkualitas dan teruji. Adapun tujuan dari penelitian tahun kedua ini adalah: 1) Memperbaiki proses produksi pupuk Nano, 2) Melakukan reformulasi dan seleksi pupuk majemuk berteknologi nano, dan 3) Uji efektivitas formula pupuk majemuk nano di lapangan. Sampai dengan penyusunan laporan akhir tahapan pembuatan pupuk baru mencapai 80 %, diantaranya penyusunan formula, persiapan bahan dan peralatan penunjang. Pupuk yang dihasilkan terdiri dari pupuk Organofosfat dan pupuk majemuk NPK P-nano. Formula pupuk NPK A dan NPK B masih perlu penyempurnaan dalam granulasinya. Penelitian uji seleksi formula di Rumah Kaca dengan tanaman indikator tanaman padi, jagung, dan tomat baru mencapai umur 10-18 HST. Hasil analisa contoh untuk percobaan rumah kaca termasuk berkesuburan rendah untuk tanah Ultisols Galuga, sedang untuk tanah Inceptisols Cibatok dan sedang untuk tanah Andisols Megamendung. Walaupun tanaman baru berumur muda tetapi telah menunjukkan respon pemupukan perlakuan secara signifikan terutama bila dibandingkan dengan control. Pengaruh perlakuan terbaik Belem dapat disimpulkan pada penelitian ini. Penelitian uji efektivitas di lapang sedang dilakukan di desa Cisauk-Cibatok (kesuburan sedang) dan di desa Dukuh Galuga Kabupaten Bogor (kesuburan rendah). Tanaman berumur 6 MST dan tumbuh dengan baik. Pengaruh perlakuan terbaik belum dapat disimpulkan, tetapi semua perlakuan berpengaruh secara nyata terhadap parameter tinggi tanaman bila dibandingkan dengan kontrol. Produk pupuk Organofosfat, NPK-A (nano) dan NPK-B (Sub-mikron) mempunyai potensi dikembangkan lebih lanjut. Kata kunci : teknologi nano, pupuk P, efisiensi
ii
SUMMARY Improvement of food production for food security should be supported with technology having capability to increase fertilizer efficiency, environmental friendly, and to improve food value. Imbalance fertilization cause nutrient deficiency in the other hand over fertilization cause pollution. Nano technology has possibility to solve those problems which improve fertilizer efficiency. Thus, by using nano technology has a chance to create a particular fertilizer for crop requirement (precision farming) and using a certain sensor having nano size to support nutrient (smart system farming). From nano technology idea, input of fertilizer can be reduced but the production equal even better than present recommendation. As a research agency in Indonesia, Soil Research Institute has task to follow up the research progress of nano technology in agricultural sector, therefore nanotechnology for fertilizer should be considered. Study and research on Nano technology by Soil Research Institute had been started from 2010 which is funded by SINTA Project Research – Kemeterian Riset dan Teknologi. The first year activities (FY 2010) consists of literature study, following training and seminar on nanotechnology, and preliminary research of formulation and selection on promising composition. While for the second year research activities (2011) the aims of the research activity are 1) to improve production process of nano fertilizer, 2) to reformulate and to select promising nano fertilizer, 3) to test the effectiveness (efficacy) nano fertilizer formula in the field. Accomplishment up to Final Report of each research aims has not been achieved entirely yet. Formulation and development of Organofosfat, NPK A (nano-P) and NPK B (Submicron P) just have reached 90%, at the moment those fertilizers are under effectiveness test in the green house and in the field. Formula of NPK A and NPK B still needs improvement in granulation procedure, while for Organofosfat has almost reached the formulation target and shape. Soils used for selection of formula are categorized as low chemical fertility for Galuga Ultisols, and medium for Inceptisols Cibatok and Andisols Megamendung. Although the crops are still young (10 to 18 DAP), it response to treatment compare to control significantly. The selection of promising formula in the greenhouse using three plant indicators namely rice, corn, and tomatoes. Therefore the best treatment effect to growth parameter could not be summarized yet in this study. Whereas the test on the effectiveness of developed fertilizer has been conducted in the village Cisauk-Cibatok (medium fertility) and village Galuga (low fertility) site. Plants age at current time just reach 6 WAT, therefore the best crop response also can not be decided yet. All of the treatments affect to plant height significantly when compared with control, thus for tentative conclusion the product namely Organophosphates fertilizer, NPK-A (nano), and NPK-B (Sub-micron) have the potential for further development. Key words : nanotechnology, NPK compound fertilizer, effectiveness
iii
PRAKATA Penelitian berjudul “Pengembangan Teknologi Nano dengan Memanfaatkan Bahan Batuan Alami dan Bahan Organik”, merupakan salah satu kegiatan penelitian Program Insentif Ristek Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian. Program ini merupakan kerjasama antara Kementerian Pertanian dan Kementerian Ristek. Kegiatan penelitian dilaksanakan selama 8 bulan, yakni dari bulan Maret sampai dengan Oktober 2011. Laporan ini merupakan laporan akhir yang telah dievaluasi oleh Tim Monitoring dan Evaluasi Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian. Pernyempurnaan dan pengembangan dari kegiatan penelitian ini perlu dilakukan agar dihasilkan produk yang berkualitas. Semoga hasil penelitian ini bermanfaat dan memberikan dampak yang baik dalam bidang pertanian, serta memberikan inspirasi kepada peneliti lainnya. Ucapan terima kasih kami ucapkan kepada Kementerian Ristek yang telah memberikan kepercayaan kepada kami untuk melaksanakan kegiatan penelitian ini, juga kepada seluruh anggota Tim untuk kerjasamanya, serta seluruh pihak yang telah berperan untuk kelancaran pelaksanaan kegiatan penelitian ini.
Bogor, Oktober 2011 Kepala BBSDLP
Dr. Mufrizal Sarwani, MSc. NIP : 19600329 198403 1 001
iv
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN ..........................................................................
i
RINGKASAN .......................................................................................................................... iii PRAKATA .............................................................................................................................. v DAFTAR ISI ........................................................................................................................... iv DAFTAR TABEL .................................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ viii BAB I.
PENDAHULUAN ...................................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ................................................................................................ 1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................. 2 BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT ........................................................................................ 5 BAB IV. METODOLOGI ......................................................................................................... 6 4.1. Lingkup Kegiatan ............................................................................................ 6 4.2. Metode Penelitian ........................................................................................... 6 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................................... 12 5.1. Nalisis karakterisasi komponen formula pupuk............................................... 12 5.2. Formulasi pupuk Organofosfat dan pupuk Majemuk NPK P-nano ................. 15 5.3. Percobaan seleksi formula di Rumah Kaca dan Uji Efektivitas di lapang ....... 18 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................................... 24 6.1. KESIMPULAN ................................................................................................. 24 6.2. SARAN............................................................................................................ 24 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................... 25
v
DAFTAR TABEL
No.
1.
2.
3. 4. 5. 6. 7.
Halaman
Perlakuan dan dosis pupuk pada percobaan efektivitas pupuk organo fosfat dan majemuk nano untuk tanaman padi sawah, jagung dan tomat di rumah kaca ……………………………………… Perlakuan dan dosis pupuk pada percobaan efektivitas pupuk organo fosfat dan majemuk nano untuk tanaman padi sawah dan jagung di lapang ………………………………………………………… Sifat kimia Guano-Wonosari, PA Ciamis, PA Maroko dan Zeolit … Karakteristik kimia bahan organik komponen pupuk organik ……… Hasil analisa tanah untuk lokasi penelitian lapang dan rumah kaca ................................................................................................... Respon tanaman terhadap perlakuan pupuk organofosfat A, B, dan C di rumah kaca ................................................................................ Pertumbuhan tanaman padi dan jagung (6 MST) pada percobaan lapang ……………………………………………………………………..
10
10
13 15 19 20 22
vi
DAFTAR GAMBAR
No.
Halaman
1.
Metoda pembuatan partikel nano ……………………………………
4
2.
Pembuatan partikel nano secara bottom up ..................................
4
3.
Keragaan dari bahan baku P-alam Maroko, P-alam Ciamis, guano-Wonogiri, serta Zeolit .......................................................... Keragaan dari bahan organik dari kiri ke kanan kompos Tithonia dan pukan Ayam yang telah matang ……………………………….. Formulasi Organofosfat (Kiri) dan Produk Organofosfat dari RP-
12
4. 5.
14 16
Ciamis dan RP-Maroko (Kanan) …………………………………….. 6.
Produk Pupuk Organo-fosfat dengan perlakuan fermentasi pukan
17
ayam (Kode A-2, B-2, C-2) ............................................................ 7.
Proses pembuatan pupuk P-Nano dan P-Submikron ……………..
17
8.
Pupuk P-nano hasil penelitian 2010 dan 2011 ……………………..
17
9.
Alat pembuat ukuran nano (kiri) dan alat granulator pupuk
18
(kanan) ........................................................................................... 10.
Pertumbuhan tanaman jagung umur 10 HST ………………………
21
11.
Petumbuhan tanaman padi 2 MST (Kiri) dan tanaman tomat 10
21
HST (Kanan) .................................................................................. 12. 13.
Pertumbuhan tanaman jagung pada tanah Inceptisols Cibatok umur 6 MST ................................................................................... Pertumbuhan tanaman padi pada tanah Ultisols Galuga – Bogor
23 23
umur 6 MST ..................................................................................
vii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pemenuhan kebutuhan pangan merupakan target utama pemerintah di bidang pertanian. Degradasi lahan seperti penurunan kesuburan tanah, pengelolaan lahan yang tidak tepat seperti pemupukan tidak berimbang serta pencemaran sumberdaya tanah dan air merupakan salah satu penyebab terjadinya leveling off produksi pangan terutama padi. Permasalahan yang sama juga dialami oleh banyak negara berkembang. Dari persepsi termodinamika, sistem pertanian saat ini dianggap sebagai sistem pertanian yang paling tidak efisien dibandingkan sistem pertanian di masa lalu dilihat dari kalori yang dihasilkan dibandingkan dengan jumlah kalori yang dibutuhkan untuk memproduksi pupuk sebagai sarana produksinya (Anane-fenin, 2008). Peningkatan ketahanan pangan membutuhkan suatu inovasi teknologi yang dapat memecahkan persoalan dalam managemen pengelolaan lahan. Penggunaan input (pupuk dan pestisida) yang berlebihan menyebabkan ketidakseimbangan sumberdaya alam seperti keracunan tanaman, polusi tanah dan air serta pemborosan biaya saprodi. Dilain pihak kekurangan unsur hara menyebabkan penurunan produktivitas lahan. Sehingga dibutuhkan suatu teknologi ramah lingkungan yang mempertimbangkan keseimbangan antara eksploitasi sumberdaya alam dengan lingkungan melalui pengurangan input bahan sintetik seperti pupuk kimia dan pestisida. Namun demikian, meskipun secara kuantitatif jumlah pupuk yang diaplikasikan sangat kecil, namun produksi diharapkan jauh melebihi produksi rata-rata. Teknologi nano relatif belum dikenal di Indonesia terutama di bidang pertanian. Apa sebenarnya teknologi nano itu sendiri, bagaimana wujud dan pengaplikasian nyata dalam bidang pertanian menjadi tanda tanya besar bagi banyak peneliti dan praktisi pertanian saat ini. Sebagai lembaga penelitian yang berkompeten untuk memajukan teknologi pertanian terutama dalam bidang pemupukan kita ditantang untuk mempelajari, menguji, merancang dan mengaplikasikan teknologi nano untuk kemajuan pertanian. Arahan Kepala Badan Litbang Pertanian agar pengembangan nanoteknologi untuk pangan dan pertanian tetap mengacu pada 4 target sukses pembangunan pertanian, yaitu swasembada berkelanjutan, diversifikasi pangan, peningkatan nilai tambah, daya saing dan ekspor, serta peningkatan kesejahteraan petani (BB Pasca Panen, 2011). Sebagai tindak lanjutnya, dalam proposal tahun kedua (2011) ini sedang dilaksanakan penelitian pendahuluan untuk mempelajari teknologi nano yang dapat digunakan untuk membuat formulasi pupuk nano dari bahan batuan alami (rock phosphate) dan bahan organik. Hasil penelitian tahun pertama (2010) telah dilakukan studi literature dan peningkatan pemahaman tentang nano teknologi,
infentarisasi bahan baku berpotensi, dan formulasi awal pupuk nano (Husnain et al., 2011). Tim peneliti Balittanah akan bekerjasama dengan beberapa instansi seperti LIPI, BPPT dan BATAN untuk mempelajari teknologi nano dalam pembuatan bahan pupuk ini.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Berdasarkan asal katanya, “nano” itu sendiri berasal dari bahasa latin yang berarti sesuatu yang sangat kecil (dwarf) atau satu milyar dari suatu benda (10-9). Kalau selama ini kita mengenal istilah “micro scale” sebagai ukuran terkecil, namun sekarang kemajuan ilmu pengetahuan sudah membawa kita ke dunia “nano scale”. Sebagai gambaran, ukuran sehelai rambut manusia adalah sekitar 80.000-100.000 nano dan sebuah virus rata-rata berukuran 100 nano. Sehingga teknologi nano itu dapat di definisikan sebagai sebuah ilmu yang berhubungan dengan benda-benda dengan ukuran 1 hingga 100 nm, memiliki sifat yang berbeda dari bahan asalnya dan memiliki kemampuan untuk mengontrol atau memanipulasi dalam skala atom (Kuzma and VerHage, 2006). Dalam bidang pertanian, teknologi nano disebut-sebut dapat bermanfaat dalam banyak hal antara lain; meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk dan bahan alami dalam tanah, mempelajari mekanisme dan dinamika hara di dalam tanah. Perkembangan teknologi nano dewasa ini sudah sangat maju, termasuk dalam bidang pemupukan tanaman. Dengan teknologi nano dihasilkan pupuk-pupuk berukuran nano (nano fertilizer) baik dalam bentuk tepung (nano powder) maupun cair. Penggunaan pupuk nano yang berukuran super kecil (1 nm = 10-9 m) memiliki keunggulan lebih reaktif, langsung mencapai sararan atau target karena ukurannya yang halus, serta hanya dibutuhkan dalam jumlah kecil. Sehingga hasil pertanian optimal dapat dicapai dengan hanya mengaplikasikan sejumlah kecil pupuk nano. Dengan demikian, penggunan pupuk akan sangat efisien, efektif dan dapat menurunkan biaya produksi. Dengan keunggulankeunggulan tersebut maka pupuk nano diharapkan dapat menjadi terobosan teknologi peningkatan produksi pertanian. Pada dasarnya, prinsip penemuan teknologi nano ini adalah untuk memaksimalkan output (produktivitas tanaman) dengan meminimumkan input pupuk, pestisida, insektisida, dll)
melalui
monitoring
kondisi
tanah
seperti
perakaran
tanah
(rizosfir)
dan
mengaplikasikannya langsung ke target. Sehingga teknologi ini mampu mengefisienkan penggunaan pupuk, menurunkan penggunaan pestisida dan menghasilkan produk-produk industri bio-nano. Salah satu contoh bahan alami yang dapat digunakan untuk teknologi
2
nano ini salah satunya adalah zeolit yang dapat ditumpangi unsur hara seperti Ca, N, P dan K didalam struktur molekulnya sehingga dengan cara ini diharapkan unsur hara yang dibutuhkan tanaman akan dilepas sesuai kebutuhan tanaman (slow/controlled release fertilizer). Selain itu melapisi pupuk (fertilizer encapsules) dengan bahan-bahan alami dalam skala nano juga merupakan salah satu alternatife “slow release” pupuk. Disamping penggunaan bahan-bahan alami, penggunaan bahan sintetis yang dikombinasikan dengan bahan alami untuk melapis (coating) pupuk juga merupakan suatu alternatif dalam teknologi nano. Bahan-bahan alami lainnya seperti rock phosphate (batuan fosfat) dan bahan organik kemungkinan juga dapat dijadikan sebagai bahan pupuk nano. Batuan fosfat alam ini merupakan salah satu sumber pupuk P yang masih terbatas penggunaanya. Walaupun Indonesia memiliki deposit rock phosphate tetapi kebutuhan pupuk P masih bergantung pada impor bahan P sehingga harga pupuk P menjadi sangat mahal bagi petani. Kauwenbergh (2001) menyatakan batuan fosfat alam secara global terdiri dari deposit fosfat alam sedimen (80-90%) dan igneous fosfat (10-20%). Batuan fosfat alam memilki keragaman yang tinggi baik dalam komposisi kimia maupun bentuk fisiknya. Aplikasi langsung rock phosphate sebagai pupuk P masih sangat terbatas dan menjadi kendala. Dengan teknologi nano, yang menjadikan batuan ini sebagai bahan pupuk berukuran nano apakah dalam bentuk tepung atau cair sehingga kandungan hara P dan hara lainnya dapat dengan mudah dimanfaatkan tanaman. Aplikasi bahan organik seperti pupuk kandang, jerami, sisa pangkasan dan pupuk organik dalam sistem produksi pertanian sangat dianjurkan. Namun demikian, rendahnya tingkat dekomposisi bahan organik menyebabkan petani enggan menggunakannya dalam sistem pertanian. Apalagi dengan target produksi yang tinggi sehingga tidak cukup waktu untuk penguraian bahan-bahan organik alami tersebut. Sudah umum diketahui, bahan organik sangat bermanfaat bagi tanaman dan tanah dalam penyediaan unsur hara, perbaikan sifat fisik tanah, peningkatan aktivitas biologi tanah serta mengandung bahanbahan kimia alami seperti enzim, asam-asam organik (Setyorini et al, 2006) dan lainnya yang tidak dapat diperoleh dari bahan pupuk sintetis. Dengan teknologi nano memungkinkan pemanfaatan bahan organik ini lebih efisien dan tepat sasaran. Berdasarkan uraian di atas, terlihat bahwa teknologi nano ini akan sangat bermanfaat dalam membantu mempercepat pertumbuhan produksi pangan di Indonesia dan negara-negara berkembang lainnya. Dengan penggunaan sejumlah kecil atau beberapa tetes pupuk nano bila berbentuk cairan dilaporkan dapat meningkatkan produksi pangan dibandingkan dengan teknologi pertanian saat ini. Dalam beberapa tulisan ilmiah popular di bidang pertanian, teknologi nano adalah sebuah revolusi kedua di bidang pertanian setelah revolusi hijau (GR technology) yang mempelopori peningkatan produktifitas bahan pangan 3
terutama padi dengan pemupukan, perbaikan sistim pengairan, pengembangan varitasvaritas produksi tinggi serta penggunaan pestisida/insektisida untuk pengendalian hama dan penyakit tanaman. Beberapa metoda pembuatan material berukuran nano adalah dengan top down method (penghancuran secara mekanis) dan bottom up yang biasanya dilakukan secara kimia. Pada Gambar 1 dan 2 dapat dilihat kedua metoda dengan berbagai cara yang lebih detil.
Gambar 1. Metoda pembuatan partikel nano
Gambar 2. Pembuatan partikel nano secara bottom up
4
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT Tujuan Jangka Pendek 1. Memperbaiki proses produksi pupuk Nano, 2. Melakukan reformulasi dan seleksi pupuk majemuk berteknologi nano 3. Uji efektivitas formula pupuk majemuk nano di lapangan
Jangka Panjang Menghasilkan pupuk nano yang berkualitas tinggi dan efektif serta dapat meningkatkan produktivitas pertanian Manfaat Jangka Pendek 1. Informasi proses produksi pembuatan pupuk berteknologi nano 2. Formula pupuk majemuk nano yang terpilih untuk tanaman padi sawah, jagung dan tomat 3. Informasi efektivitas pupuk majemuk nano pada tanaman padi sawah dan jagung
Jangka Panjang 1. Pupuk nano yang berkualitas tinggi dan efektif serta dapat meningkatkan produktivitas pertanian 2. Peningkatan
pendapatan
petani
dengan
mengurangi
biaya
pupuk,
dan
meningkatkan efisiensi pupuk sehingga pencemaran lingkungan pertanian akibat penggunaan pupuk yang berlebihan dapat dikurangi.
5
BAB IV. METODOLOGI 4.1. Lingkup Kegiatan Kegiatan penelitian TA 2011 merupakan kegiatan lanjutan TA 2010 yang sedang meliputi kegiatan di laboratorium, rumah kaca dan lapangan. Kegiatan diawali dengan penyempurnaan metode pembuatan/proses produksi pupuk berteknologi nano dengan menggunakan peralatan yang ada. Tahap selanjutnya adalah reformulasi dan seleksi pupuk majemuk berteknologi nano yang disusun berdasarkan kebutuhan tanaman dan tingkat kesuburan tanah. Tahap ketiga adalah uji efektivitas pupuk majemuk nano terpilih untuk tanaman padi sawah, jagung dan tomat di lapang. 4.2.
Metode Penelitian
4.2.1. Perbaikan proses produksi/metoda pembuatan pupuk berteknologi nano Hasil kegiatan tahun pertama untuk proses produksi atau metoda pembuatan pupuk berteknologi nano masih perlu disempurnakan agar dapat diproduksi dalam jumlah banyak. Akan dicoba beberapa cara diantaranya adalah secara fisik menghaluskan sampai berukuran nano (nano powder), ataupun diekstraksi dengan senyawa kimia tertentu misalnya: monocase vinyl alcohol, sodium fatty alcohol ether sulfate (AES) (yang umumnya digunakan untuk bahan alami) serta ethyl acetate solution, sodium benzene sulfonate (SBS) untuk bahan sintetis.
4.2.2. Reformulasi dan seleksi pupuk majemuk berteknologi nano untuk tanaman padi, tomat dan jagung Kegiatan ini terdiri dari dua sub kegiatan, yaitu: (1) formulasi pupuk majemuk berteknologi nano, dan (2) seleksi formula pupuk majemuk. Kegiatan pertama merupakan kegiatan laboratorium sedangkan kegiatan kedua dilaksanakan di rumah kaca Balai Penelitian Tanah. a. Formulasi pupuk majemuk berteknologi nano untuk tanaman padi, sayuran dan palawija Sebagai langkah awal, jumlah masing-masing unsur hara yang dibutuhkan tanaman akan didekati dari hasil/produksi tanaman yang dipanen (diangkut) keluar lahan dan kadar unsur-unsur hara yang ada di dalamnya. Dosis pupuk yang dihasilkan dengan perhitungan ini adalah jumlah unsur hara (dalam pupuk) yang perlu ditambahkan untuk menggantikan unsur-unsur hara yang terangkut ke luar dengan panen, dan belum memperhitungkan efektivitas pupuk atau kehilangan pupuk karena pencucian, penguapan dan pengikatan (fiksasi) pupuk oleh tanah. Dosis pupuk yang aktual akan memperhitungan faktor-faktor tersebut, sehingga formula dan dosisnya menjadi sangat spesifik dan tergantung pada 6
antara lain: jenis tanah, status hara tanah, pengelolaan lahan dan iklim. Di samping itu, ada dua tahapan dalam mengelola kesuburan tanah, yaitu tahap peningkatan (establishment) dan tahap pemeliharaan (maintenance) kesuburan tanah. Sesuai dengan variasi sifat-sifat tanah pertanian yang ada di Indonesia, formula pupuk majemuk berteknologi nano akan dirumuskan dalam dua kelompok besar, yaitu: (A) pupuk majemuk untuk tanah mineral masam, dan (B) pupuk majemuk untuk tanah mineral tidak masam. Selanjutnya untuk kelompok tanaman palawija dan sayuran, masing-masing akan dirumuskan beberapa formula. Dalam tahap penelitian formula pupuk ini untuk setiap macam pupuk akan dipelajari sebanyak lima (5) formula, untuk mengakomodasi berbagai kombinasi atau ratio unsur-unsur hara, perbedaan sumber hara, dan kemungkinan membuat pupuk yang dengan dan tanpa diberi pelapisan (coated) dan sebagainya.
b. Seleksi formula pupuk majemuk berteknologi nano untuk tanaman padi, sayuran dan palawija Berbagai formula pupuk majemuk berteknologi nano yang disusun pada kegiatan pertama akan diseleksi melalui percobaan pot di rumah kaca dengan tanaman indikator tomat dan jagung. Diharapkan untuk masing-masing jenis tanaman akan dapat dipilih 2 – 3 formula pupuk yang unggul dan kemudian akan diuji efektivitasnya di lapangan. Seleksi formula pupuk majemuk dilaksanakan di rumah kaca menggunakan 2 contoh tanah berasal dari lokasi percobaan lapang. Padi. Contoh tanah dari lapang dikeringanginkan, ditumbuk/dihaluskan, kemudian diayak dengan saringan berdiameter 2 mm. Contoh tanah seberat 7,5 kg dimasukkan ke dalam pot, digenangi dengan air bebas ion kemudian dilumpurkan hingga merata dan didiamkan 1 minggu sebelum ditanami untuk padi sawah. Bibit padi berumur sekitar 15-21 hari ditanam 3 tanaman per pot. Pemupukan diberikan sesuai perlakuan sebelum tanam. Pemeliharaan tanaman meliputi pencegahan hama dan penyakit, penyiangan, serta penyiraman dilakukan secara berkala. Pertumbuhan tinggi tanaman dan jumlah anakan dilakukan setiap 2 minggu hingga pertumbuhan vegetatif maksimum (menjelang malai keluar). Jagung. Contoh tanah dari lapang dikeringanginkan, ditumbuk/dihaluskan, kemudian diayak dengan saringan berdiameter 2 mm. Contoh tanah seberat 7,5 kg dimasukkan ke dalam pot. Setelah pupuk dasar dan perlakuan diberikan dengan cara diaduk merata ke dalam tanah kemudian tanah diairi hingga kapasitas lapang. Benih jagung ditanam dalam pot masing-masing 2butir/lubang. Pemeliharaan tanaman meliputi pencegahan hama dan penyakit, penyiangan, serta penyiraman dilakukan secara berkala.
Pertumbuhan tinggi 7
tanaman jagung dilakukan setiap 2 minggu hingga menjelang bunga betina muncul (pertumbuhan vegetatif maksimum). Tomat. Contoh tanah dikeringanginkan kemudian digiling dan diayak menggunakan ayakan 2 mm. Contoh tanah lalu ditimbang masing-masing 5 kg per pot. Pemupukan dasar dan pupuk majemuk berteknologi nano diberikan sesuai perlakuan sebelum tanam dengan cara diaduk merata dengan tanah. Bibit tomat yang telah berumur 2-3 minggu dipindahkan ke dalam pot yang sudah diisi dengan tanah. Pemeliharaan tanaman meliputi pencegahan hama dan penyakit, penyiangan, serta penyiraman dilakukan secara berkala. Pengamatan tinggi tanaman diamati setiap 2 minggu hingga tanaman memasuki fase pembungaan. Seleksi formula pupuk dilaksanakan hingga fase vegetatif menjelang generatif. Idealnya bila waktu memungkinkan, formula pupuk yang memberikan respon positif terhadap pertumbuhan tanaman selanjutnya akan diuji efektivitasnya di lapangan. Formula pupuk majemuk terbaik diseleksi berdasarkan data pertumbuhan dan serapan hara tanaman saat pertumbuhan maksimum.
4.2.3. Uji Efektivitas formula pupuk majemuk berteknologi nano untuk tanaman padi dan jagung Efektivitas pupuk majemuk berteknologi nano untuk tanaman padi sawah sedang dipelajari pada lahan dengan tingkat kesuburan/status hara P dan K bervariasi dari rendah hingga tinggi di Sumatera dan Jawa. Sebagai pupuk standar akan digunakan pupuk tunggal yang berasal dari pupuk urea, SP-36 dan KCl dengan dosis uji tanah dan dosis rekomendasi setempat. Untuk menentukan dosis optimum pupuk majemuk nano sedang dicoba beberapa dosis pupuk sesuai formula hasil penelitian kegiatan 4.2.2 Rancangan percobaan yang digunakan Rancangan Acak Kelompok (Randomized Complete Block Design) dengan 3 ulangan. Perlakuan yang diuji adalah 2-3 jenis formula pupuk majemuk terpilih (hasil dari kegiatan 2.2). Takaran pupuk majemuk nano yang diuji disesuaikan dengan formula terpilih, semisal adalah 400, 300, 200 kg/ha. Ditambah perlakuan pupuk NPK yang diberikan dua kali, pupuk NPK sebagai pupuk awal dan NK sebagai pupuk susulan. Rencana perlakuan dan takaran pupuk disajikan pada Tabel 2. Pupuk dasar dan pupuk majemuk berteknologi nano yang diuji untuk padi sawah diberikan dengan cara disebar merata di atas permukaan kemudian dibenam sebelum tanam sedangkan untuk jagung ditugal disebelah barisan tanaman. Pupuk tunggal Urea dan KCl diberikan 2 kali yaitu satu minggu setelah tanam dan menjelang fase primordia. Pada perlakuan pemberian di-split dua kali, separuh bagian pupuk majemuk nano diberikan saat
8
tanam dan sisanya pada saat fase primordia. Petak percobaan dibuat berukuran sekitar 4 m x 5 m. Tanaman indikator yang dicoba sesuai rekomendasi setempat. Pengamatan akan dilakukan terhadap pertumbuhan tinggi tanaman dan jumlah anakan, berat jerami basah dan kering, berat gabah kering panen dan kering giling (padi sawah). Untuk jagung diamati pertumbuhan tinggi tanaman, berat kering tanaman dan tongkol jagung. Contoh tanah akan diambil sebelum diberi perlakuan dan setelah panen. Contoh tanaman saat panen akan dianalisis untuk mengetahui serapan hara tanaman. Contoh tanah awal sedang dianalisis: tekstur, pH H2O dan KCl 1N, C-organik, N-total, P terekstrak HCl 25 %, Bray 1 dan Olsen, K terekstrak HCl 25%, Basa-basa dapat ditukar Ca, Mg, K, Na dan KTK terekstrak NH4OAc 1 N pH 7, KB, unsur mikro. Contoh tanah setelah panen akan dianalisis hara N, P, dan NTK. Contoh tanaman setelah panen dianalisis kadar N, P, dan K total tanaman.
4.3.
Bahan dan Alat Bahan yang dipergunakan dalam pelaksanaan kegiatan penelitian ini diantaranya
adalah ATK, penunjang komputer, bahan kimia (misal HCl, asam sulfat, asam nitrat, NaOH, Asam Askorbin), berbagai jenis P-alam dan bahan organik. Sedangkan peralatan yang dipergunakan meliputi peralatan laboratorium untuk analisa kimia, peralatan analisa enzim, ZPT, asam-asam organik, REE, serta peralatan untuk membuat pupuk nano dan peralatan untuk mengamati ukuran nano.
4.4.
Lokasi dan Waktu Kegiatan penelitian sedang dilaksanakan di Laboratorium Penelitian dan Uji Tanah,
laboratorium penunjang di bawah Litbang Pertanian, laboratorium Batan/LIPI; Rumah Kaca Balai Penelitian Tanah-Bogor serta lahan sawah/kering milik petani. Penelitian dimulai dari bulan Maret sampai dengan November 2011.
9
Tabel 1. Perlakuan dan dosis pupuk pada percobaan efektivitas pupuk organo fosfat dan majemuk nano untuk tanaman padi sawah, jagung dan tomat di rumah kaca Kode perlakuan
Perlakuan
Urea
SP-36
KCl
NPK**
………………. kg/ha ……………. T1.
0
0
0
T2.
Kontrol lengkap NPK rekomendasi
v
v
v
T3.
P-alam Ciamis+Kohe+Tithonia (A-padat)
v
v
v
T4.
P-alam Ciamis+Kohe+Tithonia (B-ferm)
v
v
v
T5.
Guano+Kohe+ Tithonia (A-padat)
v
v
v
T6. T7. T8.
Guano+Kohe+Tithonia (B-ferm) P-alam Maroko+Kohe+Tithonia (A-padat) P-alam Maroko+Kohe+Tithonia (B-ferm)
v v v
v v v
v v v
T9.
P-alam Nano (NPK-A)
0
0
0
400
T10.
P-alam sub-mikron (NPK-B)
0
0
0
400
NPK dosis petani setempat ♣ v♣ v♣ Keterangan :* Pupuk diberikan 2 kali, saat tanam dan primordia; ** Pupuk majemuk nano, takaran tergantung pada jenis tanaman v Ditentukan berdasar hasil analisis tanah ♣ Takaran petani T11.
0
-
Tabel 2. Perlakuan dan dosis pupuk pada percobaan efektivitas pupuk organo fosfat dan majemuk nano untuk tanaman padi sawah dan jagung di lapang Kode
Perlakuan
Urea
SP-36
KCl
NPK**
………………. kg/ha ……………. T1.
0
0
0
T2.
Kontrol lengkap NPK rekomendasi
v
v
v
T3.
P-alam Ciamis+Kohe+Tithonia (A-padat)
v
v
v
T4.
Guano+Kohe+ Tithonia (A-padat)
v
v
v
T5.
P-alam Maroko+Kohe+Tithonia (A-padat)
v
v
v
T6. T7. T8.
P-alam Nano (NPK-A) P-alam Nano (NPK-A) P-alam sub-mikron (NPK-B)
0 0 0
0 0 0
0 0 0
T9.
P-alam sub-mikron (NPK-B)
0
0
0
3/4x
v♣
v♣
-
NPK dosis petani setempat ♣ Keterangan :* Pupuk diberikan 2 kali, saat tanam dan primordia; ** Pupuk majemuk nano v Ditentukan berdasar hasil analisis tanah ♣ Takaran petani T10.
0
1x 3/4x 1x
10
4.5.
Rancangan Penelitian
4.1. Kegiatan 1. Pemilihan metoda tidak menggunakan rancangan penelitian, tetapi dengan prinsip metoda-metoda tersebut yang dapat diadopsi dengan menggunakan peralatan yang tidak terlalu rumit. 4.2. Kegiatan 2. Kegiatan kedua ini berupa reformulasi dari pupuk yang telah dihasilkan pada penelitian TA 2010. Selanjutnya beberapa calon pupuk nano tersebut diseleksi kekonsistensian responnya terhadap tanaman indicator padi sawah, jagung dan tomat di rumah kaca. Rancangan percobaan yang dipergunakan adalah rancangan acak kelompok. 4.3. Kegiatan 3. Kegiatan ketiga merupakan uji efektivitas beberapa formula pupuk majemuk nano terpilih di lapangan dengan tanaman indicator padi, jagung dan tomat. Formuka pupuk yang memberikan respon pertumbuhan dan peningkatan hasil terbaik merupakan pupuk terpilih.
Rancangan percobaan yang dipergunakan adalah rancangan acak
kelompok.
11
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1. Analisis karakterisasi komponen formula pupuk
a. Fosfat alam Hasil survey batuan fosfat alam di Jabar dan Jateng pada tahun anggara 2010 menunjukkan keragaman yang cukup tinggi terutama kandungan P2O5 dari setiap jenis fosfat alam. Namun demikian, dua jenis fosfat alam dengan kandungan P2O5 tertinggi telah di pilih yaitu Guano Wonosari dan PA Ciamis (Tabel3). Di sini terlihat bahwa P alam mengandung unsur hara yang cukup lengkap yang dapat bermanfaat
bagi tanaman.
Dengan demikian penggunaan P alam selain menyediakan P bagi tanaman juga merupakan sumber Ca, Fe dan Si dan unsur lainnya dalam jumlah kecil. Hasil analisis ekstrak P alam yang digunakan sebagai bahan dasar pupuk mengandung P2O5 22.84% untuk Guano Wonosari dan P2O5 16% untuk PA Ciamis. Nilai P alam Wonosari tergolong cukup tinggi dibanding jenis-jenis P alam lainnya dari berbagai daerah di Indonesia (Gambar 3). Selain itu juga digunakan RP Maroko dan Tunisia sebagai sumber pupuk Nano karena mengandung P2O5 yang cukup tinggi antara 26-30%. Perlakuan perubahan ukuran dari 100 mesh menjadi partikel Nano meningkatkan kelarutannya dalam asam Sitrat dari 10.5 menjadi 14.6 mg/kg. Peningkatan kelarutan pupuk ini memberikan peluang terhadap peningkatan ketersediaan bagi tanaman. Peningkatan ketersediaan P dari P-alam biasanya selalu menggunakan asam kuat untuk melepaskan P dari ikatan dengan bahan mineral lainnya.
Gambar 3.
Keragaan dari bahan baku P-alam Maroko, P-alam Ciamis, guano-Wonogiri, serta Zeolit
12
Tabel 3. Sifat kimia Guano-Wonosari, PA Ciamis, PA Maroko dan Zeolit Parameter
Guano-
PA Ciamis
PA Maroko
Wonosari
Zeolit
(Ukuran) 100 mesh
Sub-mikron
Nano
(0.1-1 µm)
(10-9 cm)
KA (%)
15.97
8.48
-
-
12.67
C organik (%)
0.29
0.26
-
-
-
N organik (%)
-
0.09
-
-
-
C/N
-
3
-
-
-
Total P2O5 (%)
22.84
16.22
26 - 27
-
-
P2O5 larut asam sitrat (%)
5.77
5.47
10.5
14.6
-
KTK (NH4OAc 1 N pH 7)
-
-
-
-
70.15
-1
Total K (g 100g )
0.15
0.15
-
-
-
-1
6.18
6.72
-
-
-
-1
Total Ca (g 100g ) Total Mg (g 100g )
0.72
0.10
-
-
-
-1
21.196
18.286
-
-
-
-1
435
2.679
-
-
-
-1
146
203
-
-
-
-1
195
432
-
-
-
-1
14.43
22.1
-
-
-
-1
-
2.14
-
-
-
Total Fe (g 100g ) Total Mn (mg kg ) Total Cu (mg kg ) Total Zn (mg kg ) Total Pb (mg kg ) Total Cd (mg kg )
b. Zeolit
Bahan pembenah tanah Zeolit berpotensi untuk digunakan sebagai bahan pupuk untuk memegang sementara agar terjadi slow release sehingga Zeolit banyak digunakan sebagai filer dalam pembuatan pupuk (Gambar 3). Zeolit dikenal memiliki struktur yang unik dengan pori-pori berukuran nano dan memiliki lorong-lorong tempat penyimpanan atau gudang sementara unsur hara atau partikel-partikel mengandung unsur hara (Ikatan Zeolit Indonesia, 2009). Sifat ini yang dimanfaatkan untuk formulasi pupuk slow release. Kapasitas tukar kation dari Zeolit yang dipergunakan pada formulai ini sebesar 70.15 me/100g. c. Bahan organik (pukan ayam dan Tithonia)
Bahan organik yang tersedia insitu merupakan bahan yang sangat baik untuk dipergunakan selain sebagai sumber c-organik tanah, sumber energi bagi mikroba tanah, 13
juga berfungsi mengikat sementara pupuk P dari P-alam. Bahan komponen pupuk organik yang digunakan untuk menbuat pupuk organo fosfat adalah pukan ayam dan Tithonia (Gambar 4). Kandungan hara dan sifat kimia bahan-bahan tersebut dapat dilihat dalam Tabel 4. Pukan ayam dipilih karena mengandung unsur hara makro dan mikro cukup tinggi. Pukan ayam mengandung N, P dan K jauh lebih tinggi dibandingkan dengan pukan sapi. Demikian juga kandungan unsur mikro seperti Fe, Mn, Cu dan Zn yang terdapat dalam pukan ayam lebih tinggi dibandingkan dengan pukan sapi. Tithonia terlihat memiliki kandungan unsur hara K yang paling tinggi dibandingkan dengan pukan ayam. Bahan-bahan organik tersebut dikomposkan sampai matang sebelum digunakan. Setelah menjadi kompos, setengah bagian dari bahan organik tersebut difermentasi dengan cara diberi air dengan rasio 1:1 selama 7 hari. Fermentasi bertujuan untuk lebih mengaktifkan kompos tersebut agar mempunyai manfaat yang lebih bila dibandingkan dengan dalam bentuk padat. Keefektifan proses fermentasi akan terukur pada hasil penelitian rumah kaca.
Gambar 4.
Keragaan dari bahan organik dari kiri ke kanan kompos Tithonia dan pukan Ayam yang telah matang
14
Tabel 4. Karakteristik kimia bahan organik komponen pupuk organik Parameter
Pukan ayam
Pukan sapi
Tithonia
KA (%)
21.98
48.36
9.59
C organik (%)
20.48
26.66
36.71
N organik (%)
2.58
1.52
2.60
C/N
7.94
17.52
14.11
Total P2O5 (%)
9.06
0.75
1.34
4.14
0.08
0.70
P2O5 larut asam sitrat (%) -1
Total K (g 100g )
5.24
2.80
7.06
-1
5.15
2.47
2.71
-1
Total Ca (g 100g ) Total Mg (g 100g )
1.26
0.53
0.63
-1
16.938
7.335
4.210
-1
782
493
86
-1
121
29
32
-1
412
110
145
-1
31.13
23.48
22.38
-1
0.52
0.78
0.90
Total Fe (g 100g ) Total Mn (mg kg ) Total Cu (mg kg ) Total Zn (mg kg ) Total Pb (mg kg ) Total Cd (mg kg )
5.2. Formulasi pupuk Organofosfat dan pupuk Majemuk NPK P-nano
Berdasarkan rencana perlakuan Tabel 1 dan 2 terdapat tiga kelompok jenis formula pupuk yakni pupuk Organo Fosfat yang berisi kombinasi bahan organic dan P-alam/guano, pupuk Majemuk NPK - A dengan bahan P dibuat berukuran nano terlebih dahulu, serta Majemuk NPK B dengan bahan P di buat berukuran sub-mikron. Pupuk
Organofosfat.
Pupuk
Organofosfat
dibuat
dengan
tujuan
untuk
meningkatkan daya guna pupuk P-alam dan guano dan memanfaatkan bahan organic yang tersedia yang kemudian di formulasi menjadi pupuk mudah tersedia (Gambar 5 dan 6). Pada pupuk Organo Fosfat diharapkan terjadi proses pelepasan P dari P-alam/guano karena suasana asam oleh komponen organic kemudian P tersebut diikat sementara oleh bahan organik. Bentuk terikat bahan organic tersebut adalah bentuk yang sangat mudah diserap oleh tanaman. Penggunaan pupuk Organofosfat akan efektif untuk tanah masam dan basa. Pupuk Organofosfat dibuat bahan utama P-alam, pukan ayam, dan tithonia, serta bahan pendukung adalah zoelit, gypsum, dan molase. Pupuk NPK A dan B. Pupuk Majemuk NPK P-nano dibuat dengan cara kombinasi kemikal dan fisikal blending dengan hasil akhir berupa pupuk majemuk (Gambar 6 dan 7).
15
Saat ini sumber N berasal dari Urea, bahan P berasal dari P-alam dan guano yang dibuat ukuran nano dengan menggunakan alat seperti yang terdapat pada Gambar 9. P-alam yang dipergunakan berasal dari dalam negeri (Ciamis, Wonogiri) dan luar negeri (Moroko). Penggunaan sumber P-alam dalam negeri dalam upaya untuk meningkatkan efisiensi juga memanfaat sumber bahan terdekat untuk menekan biaya pengadaan. Sedangkan penggunaan P-alam Maroko karena berkadar P yang tinggi serta kualitas terjamin, sedangkan penekanan biaya pengadaan dapat ditekan dengan meningkatkan efisiensi serapan tanaman juga memotong proses pengasaman P-alam yang sangat kuat di pabrik yang berpotensi limbahnya mencemari lingkungan. Tahapan pekerjaan formulasi dimulai dengan inventarisasi bahan, analisa kadar hara bahan, data kebutuhan tanaman, dan data efisiensi pupuk oleh tanaman. Selanjutnya dilakukan pembuatan pupuk berdasarkan rencana formula yang disajikan pada Tabel 1 dan 2. Kode fermented adalah fermentasi bahan pupuk kandang ayam dengan tithonia yang diberi air kemudian diinkubasi selama 1 minggu dengan tujuan untuk meningkatkan kematangan bahan organik bila nantinya dicampur dengan P-alam. Untuk pupuk organofosfat dalam pembuatan granul telah menggunakan alat granulator (Gambar 9), sedangkan untuk NPK-A dan B masih menggunakan manual karena bahan nano dan submikron dibuat dalam jumlah sedikit (Gambar 7). Hasil analisa kimia mutu pupuk sedang dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Uji Tanah.
Gambar 5.
Formulasi Organofosfat (Kiri) dan Produk Organofosfat dari RP-Ciamis dan RP-Maroko (Kanan)
16
Gambar 6.
Produk Pupuk Organo-fosfat dengan perlakuan fermentasi pukan ayam (Kode A-2, B-2, C-2)
Bahan P-Nano
Proses formulasi dengan Zeolit Penghalusan ulang setelah penjerapan P-nano dan Psubmikron oleh Zeolit Bahan P-Submikron Gambar 7. Proses pembuatan pupuk P-Nano dan P-Submikron
Hasil Penelitian 2010
Hasil Penelitian 2011
Gambar 8. Pupuk P-nano hasil penelitian 2010 dan 2011 17
Dalam pelaksanaan formulasi pupuk terdapat kendala teknis dalam pembuatan Palam menjadi ukuran Nano dan sub-mikron, terutama berkaitan dengan peralatan. Bahan Palam ketika dibuat ukuran sangat kecil tersebut mengalami pemadatan dimana bahan menggumpal pada waktu penggilingan berjalan 15-30 menit, sehingga alat harus diberhentikan untuk menguraikan bahan kembali. Kendala tersebut dapat diatasi akan tetapi terdapat konsekuensi waktu penyelesaian pembuatan pupuk agak mundur dari jadwal yang direncanakan.
Gambar 9. Alat pembuat ukuran nano (kiri) dan alat granulator pupuk (kanan)
5.3. Percobaan seleksi formula di Rumah Kaca dan Uji Efektivitas di Lapang
5.3.1. Percobaan seleksi formula di Rumah Kaca Percobaan seleksi formula di rumah kaca menggunakan contoh tanah dari Dukuh Galuga – Ciampea (Ultisols) dengan tanaman indikator padi, tanah dari Panyaungan – Cigudeg (Inceptisols) dengan tanaman indikator jagung dan dari Sukagalih – Megamendung (Andisols) dengan tanaman indikator padi. Perlakuan yang diujikan disajikan pada Tabel 1. Berkaitan dengan kendala pembuatan pupuk berukuran nano dan sub-mikron maka percobaan rumah kaca dilakukan dengan mendahulukan perlakuan yang terdia pupuknya. Untuk mempermudah dalam pembedaan perlakuan maka telah dilakukan perubahan nama perlakuan berdasarkan pada bahan utamanya. Untuk nomor perlakuan 9 dan 10 tentang pupuk NPK – A dan NPK – B saat ini sedang dalam persiapan pemupukan berhubung pembuatan partikel nano dari P-alam mengalami keterlambatan sebagai akibat dari masalah teknis (alat rusak). Hasil analisa tanah kedua lokasi disajikan pada Tabel 5. Ketiga tanah bereaksi tanah masam, berbahan organik rendah dan sedang, berkadar P-tersedia sedang, K tersedia rendah dan tinggi. Kapasitas tukar kation dan kejenuhan basa tanah ini tergolong sedang dan tinggi. Berdasarkan sifat kimianya dapat disimpulkan masing-masing tanah mempunyai
18
tingkat kesuburan yang sedang untuk tanah dari Desa Galuga – Ciampea, rendah untuk tanah Panyaungan – Cigudeg dan sedang untuk tanah dari Megamendung - Cisarua.
Tabel 5. Hasil analisa tanah untuk lokasi penelitian Lapang dan Rumah Kaca PanyaunganCigudeg (RK Jagung)
SukagalihMegamendung (RK-Tomat)
4.41
5.80
pH H2O (1:5)
4.85
DukuhGaluga (Padi LapangRK) 4.36
pH KCl (1:5)
4.16
3.63
3.92
5.38
C organik (%)
1,48
2,43
2,07
2,22
N organik (%)
0.17
0.26
0.26
0.38
9
9
8
6
P-tersedia (Bray II) (mg/kg)
40,45
27,68
27,12
8,23
P-potensial (HCl 25%) (mg/kg)
1.475
626
382
1284
K2O HCl 25% (mg/kg)
109
92
52
409
K-dd (cmolc(+)/kg)
0,12
0,14
0,04
0,71
Ca-dd (cmolc(+)/kg)
6,30
5,91
7,75
14,02
Mg-dd (cmolc(+)/kg)
1,94
1,32
1,44
1,60
Na-dd (cmolc(+)/kg)
0,04
0,25
0,02
0,04
KTK (cmolc(+)/kg)
13,96
17,33
19,64
25,24
60
44
47
65
Parameter
CisaukCibatok (Jagung)
Tekstur Pasir (%) Debu (%) Liat (%)
C/N
KB (%)
Saat penyusunan laporan ini dibuat umur tanaman percobaan di rumah kaca baru mencapai 2 MST bagi padi, 8 HST bagi jagung, dan 7 HST bagi tomat. Hasil pengamatan tinggi tanaman dan jumlah daun/jumlah anakan sebagai respon terhadap perlakuan disajikan pada Tabel 6. Tanaman padi varitas Ciherang tumbuh dengan baik, rata-rata telah mempunyai 3 anakan (Gambar 6). Terdapat perbedaan tinggi tanaman secara nyata bila dibandingkan dengan kontrol. Tanaman tertinggi terdapat pada perlakuan 7. Organofosfat C-2 lalu diikuti oleh perlakuan 8. Organofosfat C-1. Selanjutnya disusul oleh perlakuan Organofosfat A dan B. Pembeda dari perlakuan Organofosfat A, B dan C adalah sumber Palamnya yakni berturut-turut P-alam Ciamis, Guano, dan P-alam Maroko. P-alam Maroko adalah yang mempunyai kadar tertinggi serta mempunyai tingkat kelarutan asam sitrat yang tertinggi pula, sehingga wajar bila tanaman pada perlakuan ini memberikan respon yang lebih. Aplikasi Organofosfat juga memberikan pengaruh yang baik terhadap tinggi tanaman bila dibandingkan dengan perlakuan 2. NPK-Rekomendasi. Adanya bahan organic dalam 19
pupuk Organofosfat meningkatkan efisiensi serapan hara anorganic oleh tanaman. Diharapkan respon tanaman yang lebih jelas berkaitan dengan umur sehingga dapat diambil kesimpulan lebih akurat.
Tabel 6. Respon tanaman terhadap perlakuan pupuk organofosfat A, B dan C di rumah kaca No
Perlakuan
Padi (2 MST) Tinggi (cm) Anakan 3 26.60 c
Jagung (8 HST) Tinggi (cm) Daun 4.2 c 26.5 e
Tomat (7 HST) Tinggi (cm) 19.13 b
1
Kontrol Lengkap
2
P-Rekomendasi
31.37 ab
3
31.90 bcd
4.8 a
24.50 a
3
Organofosfat A-1
34.93 ab
3
37.23 ab
4.8 a
24.30 a
4
Organofosfat A-2
34.67 ab
3
36.10 abc
4.4 bc
24.00 a
5
Organofosfat B-1
34.73 ab
3
34.60 a-d
4.8 a
24.00 a
6
Organofosfat B-2
35.00 ab
3
35.83 a-d
4.8 a
24.50 a
7
Organofosfat C-1
35.17 a
3
34.27 a-d
4.8 a
23.77 a
8
Organofosfat C-2
36.43 a
3
38.67 a
4.4 bc
24.13 a
9
P-Dosis Petani
31.60 ab
3
34.87 a-d
4.5 b
24.60 a
8.7
3.5
5.7
3.2
5.7
cv %
Pertumbuhan tanaman jagung varitas P-21 di rumah kaca termasuk baik, dimana tanaman tumbuh rata, seiring dengan bertambahnya umur respon tanaman mulai terlihat. Pada umur 8 HST telah terlihat respon tanaman terhadap perlakuan yang diberikan (Gambar 10). Seluruh perlakuan lebih tinggi dari Kontrol secara signifikan (Tabel 6). Tinggi tanaman tertinggi teramati pada perlakuan 8. Organofosfat C-2 yang diikuti oleh perlakuan 4. Organofosfat A-2. Pertubuhan tanaman pada Perlakuan 2. P-rekomendasi telah terlewati oleh perlakuan Organofosfat.
Demikian pula hasil pengamatan terhadap jumlah daun,
tanaman jagung respon terhadap pemupukan yang ditunjukkan dengan peningkatan dalam jumlah. Jumlah daun tertinggi terdapat pada perlakuan 2, 3, 5, 6, 7 secara nyata dengan kontrol. Pertumbuhan tanaman tomat varitas Arthaloka sangat baik (Gambar 11). Walaupun umur tanaman baru mencapai 7 HST, tetapi telah menunjukkan respon terhadap perlakuan. Seluruh perlakuan yang diuji berbeda nyata dengan kontrol (Tabel 6), tetapi belum berbeda antar perlakuan.
Dengan bertambahnya umur tanaman diharapkan pengaruh perlakuan
akan lebih jelas. Tanaman tomat sangat membutuhkan hara P untuk pembungaan dan pembentukan buah, sehingga bila ketersediaannya terbatas maka akan mengalami pembungaan yang lebih cepat tetapi menghasilkan produk yang kecil-kecil dan mudah rontok.
20
Gambar 10. Pertumbuhan tanaman jagung umur 10 HST
Gambar 11. Petumbuhan tanaman padi 2 MST (Kiri) dan tanaman tomat 10 HST (Kanan)
5.3.2. Percobaan Uji Efektivitas di Lapang Penelitian percobaan lapang dilakukan pada tanah Inceptisol Cibatok dan Ultisols Galuga. Hasil analisa tanah awal disajikan pada Tabel 5.
Hasil analisa contoh tanah dapat
uraikan secara ringkas sebagai berikut: tanah bereaksi sangat masam sampai sangat masam, berbahan organik rendah sampai sedang, P- tersedia Bray tinggi, K tersedai rendah, KTK rendah sampai sedang, dan berkejenuhan basa sedang. Pemilihan lokasi berkesuburan rendah untuk tanah Cisauk-Cibatok dan sedang untuk tanah Galuga Ciampea berkaitan dengan tujuan uji efektivitas agar respon tanaman terhadap perlakuan lebih jelas, berdasarkan parameter pengamatan yang telah ditetapkan. Pertumbuhan tanaman saat ini mencapai umur 6 MST. Padi dan jagung tumbuh dengan baik (Gambar 12 dan 13). Dari hasil pengatatan tinggi tanaman padi terdapat tiga perlakuan yang nyata lebih tinggi dari perlakukan lain yaitu NPK Rekomendasi, Pupuk organo-fosfat B, dan NPK-Submikron B 3/4x terutama dengan Control (Tabel 7). Akan tetapi bila diamati terhadap jumlah anakan, terdapat kecenderungan peningkatan jumlah anakan pada perlakuan NPK Rekomendasi, Organofosfat B, Organofosfat C, dan NPK Nano A 1x. 21
Hasil pengamatan terhadap tinggi tanaman jagung hanya perlakuan NPK-Nano B 3/4x yang cenderung paling tinggi. Pada perlakuan kontrol walaupun tidak dipupuk samapi umur pengamatan 6 MST masih menunjukkan pertumbuhan yang baik dari pengamatan tinggi, tetapi tanaman sudah menunjukkan perubahan warna daun menjadi lebih kuning dengan tertumbuhan batang yang agak lebih kecil. Untuk membedakan pengaruh perlakuan akan lebih jelas teramati dari hasil panen sehingga dapat dihitung B/C rasionya, karena tanaman padi dan jagung sangat respon terhadap pupuk P berkaitan dengan produksi. Tabel 7. No.
Pertumbuhan tanaman padi dan jagung (6 MST) pada percobaan lapang
Perlakuan
Padi Tinggi (cm)
Jagung Anakan
Tinggi (cm)
1.
Kontrol Lengkap
60.63 b
14.43
187.13
2.
NPK Rekomendasi
67.61 a
15.53
187.50
3.
Organo Fosfat A
63.13 ab
15.13
187.58
4.
Organo Fosfat B
68.58 a
15.60
186.63
5.
Organo Fosfat C
65.11 ab
15.57
187.88
6.
NPK Nano – A 1x
64.01 ab
15.60
183.23
7.
NPK Nano – B 3/4x
64.58 ab
14.33
193.97
8.
NPK Sub-Mikron – B 1x
60.34 b
14.80
180.27
9.
NPK Sub-Mikron – B 3/4x
67.88 a
15.07
178.63
10.
NPK Dosis Petani
63.79 ab
14.27
184.69
cv
4.8%
7.6%
4.8%
22
Gambar 12.
Pertumbuhan tanaman jagung pada tanah Inceptisols Cibatok umur 6 MST
Gambar 13. Pertumbuhan tanaman padi pada tanah Ultisols Galuga – Bogor umur 6 MST
23
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. KESIMPULAN - Tahapan pembuatan pupuk mencapai 80 %, diantaranya penyusunan formula, persiapan bahan dan peralatan penunjang. Pupuk yang akan dihasilkan terdiri dari pupuk Organofosfat dan pupuk majemuk NPK P-nano. Formula pupuk NPK A dan NPK B masih perlu penyempurnaan dalam granulasinya. - Penelitian uji seleksi formula di rumah kaca dengan tanaman indikator tanaman padi, jagung, dan tomat baru mencapai umur 10-18 HST. Hasil analisa contoh untuk percobaan rumah kaca termasuk berkesuburan rendah untuk tanah Ultisols Galuga, sedang untuk tanah Inceptisols Cibatok dan tanah Andisols Megamendung. Walaupun tanaman baru berumur muda tetapi telah menunjukkan respon pemupukan perlakuan terutama bila dibandingkan dengan kontrol. Pengaruh perlakuan terbaik belum dapat disimpulkan pada penelitian ini. - Penelitian uji efektivitas di lapang telah diletakkan di desa Cisauk-Cibatok (kesuburan sedang) dan di desa Dukuh Galuga Kabupaten Bogor (kesuburan rendah). Tanaman telah mencapai umur 6 MST dan tumbuh dengan baik. Pengaruh perlakuan terbaik belum dapat disimpulkan, tetapi semua perlakuan berpengaruh terhadap parameter tinggi tanaman bila dibandingkan dengan kontrol. Produk pupuk Organofosfat, NPK-A (nano) dan NPK-B (Sub-mikron) mempunyai potensi dikembangkan.
6.2. SARAN Keterbatasan waktu efektif dalam pelaksanaan penelitian ini sedikit membatasi dalam perencanaan pelaksanaan kegiatan. Waktu efektif untuk hasil yang optimum adalah 8 bulan penuh sehingga antara perencanaan dan pelaksanaan masih ada tenggang waktu kalaupun terjadi permasalah teknis. Pelaksanaan penelitian lapang pada musim kemarau Juli - Agustus – September termasuk sangat riskan berkaitan dengan ketersediaan air dan serangan hama penyakit, sehingga pemilihan lokasi penelitian harus dekat dengan sumber air tetapi bukan daerah endemic hama penyakit.
Bila menunggu musim hujan (MH) akan sangat terlambat,
mengingat keterbatasan waktu.
24
DAFTAR PUSTAKA
Arryanto Y., Siti Amini, M.F. Rasyid, Arif Rahman, Pedy Artsanti. 2007. IPTEK Nano di Indonesia : Terobosan, Peluang dan Strategi. Deputi Perkembangan RIPTEK, Kementerian Negara Riset dan Teknologi. 206 Hal. Anane-Fenin K. 2008. Nanotechnology in Agricultural Development in the ACP Region. Joseph T. and M. Morrison. 2006. Nanotechnology in Agriculture and Food. A Nanoforum report. European Nanotechnology Gateway. 13 p. Kuzma J and VerHage P. 2006. Nanotechnology in Agriculture and Food Production, Anicipated Application. Project on Emerging Nanotecnologies. Washington. Woodrow Wilson International Center for Scholars. Husnain, Ladiyani R. Widowati, dan Linca Anggria. 2010. Laporan Penelitian Ristek : Penelitian dan Pengembangan Teknologi Nano Berbahan Baku Batuan Alami dan Bahan Organik untuk Meningkatkan Efisiensi Pemupukan >35%. Balai Penelitian Tanah, Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian. Ikatan Zeolit Indonesia. 2009. Terobosan Aplikasi Teknologi Mikro-Nano Material Zeolit dalam Bidang Industri, Pertanian, dan Lingkungan. HIBAH SIMPOSIUM NASIONAL HIMPUNAN PROFESI IKATAN ZEOLIT INDONESIA (IZI). Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Depdiknas. www.kimiawan.org/docs/hibah/proposal_izi.doc Rochman N. T. 2009. Nano di Alam : Lebih Dekat dengan Nanoteknologi. Balai Inkubator Teknologi BPPT. Kementerian Negara Riset dan Teknologi. 53 Hal. Rochman N. T. 2007. Opini : Prospek www.kimiawan.org/docs/hibah/proposal_izi.doc
Nanoteknologi
di
Tanah
Air.
Van Kauwenbergh SJ. 2001. Overview of World Phosphate Rock Production. Proceedings of an International Meeting: Direct Application of Phosphate Rock and Related Appropriate Technology-Latest Developments and Practical Experiences. 16-20 Juli 2001. An International Center for Soil Fertility and Agricultural Development (IFDC). Kuala lumpur, Malaysia. Setyorini D, R. Saraswati, EK Anwar. 2006. Kompos. Dalam Pupuk Organik dan Pupuk Hayati. Balai Besar Penelitian dan Sumberdaya Lahan Pertanian, Badan Litbang Pertanian. BB Pasca Panen. 2011. Badan Litbang Pertanian Menuju Nano Teknologi: Semakin Kecil, Semakin Dahsyat. http://pascapanen.litbang.deptan.go.id/index.php/id/berita/121 Widowati, L.R., 2010. The rule of organic fertilizer on fertilizer efficiency and requirement rate for vegetable crop on Inceptisols Ciherang, Bogor. Journal of Tropical Soils, Vol 14, No. 3.
25
