inovasi pupuk lengkap npk dengan asam humat

1
INOVASI PUPUK LENGKAP NPK DENGAN
ASAM HUMAT
(smno.tnh.fpub)
Rendahnya efisiensi
pemupukan urea karena adanya
kehilangan ammonia kalau urea disebarkan di permukaan tanah.
Kehilangan ammonia ini dapat dikendalikan dengan menambahkan
bahan-bahan yang bersifat asam, seperti TSP, HA (asam humat) atau
FA (asam fulvat).
Formula pupuk Urea-TSP-MOP-HA, Urea-TSP-MOP, UreaTSP-MOP-FA dan Urea-T SP-MOP-Acidified (HA + FA) ternyata
mampu mereduksi kehilangan ammonia sebesar 12.92, 20.12, 29.54
hingga 100 % dibandingkan dnegan formula urea saja. Demikian juga
pengaruhnya terhadap kandungan ammonium dapat ditukar dalam
tanah.
Formula Urea-TSP-MOP-FA dan Urea-TSP-MOP-Acidified
(HA + FA) dapat menahan akumulasi nitrat tersedia dalam tanah.
Urea, TSP dan MOP yang distabilikan dengan menambahkan
HA dan/atau FA dapat mereduksi kehilangan ammonia, dengan
demikian diharapkan dapat meningkatkan efisiensi pemupukan dan
mereduksi pencemaran lingkungan.
Mekanisme Ikatan Asam Humat dengan UREA, SP36, dan
KCl
Struktur Molekular Asam Humat dan asam fulvat:
Model struktur asam fulvat berdasarkan Buffle et al. (1977).
2
Model struktur asam humat berdasarkan Stevenson
(1982); R dapat berupa alkil, aril, atau aralkil.
Gugus fungsional asam humat
1.
2.
3.
4.
Asam humat merupakan bahan makromolekul polielektrolit yang
memiliki gugus fungsional seperti –COOH, -OH fenolat maupun
–OH alkoholat sehingga asam humat memiliki peluang untuk
membentuk kompleks dengan ion logam karena gugus ini dapat
mengalami deprotonasi pada pH yang relatif tinggi menghasilkan
gugus COODeprotonasi gugus-gugus fungsional asam humat akan
menurunkan kemampuan pembentukan ikatan hidrogen, baik
antar molekul maupun sesama molekul dan meningkatkan
jumlah muatan negatif gugus fungsional asam humat, sehingga
akan meningkatkan gaya tolak menolak antar gugus dalam
molekul asam humat.
Kedua pengaruh tersebut akan menyebabkan permukaan
partikel-partikel koloid asam humat bermuatan negatif dan
menjadi lebih terbuka serta berbentuk linear dengan
meningkatnya pH.
Dalam larutan (pH 3,5 - 9), asam humat membentuk sistem
koloid polielektrolit linear yang bersifat fleksibel, sedangkan pada
pH rendah asam humat berbentuk kaku (rigid) dan cenderung
3
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
teragregasi membentuk suatu padatan makromolekul melalui
ikatan hidrogen.
Dengan meningkatnya pH akan menyebabkan ikatan hidrogen
semakin lemah sehingga agregat akan terpisah satu sama lain.
Keadaan tersebut dipengaruhi oleh disosiasi gugus fungsional
yang bersifat asam pada asam humat seperti -COOH.
Umumnya gugus -COOH terdisosiasi pada pH sekitar 4-5,
sedangkan gugus –OH fenolat atau –OH alkoholat terdisosiasi
pada pH sekitar 8-10
pada pH yang relatif tinggi (konsentrasi H+ rendah) akan
meningkatkan kensentrasi -COO- yang dapat berfungsi sebagai
ligan pada asam humat.
Walaupun pada pH yang relatif rendah, asam humat cenderung
tidak berinteraksi dengan ion logam, akan tetapi sebagai
padatan polielektrolit, asam humat memiliki kemampuan untuk
mengadsorpsi logam. Asam humat dengan ion logam dapat
mengalami presipitasi. Tingkat flokulasi yang terjadi bergantung
pada pH, sifat-sifat gugus fungsional pada asam humat yang
dapat bertindak sebagai ligan dan sifat ion logam.
Fraksi humat mempunyai muatan negatif yang berasal dari
disosiasi ion H dari berbagai gugus fungsional, yang
menyebabkan fraksi humat mempunyai KTK sangat tingggi.
Dengan demikian fraksi humat mampu meningkatkan
kemampuan
tanah
dalam
mengikat,
menjerap
dan
mempertukarkan kation, serta membentuk senyawa kompleks
dengan logam berat dan lempung
Interaksi antara bahan humit dengan fraksi anorganik tanah
dapat dinyatakan sebagai reaksi: pertukaran ion, jerapan pada
permukaan (adsorption on surface), dan pembentukan
kompleks/kelat (complexation/chelation).
Pembentukan kompleks, terjadi karena penggabungan kation
dengan ligan terjadi lewat suatu ikatan koordinasi/pemakaian
pasangan elektron bersama (electron pair sharing),
Pada pembentukan kelat (intrakompleks) penggabungannya
lewat ikatan ion bagian, dan dalam hal ini satu ligan mengikat
ion-ion logam dengan lebih dari satu gugus fungsi donor.
STRUKTUR MOLEKUL ASAM HUMAT
Struktur molekul hasil analisis XRay Scattering D dan studi
kromatografi permeasi gel menggunakan detector UV dapat
disimpulkan:
4
1.
2.
3.
Humic Acid (asam humat): tersusun oleh gabungan senyawa
hidrofobik (rantai polimetilenat, asam lemak, senyawa steroid)
yang distabilkan oleh ikatan hidrofobik: ikatan van der Waals; -;
dan CH- pada pH netral sampai basa
Konformasinya meningkat membentuk ukuran molekul lebih
besar jika terjadi ikatan Hidrogen antarmolekul pada pH rendah,
sehingga terjadi flokulasi
Asam Humat mengandung gugus fungsional asam seperti fenolat
dan karboksilat; bersifat aktif dalam reaksi kimia; Berat molekul
(BM) 20.000-1.360.000
Daerah Kristalin & Non Kristalin Asam Humat
1. Daerah kristalin dibentuk oleh rantai poli(metilen) 25 unit ,
membentuk daerah kristalin hidrofobik
2. Non-kristalin domain tersusun dari rantai poli(metilen) lebih
bersifat isotropic dan bergabung dengan bahan non
kristalin lainnya membentuk agregat lebih besar
3. Daerah kristalin merupakan daerah yang tidak reaktif
terhadap serangan lingkungan, bersifat inert dalam tanah ,
sehingga waktu tinggalnya dalam tanah menjadi lama
4. Daerah amorf berperan dalam penyerapan molekul non
polar dalam tanah
5. Gangguan
supermolekular humat disebabkan oleh
pembentukan ikatan hydrogen yang lebih kuat
dibandingkan gaya hidrofobik yang menstabilkan
konformasi asal struktur humat
6. Disagregasi supermolekular humat berkaitan dengan
pembentukan multiple ikatan hydrogen antara glyposate
dan molekul humat yang kecil, menunjukkan bahwa
penurunan delokalisasi electron mempengaruhi ukuran
molekul humat yang besar, yang
7. Kandungan gugus alifatis yang tinggi dan ukuran molekul
yang besar dan fleksibel meningkatkan adsorpsi herbisida
pada humat karena adanya interaksi hidrofobik dan ikatan
hydrogen
Mekanisme Ikatan UREA dengan ASAM HUMAT
Pupuk urea adalah pupuk kimia yang mengandung Nitrogen
(N) berkadar tinggi. Unsur Nitrogen merupakan zat hara yang sangat
diperlukan tanaman. Pupuk Urea berbentuk butir-butir kristal berwarna
5
putih, dengan rumus kimia NH2 (CONH2), merupakan pupuk yang
mudah larut dalam air dan sifatnya sangat mudah menghisap air
(higroskopis), karena itu sebaiknya disimpan di tempat kering dan
tertutup rapat.
Pupuk urea mengandung unsur hara N sebesar 46% dengan
pengertian setiap 100 kg urea mengandung 46 kg Nitrogen. Karena
sifatnya yang sangat mudah menghisap air dan mudah larut maka
pupuk ini mudah tersedia dan segera menguap. Akibatnya lebih dari
25 % urea yang diaplikasikan pada tanah hilang lewat pelindian,
penguapan, nitrifikasi.
Hidrolisis urea dapat disebabkan oleh kandungan air dalam
tanah, enzim urease yang bersumber dari mikroorganisme
saprophyta dan tumbuhan graminaceae menghasilkan senyawa
NH4+ menurut reaksi :
CO(NH2)2 + 2H20
NH4+
2 NH4+ + HCO3H+ + NH3 ;
pKa=9.3
(1)
(2)
Produk hidrolisis urea adalah NH4+ yang bertahan dalam
larutan tanah atau ditahan oleh tanah dan akan diserap oleh akar
tanaman. Nitrogen diserap tanaman dalam bentuk ion Nitrat (NO3 )
+
dan ion amonium (NH4 ). Sebagian besar nitrogen diserap dalam
bentuk ion nitrat karena ion tersebut bermuatan negatif sehingga
selalu berada di dalam larutan tanah dan mudah diserap akar.
Tahap ke dua reaksi adalah perubahan NH4+ dalam larutan
tanah menjadi NH3 (gas) yang dapat berdifusi dari larutan tanah ke
udara (atmosfir) , serta menghasilkan larutan asam (pelepasan H+ )
pada reaksi 2. Akibatnya sebagian urea yang diaplikasikan pada
tanah hilang lewat pelindian (melarutnya NH4+) ke luar tanah,
penguapan NH3, nitrifikasi (oksidasi oleh miroba) menjadi NO3- yang
selanjutnya mengalami denitrifikasi (anaerob) menjadi N2O dan N2
(menguap ke udara).
Kalau ada asam humat , maka NH4+ hasil hidrolisis urea pada
pH asam (adanya pelepasan H+) akan diikat oleh gugus fungsionil
donor electron: C=O dari karboksilat dan OH dari fenolat maupun
alkoholat membentuk ikatan chelat, menyebabkan slow release NH4+
ke dalam tanah karena kelarutannya menurun, sehingga keberadaan
sumber N dalam tanah lebih lama (meningkatkan efisiensi pemupukan
N).
Mekanisme Ikatan SP36 dengan ASAM HUMAT
6
Dalam tanah terdapat senyawa hidroksida dari alumina (Al3+),
Fe dan Ca. Hidroksida logam-logam ini dapat diikat oleh asam humat
melalui ikatan koordinasi membentuk senyawa kompleks antara ion
ligan (logam) dengan ligan gugus fungsional asam humat seperti COOH yang terdeprotonasi menjadi COO- (dalam suasana agak basa
oleh adanya hidroksida Al).
Jika ada pupuk fosfat SP36, senyawa fosfat membentuk
kompleks dengan hidroksida Al menurut reaksi :
Al
OH
OH
H2PO4
Pengikatan fosfat oleh hidroksida Al ini menyebabkan fosfat
tidak tersedia bagi tanaman.
Jika ada asam humat, maka hidroksida Al diikat oleh gugus
COO- membentuk senyawa kompleks , menyebabkan pelepasan
senyawa fosfat menurut reaksi :
Al
OH
OH + asam humat
H2PO4
Al
OH
OH
OOC-R
H2PO4 -
+
(P larut)
Bahan Organik
Menyebabkan P lebih tersedia dalam tanah
Mekanisme Ikatan KCl dengan ASAM HUMAT
Asam humat mengandung gugus karboksilat -COOH yang
dapat terdisosiasi pada suasana agak masam hingga netral menjadi
gugus karboksil -COO-. Gugus karboksil ini dapat berikatan secara
elektrostatika dengan ion K+ dari KCl membentuk senyawa garam K humat yang lebih mudah larut dibandingkan asam humat. Akibatnya
ketersediaan unsur K dalam tanah lebih besar.
7