Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari kemampuan gambut dan air gambut dalam mengerap kation Al dengan menggunakan pendekatan model erapan Langmuir. Kurva erapan kation Al3+ menghasilkan koefisien determinasi (R2) 0.972 pada gambut dan 0.996 pada air gambut. Erapan maksimum gambut sebesar 5000 µg/g sementara erapan maksimum kation Al3+ pada air gambut sebesar 909 µg/g. Kebutuhan bahan amelioran gambut adalah sebesar 3; 2.25; 1.5; 0.75; 0 ton/ha, sedangkan kebututuhan air gambut sebesar 2.4; 1.8; 1.25; 0.6; 0 liter/kg tanah mineral (100; 75; 50; 25; dan 0 % dari erapan maksimum Al3+) pada gambut dan air gambut.
Kata kunci : dosis ameliorant, gambut, air gambut
Abstract
We studied the aluminium kation sorption of Berengbengkel peat and dark peat water with Langmuir model. The sorption characteristics of Al were evaluated using common isotherm models. The experimental sorption data were fitted by the Langmuir equation. The results showed that sorption of Al by both the peat soils and dark water peat was adequately described by the Langmuir equation with coefficient of determination (R2) values of 0.972 and 0.996, respectively. The maximum Al sorption of the peat soils was 5000 µg/g whereas the dark peat water was 909 µg/g. Based on maximum sorption, peat ameliorant needed were 3; 2.25; 1.5; 0.75; 0 tons/ha whereas the dark peat water needed were 2.4; 1.8; 1.25; 0.6; 0 liters/kg mineral soils (100; 75; 50; 25; 0 of Al3+ maximum sorption).
Key words : ameliorant dosage, peat, peat water
Pendahuluan
Jerapan adalah konsentrasi anasir pada permukaan koloid. Kurva hubungan konsentrasi-konsentrasi dari bahan terjerap pada suatu suhu yang tetap disebut isoterm jerapan (Tan, 1991). Dikarenakan kompleknya proses yang terjadi, keseluruhan proses interaksi antara fase padat tanah dengan ion/molekul terlarut yang berakibat pada hilangnya ion atau melekul terlarut dari larutan tanah
76
dan kemudian menjadi bagian dari fase padat tanah, termasuk proses jerapan (adsorption), disebut sebagai erapan (sorption).
Teknik yang biasa digunakan untuk menganalisis erapan isotermal sederhana dengan menggunakan kaidah keseimbangan. Larutan mengandung solut yang diketahui konsentrasinya ditambahkan ke dalam sistem yang mengandung bahan yang akan mengerap yang juga diketahui konsentrasinya, kemudian diseimbangkan. Setelah tercapai keseimbangan, jumlah solut yang hilang merupakan jumlah yang dierap (Tan, 1991).
Model persamaan non linear Langmuir dikembangkan oleh Langmuir. Pada awalnya persamaan ini digunakan untuk menggambarkan erapan gas oleh padatan. Persamaan erapan Langmuir mempunyai asumsi-asumsi sebagai berikut : (1) energi ikatan dianggap konstan pada seluruh permukaan erapan (2) erapan terjadi pada tapak-tapak spesifik dan tidak ada interaksi antar molekul yang tererap (3) erapan maksimum terjadi apabila seluruh lapisan permukaan bahan pengerap aktif terduduki (Sparks, 1995).
Gaya-gaya yang terlibat dalam reaksi jerapan mencakup (1) gaya fisik, yang merupakan hasil interaksi dipol-dipol jarak pendek (2) ikatan hydrogen, ikatan yang atom hydrogen bertindak sebagai sambungan penghubung (3) ikatan elektrostatik, tarik menarik elektrostatik ion-ion yang dihasilkan oleh muatan elektrik pada permukaan koloid dan (4) reaksi koordinasi, terjadi saat ligan menyumbangkan pasangan electron pada ion logam. Senyawa yang terbentuk disebut komplek logam (Tan, 1991).
Penelitian ini bertujuan mempelajari kemampuan gambut dan air gambut dalam mengerap kation Al dengan menggunakan pendekatan model erapan Langmuir dan menentukan dosis bahan amelioran yang akan digunakan pada percobaan untuk mengetahui pertumbuhan dan hasil tanaman lidah buaya bila ditumbuhkan pada tanah mineral masam dengan pemberian gambut dan air gambut sebagai bahan amelioran. Dosis bahan amelioran yang digunakan didasarkan pada erapan maksimum Al dalam gambut dan air gambut.
77
Bahan dan Metode
Tempat dan Waktu PenelitianPercobaan dilakukan di Laboratorium Kimia Balai Penelitian Tanah Laladon pada bulan September 2006. Percobaan erapan maksimum Al bertujuan untuk mempelajari kemampuan gambut dan air gambut dalam mengerap kation Al. Sebagai sumber Al digunakan AlCl3. 6H2O. Untuk penetapan kurva erapan
digunakan metode Fox dan Kamprath yang dimodifikasi oleh Widjaja Adhi et al.
(1990).
Pelaksanaan Percobaan
Nilai erapan maksimum Al diperoleh dengan menginkubasi selama 6 hari
contoh gambut dan air gambut dengan larutan yang mengandung kation Al3+
mulai dari konsentrasi terendah hingga tertinggi ( 0 – 800 ppm), atau 16 taraf.
Contoh gambut yang setara dengan 2 g kering oven 105 oC dan 2 ml air gambut
dimasukkan ke dalam tabung sentrifusi. Sebagai pengatur kekuatan ionik
ditambahkan larutan elektrolit 15 ml 0,02 M CaCl2 kemudian diberikan larutan
kation Al dalam bentuk AlCl3. 6H2O. Dosis bervariasi dari yang terendah hingga tertinggi. Selanjutnya ditambahkah 2 tetes toluol untuk menghambat aktivitas jasad mikro agar tidak terjadi mobilisasi unsur logam. Setiap perlakuan dibuat 2 ulangan. Setiap hari seluruh tabung dikocok dua kali (masing-masing 30 menit) dengan beda waktu antara pengocokan pagi dan sore antara 6 – 8 jam. Setelah pengocokan terakhir, suspensi gambut disaring dengan kertas saring dan filtratnya dimasukkan ke dalam tabung film.
Pengamatan
Konsentrasi Al diukur dengan AAS. Data hasil pengukuran Al dilakukan analisis regresi dengan model persamaan keseimbangan Langmuir yang dilinearkan :
78
Keterangan :
x/m = jumlah kation tererap per satuan bobot bahan gambut (µg/g )
K = konstanta yang menggambarkan kekuatan ikatan kation pada
gambut ( ml/µg )
B = erapan maksimum ( µg/g )
C = konsentrasi kation dalam larutan dalam keadaan
keseimbangan ( µg/ml )
Dengan menghubungkan C/(x/m) sebagai sumbu y dan C sebagai sumbu x akan diperoleh nilai k (intersep) dan b (gradien). Erapan maksimum merupakan resiprokal dari nilai gradien 1/b. Analisis erapan berdasarkan kurva Langmuir diuraikan sbb:
1. Menghitung nilai C, yaitu konsentrasi kation dalam keadaan setimbang
( µg/ml )
2. Menghitung nilai x/m, yaitu jumlah kation tererap tiap bobot gambut
( µg/g )
3. Menghitung nilai C/x/m
4. Menyebarkan nilai C/x/m dalam sumbu y dan C dalam sumbu x
5. Menyebarkan nilai x/m dalam sumbu y dan C dalam sumbu x
6. Membuat regresi linear antara C/x/m dan nilai C serta antara nilai x/m
dengan nilai konsentrasi (C)
7. Dari garfik linear tersebut diperoleh nilai koefisien determinasi R2, erapan
maksimum (b), nilai konstanta Langmuir.
Hasil dan Pembahasan
Kurva erapan Langmuir. Data pengukuran konsentrasi keseimbangan (C) kation Al disajikan pada Lampiran 7. Seluruh parameter diperoleh dengan menggunakan model linear Langmuir yaitu : C/(x/m) = 1/(kb) + (1/b) C. Kurva erapan kation Al gambut ditampilkan pada Gambar 18 dan air gambut pada Gambar 19. Kurva tersebut menunjukkan jumlah kation yang tererap persatuan bobot gambut dan air gambut (x/m) terhadap konsentrasi keseimbangan kation
79
dalam larutan (C). Terlihat bahwa kurva yang diperoleh dari erapan kation Al berbentuk hiperbolik-reaktanguler yang merupakan bentuk kurva erapan Langmuir yang ideal.
Gambar 18. Kurva erapan kation Al3+ pada gambut berdasarkan analisis satu
tapak erapan y = -0,035x2+ 27,43x + 294,5 R² = 0,971 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 50 100 150 200 250 300 x/m ( µ g/g ) C (µg/ml) y = 0,000x + 0,009 R² = 0,879 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0 50 100 150 200 250 300 C /(x/m ) (g /ml) C (µg/ml)
80
Gambar 19. Kurva erapan kation Al3+ pada air gambut berdasarkan analisis satu
tapak erapan.
Erapan suatu bahan terlarut (solute) dalam suatu sistem larutan oleh
bahan aktif gambut dapat dijelaskan dengan empat tipe (model) isoterm erapan y = ‐0,266x2+ 23,34x + 13,46 R² = 0,989 0 100 200 300 400 500 600 0 10 20 30 40 x/m ( µ g/ g) C (µg/ml) y = 16,94x + 26,10 R² = 0,996 0 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 40 C/ (x/ m ) (g/ml) C (µg/ml)
81
berdasarkan kemiringan kurva erapan tahap awal (Giles dalam Stevenson, 1982)
yaitu sbb :
Tipe L : Tipe ini merupakan model yang paling umum. Model ini
menjelaskan keadaan erapan dimana bahan aktif gambut (asam-asam organik) mempunyai afinitas yang tinggi terhadap bahan terlarut (kation). Pada tahap awal isoterm erapan, apabila tapak-tapak erapan gambut tersebut telah banyak ditempati, molekul-molekul bahan terlarut makin sulit untuk menduduki tapak-tapak erapan yang masih tersedia.
Tipe S : Model ini terjadi apabila bahan aktif gambut mempunyai afinitas
yang tinggi terhadap bahan pelarut (solvent) misalnya air. Model kurva ini menggambarkan laju bahan terlarut yang tererap pada tahap awal isoterm lebih lambat dengan semakin meningkatnya konsentrasi fase terlarut dalam keadaan keseimbangan dan menunjukkan pula bahan pelarut mampu bersaing dengan bahan terlarut untuk menduduki tapak-tapak erapan
Tipe C : Model ini dicirikan oleh constant partition antara bahan terlarut
(kation) dan bahan aktif gambut untuk mencapai erapan maksimum yang mungkin akan terjadi. Keadaan ini dapat terjadi apabila tapak-tapak erapan reaktif baru masih cukup banyak tersedia.
Tipe H : Model ini menjelaskan keadaan erapan di mana bahan terlarut
mempunyai afinitas yang sangat tinggi terhadap bahan aktif Gambar 20. Model erapan bahan terlarut dalam suatu sistem larutan
82
gambut. Umumnya model isoterm erapan ini jarang terjadi.
Koefisien determinasi (R2). Persamaan linear erapan Al pada contoh
gambut yang diteliti memiliki nilai R2 ≥ 0.879, sedangkan persamaan linear
erapan Al pada contoh air gambut adalah R2≥ 0.996. Hal ini menunjukkan bahwa
model linear erapan Langmuir dengan sah (baik) dapat menjelaskan fenomena erapan kation Al pada gambut dan air gambut dari Berengbengkel Kalimantan Tengah.
Erapan maksimum (b). Nilai erapan maksimum (b) kation Al3+ pada gambut adalah 5000 µg/g dan air gambut 909 µg/g. Hasil penelitian Ferhi (1997)
menyebutkan bahwa erapan maksimum Al3+ gambut Berengbengkel dengan
tingkat dekomposisi fibrik sebesar 6209 µg/g, hemik 4652 µg/g dan saprik 2577 µg/g. Sementara hasil penelitian Rachim (1995) pada tanah gambut Air Sugihan Sumatera Selatan menunjukkan bahwa erapan kation mengikuti pola
Al3+>Fe3+>Cu2+, dengan erapan maksimum berturut-turut sebesar 12611 µg/g,
12319 µg/g dan 15537 µg/g. Akan tetapi, menurut Saragih (1996), di antara tujuh
kation yang dicobakan pada tanah gambut Jambi, kapasitas erapan Fe3+ adalah
yang paling kuat. Urutan kestabilan kompleks kation-kation-organik adalah
sebagai berikut : Fe3+>Fe2+>Al3+>Cu2+>Ca2+>Mn2+>Zn2+. Erapan maksimum
untuk Al3+ adalah 4500 µg/g.
Faktor-faktor yang mempengaruhi erapan maksimum antara lain : luas permukaan, kandungan liat, mineralogi liat dan kadar BO (Murali dan Alymore, 1983) dan komponen penyusun bahan, terutama lignin pada gambut (Stevenson, 1982). Kandungan lignin dan KTK akan berkorelasi positif dengan tapak pertukaran kation pada proses erapan. Hal itulah yang menyebabkan rendahnya erapan maksimum air gambut dibandingkan bahan gambut, dikarenakan sedikitnya bahan gambut yang terdapat pada air gambut.
Konstanta Langmuir (k). Konstanta Langmuir (k) menggambarkan kekuatan energi ikatan terterap pada tapak reaktif yang terdapat dalam gambut sebagaimana diasumsikan bahwa ikatan ini adalah konstan. Walaupun tidak berhubungan langsung dengan konstanta stabilitas (K), namun konstanta
83
Langmuir (k) mampu menjelaskan tingkat ikatan kation dengan asam-asam organik dalam gambut.
Nilai k Al3+ pada gambut yang diteliti adalah 0.021 sedangkan pada air
gambut 0.042. Hasil penelitian Ferhi (1997) menunjukkan bahwa nilai konstanta Langmuir (k) gambut Berengbengkel adalah 0.0132 – 0.0599 dengan tingkat dekomposisi dari fibrik hingga saprik. Menurut Stevenson (1982) stabilitas kompleks kation-organik ditentukan oleh : pH, karakteristik dan konsentrasi kation, jumlah atom ligan yang membentuk ikatan dengan kation dan jumlah dan bentuk struktur cincin yang dihasilkan.
Kebutuhan bahan amelioran. Perhitungan kebutuhan gambut dan air
gambut sebagai bahan amelioran yang didasarkan pada erapan maksimum Al3+
dilakukan dengan maksud untuk menentukan jumlah gambut dan air gambut yang harus diberikan. Jumlah gambut dan air gambut tersebut akan digunakan untuk percobaan polibag di rumah kaca. Setelah dihitung berdasarkan erapan maksimum
Al3+ gambut dan air gambut, maka jumlah kebutuhan gambut adalah 5 g/kg
(100% erapan maksimum Al3+ gambut); 3.75 g/kg (75% erapan maksimum Al3+
gambut); 2.5 g/kg (50% erapan maksimum Al3+ gambut); 1.25 g/kg (25% erapan
maksimum Al3+ gambut); 0 g/kg (0% erapan maksimum Al3+ gambut). Nilai
tersebut setara dengan 3 ton/ha (100% erapan maksimum), 2.25 ton/ha (75% erapan maksimum), 1.50 ton/ha (50% erapan maksimum), 0.75 ton/ha (25% erapan maksimum) dan 0 ton/ha (0% erapan maksimum).
Kebutuhan air gambut setelah disetarakan dengan kandungan asam fulvat dan humat adalah 2.4 liter/kg tanah (100% erapan maksimum), 1.8 liter/kg (75% erapan maksimum), 1.25 liter/kg tanah (50% erapan maksimum), 0.6 liter/kg tanah (25% 3erapan maksimum), dan 0 liter/kg tanah (0% erapan maksimum). Pemberian air gambut dilakukan 8 kali selama musim tanam sesuai perlakuan. Nilai tersebut setara dengan 4800000 liter/ha (100% erapan maksimum
Al3+ air gambut); 3600000 liter/ha (75% erapan maksimum Al3+ air gambut);
2400000 liter/ha (50% erapan maksimum Al3+ air gambut); 1200000 liter/ha (25%
erapan maksimum Al3+ air gambut); dan 0 liter/ha (0% erapan maksimum Al3+ air
84
Simpulan
1. Kurva erapan kation Al3+ menghasilkan koefisien determinasi (R2) 0.879 pada
gambut dan 0.996 pada air gambut, yang menunjukkan bahwa model erapan Langmuir yang digunakan mampu menjelaskan dengan baik fenomena erapan
kation Al3+ pada gambut dan air gambut Berengbengkel Kalimantan Tengah.
2. Erapan maksimum gambut sebesar 5000 µg/g, sementara erapan maksimum
kation Al3+ pada air gambut sebesar 909 µg/g. Konstanta stabilitas kompleks
Al3+ pada gambut sebesar 0.021 sementara pada air gambut sebesar 0.042.
3. Kebutuhan bahan amelioran gambut adalah sebesar 3; 2.25; 1.5; 0.75; 0
ton/ha, sedangkan kebututuhan air gambut sebesar 2.4; 1.8; 1.25; 0.6; 0
liter/kg tanah mineral (100; 75; 50; 25; dan 0 % dari erapan maksimum Al3+)
pada gambut dan air gambut.
Daftar Pustaka
Ferhi DA. 1997. Karakteristik erapan kation Fe (III) dan Al pada tiga tingkat dekomposisi tanah gambut di Kalimantan Tengah. [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, Departemen Tanah. Fakultas Pertanian
Murali V, Alymore LAG. 1983. Competitive adsorption during solute transport in
soils : 2. Simulation of competitive adsorption. Soil Sci. 135(4) : 203 –
213
Rachim A. 1995. Penggunaan kation-kation polivalen dalam kaitannya dengan ketersediaan fosfat untuk meningkatkan produksi jagung pada tanah gambut. [disertasi]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Saragih ES. 1996. Pengendalian asam-asam fenolat meracun dengan penambahan Fe (III) pada tanah gambut dari Jambi, Sumatra. [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor.
Sparks DL. 1995. Environmental Soil Chemistry. Tokyo : Academic Press.
Stevenson FJ. 1982. Humus Chemistry, Genesis, Composition, Reactions. New
York : John Wiley & Sons Inc.
Tan KH. 1991. Dasar-dasar Kimia Tanah. Goenadi DH, Radjaguguk B,
Penerjemah. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Terjemahan dari: Principles of Soil Chemistry.
Widjaya-Adhi IPG, Silva JA, Fox RL. 1990. Assessment of external P
requirement of maize on Paleudults and Eutrostox. Pemberitaan
85