K Dapat Dipertukarkan
PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN UMUM SERTA REKOMENDAS
3. Peranan Kation
Perlakuan Na+, NH4+, dan Fe3+ nyata melepaskan K terfiksasi di semua tanah yang diuji (Tabel 17-18). Semua kation tersebut juga nyata mengubah K yang berada di pool Ktdd menjadi Kdd dan Kl di semua tanah yang diuji (Tabel 20-21). Selain itu ketiga kation tersebut nyata meningkatkan ketersediaan K di tanah Alfisol (Tabel 20) dan Vertisol (Tabel 21). Akhirnya kation tersebut mampu meningkatkan bobot tanaman jagung di semua tanah yang dicoba (Tabel 26). Selanjutnya Na+ dan Fe3+ juga nyata meningkatkan jarak basal smektit, sedangkan NH4+ justru menurunkan jarak basal smektit (Gambar 11- 12).
Seperti halnya asam oksalat, Na+, NH4+, dan Fe3+ juga dapat membuat tanaman mampu memanfaatkan K yang tadinya tidak tersedia menjadi tersedia bagi tanaman. Bahkan pengaruh kation lebih nyata dibandingkan asam oksalat terhadap hampir semua peubah yang diuji. Diantara ketiga kation tersebut, Fe3+ paling berpengaruh terhadap hampir semua peubah yang diuji (Lampiran 7-9).
Pemberian ketiga kation tersebut dapat melepaskan K yang berada di semua posisi, yaitu di posisi-p, e, s, c, w, dan i. Pemberian Na+ dan Fe3+ selain dapat melepaskan K yang berada di posisi-p, e, s, c, dan w juga K di posisi-i lepas karena jarak basal smektit meningkat akibat pemberian kedua kation tersebut (Gambar 11-12). Demikian pula NH4+ dapat melepaskan K yang berada di semua posisi meskipun jarak basal smektit menurun. Hal ini disebabkan karena NH4+ dan K+ dapat saling menggantikan tempatnya di posisi-i mineral liat tipe 2:1 (Kilic et al., 1999; Evangelou dan Lumbanradja, 2002).
Berdasarkan uraian di atas maka pemberian Na+, NH
4+, dan Fe3+ dapat mempercepat proses pelepasan (reaksi 2) dan desorpsi (reaksi 4) dari reaksi keseimbangan K di dalam tanah (Gambar 17). Semua reaksi yang terjadi merupakan reaksi pertukaran kation, dimana K+ yang berada di komplek jerapan digantikan oleh Na+, NH4+, atau Fe3+. Ketiga kation tersebut selain berfungsi meningkatkan ketersediaan K tanah juga berfungsi sebagai unsur yang diperlukan tanaman, baik sebagai hara makro (N), hara mikro (Fe), maupun sebagai beneficial element (Na). Pada tanaman rumput-rumputan (misalnya tebu), Na dapat menggantikan sebagian kebutuhan K tanaman (Ismail, 1997).
Mekanisme Pelepasan K Terfiksasi Menjadi Tersedia bagi Tanaman
Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya bahwa pemberian asam oksalat, Na+, NH4+, dan Fe3+ dapat mempercepat reaksi 1 (hancuran), 2 (pelepasan), dan 4 (desorpsi) atau reaksi mengarah ke kanan dari reaksi keseimbangan K dalam tanah (Gambar 17). Reaksi 1 merupakan hancuran mineral primer yang banyak mengandung K menjadi mineral sekunder; reaksi 2 merupakan pelepasan K dari K terfiksasi menjadi Kdd; sedangkan reaksi 4 merupakan desorpsi K dari Kdd menjadi Kl. Tanah-tanah yang diteliti didominasi oleh mineral liat smektit (Tabel 3) yang merupakan mineral sekunder sehingga reaksi yang berpeluang tinggi untuk muncul adalah reaksi pelepasan dan desorpsi, sedangkan reaksi hancuran hampir tidak ada. Setelah reaksi pelepasan dan desorpsi berlangsung maka tanaman akan dengan mudah menyerap K (absorpsi) untuk kebutuhan hidupnya.
1. Desorpsi
Asam oksalat yang dikeluarkan oleh akar tanaman di sekitar rizosfer akan mengalami disosiasi menghasilkan H+ dan HOOCCOO-. Selanjutnya H+ dapat mengusir K
yang berada di permukaan komplek jerapan (Kdd) atau K yang berada di posisi-p dan e sehingga K lepas ke dalam larutan (Kl). Proses tersebut dikenal sebagai proses pertukaran kation (cation exchange) seperti yang disajikan pada Gambar 18. Reaksi pertukaran ini mengakibatkan proses desorpsi terjadi. Proses pertukaran sangat mungkin terjadi karena sesuai dengan deret liotropik, jerapan koloid tanah terhadap H+ > K+ (Tan, 1998). Selain itu juga konsentrasi H+ di rhizosfer lebih tinggi dibandingkan di bulk soil (Marschner, 1997) sehingga berpeluang membebaskan K yang berada pada permukaan komplek jerapan.
Seperti halnya asam oksalat, ternyata Na+, NH4+, dan Fe3+ juga dapat mengusir K yang berada di permukaan komplek jerapan sehingga K lepas ke dalam larutan yang akhirnya proses desorpsi terjadi. Proses pertukaran K+ oleh Fe3+ juga dapat berlangsung karena berdasarkan deret liotropik, jerapan koloid tanah terhadap Fe3+ > K+ (Tan, 1998). Kation lainnya, yaitu Na+ dan NH
4+ meskipun posisinya dalam deret liotropik masing- masing berada disebelah kanan dan sama dengan kation K+ tetapi tetap berpeluang untuk mengusir K pada komplek jerapan asalkan konsentrasi kedua kation tersebut di dalam larutan tanah > K pada komplek jerapan.
Gambar 18. Reaksi Pertukaran K yang Terjerap di Permukaan Koloid dengan Kation Lain (M+).
2. Pelepasan
Pelepasan K dari dalam ruang antar lapisan menuju ke permukaan koloid didahului oleh peningkatan jarak basal smektit (mengembang) sehingga K yang tadinya tertutup menjadi terbuka dan siap untuk melakukan pertukaran. Peningkatan jarak basal ini disebabkan oleh karena ion yang terselimuti molekul air melakukan penetrasi ke dalam ruang antar lapisan mineral smektit dimana besarnya peningkatan jarak basal seiring dengan besar radius hidrasi ion yang masuk (Gambar 19). Asam oksalat, Na+, dan Fe3+ dapat meningkatkan jarak basal smektit (Gambar 11-12) sehingga K+ menjadi terbuka. Meskipun NH4+ tidak meningkatkan jarak basal (Gambar 11-12) tapi kation ini dapat berkompetisi dengan K+ menempati posisi di ruang antar lapisan smektit sehingga K bisa terlepas (Evangelou dan Lumbanraja, 2002).
Pada saat smektit mengembang maka H+, Na+, NH4+, dan Fe3+ masuk ke dalam ruang antar lapisan smektit. Selanjutnya K terfiksasi berpeluang untuk melakukan pertukaran dengan kation-kation tersebut. Pertukaran kation ini menyebabkan K yang tadinya terfiksasi menjadi lepas dan pindah ke permukaan (posisi-p dan e) atau K lepas ke dalam larutan. K yang berada di permukaan dan dalam larutan tanah ini merupakan K
Gambar 19. Proses Pengembangan Mineral Liat Smektit Akibat Penambahan Asam Oksalat dan Kation.
segera tersedia bagi tanaman karena tanaman setiap saat bisa menyerapnya untuk proses metabolisme tubuhnya.
Pelepasan K di dalam tanah sesungguhnya terjadi secara alamiah, antara lain disebabkan oleh adanya eksudat asam organik dari akar tanaman atau dari hasil pelapukan bahan organik (Song dan Huang, 1988). Selain itu pelepasan K juga dapat distimulir oleh adanya penurunan konsentrasi K+ di dalam larutan tanah akibat K diserap oleh tanaman atau tercuci (Rahmatullah dan Mengel, 2000). Bila K diserap tanaman atau tercuci maka keseimbangan K tanah terganggu, yaitu reaksi mengarah ke kanan sehingga proses desorpsi dan pelepasan meningkat.
3. Absorpsi
Proses absorpsi hara ke dalam akar tanaman terjadi melalui 2 tahapan, yaitu tahap pertama adalah pergerakan ion dari tanah ke permukaan akar tanaman dan tahap berikutnya adalah serapan ion (ion uptake). Tahap pertama mengikuti mekanisme difusi, aliran masa, dan intersepsi akar, sedangkan tahap kedua adalah proses serapan ion pasif dan aktif. Jumlah K+ yang bergerak dari koloid tanah menuju permukaan akar melalui difusi sekitar 78%, aliran masa 20%, dan intersepsi akar 2% (Havlin et al., 1999).
Difusi dan aliran masa merupakan pergerakan K yang diawali dari proses pelepasan dan desorpsi sehingga K+ berada dalam larutan dan memungkinkan proses serapan hara berlangsung. Atau dengan kata lain tanaman menyerap K yang berada dalam larutan (Kl) dimana Kl berasal dari Kdd dan K terfiksasi. Sementara itu intersepsi akar adalah akar menyerap K yang berada di permukaan komplek jerapan (Kdd) secara langsung melalui proses getaran (oscillation) (Havlin et al., 1999) seperti yang disajikan pada Gambar 20.
Peranan Asam Oksalat, Na+, NH4+, dan Fe3+ dalam Meningkatkan Produksi Jagung
Data yang tertera pada Tabel 21, 25, dan 26 diringkas dan hasilnya disajikan pada Tabel 28 (Endoaquert Kromik) dan Tabel 29 (Endoaquert Tipik). Data pada Alfisol tidak dibahas karena pengaruh asam oksalat, Na+, NH4+, dan Fe3+ terhadap peubah yang diuji tidak nyata. Pada Endoaquert kromik, asam oksalat 1000 ppm meningkatkan K tersedia dari 155 menjadi 168 mg/kg sehingga kebutuhan pupuk K menurun. Selanjutnya perlakuan tersebut meningkatkan serapan N, P, dan K tanaman jagung. Demikian pula hasil biji kering jagung meningkat dari 4.81 menjadi 5.28 mg/pot (8.9%) akibat pemberian asam oksalat 1000 ppm (Tabel 28).
Perlakuan Na+ dan NH4+ meningkatkan K tersedia sehingga kebutuhan pupuk K menurun pada Endoaquert Kromik. Selanjutnya Na+ meningkatkan serapan K tanaman tapi tidak berpengaruh terhadap hasil biji kering jagung. Perlakuan Fe3+ takaran 125 ppm tidak berpengaruh terhadap K tersedia tanah dan kebutuhan pupuk K tapi serapan N, P, dan K tanaman meningkat. Demikian pula produksi tanaman meningkat dari 10.44 menjadi 11.93 Gambar 20. Mekanisme Pertukaran H+ dari Akar dengan K+ pada Permukaan
g/pot (14.3%) akibat pemberian Fe3+ 125 ppm (Tabel 28). Sementara itu Fe3+ takaran 5000 ppm meningkatkan K tersedia sehingga kebutuhan pupuk K menurun drastis. Namun demikian pemberian Fe3+ dengan takaran tersebut menyebabkan tanaman mati keracunan (data tidak ditunjukkan).
Tabel 28. Pengaruh Asam Oksalat, Na+, NH4+, dan Fe3+ terhadap Hasil Biji Jagung pada Endoaquert Kromik. Serapan hara Biji kering Perlakuan K-tersedia N P K mg/kg ... mg/pot... Asam oksalat (ppm) 0 155 189 9.12 102 4.81 1000 168 234 12.44 135 5.28
Kation (50% jerapan mak)
Kontrol 166 254 12.67 134 6.01 Na+ 171 230 12.38 150 5.73 NH4+ 183 * * * * Besi (ppm) 0 166 442 29.30 227 10.44 125 167 494 39.67 297 11.93 *Perlakuan NH
4 tidak diuji karena confuse dengan pupuk dasar urea.
Tabel 29. Pengaruh Asam Oksalat, Na+, NH4+, dan Fe3+ terhadap Hasil Biji Jagung pada Endoaquert Tipik. Serapan hara Biji kering Perlakuan K-tersedia N P K mg/kg ... mg/pot... Asam oksalat (ppm) 0 142 213 27.17 105 4.59 1000 145 237 34.76 105 5.10
Kation (50% jerapan mak)
Kontrol 135 249 34.21 108 5.45 Na+ 137 244 31.71 113 5.02 NH4+ 152 * * * * Besi (ppm) 0 135 197 21.80 82 4.40 125 135 209 22.40 118 5.03 *Perlakuan NH
4 tidak diuji karena confuse dengan pupuk dasar urea.
Pada Endoaquert Tipik, asam oksalat 1000 ppm tidak meningkatkan K tersedia sehingga tidak berpengaruh terhadap kebutuhan pupuk K. Namun demikian perlakuan
tersebut meningkatkan serapan N dan P tanaman sehingga hasil biji kering jagung meningkat dari 4.59 menjadi 5.10 mg/pot atau meningkat sekitar 11.1% (Tabel 29).
Perlakuan Na+ tidak meningkatkan K tersedia sehingga tidak berpengaruh terhadap kebutuhan pupuk K, serapan N, P, dan K, serta hasil tanaman pada Endoaquert Tipik. Perlakuan NH4+ meningkatkan K tersedia sehingga kebutuhan pupuk K menurun. Perlakuan Fe3+ takaran 125 ppm tidak berpengaruh terhadap K tersedia tanah dan kebutuhan pupuk K tapi serapan N, P, dan K meningkat. Demikian pula produksi tanaman meningkat dari 4.40 menjadi 5.03 g/pot (14.3%) akibat pemberian Fe3+ 125 ppm (Tabel 29). Sementara itu Fe3+ takaran 5000 ppm meningkatkan K tersedia sehingga kebutuhan pupuk menurun drastis. Namun demikian pemberian Fe3+ dengan takaran tersebut menyebabkan tanaman mati keracunan (data tidak ditunjukkan).
Selain aspek ketersediaan K tanah, produksi tanaman jagung juga dipengaruhi oleh ketersediaan N dan P tanah di semua tanah yang diuji. Asam oksalat dan kation dapat berpengaruh terhadap salah satu atau semua peubah tersebut yang pada gilirannya berpengaruh pula terhadap hasil biji kering jagung. Dengan demikian maka peran utama asam oksalat terhadap pertumbuhan jagung adalah selain meningkatkan ketersediaan K tanah sehingga mengurangi kebutuhan K dari pupuk juga memperbaiki ketersediaan N, P, dan K tanah. Selain itu seperti halnya asam organik yang lainnya, asam oksalat juga dapat berperan sebagai zat perangsang tumbuh yang dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman (Bolton et al., 1993).
Demikian pula Na+, NH4+, dan Fe3+ berperan dalam meningkatkan ketersediaan K tanah sehingga mengurangi kebutuhan pupuk K. Selain itu Fe3+ takaran 125 ppm dapat meningkatkan serapan N, P, dan K tanaman sehingga produksi tanaman lebih baik. Demikian pula kation-kation tersebut dapat berperan sebagai hara makro (NH4), mikro (Fe), dan beneficial nutrient (Na) (Marschner, 1997).
Uraian di atas menunjukkan bahwa asam oksalat (1000 ppm) dan Fe3+ (125 ppm) dapat memperbaiki keseimbangan hara tanah dan meningkatkan hasil tanaman. Perlakuan Na+ tidak berpengaruh terhadap peubah tanah maupun tanaman. Perlakuan NH4+ meningkatkan K tersedia dan menurunkan kebutuhan pupuk K di kedua tanah yang diuji tapi responnya terhadap tanaman tidak diuji. Sementara itu Fe3+ (5000 ppm) memang meningkatkan K tersedia dan mengurangi kebutuhan K tapi menyebabkan tanaman mati. Dengan demikian maka tampak bahwa perlakuan asam oksalat (1000 ppm) dan Fe3+ (125 ppm) merupakan perlakuan yang terbaik.
Aplikasi penggunaan asam oksalat untuk meningkatkan ketersediaan K dan hasil tanaman di lapangan sesungguhnya dapat diganti dengan penggunaan tanaman yang banyak menghasilkan eksudat asam organik. Tanaman jagung dapat dipertimbangkan untuk dikembangkan di tanah-tanah yang didominasi smektit karena selain mempunyai nilai ekonomi tinggi juga akarnya dapat menghasilkan eksudat asam oksalat yang tinggi, yakni berkisar antara 3.15-5.93 mg/g BK akar (Tabel 13). Dengan demikian maka peningkatan produktivitas tanah-tanah yang didominasi smektit dapat dilakukan melalui dua pendekatan, yakni perbaikan tanah dan penggunaan varietas tanaman yang tepat. Perbaikan tanah dilakukan melalui selain pengelolaan bahan organik dan N, P, dan K juga hara Fe. Sementara itu tanaman yang dapat menghasilkan eksudat asam organik dan bernilai ekonomi tinggi juga dapat diterapkan di tanah-tanah yang mengandung smektit.
Kesimpulan
1. Sebagian besar K di dalam tanah-tanah yang didominasi mineral liat smektit berada dalam bentuk tidak dapat dipertukarkan sehingga tidak segera tersedia bagi tanaman. Kadar liat, C-organik, smektit dan KTK tanah berpengaruh nyata terhadap ketersediaan
K tanah dimana semakin tinggi nilai keempat peubah tersebut semakin tinggi pula potensi ketersediaan K tanahnya.
2. Asam oksalat merupakan eksudat asam organik paling dominan yang dikeluarkan oleh akar tanaman jagung, yakni berkisar antara 3.15 mg/g BK akar (Wisanggeni) hingga 5.93 mg/g BK akar (CIMMIT 3330).
3. Daya sangga dan jerapan maksimum tanah terhadap kation dari tinggi ke rendah adalah Fe3+ > NH4+ = Na+, sedangkan urutan konstanta energi ikatan adalah Na+ > Fe3+ > NH4+. Daya sangga dan jerapan maksimum terhadap kation tanah Vertisol > Alfisol. 4. Asam oksalat, Na+, NH4+, dan Fe3+ nyata melepaskan K terfiksasi liat, meningkatkan
jarak basal smektit, dan meningkatkan K tersedia di semua tanah yang diuji.
5. Asam oksalat (1000 ppm) meningkatkan K tersedia dan menurunkan kebutuhan pupuk K serta meningkatkan produksi tanaman pada Endoaquert Kromik dan Endoaquert Tipik. Perlakuan Fe3+ (125 ppm) meningkatkan serapan N, P, dan K serta produksi tanaman pada kedua tanah tersebut. Sementara itu NH4+ (85-96 ppm) meningkatkan K tersedia dan menurunkan kebutuhan pupuk K di kedua tanah tersebut.
Rekomendasi
1. Untuk meningkatkan efisiensi pupuk K, tanaman yang dapat mengeluarkan eksudat asam organik tinggi dapat diterapkan pada tanah-tanah yang didominasi smektit. 2. Untuk menduga jumlah asam oksalat yang dikeluarkan akar selama pertumbuhan
jagung maka laju pengeluaran eksudat asam oksalat perlu ditetapkan pada setiap fase pertumbuhan tanaman.