1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang dan Permasalahan
Degradasi lahan telah menjadi isu global utama yang penting dan menjadi agenda internasional di masa depan karena dampak yang merugikan pada produktifitas agronomi, kualitas lingkungan, dan pengaruhnya terhadap ketahanan pangan dan kualitas hidup (Eswaran et al., 2001). Degradasi tanah dari kegiatan pertanian menyebabkan produksi pangan manusia dan keadaan lingkungan menjadi perhatian serius dibandingkan sebelumnya (Duran Zuazo and Rodriguez Pleguezuelo, 2008). Menurut Badan Ketahanan Pangan, permasalahan ketahanan pangan akan berjalan seiring dengan adanya permasalahan pertanian, dan pembangunan ketahanan pangan tidak akan dapat dilakukan dengan mengabaikan pembangunan sektor pertanian (Anonim, 2006). Data dari Kementrian Kesehatan menjabarkan keadaan gizi buruk balita pada tahun 2010 sebesar 17,9% dan pada tahun 2013 sebesar 19,6% atau setara dengan 4.646.933 balita (Anonim, 2015). Data FAO mengemukakan sejak tahun 2010-2012 gizi buruk dialami 870 juta penduduk dunia yang sedang berjuang melawan kelaparan (Anonim, 2012). Kondisi ini disebabkan oleh ketahanan pangan suatu negara sangat rendah dan permintaan terhadap produksi pangan yang tidak tercukupi. Bumi mengalami perubahan iklim yang ekstrim sehingga menyebabkan lahan pertanian rusak. Perubahan iklim disebabkan oleh kenaikan konsentrasi gas-gas rumah kaca yang berasal dari aktivitas manusia berlangsung tanpa batasan (Anonim, 1996) baik secara langsung dan tidak langsung mengubah komposisi gas-gas rumah kaca pada atmosfer global selama periode waktu tertentu. Emisi-emisi gas rumah kaca di seluruh dunia telah meningkat tajam sejak tahun 1945, dengan peningkatan yang mutlak dari emisi karbon dioksida (CO2) terjadi pada tahun 2004 (Anonim,
Gambar 1.1 Sumber gas-gas rumah kaca dari berbagai sektor pada tahun 2004 (IPCC, 2007)
Permasalahan lainnya adalah bahan organik secara bertahap menipis dan intensitas dari pengolahan lahan meningkatkan laju dekomposisi (Montemurro et
al., 2007). Madari et al. (2005) menyatakan bahwa gangguan tanah cenderung
menstimulasi penurunan karbon tanah melalui laju dekomposisi yang meningkat dan erosi. Kesuburan tanah dan kemampuannya untuk menjalankan fungsi utamanya tergantung pada tingkat bahan organik. Penangkapan karbon (sequestration carbon) merupakan salah satu solusi yang digunakan untuk mengatasi kenaikan konsentrasi karbon dioksida (CO2). Karbon yang tersimpan
dalam tanah lebih banyak dibandingkan di udara dan vegetasi. Senyawa-senyawa humat adalah komponen-komponen utama dari bahan organik dalam tanah dan air serta endapan-endapan geologi seperi sedimen danau, tanah gambut, batu bara coklat dan serpihan (Farquhar et al,. 1993; Ciasis et al., 1997).
Hayes et al. (2010) mengisolasi senyawa-senyawa humat yaitu fraksi humin, asam humat dan asam fulvat dari sampel tanah yang diekstraksi dengan larutan 0,1 M NaOH pada nilai pH yang berbeda. Hasil penelitiannya membawa perubahan pada cara pandang senyawa-senyawa humat bahwa fraksi humin, asam humat dan asam fulvat merupakan asosiasi dari senyawa lipid, lilin, asam lemak berantai panjang, ester, kutin, suberin, karbohidrat dan peptida. Humin terdiri dari komponen-komponen peptida, spesies alifatik, karbohidrat, peptidoglikan dan
3
lignin dengan menggunakan spektrofototometri 1H-NMR untuk analisis sampel larutan (Hayes et al., 2007). Penelitian Hayes et al. memberikan penjelasan yang sangat jelas mengenai senyawa-senyawa humat. Tanah Terra Preta (TP) atau
Amazonian Dark Earth (ADE) adalah tanah hitam yang berasal dari hutan
Amazon dan perwakilan lingkungan Amazon dengan kesuburan tanah yang sangat tinggi. Penelitian tanah TP dengan sampel-sampel tanah yang berbeda di daerah cekungan Amazon oleh Tony et al. (2009) menyimpulkan bahwa tanah tersebut mempunyai kandungan fraksi humin yang dominan dengan fraksi asam humat, dan fraksi asam fulvat pada rasio yang bervariasi walaupun dalam kondisi lingkungan yang tidak memungkinkan. Tanah TP menyediakan suatu model untuk pengembangan teknologi yang disebut biochar yang diklaim akan meningkatkan kesuburan tanah untuk pertanian dan mengurangi perubahan iklim dengan penangkapan karbon dalam tanah (Ernsting and Smolker, 2009; Lehmann, 2007; Marris, 2006). Warna hitam pada TP disebabkan oleh kandungan biochar atau
charcoal yaitu arang hitam yang berasal dari sisa pembakaran biomassa.
Penelitian awal dalam karbonisasi dari limbah pertanian menunjukkan arang (charcoal) dihasilan melalui perlakuan panas secara termal yang menghasilkan turunan biomassa, pupuk yang dapat menyerap bahan-bahan kimia pertanian dan menyediakan penyimpanan karbon dalam jangka panjang (Kimberly et al., 2009). Model tanah TP dan model humus Hayes menjadi acuan dalam pembuatan humus sintetis untuk mengembalikan kesuburan tanah dengan memperkaya karbon organik di dalam tanah melalui pendekatan molekular tanpa menunggu secara alamiah proses humifikasi yang membutuhkan waktu yang cukup lama (Kuncaka, 2013). Humus sintetis dibuat melalui konsep New Road of Synthetic Humification yang menggabungkan konsep Terra Preta dan humus Hayes untuk tujuan menciptakan fraksi-fraksi senyawa humat yang stabil. Penelitian ini akan mengkaji cara menentukan kadar fraksi-fraksi senyawa humat dalam CRH (Carbonized Rice Husk) dan humus sintetis dengan metode isolasi IHSS (International Humic Substances Society) yang dimodifikasi dan untuk mengkarakterisasi CRH dan humus sintetis dengan menggunakan instrumen
spektrofotometri FT-IR dan 13C-NMR padat untuk mempelajari asosiasi-asosiasi yang terjad di dalam humus sintetis..
I.2 Tujuan Penelitian
Berdasarkan permasalahan yang telah disebutkan maka penelitian ini bertujuan:
1. Menganalisis fraksi humin, asam humat dan asam fulvat secara kuantitatif dengan menggunakan metode IHSS yang dimodifikasi pada CRH dan humus sintetis.
2. Menganalisis fraksi humin, asam humat dan asam fulvat secara kualitatif dengan menggunakan spektrofotometri FT-IR dan 13C-NMR padat untuk
mengelusidasi struktur dari fraksi humin sintetis.
3. Mempelajari karakterisasi sifat pada CRH dan humus sintetis berdasarkan karakterisasi spektra FT-IR fraksi humin, asam humat dan asam fulvat dan strukur fraksi humin sintetis pada spektra 13C-NMR padat.
I.3 Manfaat Penelitian
Penelitian konsep humus Hayes dapat dijadikan sebagai konsep baru New
Road of Synthetic Humification yang menggabungkan konsep Terra Preta atau Anthropogenic Dark Earth dan humus Hayes untuk menciptakan suatu humus
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN PERUMUSAN HIPOTESIS
II.1 Tinjauan Pustaka
II.1.1 Bahan organik tanah dan humus
Tanah yang kadar bahan organiknya tinggi menghasilkan hasil panen yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh fungsi utama dari bahan organik tanah sebagai penyedia utama nutrisi dan energi untuk mikroba, kemampuan mengikat air, meningkatkan perkembangan akar, agregasi tanah, penyerapan air dan penggunan air yang efisiensi (Obreza et al., 1989; Cooper et al., 1998; Unsal & Ok; 2001; Mayhew, 2004). Bahan organik tanah terdiri dari akumulasi tanaman dan hewan yang sebagian hancur dan terdekomposisi dan senyawa-senyawa organik lainnya yang disintesis oleh mikroba-mikroba tanah sehingga pembusukan terjadi (Brady, 1990). Humifikasi adalah suatu proses stabilisasi untuk bahan organik yang mati. Knabner (2002) mendeskripsikan proses tersebut yaitu senyawa-senyawa yang disintesis dari sel-sel tanaman dan hewan sepanjang degradasi dari bahan organik yang telah mati dalam pembentukan senyawa-senyawa humat. Perkembangan dari struktur-struktur humat adalah suatu proses yang bergantung pada waktu dan lambat yang dengan cepat residu karbon organiknya menjadi resistan terhadap dekomposisi dan berubah menjadi humus (Stevenson, 1994).
II.1.2 Senyawa-senyawa humat
Menurut Stevenson (1994), senyawa-senyawa humat berdasarkan definisi klasik dibentuk melalui reaksi sekunder hasil proses pembusukan dan transformasi dari biomolekul-biomolekul tanaman-tanaman dan organisme-organisme mati lainnya. Senyawa-senyawa humat secara luas dikenali sebagai fraksi-fraksi penting dari bahan organik tanah karena memiliki beberapa fungsi-fungsi dasar yaitu regulasi ketersediaan hara, interaksi dengan partikel-partikel mineral dan imobilisasi dari senyawa-senyawa beracun (Ceccanti & Garcia, 1994). Suatu karakteristik yang khusus dari senyawa-senyawa humat adalah
kapasitas untuk menunjukkan perubahan yang spontan dalam keadaan konformasi dan agregasi sebagai suatu fungsi dari kondisi larutan, seperti kekuatan ionik dan pH (Senesi, 1999). Beberapa penulis mendefinisikann senyawa-senyawa humat sebagai ”polimer acak”, makromolekul amorf yang dibentuk dari bangunan dasar poli aromatik yang dijembatani satu sama lainnya dengan rantai ester, eter dan karbon dan membawa proporsi yang bervariasi dari golongan karboksil, hidroksil, amino dan hidrofilik (Andreux, 1996).
Penulis lain mendukung teori baru yang mempertimbangkan senyawa-senyawa-senyawa humat sebagai suatu supramolekul dari asosiasi molekul-molekul heterogen yang terikat bersama melalui interaksi hidrofobik (van der Waals, π-π, ion dipol) dan ikatan hidrogen (Piccolo, 2001; Sutton & Sposito, 2005). Sudut pandang yang tepat dan benar mengenai konformasi struktur senyawa-senyawa humat dapat membantu untuk mempelajari kesuburan tanah yang dinilai melalui cara pandang molekular. Pertama, senyawa-senyawa humat dipandang sebagai suatu makromolekular dan konformasi gulungan acak dalam larutan (Swift, 1999). Kedua, senyawa-senyawa humat diusulkan sebagai asosiasi molekular pada molekul-molekul kecil yang relatif diikat bersama dengan gaya interaksi lemah, yang membentuk suatu struktur supramolekul (Piccolo and Conte, 1999). Ketiga, senyawa-senyawa humat dipertimbangkan dalam larutan sebagai misel atau struktur “pseudomicellar” (Wershaw, 1999). Definisi modern senyawa-senyawa humat didefinisikan sebagai asosiasi supramolekul dari senyawa-senyawa dengan berat molekul rendah (Adani et al., 2006; Janos, 2003). Menurut Janos (2003), senyawa-senyawa organik sederhana dan bervariasi dipertimbangkan sebagai unit-unit penyusun (building blocks) struktur komplek senyawa-senyawa humat. Definisi modern senyawa-senyawa humat berdasarkan konsep Hayes (2010) sebagai suatu asosiasi molekul yang salah satu penyusunnya adalah molekul biologi seperti karbohidrat, protein, dan lemak.
II.1.3 Fraksi-fraksi senyawa-senyawa humat
Senyawa-senyawa humat diklasifikasikan berdasarkan kelarutan komponen-komponen di bawah kondisi asam atau basa (Janos, 2003;
Pena-7
Mendez et al., 2005; Stevenson, 1994), fraksi humin adalah fraksi yang tidak larut, fraksi asam humat adalah fraksi yang larut dalam kondisi alkali tetapi tidak larut dalam kondisi dalam asam (umumnya pH < 2) dan fraksi asam fulvat yang larut dalam semua kondisi pH. Senyawa-senyawa humat yaitu fraksi humin, asam humat, dan asam fulvat lebih tahan terhadap degradasi (Bot and Benites 2005; Doyle et al., 2004; Schnitzer and Khan 1978). Fraksi asam fulvat adalah suatu campuran asam-asam organik alifatik dan aromatik lemah yang komposisi dan bentuknya cukup bervariasi (Beznosikov and Lodygin., 2009; Shin et al., 1996). Fraksi asam humat didefinisikan sebagai polidisperse karena fitur-fitur kimia yang bervariasi (Lavrik et al., 2004; Schulten et al., 1991; Zavarzina et al., 2008). Fraksi asam humat umumnya memiliki kadar karbon yang lebih besar dan kadar oksigen yang lebih kecil dibandingkan dengan fraksi asam fulvat (MacCarthy et
al., 1990). Fraksi humin umumnya terdiri dari sekitar setengah dari substrat humat
dalam tanah (Stevenson, 1982) dan lebih dari 70% (produk samping) dari bahan organik tanah dalam sedimen yang tidak dapat menjadi batu (Hedges & Keil, 1995), dan dipertimbangkan untuk mempunyai resistansi yang signifikan terhadap transformasi oleh mikroorganisme.
II.1.4 Konsep tanah Terra Petra dan konsep humus Hayes
Song et al. (2008) telah mengisolasi kompoen-komponen senyawa-senyawa humat dari tanah TP. Sampel tanah dibagi menjadi dua sampel dengan perlakuan yang berbeda. Sampel pertama diekstraksi dengan larutan 0,1 M NaOH pada pH 7; 10,6 dan 12,6 dan dengan larutan 0,1 M NaOH + 6 M urea. Sampel selanjutnya difraksinasi sesuai prosedur yang direkomendasikan oleh IHSS. Fraksi humin diberi perlakuan dengan penambahan DMSO + 6% H2SO4.
Fraksi-fraksi humat dikarakterisasi dengan 13C-NMR padat. Data fraksi humin mengacu pada suatu campuran dari komponen-komponen asam humat dan asam fulvat yang kemungkinan terperangkap di dalam atau yang terasosiasi dengan ikatan-ikatan non kovalen, di inti humat/humin. Data spektra dari Gambar II.1 mendukung teori supramolekul yang diusulkan oleh Piccolo (2001) dan Hayes (2010) yaitu senyawa-senyawa humat yang terdiri dari fraksi humin, asam humat
dan asam fulvat dianggap sebagai asosiasi-asosiasi dari molekul-moleul heterogen yang tersusun dengan sendirinya dan berukuran relatif kecil yang diturunkan dari degradasi dan dekomposisi biomasa.
Gambar II.1 Hasil analisis 13C-NMR padat dari tanah ADE yaitu fraksi humin,
asam humat, dan asam fulvat. Sampel pertama berdasarkan metode klasik dan sampel kedua berdasarkan metode IHSS ( Song et al , 2008)
Intensitas yang dominan pada fraksi asam humat, asam fulvat, dan arang kasar ditunjukkan pada pergeseran kimia 110 hingga 156 ppm yang merupakan daerah senyawa aromatik C yang terkondensasi dengan defisiensi hidrogen. Pergeseran kimia fraksi asam humat dan asam fulvat dalam larutan basa menunjukkan keberadaan gugus karboksil (COO-) dari inti aromatik yang terkondensasi pada 169-171 ppm. Sampel arang kasar terdiri dari komponen unit-unit lignin (pergeseran kimia pada 55, 148, dan 153 ppm). Komponen seluosa berada pada pergeseran kimia 63, 73, 83, 89, 104 ppm dan karbon hitam dengan intensitas kuat dari gugus aromatik karbon pada 130 ppm. Keberadaan arang kasar mewakili sinyal-sinyal dari bagian-bagian tanaman yang tidak berubah, karbon hitam dan komponen-komponen alifatik. Pada spektra fraksi asam humat dengan perlakuan basa/urea dan humin dengan perlakuan DMSO terdapat puncak dominan dari gugus alifatik (kristalin polimetilen karbon pada 33 ppm dan amorf
9
polimetilen pada 30 ppm). Bila dibandingkan dengan humin DMSO, humin sebelum dan sesudah ekstraksi DMSO/H2SO4 sangat serupa yang terdiri dari
komponen-komponen karbon hitam yang terkondensasi, protein, karbohidrat yang terperangkap dalam matrik humat atau yang secara fisik terlindungi oleh asosiasi yang mendalam dengan tanah liat (Song et al., 2008). Hal ini menunjukkan bahwa senyawa-senyawa humat bukanlah suatu makromolekul yang besar seperti pada definisi tradisional, namun merupakan suatu asosiasi molekul yang salah satu penyusunnya adalah molekul biologi seperti karbohidrat, protein, dan lemak. Hayes et al. (2010) memberikan model senyawa-senyawa humat tanah yang membandingkan antara konsep tradisional dan konsep baru pada gambar II.2.
Gambar II.2 Konsep tradisional model senyawa-senyawa humat sebagai makromolekul acak melingkar (A). Konsep baru model senyawa-senyawa humat sebagai asosiasi molekul-molekul dengan berat molekul penyusun relatif rendah dan membentuk agregat (B). Gambar berwarna merah menunjukkan keberadaan kation logam, warna hitam menunjukkan polisakarida, warna biru menunjukkan polipeptida, warna hijau menunjukkan rantai alifatik, dan warna cokelat menunjukkan fragmen lignin aromatis (konsep Hayes) (Hayes et al., 2010)
Penelitian yang dilakukan Song et al. memberikan gambaran bahwa senyawa-senyawa humat bukan suatu makromolekul yang besar namun merupakan suatu asosiasi molekul yang salah satu penyusunnya adalah molekul biologi seperti karbohidrat, peptida, dan lipid membentuk suatu supramolekul. Berdasarkan penelitian-penelitian dari para ahli dapat disimpulkan bahwa
senyawa-senyawa humat memiliki tiga fraksi yaitu fraksi humin, asam humat, dan asam fulvat yang komponen penyusunnya merupakan asosiasi-asosiasi dari molekul sebagai penyusun dasar berupa senyawa karbohidrat, protein, lipid, asam amino, dan senyawa turunannya.
II.1.5 Proses pirolisis
Biochar diproduksi melalui dekomposisi panas bahan organik dengan persediaan oksigen yang terbatas (O2), dan temperatur yang relaif rendah
(<700oC) (Kuhlbusch and Crutzen, 1995). Biochar mempunyai kadar karbon (C) yang tinggi, yang umumnya terdiri dari senyawa-senyawa aromatik dengan ciri khas cincin-cincin atom karbon yang terikat bersama tanpa oksigen (O) atau hidrogen (H). Salah satu perkembangan yang relatif baru, berkembang dalam hubungannya dengan manajemen tanah dan masalah penyerapan karbon (Lehmann et al., 2006).
Gambar II.3 Tanah pada gambar kiri adalah Terra Preta de Indio (TPI) sedangkan gambar kanan merupakan tanah non-Terra Preta (Lehmann, 2006) Penggunaan biochar pertama kali dilakukan 2000 tahun lalu. Lembah Amazon sebagai bukti penggunaan ekstensif dari biochar yang dapat ditemukan di Terra Preta dan Terra Mulata, yang dibuat oleh budaya asli (O’Neil et al., 2009). Berdasarkan jumlah besar biochar yang dicampurkan ke dalam tanah, wilayah ini masih tetap sangat subur, meskipun berabad-abad dari pelepasan (leaching) dari hujan tropis lebat.
11
II.1.6 Karbonisasi hidrotermal parsial
Menurut Yoshimura dan Byrappa (2008), proses hidrotermal dapat didefinisikan sebagai setiap reaksi kimia yang homogen dan heterogen dengan adanya pelarut (baik dalam kondisi mengandung air atau tidak) di atas suhu kamar dan pada tekanan lebih besar dari 1 atm dalam sistem tertutup. Perlakuan hidrotermal dari biomasa pada suhu di kisaran 100-374o C menghasilkan senyawa-senyawa organik yang larut dalam air dan produk padat yang kaya akan karbon, umumnya diketahui sebagai hidrochar (Sevilla and Fuertes, 2009).
Gambar II.4. Reaksi kabohidrat (a) menghasilkan senyawa
hydroxymethylfurfural (HMF) (b) (Antonietti., 2006)
Hidrotermal karbonisasi tidak hanya menghasilkan bahan bakar padat untuk digunakan atau konversi berikutnya, tetapi juga produk-produk potensial lainnya yang bernilai tinggi. Glukosa, diantara gula sederhana lainnya, dan 5-HMF dapat diendapkan dalam jumlah yang signifikan. Asam-asam yang volatil juga dihasilkan seperti asam format dan asam laktat. (Yan et al., 2010). Karbonisasi hidrotermal parsial menyisakan sisa-sisa poultry manure yang tidak terarangkan sempurna dalam bentuk karbohidrat, protein, lemak dan berbagai macam logam (Kuncaka, 2014).
Gambar II.5. Skema perbandingan energi dari HTC dengan metode konversi biomasa lainnya (Titrici et al., 2007)
Secara teoritis 15% dari energi yang tersimpan dalam biomasa hilang ketika karbohidrat dikonversi menjadi alkohol, sebagai contohnya, dan dua dari enam karbon dilepaskan sebagai CO2, menghasilkan suatu efisiensi karbon 60%.
Efisiensi konversi karbon dapat didefinisikan sebagai jumlah karbon yang diturunkan dari biomasa yang masih tetap terkait dengan produk akhir. Konversi anaerobik kehilangan energi sekitar 18% dan karbon yang dilepaskan sebagai CO2
sebanyak 50%. Pada proses karbonisasi hidrotermal, efisiensi karbon sangat mendekati 100%, yaitu hampir karbon dari biomasa diubah menjadi bahan yang dikarbonisasi tanpa menghasilkan CO dan CO2 (Titirici et al., 2007).
II.1.7 Pengaruh biochar dan hidrochar pada lingkungan
Bahan berkarbonisasi dapat menjadi solusi yang mungkin untuk menangani perubahan iklim melalui penyerapan karbon tanah, bahan berkarbonisasi dapat digunakan sebagai amandemen tanah untuk meningkatkan struktur tanah dan ketersediaan unsur hara (Chan et al., 2007, 2008; Lehmann and Joseph, 2009). Kegunaan biochar sebagai penyubur tanah (soil amandement) dapat meningkatkan kesuburan tanah dan meningkatkan kualitas tanah dengan menaikkan pH tanah, kapasitas mengikat gugus-gugus, menarik lebih keuntungan
13
mikroba dan jamur, meningkatkan kapasitas pertukaran kation dan mempertahankan unsur-unsur hara dalam tanah (Lehmann et al., 2006; Lehmann, 2007). Keuntungan yang lain dari biochar sebagai suatu penyubur tanah (soil amendement) adalah kemampuan untuk menangkap karbon dari tempat penampung atmosfer-biosfer dan memindahkannya ke tanah (Winsley, 2007; Gaunt and Lehmann, 2008; Laird, 2008). Studi sebelumnya mengindikasikan suatu strategi bioenergi yang melibatkan penggunaan biochar dalam tanah tidak hanya mengarah pada penangkapan CO2 yang bersih (Woofl et al., 2010) tetapi
juga dapat mengurangi emisi-emisi dari gas-gas rumah kaca yang berpotensial seperti N2O dan CH4 (Spokas et al., 2009). Penelitian terbaru dari hidrochar yaitu
pengujiannya sebagai kondisioner tanah dan imobilisasi logam berat (Abel et al., 2013; Wagner and Kaupenjohann, 2014).
Kammann et al. (2012) melaporkan bahwa emisi N2O berkurang dengan
menambahkan hidrochar setelah pemupukan nitrogen ditambahkan. Beberapa pendekatan telah diambil untuk memberikan perkiraan pertama dari skala besar potensi penyerapan biochar untuk mengurangi CO2 di atmosfer (Lehmann et al.,
2006; Lehmann, 2007b; Laird, 2008). Implementasi hidrochar dan biochar terhadap tanah dapat mengurangi konsentrasi meningkatnya CO2 di atmosfer
(Lehmann, 2007b; Laird, 2008; Sohi et al., 2010), dan meningkatkan penyerapan karbon melalui pembentukan penyerapan karbon yang berkelanjutan (Lehmann et
al., 2006; Lehmann, 2007 a; Atkinson et al., 2010; Sohi et al., 2010; Enders et al.,
2012). Biochar dan hidrochar sebgai inang humus yang waktu pergantiannya (turn
over) atau waktu tinggalnya di dalam tanah (resident time) lebih lama.
II.2 Perumusan Hipotesis dan Rancangan Penelitian
II.2.1 Perumusan hipotesis
Hayes et al. (2010) memberikan model baru senyawa-senyawa humat sebagai suatu asosiasi molekul yang salah satu penyusunnya adalah molekul biologi seperti karbohidrat, protein, lemak dan berbagai macam logam. Humus sintetis dibuat dengan menggabungkan konsep Terra Preta dan humus Hayes untuk tujuan menciptakan suatu fraksi-fraksi senyawa humat yang stabil.
Hipotesis 1:
Jika konsep humus Hayes mengenai senyawa-senyawa humat pada tanah terdiri dari fraksi humin, asam humat dan asam fulvat maka analisis kuantitatif humus sintetis dan CRH menghasilkan fraksi humin, asam humat dan asam fulvat yang %fraksi-fraksi humus sintetis seharusnya lebih rendah dibandingkan CRH akibat asosiasi-asosiasi inang (hasil reaksi CRH dan HMF) yang terjadi dengan sisa residu karbonisasi hidrotermal parsial berupa karbohidrat, protein, lemak dan berbagai macam logam (konsep humus Hayes).
Humus sintetis terdiri dari suatu model tanah Terra Preta yang mengandung biochar diadopsi kerangka struktur kluster-kluster yang ada dalam biochar. Salah satu struktur kluster yang terdapat dalam biochar adalah kluster aromatik yang dihasilkan dari CRH yang berikatan dengan HMF dari poultry
manure melalui reaksi karbonisasi hidrotermal secara parsial untuk membentuk
suatu inang. Inang yang terbentuk berikatan dengan komponen-komponen karbohidrat, protein, lemak, dan berbagai macam logam membentuk suatu fraksi humin, fraksi asam humat dan fraksi asam fulvat yang stabil (Kuncaka, 2014). Hipotesis 2:
Jika fraksi humin, asam humat dan asam fulva (konsep Hayes) merupakan asosiasi-asosiasi (membentuk supramolekul) maka karakterisasi humus sintetis akan mempunyai puncak-puncak spektra FT-IR yang khas seperti konsep Hayes berupa gugus-gugus penyusun karbohidrat, protein, lemak dan berbagai macam logam dan diperkuat keberadaan gugus-gugus
penyusun kluster CRH (dalam inang) pada spektra 13C-NMR padat fraksi
humin sintetis sesuai konsep Terra Preta. II.2.2 Rancangan penelitian
Dari hipotesis yang telah dibuat, selanjutnya dibuat rancangan penelitian untuk membuktikan secara eksperimental. Untuk mengidentifikasi fraksi humin, asam humat dan asam fulvat dengan analisis kuantitatif dengan metode IHSS. Untuk mengkarakterisasi dan mempelajari komponen-komponen penyususn
15
humus sintetis dengan melakukan analisis kualititatif melalui metode spektrofotometri FT-IR yang berguna untuk mengetahui gugus-gugus fungsi dalam komponen tersebut dan untuk mengelusidasi struktur fraksi humin sintetis menggunakan spektrofotometri 13C-NMR padat.
