KARAKTERISASI ERAPAN NITRAT PADA TANAH
PERTANIAN LAHAN KERING DI PULAU JAWA
MASRUROH
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK
CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakterisasi Erapan Nitrat pada Pertanian Lahan Kering di Pulau Jawa adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor,
ABSTRAK
MASRUROH. Karakterisasi Erapan Nitrat pada Tanah Pertanian Lahan Kering di Pulau Jawa. Dibimbing oleh ARIEF HARTONO dan SYAIFUL ANWAR.
Penggunaan pupuk urea dan kotoran ternak yang berlebihan oleh petani menyebabkan terjadinya akumulasi ion nitrat pada tanah pertanian. Pengetahuan tentang kemampuan tanah dalam mengerap nitrat menjadi sangat penting dalam kaitan pergerakan nitrat di dalam profil tanah. Tujuan penelitian ini adalah: (1) Karakterisasi sifat-sifat fisiko-kimia tanah pertanian pada lahan kering di pulau jawa. (2) Mencari model terbaik dalam menggambarkan nilai erapan nitrat pada lahan pertanian lahan kering di Pulau Jawa, dan (3) Karakterisasi pola erapan nitrat pada tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa dihubungkan dengan sifat fisiko-kimia yang berbeda. Data erapan nitrat diperoleh dengan menjenuhkan tanah dengan larutan nitrat pada berbagai konsentrasi, setelah sebelumnya tanah dijenuhi dengan ion Cl-.Nitrat dalam larutan supernatan ditetapkan menggunakan UV-VIS Spectrophotometer dengan panjang gelombang 210 nm dan 275 nm. Kemudian, data dianalisis menggunakan tiga persamaan yaitu, persamaan Langmuir, Persamaaan Tempkin, dan persamaan Freundlich. Hasil menunjukkan bahwa Erapan nitrat dapat disimulasikan dengan baik oleh persamaan Freundlich. Nilai erapan maksimum (K) persamaan Freundlich berkorelasi positif dengan total C (r=0.2722), Alo(r=0.4090), Feo (r=0.1610), Alo +1/2 Feo (r=0.4215), Ald (r=0.3385), Fed (r=0.0134), dan Alo+1/2 Feo (r=0.4215) meskipun korelasi yang dihasilkan tidak terlalu nyata, dan berkorelasi negatif dengan klei (r=-0.1920). Sementara nilai n (konstanta) hanya berkorelasi positif dengan total C (r=0.1114).
ABSTRACT
MASRUROH. Chracterization of Nitrate Sorption on Upland Soil in Java Island. Supervised by ARIEF HARTONO dan SYAIFUL ANWAR.
The urea fertilizer and manures were used excessively by farmers. It caused the accumulation of nitrate in Agriculture soils. The knowledge of soil capability to sorb nitrate is very important concerning the nitrate movement in soil profile. The objectives of this research were to (1) Characterization of physico-chemical properties of upland soils in Java island, (2) Finding the best equation to simulate nitrate sorption on upland soils in Java island, and (3) Correlation between physico-chemical properties and parameters of nitrate sorption. Prior to nitrate sorption, the soil was saturated with chloride ion. Afer that, the 2.00 g of soil was equilibrated in 5 ml solution containing 0.005 to 0.2 mol L-1 of KNO3. After equilibrium was reached, nitrate was determined by UV Spectrophotometer with wave length 210 nm and then was corrected with 275 nm for dissolve organic carbon (C). The nitrate sorption data were simulated with Langmuir, Temkin and Freundlich equation. The results showed that the Freundlich equation simulated nitrate sorption better than Langmuir and Temkin. The R2 of equation of Freundlich ranged from 0.87 to 0.99. The nitrate sorption maxima (K) of Freundlich were positively correlated with total C (r=0.27), oxalate-extractable aluminum (Alo) (r=0.41), oxalate-extractable iron (Feo) (r=0.16), bicarbonate-extractable aluminum (Ald) (r=0.34), dithionite-citrate-bicarbonate-extractable iron (Fed) (r=0.01) and Alo + ½ Feo (r=0.42). The K values were negatively correlated with clay content (r=-0.19). As for n values of Freundlich equation, it was positively correlated with total C (r=0.11).
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian
pada
Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan
KARAKTERISASI ERAPAN NITRAT PADA PERTANIAN
LAHAN KERING DI PULAU JAWA
MASRUROH
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Skripsi :Karakterisasi Erapan Nitrat pada Tanah Pertanian Lahan Kering di Pulau Jawa.
Nama :Masruroh
NIM :A14100104
Disetujui oleh
Dr Ir Arief Hartono, MScAgr Pembimbing I
Dr Ir Syaiful Anwar, MSc Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Baba Barus, MSc Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul “Karakterisasi Erapan Nitrat pada Tanah Pertanian Lahan Kering di Pulau Jawa”
Terima Kasih penulis ucapkan kepada Dr Ir Arief Hartono, MScAgr selaku dosen pembimbing skripsi yang senantiasa memberikan bimbingan, nasihat, dan motivasi selama penelitian sampai penulisan skripsi. Terima kasih kepada Dr Ir Syaiful Anwar, MSc selaku dosen pembimbing skripsi kedua atas bimbingan dan berbagai saran dalam penyempurnaan penulisan skripsi.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr Ir Lilik Tri Indriyati, MSc. Selaku dosen penguji atas kritik, saran,
dan masukan dalam perbaikan skripsi.
2. Seluruh staf Laboratorium dan staf Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
3. Kedua orang tua dan seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, dan kepercayaannya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan S1 ini.
4. Novianti, Rahayu, Bambang, Ishlachul Mua’syaroh, Nia Liani, Rizqa Mardhiyyah, dan rekan-rekan MSL 47 atas kebersamaan dan dukungannya selama penelitian.
5. Seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam penelitian yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan manfaat bagi pihak yang membacanya.
Bogor, Juni 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Nitrogen dalam Tanah 2
Persamaan Langmuir 3
Persamaan Temkin 3
Persamaan Freundlich 3
Lahan Kering (Upland) 4
BAHAN METODE 4
Waktu Dan Tempat Pengambilan Contoh Tanah dan Pelaksanaan Penelitian 4
Karakterisasi Sifat Fisiko-Kimia 5
Karakterisasi Erapan Nitrat 5
Analisis Data 6
HASIL DAN PEMBAHASAN 7
Sifat fisiko-kimia tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa 7
Erapan nitrat 9
Hubungan antara nilai K dan n persamaan Freundlich dengan beberapa sifat
fisiko-kimia tanah pertanian lahan kering 14
SIMPULAN DAN SARAN 20
Kesimpulan 20
Saran 20
DAFTAR PUSTAKA 20
LAMPIRAN 22
DAFTAR TABEL
1 Sifat fisiko-kimia tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa 8
2 Parameter persamaaan Langmuir 10
3 Parameter persamaaan Temkin 11
4 Parameter persamaaan Freundlich 12
5 Korelasi beberapa sifat fisik kimia tanah dengan nilai K dan n
persamaan Freundlich 14
DAFTAR GAMBAR
1 Sebaran contoh tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa 5 2 Contoh sebaran data erapan nitrat tanah andisol kawah putih 0-15 cm
menggunakan persamaan Langmuir (a), persamaan Temkin (b) dan,
persamaan Freundlich (c) 13
3 Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Pangalengan kedalaman 0-21 cm (a), 21-52 cm (b), dan kedalaman
52-83 cm (c) 15
4 Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Lembang kedalaman 0-16 cm (a), 16-36 cm (b), 36-70 cm (c), dan 70-100 cm
(d) 16
5 Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Cimacan 0-40 cm (a), Andisol Cimacan 40-60 cm (b), Andisol Darandang 0-20
cm (c), dan Andisol Ngantang 0-20 cm (d) 17
6 Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Kawah Putih 0-15 cm (a), Andisol Kawah Putih 15-60 cm (b), Andisol Malangbong 0-20 cm (c), dan Andisol Lembang 0-20 cm (d) 18 7 Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Batu
Malang 0-20 cm (a), Inseptisol Borobudur 0-20 cm (b), Andisol Cicalengka 0-20 cm (c), dan Andisol Lembang 0-20 cm (d) 19
DAFTAR LAMPIRAN
1 Kriteria Penilaian Sifat Fisiko-Kimia Tanah BerdasarkanBalai
Penelitian Tanah (2009) 22
2 Prosedur Analisis pH H2O (1:5) dengan pH Meter 22
3 Prosedur Penetapan Kapasitas Tukar Kation 22
4 Prosedur Penetapan Kejenuhan Basa 23
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan pupuk urea dan kotoran ternak secara berlebihan oleh petani menyebabkan terjadinya akumulasi ion nitrat dalam tanah. Erapan merupakan istilah dalam kimia tanah untuk menggambarkan proses dimana anion maupun kation teretensi oleh partikel dalam koloid tanah. Karakteristik erapan fosfat, nitrat dan sulfat berbeda-beda disebabkan oleh sifat anion itu sendiri. Erapan nitrat terjadi karena ikatan elektrostatik. Ikatan elektrostatik ini terjadi karena adanya muatan positif pada partikel tanah, terjadi karena adanya proses protonisasi Al-OH pada mineral liat alofan dan liat besi dan aluminium oksida yang amorf (Tani et al. 2004; Maeda et al. 2008). Muatan positif yang ada di partikel tanah ini menarik ion nitrat menjadi nitrat yang tererap. Muatan positif pada tanah pertanian lahan kering dapat mengurangi kontaminasi air tanah oleh nitrat. Pengetahuan tentang kemampuan tanah-tanah pertanian dalam mengerap nitrat sangat penting dalam kaitanya dengan pergerakan nitrat didalam profil tanah sampai pada air tanah.
Tanah yang digunakan dalam penelitian ini adalah Andisol dan Inceptisols. Andisol tanah yang terbentuk dari batuan induk abu vulkan dan mempunyai mineral liat silikat alofan dan mineral liat besi serta aluminium oksida yang amorf (Tan dan Van Schuylenborgh, 1961; Tan1965). Tipe-tipe mineral liat ini mempunyai kapasitas yang besar dalam erapan anion-anion seperti fosfat, nitrat dan sulfat (Wada, 1959; Van Ranst et al. 2004). Penelitian sebelumnya pada Andisols di Indonesia yang terkait dengan erapan anion adalah penelitian tentang fosfat (Hartono 2007; Hartono et al. 2007; Hartono dan Bilhaq 2011). Inceptisol terbentuk dari bahan induk tuff vulkan yang telah melapuk yang mengandung tipe mineral amorf disebut klei paracrystalline (misalnya, alofan) dengan campuran kaolinit, dan beberapa mineral smektit (Van Schuylenborgh 1985). Muatan positif terjadi pada mineral-mineral oksida Fe dan Al dan koloid tanah amorf. Muatan positif dapat juga terjadi pada tepi-tepi mineral klei. Muatan ini biasanya terlihat nyata pada nilai pH dibawah titik isoelektronik atau muatan titik nol. Oleh karena itu permukaan tepi yang patah dari suatu lembar oktahedral mempunyai lapisan rangkap bermuatan positif pada pH rendah. Lapisan rangkap ini semakin bermuatan positif dengan menurunya pH (Tan 1998).
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Karakterisasi sifat-sifat fisiko-kimia tanah pertanian pada lahan kering di Pulau Jawa.
2. Mencari model terbaik dalam menggambarkan nilai erapan nitrat pada lahan pertanian lahan kering di Pulau Jawa.
3. Karakterisasi pola erapan nitrat pada tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa dikaitkan dengan sifat fisiko-kimia yang berbeda.
TINJAUAN PUSTAKA
Nitrogen dalam Tanah
Tanaman mengambil nitrogen terutama dalam bentuk NH4+ dan NO3- . Ion-ion ini didalam tanah-tanah pertanian berasal dari pupuk-pupuk N dan bahan organik yang diberikan ke dalam tanah tersebut. Jumlahnya tergantung dari jumlah pupuk yang diberikan dan kecepatan perombakan dari bahan-bahan organik. Jumlah nitrat yang dibebaskan dari pupuk dan bahan organik ditentukan oleh kesetimbangan antara faktor-faktor yang mempengaruhi proses mineralisasi dari lapisan tanah (Leiwakabessy et al. 2003). Pemberian pupuk N dan pupuk kandang sebagai sumber N kedalam tanah secara berlebihan meningkatkan konsentrasi nitrat didalam tanah menyebabkan terjadinya pencemaran tanah dan permukaan air tanah (Dresler et al. 2011; Fan et al.2010; Yang et al. 2004).
Perubahan bentuk nitrogen dari bahan organik dalam tanah dapat melalui berbagai macam proses antara lain proses aminisasi, amonifikasi, dan nitrifikasi. Aminisasi adalah pembentukan senyawa amino dari bahan organik (protein) oleh mikroorganisme. Amonifikasi adalah pembentukkan ammonium dari senyawa amino oleh mikroorganisme. Nitrifikasi adalah perubahan dari ammonium (N-NH4+) menjadi nitrit (N-NO2-) yang dibantu oleh mikroorganisme Nitrosomonas kemudian (N-NO2-) kemudian menjadi nitrat (N-NO3-) dengan dibantu oleh mikroorganisme Nitrobacter (Hardjowigeno 2007).
Menurut Pang dan Letey (2000) nitrogen dalam bentuk nitrat lebih mobil dan mudah pindah ke dalam air tanah yang menyebabkan degradasi kualitas air. Nitrogen dalam bentuk nitrat bersifat lebih mobil dalam tanah karena sifatnya yang mudah larut dan tidak teradsorpsi oleh koloid tanah. Pada kondisi curah hujan yang tinggi atau penambahan air irigasi maka nitrat tercuci dari horizon atas ke horizon di bawahnya atau masuk dalam sistem perairan (Tisdale et al. 1990).
Persamaan Langmuir
3
permukaan (Permukaan dianggap merupakan suatu permukaan homogen). Asumsi kedua adalah erapan terjadi pada tapak-tapak spesifik tanpa terjadi interaksi diantara molekul-molekul yang tererap, dan asumsi ketiga adalah erapan maksimum yang mungkin tercapai berasal dari suatu lapisan molekul tunggal pada seluruh permukaan reaktif zat tererap (Bohn et al.1979).
Persamaan Langmuir ditulis sebagai berikut (Hartono et al. 2005) :
= (� )/(1 +� )
Bentuk persamaan Langmuir dalam bentuk linear adalah sebagai berikut:
/ = (1/� ) + (1/ )
Dimana q (mmol g-1) adalah nitrat yang dierap, C (mmol L-1) adalah konsentrasi nitrat dalam larutan kesetimbangan, K (L mmol-1) adalah energi ikatan, dan b (mmol g-1) adalah erapan maksimum.
Persamaan Tempkin
Turunan dari isoterm Tempkin menggunakan teori molekul statistik. Model isoterm Temkin menjelaskan tentang interaksi antara molekul yang tererap dengan pengerapnya. Model ini menganggap erapan pada semua molekul pada permukaan akan menurun linear dengan jumlah interaksi antara larutan yang tererap dan pengerapnya (El-Shafeiet al. 2001)
Persamaan Tempkin ditulis sebagai berikut (Sanyal et al.1993):
q = � (� )
Persamaan linearnya adalah sebagai berikut:
=� � +�
Dimana q (mmol g-1) adalah nitrat yang dierap, K1 dan K2 adalah konstanta Tempkin, dan C (mmol L-1) adalah konsentrasi nitrat dalam larutan kesetimbangan.
Persamaan Freundlich
Herbert Max Finley Freundlich, seorang ahli kimia dari jerman. erapan isotherm disajikan secara empiris untuk sistem non-ideal. Persamaan Freundlich menunjukan hubungan awal yang menggambarkan persamaan erapan. Persamaan Freundlich digunakan untuk menentukan penerapan energi pada permukaan heterogen dalam proses erapan (Mahamudur 2008).
Persamaan Freundlich ditulis sebagai berikut:
4
Persamaan linearnya adalah sebagai berikut:
Log q = log K + 1/n log C
Dimana q (mmol g-1) adalah nitrat yang dierap, K (mmol g-1) adalah erapan maksimum, n adalah konstanta, dan C (mmol L-1) adalah konsentrasi nitrat dalam larutan kesetimbangan.
Lahan Kering (Upland)
Istilah lahan kering yang digunakan masyarakat pada umumnya banyak mengarah pada penggunaan lahan untuk pertanian tadah hujan dan tidak pernah tergenang air secara tetap (Notohadiprawiro 1989). Lahan kering merupakan salah satu agroekosistem yang mempunyai potensi besar untuk usaha pertanian baik tanaman pangan maupun tanaman tahunan, dan peternakan. Tidak semua lahan kering sesuai untuk pertanian, terutama karena adanya faktor pembatas tanah seperti lereng yang sangat curam atau solum tanah dangkal dan berbatu, atau termasuk kawasan hutan. Dari total luas 148 juta ha, lahan kering yang sesuai untuk budidaya pertanian hanya sekitar 76.22 juta ha (52%), sebagian besar terdapat di dataran rendah (70.71 juta ha atau 93%) dan sisanya di dataran tinggi. Di wilayah dataran rendah, lahan datar bergelombang (lereng < 15%) yang sesuai untuk pertanian tanaman pangan mencakup 23.26 juta ha. Lahan dengan lereng 15−30% lebih sesuai untuk tanaman tahunan (47.45 juta ha). Di dataran tinggi lahan yang sesuai untuk tanaman pangan hanya sekitar 2.07 juta ha, dan untuk tanaman tahunan 3.44 juta ha (Abdurrahman et al. 2008).
BAHAN DAN METODE
Waktu Dan Tempat Pengambilan Contoh Tanah dan Pelaksanaan Penelitian
5
Gambar 1. Sebaran contoh tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa
Karakterisasi Sifat Fisiko-Kimia
Bahan tanah dikering-udarakan, ditumbuk kemudian diayak menggunakan saringan ukuran 2-mm (Eimer and Amend). Penetapan pH tanah 1:5 (m/v) menggunakan pH meter (Eutech Instruments pH 2700). Tekstur tanah ditetapkan menggunakan metode pipet. Kandungan C-organik ditetapkan menggunakan metode Walkley dan Black. Kapasitas tukar kation (KTK) dan kandungan basa-basa diekstrak menggunakan 1 M NH4OAc pH 7.0, selanjutnya penetapan KTK menggunakan metode titrasi, sedangkan kandungan basa-basa Ca dan Mg ditetapkan dengan menggunakan atomic absorption spectrophotometry (AAS) (Shimadzu AA-6300). Sementara K dan Na ditetapkan menggunakan flame emission spectrophotometry (Corning 405). Analisis P tersedia ditetapkan menggunakan metode P-Bray1. Kriteria penilaian hasil analisis berdasarkan kriteria penilaian Balai Penelitian Tanah (2009) yang disajikan pada Lampiran 1.
Total oksida besi (Fed) dan aluminium (Alo) diekstrak menggunakkan pengekstrak dithionite-circate-bicarbonate berdasarkan metode Mehra dan Jackson (1960).
Karakterisasi Erapan Nitrat
6
ditambahkan 5 mL larutan KNO3 dengan konsentrasi (0.001, 0.005, 0.01, 0.04, 0.08, 0.1, dan 0.2) mol L-. Tabung sentrifus dikocok (Eyela Multi Shaker MMS) selama 2 jam kemudian disentifuse (International Centrifuge Size 2 Model K No 3225 M) selama 15 menit dengan kecepatan 2500 rpm (Tani et al. 2004). Setelah itu disaring menggunakan kertas saring 0.45 � penyaringan menggunakan vacum (GAST Manufacturing.ins DOA-P104-BN) untuk mendapatkan larutan supernatant. Nitrat dalam larutan supernatan ditetapkan menggunakan UV-VIS spectrophotometer (Shimadzu UV-1201) dengan panjang gelombang 210 nm dan 275 nm. Bahan organik yang terlarut menyerap UV (Ultraviolet), dan NO3- pada panjang gelombang 210 nm, sedangkan panjang gelombang 275 nm tidak menyerapUV (Ultraviolet), sehingga untuk mendapatkan pembacaaan larutan oleh NO3-, maka pembacaan larutan pada panjang gelombang 210 nm harus dikurangi dengan 2.5 kali pembacaan pada panjang gelombang 275 nm.
Analisis Data
Data erapan nitrat disimulasikan dengan persamaan Langmuir, persamaan Temkin, dan persamaan Freundlich.
persamaan Langmuir ditulis sebagai berikut (Hartono et al. 2005) :
= (� )/(1 +� )
Persamaan linearnya adalah sebagai berikut:
/ = (1/� ) + (1/ )
Dimana q (mmol g-1) adalah nitrat yang dierap, C (mmol L-1) adalah konsentrasi nitrat dalam larutan kesetimbangan, K (L mmol-1) adalah energi ikatan, dan b (mmol g-1) adalah erapan maksimum.
Persamaan Tempkin ditulis sebagai berikut (Sanyal et al.1993):
q =� (� )
Persamaan linearnya adalah sebagai berikut:
= � � +�
Dimana q (mmol g-1) adalah nitrat yang dierap, K1 dan K2 adalah konstanta Tempkin, dan C (mmol L-1) adalah konsentrasi nitrat dalam larutan kesetimbangan.
Persamaan Freundlich ditulis sebagai berikut:
7
Persamaan linearnya adalah sebagai berikut:
Log q = log K + 1/n log C
Dimana q (mmol g-1) adalah nitrat yang dierap, K (mmol g-1) adalah erapan maksimum, n adalah konstanta, dan C (mmol L-1) adalah konsentrasi nitrat dalam larutan kesetimbangan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisiko-kimia Tanah Pertanian Lahan Kering di Pulau Jawa
8
Tabel 1. Sifat fisiko-kimia tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa
9
Kadar P tersedia pada tanah berkisar dari 49.16 mg P2O5 kg-1 (sangat tinggi) sampai dengan 302.00 mg P2O5 kg-1 (sangat tinggi) dengan nilai rata-rata 119.49 mg P2O5 kg-1. Hal ini menunjukkan bahwa kadar P di Pulau Jawa sangat tinggi. Kadar P tertinggi terdapat pada Andisol Ngantang. Jumlah basa-basa berkisar dari 0.10 cmol kg-1 sampai dengan 19.43 cmol kg-1 dengan nilai rata-rata 5.58 cmol kg -1
. Kapasitas tukar kation berkisar dari 7.00 cmol kg-1 (rendah) sampai dengan 38.98 cmol kg-1 (sangat tinggi) dengan nilai rata-rata 24.75 cmol kg-1(sangat tinggi). Kejenuhan basa-basa berkisar dari 0.64% (sangat rendah) sampai dengan 135.71% (sangat tinggi) dengan nilai rata-rata 30.69% (sangat tinggi).
Aluminium yang diekstrak dengan 0.3 M ammonium oxalate (Alo) berkisar dari 6.60 g kg-1sampai dengan 211.90 g kg-1dengan nilai rata-rata 54.42 g kg-1. Fe yang diekstrak dengan 0.3 M ammonium oxalate (Feo) berkisar dari 5.55 g kg
-1
sampai dengan 92.50 g kg-1 dengan nilai rata-rata 20.75 g kg-1. Alo+1/2 Feo berkisar dari 14.3 g kg-1 sampai dengan 258.20 g kg-1 dengan nilai rata-rata 73.5 g kg-1. Aluminium yang diekstrak dengan dithionite-citrate bicarbonate (Ald) berkisar dari 1.84 g kg-1 sampai dengan 25.56 g kg-1 dengan nilai rata-rata 8.80 g kg-1. Nilai Fe yang diekstrat dengan dithionite-citrate bicarbonate (Fed) berkisar 6.36 g kg-1 sampai dengan 81.63 g kg-1 dengan nilai rata-rata 38.33 g kg-1. Kadar liat berkisar dari 6.80% sampai dengan 71.60% dengan nilai rata-rata sebesar 37.29%.
Erapan Nitrat
Proses pengerapan suatu zat dipengaruhi oleh beberapa faktor dan juga memiliki pola penyebaran titik-titik isoterm tertentu yang spesifik. Faktor-faktor yang mempengaruhi dalam proses erapan antara lain jenis zat pengerap, jenis zat yang tererap, konsentrasi zat yang tererap, luas permukaan zat pengerap dan suhu. Oleh karena faktor-faktor tersebut maka setiap zat pengerap yang mengerap suatu zat satu dengan zat yang lainya tidak mempunyai pola isoterm erapan yang sama. Terdapat tiga jenis persamaan pola erapan yang digunakan dalam proses pengerapan nitrat dalam tanah yaitu persamaan Langmuir, persamaan Tempkin, dan persamaan Freundlich. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui persamaan apa yang dapat digunakan untuk menggambarkan erapan nitrat yang terjadi pada tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa.
Berdasarkan data hasil berbagai konsentrasi nitrat yang ditambahkan dapat ditentukan data model isoterm erapan. Nilai parameter persamaan Langmuir, persamaan Tempkin, dan persamaan Freundlich disajikan pada Tabel 2, 3, dan Tabel 4.
10
Tabel 2. Parameter persamaaan Langmuir
Lokasi
Pengalengan Andisol 21-52 -133.06 -281.02 0.322
Pengalengan Andisol 52-83 -1369.99 -169.55 0.148
Lembang Andisol 0-16 -830.38 -344.55 0.267 dapat digunakan, sehingga persamaan Langmuir tidak dapat digunakan untuk menggambarkan erapan nitrat yang terjadi.
11
Tabel 3. Parameter persamaan Tempkin
Lokasi Order Tanah Kedalaman (cm) mempunyai nilai berkisar dari 0.345 sampai dengan 0.945. Nilai K1 dan K2 dapat digunakan, tetapi tidak cukup baik dalam menggambarkan erapan nitrat yang terjadi karena beberapa tanah mempunyai nilai R2 yang kecil.
12
Tabel 4. Parameter persamaan Freundlich
Lokasi Order Tanah Kedalaman (cm)
Pengalengan Andisol 52-83 1102.00 96.06 0.986
Lembang Andisol 0-16 169.00 76.75 0.810
Parameter persamaan Freundlich ditunjukkan pada Tabel 4. Nilai erapan maksimum (K) Andisol Pengalengan, Andisol Lembang mempunyai nilai K yang fluktuatif pada tiap kedalaman, sedangkan Andisol Cimacan, dan Andisol Kawah Putih nilai erapan maksimum (K) meningkat dengan meningkatnya kedalaman. Nilai konstanta (n) pada persamaan Freundlich menunjukkan nilai positif. Nilai erapan maksimum (K) dan konstanta (n) Andisol kawah putih kedalaman 0-15 cm terbesar dibandingkan dengan tanah-tanah lainya. Nilai K dalam persamaan Freundlich menunjukkan kapasitas erapan nitrat dan nilai n menunjukan kekuatan erapan. Nilai R2 persamaan Freundlich mempunyai nilai berkisar dari 0.810 sampai dengan 0.999. Hal ini menunjukkan bahwa hubungan antara erapan nitrat dengan konsentrasi nitrat dalam larutan kesetimbangan dapat dengan baik disimulasikan dengan persamaan Freundlich.
13
Dari ketiga persamaan yang diperoleh dapat diketahui bahwa pola erapan nitrat dapat dengan baik disimulasikan menggunakan persamaan Freundlich dan persamaan Tempkin tetapi hubungan antara erapan nitrat dengan konsentrasi nitrat dalam larutan dapat disimulasikan lebih baik dengan menggunakan persamaan Freundlich yang mempunyai nilai R2 yang lebih tinggi dibandingkan dengan Gambar 2. Contoh sebaran data erapan nitrat tanah andisol kawah putih 0-15 cm
14
persamaaan Tempkin. Sedangkan penelitian yang dilakukan Tani et al. (2004) menunjukan hasil nitrat yang dierap sangat baik disimulasikan menggunakan persamaan Langmuir
Hubungan Antara Nilai K dan nPersamaan Freundlich dengan Beberapa Sifat Fisiko-Kimia Tanah Pertanian Lahan Kering
Hasil uji korelasi sederhana antara beberapa sifat fisiko-kimia tanah pertanian lahan kering dengan nilai K dan n persamaan Freundlich disajikan pada Tabel 5. Pada tabel tersebut diperoleh beberapa sifat fisiko-kimia yang berhubungan dengan nilai K dan n persamaan Freundlich.
Tabel 5. Korelasi beberapa sifat fisik kimia tanah dengan nilai K dan n persamaan Freundlich
Nilai korelasi antara nilai K dan n dengan sifat fisiko-kimia tanah disajikan pada Tabel 5. Tabel tersebut menunjukkan nilaiK persamaan Freundlich berkorelasi positif dengan total C, Alo, Feo, Ald dan Alo +1/2 Feo. Sedangkan untuk kadar Klei(%) nilai K Freundlich menunjukkan korelasi negatif. Korelasi paling besar adalah korelasi nilai K Freundlich dengan Alo, dan Alo + ½ Feo masing-masing sebesar 0.409 dan 0.4215. Sementara nilai n hanya berkorelasi positif dengan total C. Hal ini menunjukkan bahwa kapasitas erapan nitrat sangat ditentukan oleh kadar dari Al dan Fe oksida yang amorf dalam hal ini adalah alofan dengan kekutan ikatan yang sangat bervariasi.
Grafik pola erapan nitrat dengan persamaan Freundlich pada tanah pertanian lahan kering disajikan pada Gambar 3, 4, 5, 6, dan 7. Pada gambar tersebut dapat diketahui erapan nitrat menggunakan persamaan Freundlich pada tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa.
Total C Alo Feo Alo+1/2 Feo Ald Fed Klei (%)
15
Gambar 3. Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Pengalengan kedalaman 0-21 cm (a), 21-52 cm (b), dan kedalaman 52-83 cm (c)
16 kesetimbangan (mmol L-1 )
(a) kesetimbangan (mmol L-1 )
(b) kesetimbangan (mmol L-1 )
17
Gambar 5. Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Cimacan 0-40 cm (a), Andisol Cimacan 40-60 cm (b), Andisol Darandang 0-20 cm (c), dan Andisol Ngantang 0-20 cm (d)
0 kesetimbangan (mmol L- 1)
18
Gambar 6. Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Kawah putih 0-15 cm (a), Andisol Kawah Putih 15-60 cm (b), Andisol Malangbong 0-20 cm (c), dan Andisol Lembang 0-20 cm (d)
0 kesetimbangan (mmol L-1 )
19
Gambar 7. Erapan Nitrat dengan Persamaan Freundlich pada Andisol Batu Malang 0-20 cm (a), Inseptisol Borobudur 0-20 cm (b), Andisol Cicalengka 0-20 cm (c), dan kesetimbangan (mmol L-1 )
20
Gambar3, 4, 5, 6, dan 7 dapat diketahui bahwa pola erapan nitrat yang diperoleh dari tanah pertanian lahan kering di Pulau Jawa tidak menunjukkan adanya pola erapan maksimum sehingga pola erapan nitrat yang terjadi dapat disimulasikan dengan baik menggunakan persamaan Freundlich.
SIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Sifat fisiko-kimia tanah pertanian lahan kering beragam, hal ini dapat dilihat dari nilai standart deviasi yang diperoleh.
2. Nitrat yang dierap (mmol g-1) dengan nitrat dalam larutan kesetimbangan (mmol L-1) dapat dengan baik disimulasikan dengan persamaan Freundlich. 3. Nilai K (erapan maksimum) persamaan Freundlich berkorelasi positif
dengan total C (r=0.2722), Alo(r=0.4090), Feo (r=0.1610), Alo +1/2 Feo (r=0.4215), Ald (r=0.3385), Fed (r=0.0134), dan Alo+1/2 Feo (r=0.4215), meskipun korelasi yang dihasilkan tidak terlalu nyata. tetapi berkorelasi negatif dengan klei(%) (r=-0.1920). Sementara nilai n (konstanta) hanya berkorelasi positif dengan total C (r=0.1114). Total C, Alo, Feo, Ald dan Alo +1/2 Feo dapat digunakan sebagai sifat kimia yang dapat digunakan untuk menduga erapan nitrat
Saran
Diperlukan penelitian lebih lanjut pada tanah tanah pertanian lahan kering terutama untuk jenis tanah selain andisol dan inseptisol di Pulau Jawa yang beragam sehingga lebih dapat membandingkan erapan nitrat pada tanah-tanah pertanian lahan kering lainya.
DAFTAR PUSTAKA
Abdurachman A,Dariah A, Mulyani A. 2008. Strategi dan pengelolaan lahan kering mendukung pengadaan pangan nasional. Jurnal Litbang Pertanian. 27(2):43–49.
[Balittan] Balai Penelitian Tanah. 2009. Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air, dan
Pupuk. Bogor (ID): Balai Penelitian Tanah.
BohnHL,Mc NealBL, O’ConnorG. A.. 1979. Soil Chemistry. John Willey and Sons.
New York.
Dresler S, Bednarek W, Tkaczyk P. 2011. Nitrate nitrogen in the soils of Eastern Poland as influenced by type of crop,nitrogen fertilisation and various organic fertilisers. Journal of Central European Agriculture. 12(2):367-379.
21
Fan J, Hao M, Malhi S. 2010. Accumulation of nitrate-N in the soil profile and its implications for the environment under dryland agriculture in Northern China: a review. Can J Soil Sci. 90:429-440.
Fox RL, Kamprath EJ.1970. Phosphate sorption isotherm for evaluating the phosphate requirements of soils. Soil Sci Soc Am. 34:902-907.
Hardjowigeno S. 2007. Ilmu Tanah. Jakarta (ID): Akademika Pressindo.
Hartono A. 2007.The effect of calcium silicate on the phosphorous sorption characteristics of andisol Lembang West Java. J Tanah Lingk. 10:14-19. Hartono A, Anwar S, Lutfi CM. 2007. Studi Erapan Fosfor, Belerang dan Boron
pada Tanah Andisol Sukamantri, Latosol Darmaga dan Grumusol Cihea.Seminar Kongres Nasional IX HITI.
Hartono A, Bilhaq R. 2011. Pengaruh silikat terhadap pola pelepasan fosfor Andisol Lembang dengan menggunakan successive Resin Extraction.Seminar Kongres Nasional XHITI.
Leiwakabessy FM, Wahjudin UM, Suwarno. 2003. Kesuburan Tanah. Bogor (ID):
IPB Pr.
McKeague, J. A. and J. H. Day. 1966. Dithionite and oxalate extractable Fe and Al as aids in differentiating various classes of soils. Can. J. Soil Sci.46: 13-22.
Maeda M, Hara H, Ota T. 2008. Deep-soil adsorption of nitrate in a Japanese Andisol in response to different nitrogen sources. Soil Sci Soc Amer J.72:702-710.
Mahamudur I. 2008. Development of adsorption media for removal of lead and nitrate from water [tesis]. India (IN): National Institute of Technology. Mehra, P.O. and M.L. Jackson. 1960. Iron oxide removal from soils and clays by
dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate. Clays Clay Miner.7: 317-327.
Notohadiparwiro T. 1989. Pertanian Lahan Kering di Indonesia: Potensi, Prospek,
Kendala dan Pengembangannya. Lokakarya Evaluasi Pelaksanaan Proyek
Pengembangan Palawija; 1989 Des 6-8; Bogor, Indonesia. Bogor (ID): SFCDPUSAID.
Pang XP, Letey J. 2000. Organic farming: challenge of timing nitrogen availability to crop nitrogen requirement. Soil Sci Soc Am J. 64:247-253. Perrott KW. 1978. Influence of organic-matter extracted from humified clover on
properties of amorphousaluminosilicates. Aust J of Soil Res.16:327-339. Sanyal, S. K., S. K. De Datta, and P. Y. Chan. 1993. Phosphate
sorption-desorption behavior of some acidic soils of south and southeast Asia. Soil Sci. Soc. Am. J. 57: 937-945
Tan KH. 1998. Principles of Soil Chemistry 3rd ed. New York (US): Marcel Dekker.
Tan KH,Van Schuylenborg J. 1961. On the classification and genesis of soils developed over acid volcanic material under humid tropical conditions. Neth J Agr Sci. 9:41-54.
Tani M, Okuten T, Koike M, Kuramochi K, Kondo R. 2004. Nitrate adsorption in some andisols developed under different moisture conditions. Soil Sci Plant Nutr.50:439-446.
22
Van Ranst E, Utami SR, Vanderdeelen J, Shamshuddin J. 2004. Surface reactivity of Andisols on volcanic ash along the Sunda arc crossing Java Island, Indonesia. Geoderma. 123:193-203.
Van Schuylenborgh J. 1958. On the genesis and classification of soils derived Nothwestern China. Agronomy Journal. 96:1039-1049.
LAMPIRAN
Lampiran 1. Kriteria Penilaian Sifat Kimia Tanah Berdasarkan Balai Penelitian Tanah (2009)
Parameter tanah Nilai
Sangat rendah
rendah sedang tinggi Sangat
tinggi
Lampiran 2. Prosedur Analisis pH H2O (1:5) dengan pH Meter
1. Timbang 10 g contoh tanah kering udara ukuran 2 mm, masukkan ke dalam botol kocok.
2. Tambahkan air destilata 50 ml.
3. Kocok selama 30 menit dengan mesin pengocok. 4. Ukur nilai pH menggunakan pH meter.
23
1. Timbang 5 g contoh tanah kering udara ukuran 2 mm, masukkan kedalam tabung sentrifuse 50 ml.
2. Tambahkan 20 ml NH4OAc pH 7.0 aduk dengan menggunakan pengaduk gelas sampai merata dan diamkan kurang lebih selama satu malam.
3. Aduk kembali kemudian, sentrifuse selama 10 menitdengan kecepatan 2500 rpm.
4. Ekstrak NH4OAc pH 7.0 didekantasi, disaring dengan kertas saring dan filtrat ditampung kedalam labu takar 100 ml.
5. Penambahan NH4OAc pH 7.0 diulang sampai 5 kali. Setiap penambahan diaduk merata, disentrifuse dan ekstraknya didekantasi ke dalam labu takr 100 ml sampai tanda tera. Ekstrak ini digunakan untuk penetapan kadar K, Na, Ca, dan Mg yang dapat dipertukarkan serta untuk penetapan kejenuhan basa.
6. Untuk pencucian kelebihan NH4+ tambahkan 20 ml alkohol 80% kedalam tabung sentrifuse yang berisi residu tanah tersebut. Aduk sampai merata, sentrifuse, dekantasi, dan filtratnya dibuang. pencucian kelebihan NH4+ dilakukan sebanyak 5 kali sampai tanah dalam tabung sentrifuse bebas NH4+ berlebihan.
7. Setelah tanah bebas dari NH4+, tanah dipindahkan secara kuantitatif dari tabung tabung sentrifuse kadalam labu didih. Tambahkan air kira-kira 450 ml.
8. Pada labu didih ditambahkan beberapa butir batu didih, 5-6 tetes paraffin cair dan 20 ml NaOH 50% kemudian, didestilasi.
9. Destilat ditampung dalam erlenmeyer 250 ml yang berisi 25 ml H2SO4 0.1 N (dipipet tepat 25 ml) dan 5-6 tetes indikator conway. Destilasi dihentikan jika destilat yang ditampung mencapai 150 ml.
10. Kelenihan asam dititrasi menggunakan NaOH 0.1N, titik akhir titrasi dicapai apabila warna berubah menjadi hijau.
11. Lakukan destilasi tanpa tanah sebagai blenko. 12. Besarnya KTK dapat dihitung menggunakan rumus:
KTK ( cmol kg-1)
=
− ℎ � �ℎ ℎ 105°
�
100
Lampiran 4. Prosedur Penetapan Kejenuhan Basa.
1. Ambil secukupnya ekstrak NH4OAc dari penetapan KTK.
2. Tetapkan kandungan Ca dan Mg menggunakan atomic absorption spectrophotometry (AAS). Kandungan K dan Na menggunkan flame emission spectrophotometry.
3. Besarnya KB dapat dihitung menggunkan rumus:
KB(%)
=
(�+ + + �)���
�
100%
Lampiran 5. Prosedur Penetapan P-tersedia dengan Metode P-Bray I
24
2. Tambahkan 15 ml larutan P-A.
3. Kocok 15 menit dengan mesin pengocok kemudian saring. 4. Pipet 5 ml hasil saringan kedalam tabung reaksi.
5. Tambahkan 5 ml larutan P-B kemusian kocok. 6. Tambahkan 5 tetes larutan pereduksi P-C dan kocok.
7. Tunggu 15 menit dan baca kerapatan optik dengan alat ukur spektrofotometer Uv-Vis pada panjang gelombang 660 nm.
8. Pembakuan, buat seri larutan baku yang mempunyai konsentrasi 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 ppm P. Larutan ini dibuat dari larutan baku yang mempunyai konsentrasi lebih tinggi. Kemudian diencerkan dengan P-A dalam labu takar 50 ml. Ambil 5 ml larutan baku, masukan kedalam tabung reaksi, kemudian tambahkan 5 ml larutan P-B dan 5 tetes P-C seterusnya sesuai dengan metode yang diuraikan untuk penetapan contoh. Buat kurva baku dengan ppm P sebagai sumbuh X dan Abs sebagai sumbu Y.
9. P-tersedia dapat dihitung menggunakan rumus: P tanah (ppm) = P dalam larutan (ppm)
�
15Lampiran 6. Prosedur Penetapan Total C dengan Metode Walkley And Black
1. Timbang 0.5 g contoh tanah kering udara ukuran 2 mm, masukkan kedalam labu erlenmeyer 500 ml.
2. Pipet 10 ml K2Cr2O7 1 N ke dalam erlenmeyer, goyang secara perlahan hingga tanah terdispersi dalam larutan.
3. Tambahkan 20 ml H2SO4 pekat ke dalam Erlenmeyer. Goyang dengan cepat. Usahakan agar tidak ada partikel tanah yang terlempar ke dinding labu Erlenmeyer. Diamkan campuran tersebut selama 30 menit.
4. Tambahkan 100 ml air destilata ke dalam erlenmeyer. Diamkan 30 menit hingga dingin.
5. Tambahkan 4-5 tetes indicator ferroin 0.025 M.
6. Titrasi dengan FeSO4 0.5 N.titik akhir titrasi dicapai jika larutan berubah warna menjadi merah anggur.
7. Buat titrasi untuk blanko dengan cara yang sama tetapi tidak menggunakan tanah.
8. Hitung total C menggunakan rumus berikut:
Total C
=
� � � ℎ−� � � � FeSO 4 � 0.003� ℎ
�
100
Lampiran 7. Prosedur Penetapan Total N dengan Metode N-Kjeldahl.
1. Timbang 0.5 g contoh tanah kering udara ukuran 2 mm, masukkan kedalam labu digestion.
2. Tambahkan campuran Se sebanyak satu sudip kedalam labu digestion. 3. Tambahkan 5 ml H2SO4 pekat.
4. Digestion selama 1 jam hingga contoh tanah berubah warna menjadi kehijauan.
25
6. Masukkan contoh tanah kedalam labu destilasi.
7. Tambahkan air destilata ± 100 ml kedalam labu destilasi. 8. Kemudian tambahkan NaOH 50% senamyak 20 ml,
9. Untuk penampungnya, pipet 10 ml H3BO3 1% pada erlenmeyer 250 ml, kemudian tambahkan 5 tetes indikator conway.
10. Destilasi dilakukan hingga ekstrak yang tertampung mencapai 75 ml.
11. Hasil destilasi kemudian dititrasi dengan HCl ) 0.05 N. Titik akhir titrasi dicapai ketika warna berubah menjdi merah anggur.
12. Lakukan juga untuk penetapan blanko dengan cara yang sama. 13. Hitung kadar total N dengan rurmus
Total N (%)
=
� ℎ− � � � � 14 � 100�
Lampiran 8. Prosedur Penetapan Tekstur dengan Metode Pipet.
1. Timbang 10 g (tanah pasir 20 g) cotoh tanah kering udara ukuran 2 mm, masukkan kedalam gelas piala 1000 ml, kemudian panaskan pada penangas air selama 30 menit. Tambahkan 20 ml H2O2 dan aquadest sampai 200 ml sambil diaduk perlahan-lahan, kemudian didiamkan selama 1 jam. Penambahan H2O2 terus menerus dilakukan sampai bahan organik habis (sudah tidak berbuih), setelah itu penangas dimatikan. 2. Tambahkan HCl 50 ml dan aquadest sampai 800 ml sambil diaduk
diamkan ± 1 jam atau sampai tanahnya mengendap. Setelah itu buang airnya.
3. Tambah aquadest sampai 600 ml sambil diaduk diamkan ± 1 jam atau sampai tanahnya mengendap. Setelah itu buang airnya.
4. Tambahkan aquadest sampai 400 ml sambil diaduk diamkan ± 1 jam atau sampai tanahnya mengendap. Setelah itu buang airnya sampai 200 ml, kemudian tera pakai aquadest sampai 300 ml.
5. Siapkan cawan poselin dan tabung sedimen 1000 ml, kemudian disaring menggunakan saringan 52µm. Hasil saringan pertama dimasukkan kedalam cawan porselin dioven ± semalamandigunakan untuk menentukkan fraksi pasir. Untuk menentukan fraksi debu dan liat, menggunakan air (debu dan liat) yang lolos saringan dan ditampung kedalam tabung sedimen 1000 ml yang direndam kedalam bak air. Tabung sedimen dikocok sebanyak 13 kali, kemudian dipipet (pipety terndam sampai setengah isi tabung sedimen). Ekstrak disimpan kedalam cawan dan dioven. Kemudian ukur suhu dalam bak, hasil pengukuran suhu digunakan untuk menentukan waktu pemipetan selanjutnya.
6. Perhitungan tekstur dengan menggunakan rumus:
26
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 21Juli 1992 dari pasangan Bapak (Alm) Sumaji dengan Ibu Sumiatun dan merupakan anak ketiga dari empat bersaudara.
