MK. KESUBURAN TANAH. K - Ca - Mg TANAH. Prof Dr Ir Soemarno,M.S.

MK. KESUBURAN TANAH

K - Ca - Mg

TANAH

KALIUM

TANAH

Jumlah K-tanah

Lithosfer mengandung 2.6% K

Tanah mengandung <0.1 - > 3%, rata-rata sekitar 1% K

Tanah lapisan olah (setebal 20 cm) mengandung <3000 - >100.000 kg K/ha

Sekitar 98% K dalam tanah terikat dalam bentuk mineral

Mineral Kalium

K-feldspar merupakan mineral utama sumber kalium, 16%

K-mika sekitar 5.2%, terdiri atas Biotit sekitar 3.8% dan Muskovit 1.4%

Kekuatan ikatan K dalam mineral

Kation K diameternya 2.66 Å, terbesar di antara unsur hara lain; oleh karena itu ikatannya dalam struktur mineral lebih lemah dibandingkan kation lainnya yg lebih kecil dan muatannya lebih besar.

Karena ukurannya besar, kation K dapat diselimuti oleh 7-12 ion oksigen, sehingga kekuatan masing-masing ikatan K-O relatif lemah

KALIUM

dlm

FELDSPAR

KIMIA & struktur

Feldspar adalah aluminosilikat , formulanya KAlSi₃O₈, kandungan kaliumnya 14%.

Di alam, sebagian kalium digantikan oleh Na dan Ca

Kation pusat Si4+ sebagian digantikan oleh Al3+, satu penggantian untuk setiap empat tetrahedra, sehingga menjadi AlSi₃O₈

-Polimorf dari feldspar

Ortoklas: monoklinik - prismatik, dlm batuan plutonik Sanidin : Monoklinik, dalam batuan vulkanik

Microcline : Triklinik, mengandung magmatit-pegmatit Anortoklas : Substituted feldspar, (K,Na)AlSi3O8

Nepheline : Mengandung lebih banyak Na dp K

Plagioklas : (Ca, Na feldspar) mengandung sedikit kalium Pelapukan Mineral Kalium

Proses pelapukan fisik menghancurkan batuan induk, sedangkan pelapukan kimia akan melepaskan ion K+ dari mineral

Temperatur penting untuk pelapukan fisika, sedang hidrolisis penting untuk kimiawi

Asam-asam yg penting pd hidrolisis mineral kalium adalah H2CO3 dan asam-asam organik hasil dekomposisi Bahan organik tanah

HIDROLISIS

Feldspar

KALIUM

Abstraksi proses hidrolisis

KAlSi3O8 + HOH ===== HAlSi3O8 +K+ + OH- (Fase cepat) HAlSi3O8 + 4HOH ===== Al(OH)3 + 3H2SiO3 (fase lambat)

Penambahan H+ mempercepat pembebasan K+ dan merusak ikatan Al-O; Al yang dibebaskan membentuk gugusan AlOH2 koordinasi-4:

 Si-O-Al  + H2O + H+ ====  Si-O + Al-OH2 + K+

| |

K H

Hancurnya ikatan Si-O-Si mungkin disebabkan oleh melekatnya OH- ke Si sehingga menjadi gugusan Si-OH; dengan cara ini ikatan kovalen rangkap dihancurkan.

Joint reaction H2O dan H+ dlm menghancurkan ortoklas:

3 KAlSi3O8 + 12H2O + 2H+ ===== KAlSi3O6.Al2O4(OH)2 + 2K+ + 6 H4SiO4 Pelapukan ortoklas menjadi kaolinit:

H2O

KALIUM

TANAH

Sumber K-tanah

Mineral primer yang mengandung kalium:

1. Feldspar kalium

: KAlSi3O8

2. Muskovit

: H2KAl3(SiO4)3

3. Biotit

: (H,K)

₂

(Mg,Fe)

₂

Al

₂

(SiO

₄

)

₃

Mineral sekunder:

1. Illit atau hidrous mika

2. Vermikulit

3. Khlorit

4. Mineral tipe campuran

Proses pelapukan mineral

KAlSi

₃

O

₈

+ HOH KOH + HAlSi

₃

O

₈

K

+

_{+ OH}

-K

Ca K+, Ca++, H+ (larutan tanah) Koloid liat H

Pelapukan

Mineral

KALIUM

Pelapukan

1. Proses fisika: Penghancuran fisik, ukuran partikel

menjadi lebih halus, luas permukaannya menjadi lebih

besar

2. Proses kimiawi: Hidrolisis, Protolisis (Asidolisis)

Proses Hidrolisis dan Protolisis

KAlSi

₃

O

₈

+ HOH HAlSi

₃

O

₈

+ K

+

_{+ OH}

- (cepat)

HAlSi3O8 + 4 HOH Al(OH)

₃

+ 3 H

₂

SiO

₃

(lambat)

 Si-O-Al  + H2O + H+  Si-O + Al-OH

2 + K+

K H

Pelapukan Ortoklas:

3 KAlSi

₃

O

₈

+ 12H

₂

O + 2H

+

_KAlSi

3

O

6

.Al

2

O

4

(OH)

2

+ 2K

+

+6H

4

SiO

4

H2O

2 KAlSi

₃

O

₈

Al2Si

₂

O

₅

(OH) + 2K

+

_{+ 2OH}

-

_{+ 4 H}

Faktor

Pelapukan

Feldspar

KALIUM

Faktor Pelapukan

1. Faktor Internal

2. Faktor Eksternal

Faktor internal:

1. Regularity of the crystal lattice.

Microcline lebih stabil / sukar lapuk dibanding Ortoklas dan Sanidine 2. Na content of crystals. Anortoklas lebih mudah lapuk daripada ortoklas

3. Si content. Feldspar-substitusi lebih mudah lapuk dp Feldspar

4. Particle size. Semakin kecil ukuran partikel, maka semakin luas permukaannya untuk mengalami reaksi hidrolisis dan asidolisis.

5. ………….

Faktor Eksternal:

1. Temterature. Proses pelapukan lebih cepat pd kondisi suhu yg lebih tinggi 2. Solution volume. Kondisi basah mempercepat proses pelapukan

3. Migration of weathering products. Proses pelapukan akan terhambat kalau hasil-hasil pelapukan terakumulasi di tempat

4. The formation of difficult soluble products of hydrolysis.

Kalau hasil reaksi hidrolisis mengendap maka reaksi akan dipercepat 5. pH value. Semakin banyak ion H+, proses protolisis semakin intensif. 6. The presence of chelating agents.

MASALAH

KALIUM

TANAH

Ketersediaan K-tanah

Tanah mineral umumnya berkadar kalium total tinggi,

kisarannya 40 - 60 ribu kg K2O setiap HLO

Sebagian besar kalium ini terikat kuat dan agak sukar

tersedia bagi tanaman

Kehilangan akibat Pencucian

Sejumlah besar kalium hilang karena pencucian :

Tercuci dari tnh lempung berdebu

20 kg K2O/ha/thn

Diangkut /dipanen oleh tanaman

60

-”-Konsumsi berlebihan: Luxury consumption

Tanaman dpt menyerap kalium jauh lebih banyak dari jumlah yg diperlukan Pemupukan kalium harus dilakukan secara bertahap

Masalah Kalium tanah:

1. Pd saat tertentu sebagian besar K-tanah tidak tersedia 2. K-tanah peka terhadap pengaruh pencucian

Kadar K-tanaman

(Tinggi)

Kadar K-tanaman

K diperlukan untuk Pemakaian berlebihan

pertumbuhan optimum

Kalium yg diperlukan

(Rendah)

BENTUK & KETERSEDIAAN

Relatif tidak tersedia

Feldspar, Mika, dll. (90-98% dari K-total)

K segera tersedia

K dpt ditukar dan K dlm

larutan tanah

( 2 % dari K-total)

K lambat tersedia

K tidak dapat ditukar

(1 - 10 % dari K-total)

K tidak dapat

LOKASI DAN JALUR KALIUM DLM TANAH

K dalam mineral primer mis. Muskovit

K dalam tanaman

K dalam mineral sekunder

mis. Kaolinit

K dalam

larutan tnh

K dalam PUPUK Pelarutan pupuk Absorpsi K Pelepasan Kdd atau K-terfiksasi Adsorpsi atau Fiksasi K Pelepasan K Fiksasi K pd mineral primer Transisi mine-ral sekunder menjadi mika akibat fiksasi K Pelepasan K mengakibatka n pembentukan min. sekunder

Pelepasan K

dari mineral

primer

Pelepasan K dari mineral primer selama periode pertanaman intensif; media tumbuh mineral dicampur pasir kuarsa. Ukuran partikel mineral primer < 50 ; ukuran partikel illit < 20.

Pelepasan K-tukar, g / g mineral 2000 -Biotite Illite Muscovite Ortoklas 400 5 10 15

cropping periode, (0-15) days Sumber: Verma (1963)

Konsentrasi K-larutan tanah vs K

_dd

K-larutan tanah (me/l)

5.0

Tanah berpasir

4.0

3.0

2.0

Tanah liat

1.0

10 50 100

K dapat ditukar, mg K / 100 g tanah

FIKSASI

KALIUM

TANAH

Faktor yg mempengaruhi fiksasi K-tanah

1. Sifat koloid tanah

2. Pembasahan dan pengeringan tanah

3. Pembekuan dan pencairan tanah

4. Adanya kalsium yg berlebihan

Koloid dan Kelembaban

Kaolinit sedikit mengikat kalium

Montmorilonit dan Ilit mudah dan banyak mengikat kalium, lazim

disebut dengan FIKSASI KALIUM:

lapisan liat 2:1 Ion kalium

K - tersedia

Terangkut

tanaman

Hilang

pencucian

Hilang

Erosi &

Run-off

Fiksasi

Kalium

Sisa tanaman &

Pupuk kandang

Pupuk

buatan

Mineral kalium

lambat tersedia

Faktor

Ketersediaan

K-tanah

1. MOBILITAS

Mobilitas kalium dalam tanah ditentukan oleh bentuk K+,

yaitu bentuk bebas dalam larutan tanah atau bentuk

terjerap pada permukaan koloid tanah

2. Interaksi dg ion lain 3. Mass flow dan Difusi 4. Kapasitas dan Intensitas

5. Mineral Tanah: Mineral Primer dan Mineral Liat a. Kadar K mineral primer

b. Kecepatan pelepasan K+ dari mineral primer c. Jumlah mineral liat

d. tipe mineral liat 6. Bahan Organik Tanah 7. pH tanah

8. Aerasi

9. Lengas Tanah

Difusi K+ dalam tanah terjadi melalui dua cara, yaitu: 1. Ruang pori yang berisi air, dan

Pengaruh

pH

thd fiksasi K

Pengaruh thd fiksasi K

Pengaruh pH terhadap fiksasi K bersifat tidak langsung, yaitu melalui pengaruh pH thd jenis aktion yg dominan pada posisi inter-layer mineral liat.

Pd tanah masam Al+++ menempati posisi-posisi jerapan.

Pengasaman dapat mengakibatkan akumulasi ion Al-hidroksil pd inter-layer mineral liat, shg KTK lebih rendah

Pada Vermikulit, ion Al+++ dapat mengusir K+ dari kompleks jerapan, sehingga menurunkan kapasitas fiksasi K+.

Sehingga pengaruh pengasaman tanah thd fiksasi K tergantung pada adanya vermikulit dan adanya Al+++ yg akan mendominir kompleks jerapan

Pengaruh pengapuran tanah masam thd fiksasi K tgt pada adanya Ca++ yg akan menggantikan Al_dd, shg membuka peluang terjadinya fiksasi K+

Fiksasi K+ K-released

pH: 3.50 Pupuk 100 kg K/ha

0.0 pH: 4.35

Tanpa pupuk K pH: 7.00

Efek Pupuk K

terhadap

K-tanah

K-larutan tanah pH: 4.1 pH: 5.1 pH: 6.5 pH: 7.0 Dosis pupuk K

Lengas Tanah

terhadap

K-tanah

Serapan K tanaman jagung

Pupuk Kalium: 49 mg K/100 g tnh

29

9 0

Kadar air tanah (20-40%) Sumber: Grimme (1976)

Serapan K

vs

K-larutan tanah

Konsentrasi K+ dlm larutan tanah merupakan indeks ketersediaan kalium, karena difusi K+ ke arah permukaan akar berlangsung dalam larutan tanah dan kecepatan difusi tgt pada gradien konsentrasi dalam larutan tanah di sekitar permukaan akar penyerap.

Serapan K , kg /ha (Tanaman kacang buncis) 300

r2 _{= 0.79**}

0.2 0.4 0.6 0.8

K- larutan tanah ( me K / l) Sumber: Nemeth dan Forster (1976)

Laju

Penyerapan K

vs

Konsentrasi K+

larutan

Laju penyerapan K+ , mole/g/jam (akar tanaman barley) 10.0

0.05 0.10 0.15 0.20

Konsentrasi K+ larutan tanah ( mM) Sumber: Epstein (1972)

Efek Ca

++

_thd

penyerapan K

+

akar tanaman

Penyerapan K , mole/g (akar tanaman Jagung ) 6

+ Ca

0

-1 0.5 1.0 1.5 2.0

jam Sumber: Lauchli dan Epstein (1970)

KALSIUM

DALAM

TANAH

Sumber Ca-tanah

Mineral primer :

Bahan Pupuk:

1. Dolomit

: ………..

1. Kalsium nitrat

2. Kalsit

: ………..

2. Gipsum

3. Apatit

: ………..

3. Batuan fosfat

4. Feldspar kalsium: ………..

4. Superfosfat

5. Amfibol

: …………

5. Ca-cyanamide

Kation kalsium dlm larutan tanah dapat mengalami:

1. Hilang bersama air drainase: Proses pencucian 2. Diserap oleh organisme

3. Dijerap pada permukaan koloid tanah

4. Diendapkan sebagai senyawa kalsium sekunder

Faktor ketersediaan Kalsium tanah:

1. Jumlah kalsium dapat ditukar (Ca++ yang dijerap oleh koloid tanah) 2. Derajat kejenuhan Kalsium dari kompleks pertukaran

3. Tipe koloid tanah

4. Sifat ion-ion komplementer yg dijerap oleh koloid tanah 5. ……….

MAGNESIUM

DALAM

TANAH

Sumber Mg-tanah

Mineral primer:

Bahan Pupuk:

1. Dolomit

: ………..

1. MgSO

₄

.7H

₂

O

2. Biotit

: ………..

2. MgSO

₄

.H2O

3. Klorit

: ………..

3. K-Mg-sulfat

4. Serpentin

: ………..

4. Magnesia

5. Olivin

: …………

5. Basic slag

Kation magnesium dlm larutan tanah dapat mengalami:

1. Hilang bersama air drainase: Proses pencucian 2. Diserap oleh organisme

3. Dijerap pada permukaan koloid tanah

4. Diendapkan sebagai senyawa kalsium sekunder

Faktor ketersediaan Magnesium tanah:

1. Jumlah kalsium dapat ditukar (Mg++ yang dijerap oleh koloid tanah) 2. Derajat kejenuhan Mg dari kompleks pertukaran

3. Tipe koloid tanah

4. Sifat ion-ion komplementer yg dijerap oleh koloid tanah 5. ……….

Serapan K

vs

Dry matter

production

Growth & nutrient uptake, %

100 silking tasseling Biji dry matter Tongkol Kalium Batang Daun 25 50 75 100

days after emergence Sumber: Nelson (1968)

Kandungan

K-tanah

vs

Respon pupuk

K

H

Tambahan hasil jagung , bu/ac 25 Kdd= 50 ppm Kdd = 100 ppm Kdd = 150 ppm Kdd = 200 ppm 25 50 75 100 125 Dosis pupuk K ( lb / ac )

Kandungan

K-daun

vs

Respon pupuk

K

Respon jagung thd pupuk kalium dipengaruhi oleh status K tanaman, yaitu kadar K daun pada fase silking

Defisiensi akut : Kadar K daun 0.25 - 0.41 %K Defisien tanpa gejala: 0.62 - 0.91 %K

Normal : 0.91 - 1.3% K

Tambahan hasil jagung , bu/ac 25 Kdaun = 0.75 % Kdaun = 1.0 % Kdaun = 1.5 % Kdaun = 1.75% 25 50 75 100 125 Dosis pupuk K ( lb / ac )