bab i pendahuluan -...

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,

2007).

KARAKTERISASI FRAKSI HUMIN, ASAM HUMAT DAN ASAM FULVAT PADA CRH (CARBONIZEDRICE HUSK) DAN HUMUSSINTETISCITRA CHARLINAUniversitas Gadjah Mada, 2015 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/

2

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


4

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

sintetis yang stabil.


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


6

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


8

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


10

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).


12

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.


14

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.


bab i pendahuluan -...

Documents