Tugas Makalah

Peranan Kompleks Humat (Di Tanah)

Pada Mobilitas Logam

Untuk Memenenuhi Tugas Mata Kuliah

Material Humat

Disusun

Okto Riristina Gultom

NIM : 1206331213

Program Pasca Sarjana

Departemen Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Indonesia

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.2 Latar Belakang

Tanah yang merupakan bagian bumi dapat dipisahkan menjadi beberapa bagian penyusun

yaitu air, udara, mineral dan bahan organik tanah (yang selanjutnya di sebut bahan organik).

Bahan organik sangat berperan penting pada kesuburan tanah baik secara fisik ataupun kimia.

Secara fisik, bahan organik dapat membantu menjaga kelembabpan tanah dan pembentukan

struktur tanah. Sedangkan secara kimia, bahan organik berperan aktif dalam pengikatan ion

khususnya menjadikannya tersedia bagi tanaman.

Bahan organik tanah dibagi menjadi dua kelompok, yakni : bahan yang telah

terhumifikasi yang disebut sebagai bahan humic, dan bahan yang tidak terhumifikasi yang

disebut sebagai bahan non humic.

Pengertian humus adalah campuran senyawa kompleks (tersusun atas asam humat, asam

fulvat, ligno protein dll), mempunyai sifat agak/cukup resisten terhadap perombakan jasad renik,

bersifat amorf, berwarna coklat-hitam, bersifat koloid, dan berasal dari proses humifikasi bahan

organik oleh mikroba.

Logam merupakan suatu unsur yang memiliki berat molekul yang tinggi. Istilah logam

berat menunjuk pada unsur logam yang mempunyai berat jenis lebih besar dari 5 g/cm3. Namun

pada kenyataannya dalam pengertian logam berat ini, dimasukkan pula unsur-unsur metaloid

yang mempunyai sifat berbahaya seperti logam berat sehingga jumlah seluruhnya mencapai lebih

kurang 40 jenis. Logam berat menjadi perhatian karena sifat racun (toksisitas) yang dimilikinya.

Secara alamiah logam berat dikandung oleh berbagai mineral dalam berbagai batuan penyusun

kerak bumi. Mineral tersebut umumnya adalah mineral kelam yang banyak ditemukan pada

batuan basa atau ultra basa. Berbagai mineral yang mengandung logam berat tersebut disajikan

pada tabel 1.

Tabel 1. Beberapa mineral yang mengandung logam berat.

Nama mineral Unsur Utama Unsur Mikro

Olivin Mg, Fe, Si Ni, Co, Mn, Li, Zn, Cu, Mo

Homblende Mg, Fe, Ca, Al, Si Ni, Co, Mn, Sc, Li, V, Zn, Cu, Ga

Augit Ca, Mg, Al, Si Ni, Co, Mn, Sc, Li, V, Zn, Pb, Cu, Ga

Biotit K, Mg, Fe, Al, Si Rb, Ba, Ni, Co, Sc, Li, Mn, V, Zn, Cu, Ga

Anorthit Ca, Al, Si Sr, Cu, Ga, Mn

Andesin Ca, Na, Al, Si Sr, Cu, Ga, Mn

Oligoklas Na, Ca, Al, Si Cu, Ga

Garnet Ca, Mg, Fe, Al, Si Mn, Cr, Ga

Ortoklas K, Al,Si Rb, Ba, Sr, Cu, Ga

Ilmenit Fe, Ti Co, Ni, Cr, V

Magnetit Ti Zn, Co, Ni, Cr, V

1.2 Tujuan Penulisan

Penulisan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh logam terhadap kompleks humat dan

sebaliknya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Humat

Bahan organik tanah dibagi menjadi dua kelompok, yakni bahan yang terhumifikasi

(humat) dan bahan yang tidak terhumifikasi (non humat). Humat sering dikenal sebagai

humus,yang merupakan hasil akhir proses dekomposisi bahan orhanik, bersifat stabil dan tahan

terhadap biodegradasi.

Asam humat adalah zat organik yang terdapat di dalam tanah dan gambut. Asam humat

merupakan bahan makromolekul polielektrolit yang memiliki gugus fungsional seperti –COOH,

–OH fenolat maupun –OH alkoholat, sehingga asam humat memiliki peluang untuk berikatan

dengan ion logam karena gugus ini dapat mengalami deprotonasi pada pH yang relatif tinggi.

Deprotonasi gugus-gugus fungsional asam humat akan menurunkan kemampuan

pembentukan ikatan hidrogen, baik antar molekul maupun sesama molekul dan meningkatkan

jumlah muatan negatif gugus fungsional asam humat, sehingga akan meningkatkan gaya tolak

menolak antar gugus dalam molekul asam humat. Pengaruh tersebut akan menyebabkan

permukaan partikel-partikel koloid asam humat bermuatan negatif dan menjadi lebih terbuka

dengan meningkatnya pH. Salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutan asam humat adalah

pH, yang lebih lanjut akan mempengaruhi disosiasi gugus yang bersifat asam pada asam humat.

Sehingga pada proses penyerapan logam berat ini dipengaruhi oleh pH larutan yang merupakan

salah satu faktor fisiko kimia lingkungan .

Subtansi humus mempunyai kontribusi dalam pertukaran anion dan kation, kompleks

atau khelat beberapa ion logam, berperan sebagai pH buffer . Subtansi humus dibagi menjadi :

1. Asam Humat :

Warna gelap, amorf, dapat diekstrak dengan basa kuat, tidak larut dalam asam,

mengandung gugus fungsional asam seperti phenolic dan karboksilat.

2. Asam Fulvat

Dapat diekstraksi dengan basa, gugus fungsionalnya asam namun dapat larut di

asam , mengandung gugus fungsional basa juga

3. Humin

Tidak larut dalam asam dan basa , warna paling gelap

Secara kimia bahan organik dalam tanah diklasifikasin menjadi 3 fraksi yaitu : (1) humin, tidak

larut dalam asam maupun basa , (2)Asam humat larut dalam basa tetapi tidak larut pada asam,

(30 Asam fulvat larut dalam basa maupun asam.

Gambar 1. Fraksionasi bahan organic

2.2. Peranan Humat

Sebagai bagian dari tanah, bahan humat sangat berperan dalam sejumlah reaksi di dalam

tanah. Proses yang terjadi di dalam tanah sebagian besar dilakukan oleh penyusun tanah yang

jumlahnya relatif kecil, yaitu liat dan humus. Bentuk koloidal baik liat maupun bahan organic

tanah merupakan pusat kegiatan dalam tanah dimana terjadi reaksi-reaksi kimia dan pertukaran

kation.

Bahan humat memegang peranan penting dipandang dari sudut pertanian, antara lain

memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kualitas dan produksi tanah. Bahan humat juga

bermanfaat untuk menjaga kualitas tanah dari cemaran logam. Hal ini didasarkan kemampuan

bahan humat berikatan dengan kation logam polivalen. urutan kekuatan komplek ikatan logam

dengan bahan humat adalah sebagai berikut Pb2+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Zn2+ > Cd2+ >

Fe2+ > Mn2+ > Mg2+.

2.3 Logam Berat Dalam Tanah

Berdasarkan pembentukan kompleks dan fungsi nutrisi untuk tanaman, Stevenson (1982)

membagi logam–logam menjadi tiga bagian, yaitu:

1. Logam yang esensial bagi tanaman tetapi tidak berikatan dalam senyawa koordinat. Kation

yang termasuk kelompok ini adalah kation monovalen Na+ dan K+ serta divalent Ca2+ dan Mg2+.

2. Logam esensial dan membentuk ikatan koordinat dengan ligan–ligan organik. Kelompok ini

meliputi hampir semua logam dalam golongan transisi I, termasuk Cu2+ dan Zn2+, serta logam

dalam golongan transisi II.

3. Logam yang tidak diketahui fungsinya bagi tanaman, tetapi diakumulasikan dalam

lingkungan. Yang termasuk golongan ini adalah Cd2+ , Pb2+ , dan Hg2+ .

Berdasarkan kebutuhan hara tanaman, logam berat dibagi menjadi dua, yaitu yang

bersifat esensial dan non esensial bagi tanaman. Logam berat yang bersifat esensial adalah unsur

logam yang diperlukan oleh tanaman untuk proses fisiologisnya, misalnya Fe, Cu, dan Zn.

Logam berat non esensial meliputi beberapa logam berat yang belum diketahui kegunaannya,

maupun yang dalam jumlah relatif sedikit dapat menyebabkan keracunan, misalnya Hg, Pb, Cd,

dan As.

Sumber utama logam berat dalam tanah berasal dari pelapukan mineral dan kegiatan

manusia (antropogenik). Secara alamiah logam berat terdapat dalam struktur kimia mineral, dan

umumnya dalam bentuk yang tidak tersedia. Batuan beku memiliki kandungan logam seperti

Mn, Cr, Co, Ni, Cu, dan Zn yang lebih tinggi dibandingkan batuan sedimen. Batuan beku dan

batuan metamorfik merupakan penyumbang utama logam dalam tanah karena jumlahnya yang

mencapai 95% kulit bumi, dan 5% sisa merupakan batuan sedimen. Akan tetapi, batuan sedimen

lebih banyak dijumpai sebagai bahan induk tanah mineral karena menyelimuti batuan beku dan

metamorfik.

Dibandingkan dengan sumber yang berasal dari pelapukan mineral, kegiatan manusia

(antropogenik) lebih berpotensi menyebabkan pencemaran logam berat. Sumber antropogenik

utama logam berat dalam tanah dan lingkungan adalah: (1) pertambangan dan peleburan mineral

logam; (2) industri; (3) endapan dari udara yang berasal dari pembakaran bahan bakar minyak;

(4) bahan pertanian dan hortikultura; serta (5) pembuangan limbah.

a. Kadmium (Cd)

Kadmium merupakan logam lunak berbentuk kristal dan berwarna putih keperakan.

Kadmium (Cd) bersama-sama dengan Hg, Pb dan V adalah logam yang hingga saat ini belum

diketahui dengan jelas perannya bagi tumbuhan dan makhluk hidup lainnya. Kadmium bersifat

tidak larut dalam air. Kadmium bersifat tahan panas sehingga sangat baik untuk campuran

pembuatan bahan-bahan keramik, enamel dan plastik. Kadmium juga sangat tahan terhadap

korosi sehingga sangat bagus untuk melapisi pelat besi dan baja.

b. Tembaga (Cu)

Tembaga merupakan unsur logam esensial untuk tanaman dan hewan. Unsur ini diperlukan

pada berbagai sistem enzim. Oleh karena itu harus selalu ada pada makanan. Namun, tetap harus

diperhatikan agar Cu yang masuk dalam jaringan kadarnya tidak kurang dan juga tidak berlebih.

Logam ini dalam konsentrasi rendah tidak membahayakan, bahkan diperlukan tubuh. Tetapi

dalam konsentrasi tinggi dapat mengakibatkan kerusakan pada ginjal, Kadar normal Cu dalam

jaringan tanaman berkisar 5-20 ppm.

c. Seng (Zn)

Seng (Zn) adalah unsur hara mikro esensial bagi manusia, hewan, dan tumbuhan tingkat

tinggi. Zn dalam tanah dikelompokkan dalam bentuk-bentuk kelompok mudah tersedia sampai

tidak tersedia bagi tanaman, yaitu bentuk terlarut dalam air, dapat dipertukarkan (terikat pada

koloid-koloid bermuatan listrik), terikat oleh senyawa organik menjadi khelat atau senyawa

kompleks (ikatan logam pada ligand organik), liat mineral sekunder dan oksida metalik tidak

larut, serta dalam bentuk mineral primer. Endapan Zn dapat terbentuk dengan senyawa-senyawa

hidroksida, karbonat, fosfat, sulfida, molibdat, dan asam-asam organik yang terdiri dari humat,

fulvat, dan ligand organik, Untuk pertumbuhan tanaman, pada umumnya tanaman membutuhkan

unsur Zn hanya dalam jumlah sedikit. Kadar normal Zn dalam tanaman berkisar 25-150 ppm.

Kelebihan logam Zn dalam tubuh manusia akan mengakibatkan timbulnya rasa nyeri pada dada,

pneumonitis dan paru-paru dan pengaruhnya dapat bersifat permanen.

d. Timbal (Pb)

Timbal (Pb) adalah sejenis logam yang lunak dan berwarna coklat kehitaman, serta mudah

dimurnikan. Dalam pertambangan, logam ini berbentuk sulfida logam (PbS) yang sering disebut

galena. Pb sangat tidak larut dalam tanah terutama bila tanah tidak terlalu masam. Sebagian besar

Pb ditemukan pada lapisan permukaan. Kandungan Pb total pada tanah pertanian berkisar 2–200

ppm. Logam ini tidak terdapat secara murni, tetapi berkombinasi dengan unsur lain sebagai

garam. Pada umumnya logam ini berasosiasi dengan logam-logam seperti seng, besi, kadmium,

dan perak. Pb tersedia bagi tanaman melalui tanah dan sumber-sumber aerosol (udara).

Serapannya oleh tanaman sangat rendah, kecuali pada tanah dengan kapasitas tukar kation, pH,

kadar bahan organic. Serapan Pb oleh tanaman jarang pula sampai menimbulkan gejala toksisitas

pada tanaman, kecuali bila kandungan Pb dalam media perakaran sangat tinggi, karena sebagian

besar Pb yang diserap diakumulasikan pada akar secara cepat.

2.4 Bentuk Logam Berat di Dalam Tanah

Logam berat dalam tanah terdapat dalam lima fraksi, yaitu:

(1) fraksi terlarut;

(2) fraksi yang dapat dipertukarkan;

(3) fraksi yang terikat pada oksida dan hidroksida Fe dan Mn;

(4) fraksi khelat bahan organik; dan

(5) residu.

Fraksionasi logam berat dipengaruhi oleh reaksi yang terjadi di dalam tanah, jenis mineral liat,

serta kandungan bahan organik. Proses utama yang berkaitan dengan mobilitas logam dalam

tanah antara lain: pelapukan mineral, pelarutan, pengendapan, serapan oleh tanaman, imobilisasi

oleh mikro organisme, pertukaran kation dalam tanah, adsorpsi, pengkhelatan, dan pencucian.

Pada prinsipnya, proses yang mempengaruhi terlarutnya logam berat dalam tanah adalah

pH, kadar bahan organik terlarut, dan reaksi redoks tanah. Proses pengikatan logam dalam tanah

lebih dominan terjadi jika dibandingkan dengan proses pencucian

2.5 Perilaku Logam Berat Dalam Tanah

Keberadaan logam berat berkaitan erat dengan pH, kadar bahan organik dan keadaan

oksidasi reduksi tanah. Reaksi tanah merupakan faktor pengontrol penting perilaku kimia logam-

logam dan berbagai proses penting lainnya di dalam tanah. pH tanah mempengaruhi serapan

unsur hara dan pertumbuhan tanaman melalui pengaruh langsungnya terhadap tersedianya unsur

hara dan adanya unsur-unsur beracun. Dalam keadaan masam kation logam sangat larut dan

tersedia bagi tanaman. Kation logam berat lebih mudah bergerak dalam kondisi masam.

Bahan organik dapat mengurangi pengaruh buruk yang mungkin ditimbulkan oleh logam

berat dan mempertahankan tanaman dalam keadaan normal. Bahan organik dapat membentuk

senyawa komplek dengan logam berat yang disebut komplek organik logam. Pembentukan

komplek organik logam dapat menurunkan kelarutan logam-logam berat.

Adanya bahan organik akan menyebabkan terjadinya kelat dengan kation-kation logam.

Senyawa-senyawa humat efektif dalam mengikat unsur logam (Fe, Cu, Zn dan Mn). Dalam tanah

masam, unsur logam tersebut terdapat dalam konsentrasi yang tinggi dan menyebabkan masalah

keracunan pada tanaman. Pemberian humus pada tanah masam akan membuat sebagian unsur

logam terambil dari larutan melalui pembentukan kompleks dengan senyawa-senyawa humat.

Logam berat dalam tanah dapat berada dalam bentuk ion atau berikatan dengan mineral

maupun bahan organik tanah. Dalam larutan tanah, kebanyakan logam berat (kecuali As, Sb, Sn,

Mo dan V) merupakan kation-kation sehingga dijerap oleh muatan negatif permukaan koloid

tanah. Peningkatan muatan negatif liat akan mampu meningkatkan kapasitas jerapan kation

dalam jumlah yang lebih banyak. Proses pengendapan ion-ion logam dalam larutan tanah

menjadi bentuk tak tersedia akan mengurangi pengaruh logam berat terhadap pertumbuhan

tanaman. Mobilitas dan ketersediaan logam berat tergantung pada cara dan kekuatan fiksasi

logam berat oleh komponen tanah khususnya pada tanah liat.

2.6 Serapan Logam Berat oleh Tanaman

Jumlah logam yang diserap oleh tanaman dipengaruhi oleh banyak faktor yang saling

terkait. Faktor-faktor tersebut antara lain:

(1) konsentrasi dan jenis logam di larutan tanah;

(2) pergerakan logam dari tanah ke permukaan akar;

(3) pengangkutan logam dari permukaan akar ke dalam akar; dan

(4) translokasi logam dari akar ke tajuk tanaman. Masuknya logam berat dapat terjadi melalui

dua proses, yaitu secara pasif (non-metabolik) dan aktif (metabolik).

Proses serapan pasif meliputi difusi ion di larutan tanah ke endodermis akar, sedangkan

serapan aktif melibatkan agen untuk melawan perbedaan konsentrasi tetapi memerlukan energi

metabolik. Selain itu, serapan logam berat oleh tanaman sangat dipengaruhi oleh fraksionasi

logam berat dalam tanah. Tanaman memiliki suatu mekanisme untuk mengurangi bahaya logam

berat. Mekanisme toleransi tanaman terhadap pencemaran logam berat, meliputi:

(1) selektifitas serapan ion;

(2) penurunan permeabilitas atau struktur dan fungsi membran;

(3) imobilisasi ion logam berat pada akar;

(4) deposisi atau penyimpanan ion logam berat dalam bentuk tak larut sehingga tidak terlibat

dalam metabolisme;

(5) perubahan pola metabolisme, yaitu peningkatan sistem enzim yang menghambat atau

meningkatkan metabolik antagonis atau memotong jalur metabolisme dengan tidak melalui tapak

yang terhambat ion logam berat;

(6) adaptasi terhadap pergantian ion logam fisiologis dalam enzim oleh logam berat; serta

(7) pelepasan ion logam berat dari tanaman melalui pencucian lewat daun, gutasi, dan ekspresi

lewat daun

Ukuran keberhasilan upaya pengendalian logam berat didasarkan pada terjadinya

penurunan serapannya oleh tanaman. Penurunan serapan oleh tanaman terhadap logam berat

berkaitan dengan tiga hal, yaitu:

(a) akibat penurunan kadar fraksi aktif logam berat dalam tanah; atau

(b) peningkatan selektifitas tanaman dalam menyerap unsur dari media tumbuhnya; atau

(c) kombinasi keduanya

BAB III

KESIMPULAN

Dari hasil beberapa tinjauan pustaka penulis menyimpulkan bahwa sebagai bagian dari

tanah, bahan humat sangat berperan dalam sejumlah reaksi di dalam tanah. didasarkan

kemampuan bahan humat berikatan dengan kation logam polivalen. urutan kekuatan komplek

ikatan logam dengan bahan humat adalah sebagai berikut Pb2+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Zn2+

> Cd2+ > Fe2+ > Mn2+ > Mg2+. Dibandingkan dengan sumber yang berasal dari pelapukan

mineral, kegiatan manusia (antropogenik) lebih berpotensi menyebabkan pencemaran logam

berat.

Fraksionasi logam berat dipengaruhi oleh reaksi yang terjadi di dalam tanah, jenis

mineral liat, serta kandungan bahan organik. Proses utama yang berkaitan dengan mobilitas

logam dalam tanah antara lain: pelapukan mineral, pelarutan, pengendapan, serapan oleh

tanaman, imobilisasi oleh mikro organisme, pertukaran kation dalam tanah, adsorpsi,

pengkhelatan, dan pencucian. proses yang mempengaruhi terlarutnya logam berat dalam tanah

adalah pH, kadar bahan organik terlarut, dan reaksi redoks tanah

Ukuran keberhasilan upaya pengendalian logam berat didasarkan pada terjadinya

penurunan serapannya oleh tanaman

DAFTAR PUSTAKA

Alimin, dkk., (2005), ”Fraksinasi Asam Humat dan Pengaruhnya pada Kelarutan Ion Logam

Seng (II) dan Kadmium (II)”, Jurnal Ilmu Dasar, 6, no. 1

Aiken, George R., et. al. 1985. Humic substances in soil, sediment and water . United States of

America : A wiley interscience publication

Ari. S, Pendugaan Spasial Logam Berat Pb, Cd, Cu, Zn, dan Ni di Dalam Air Dan Sedimen di

Perairan Teluk Jakarta, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan Fakultas Perikanan dan Ilmu

Kelautan Institut Pertanian Bogor, 2005.

Dwi Setyowati dan Ita Ulfin, Optimasi Kondisi Penyerapan Ion Aluminium Oleh Asam Humat,

Laboratorium Kimia Analitik Jurusan Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus

ITS Keputih, Surabaya 60111, Akta Kimindo Vol. 2 No. 2 April 2007: 85 – 92.

Samat dan Aldes Lesbani, Studi Interaksi Seng(II) pada Asam Humat Muara Kuang serta

Aplikasinya terhadap Limbah Industri Pelapisan Seng, Jurnal Penelitian Sains, Volume 15

Nomer 1(C) 15105.

Stevenson, S.J., 1994, Humic Chemistry, John Wiley and Sons, New York

Spark K. M, Wells, J. D., (1997) ’’ The Interaction Of Humic Acid with Heavy Metals’’, Aust. J.

Soil. Resc, 35, 89 -101