FOSFOR

Posted by meyovy on Januari 3, 2013 · Tinggalkan sebuah Komentar 

Bentuk dan fungsi P di dalam jaringan tanaman

1. P dibutuhkan tanaman dalam jumlah relatif besar, sedikit lebih kecil dibawah N dan K, setara dengan S, Ca dan Mg
2. Fosfat: unsur P sangat reaktif, di alam ditemukan dalam bentuk gugus fosfat
3. ATP : transfer energi
4. NADP : fotosintesis
5. Asam nukleat: bahan DNA, RNA
6. Lemak fosfat (phospholipids): membran sel dan organ dalam sel

Mobilitas P

Unsur fosfor (P) sifatnya mobil dalam tanaman, mudah dipindahkan dari bagian daun yang tuda ke titik tumbuh. Gejala kekahatan: tanaman kerdil, pertumbuhan akar buruk, kedewasaan terlambat, warna daun hijau kelam, muncul warna keunguan misalnya pada jagung.  Jika P berlebihan meskipun tidak secara langsung meracuni tanaman, akan menyebabkan merangsang pertumbuhan organisme perairan, mempercepat eutrofikasi, P tanah yang berlebih meningkatkan pengangkutan P dalam sedimen, air limpasan.

Sumber P

1. perombakan bahan organik: menyumbang 20-80% dari total P dalam tanah
2. rabuk, kompos dan biosolid
3. pelarutan mineral P : mineral primer dan sekunder, mineral primer sangat lambat tersedia menjadi sumber jangka panjang
4. pengendapan sedimen erosi
5. pupuk P

Bentuk P yang diserap tanaman

Kebanyakan P diserap dalam bentuk ion anorganik orthofosfat: HPO₄ ^2- atau H₂PO₄ ^–. Jumlahnya tergantung pH larutan, pada pH 7,2 jumlahnya setara, HPO₄ ^2- lebih banyak jika kondisi tanah alkalin, sedangkan H₂PO₄^– lebih banyak jika kondisi tanah masam. Akar juga menyerap beberapa fosfat organik: asam nukleat, fitin, kontribusi terhadap keseluruhan hara P masih kecil.

Penyerapan H₂PO₄^– lebih cepat dibanding HPO₄ ^2- , hal ini terkait dengan muatan divalen vs. monovalen. Keseimbangan kation/anion : penyerapan fosfat meningkatkan penyerapan Ca, Mg, K, keseimbangan muatan, pengakutan kooperasi; penyerapan fosfat dapat menghambat penyerapan nitrat dan sulfat, penghambatan kompetisi. pH risosfer: akar melepas HCO₃ ^– (OH ^–)

Gerakan P menuju akar

Ion HPO₄ ^2- atau H₂PO₄ ^– terutama bergerak menuju akar karena difusi:

• kadar dalam tanah rendah : sekitar 0,05 ppm
• adanya reaksi penjerapan, presipitasi di dalam tanah
• ion fosfat bergerak < 1 mm dalam satu musim tanamn
• ukuran dan kerapatan sistem perakaran sangat penting dalam proses penyerapan P

Transformasi P di dalam tanah

Unsur P di dalam tanah akan mengalami proses alihrupa : mineralisasi, immobilisasi, penjerapan-pelepasan pada permukaan mineral: lempung, oksida Fe dan Al, karbonat, pengendapan-pelarutan mineral sekunder: Ca, Al, Fe fosfat atau pelapukan mineral tanah primer: Apatit.

Mineralisasi

Kandungan P dalam bahan organik tanah sekitar 1%  P organik melepaskan fosfat anorganik yang tersedia bagi tanaman. Ensim fosfatase yang dihasilkan oleh berbagai mikrobia, melepas ion orthofosfat. P organik dalam tanah, hampir 50% berupa fosfat inositol, lemak fosfat (fosfolipid) dan asam nukleat sekitar 10%. Hampir 50% P organik  belum dikenali dengan baik. Fofat Inositol merupakan rangkaian ester fosfat : C₆H₆(OH)₆ = inositol, gugus OH digantikan oleh fosfat, terutama dalam bentuk asam pitat (phytic acid). Inositol hexaphosphate: memiliki 6 gugus fosfat, merupakan hasil aktivitas mikrobia, sisa perombakan.

Imobilisasi (asimilasi)

Proses ini merupakan kebalikan dari mineralisasi. Pengambilan P anorganik dari tanah (HPO₄^2- or H₂PO₄ ^– ) kemudian diubah menjadi  P organik oleh mikrobia. Ada keseimbangan antara proses mineralisasi dengan immobilisasi. Nisbah C:P menentukan laju perombakan bahan organik (seperti halnya nisbah C/N), mineralisasi P juga ditentukan oleh nsibah C/N. Nisbah C/P tinggi, mikrobia menggunakan P tersedia dari larta tanah, ketersediaan bagi tanaman berkurang. Jika kadar P dalam larutan tanah rendah maka pertumbuhan mikrobia terhambat, perombakan bahan organik juga lambat. Nisbah C/P bahan organik tanah sekitar 100:1. nisbah C:N:P sekitar 120:10:1.3.

• jika C:P > 300,            P imobilisasi > P mineralization, residue <0.2% P
• jika C:P = 200-300,  P imobilisasi = P mineralization
• jika C:P < 200,            P imobilisasi < P mineralization, residue >0.3% P

Penyematan P

Penyematan P adalah proses pengambilan P anorganik dari larutan tanah. P hasil mineralisasi bahan organik, P yang diberikan sebagai pupuk terlarut, atau hasil pelarutan berbagai sumber dengan mudah mengalami reaksi di dalam tanah :

• Adsorpsi: retensi P pada permukaan mineral
• Presipitasi: pembentukan mineral P sekunder

Penyematan P merupakan reaksi bersinambung, tidak ada batas yang tegas antara adsorpsi dan presipitasi amorf. Jenis penyematan bervariasi sesuai kondisi tanah: terutama pH tanah: kation terlarut, permukaan mineral; kadar fosfat dan kation: pada kadar rendah terjadi adsorpsi, pada kadar tinggi terjadi presipitasi.

Jerapan (adsorpsi)

Tanah masam: oksida dan hidroksida Al dan Fe, mineral lempung; permukaan mineral pada kondisi masam; kebanyakan dalam bentuk ion H₂PO₄ ^– _. Terjadi pada permukaan oksida dan hidroksida. Muatan positif neto pada kondisi masam, lihat pertukaran dan jerapan anion. Muatan positif menarik anion: fosfat dan lainnya. Fosfat berinteraksi dengan gugus -OH dan -OH₂ ⁺ di permukaan: jerapan istimewa (specific adsorpsi), chemisorpsi; mendesak –OH dan -OH₂ dan mengikat Al dan Fe; menjadi Al-O-fosfat. P labil: fosfat diikat oleh satu ikata Al-O-P; segera terlepas dari permukaan untuk mengisi larutan tanah; juga disebut sebagai “P aktif” . P tidak labil: fosfat diikat oleh dua ikatan Al-O-P atau Fe-O-P; P tidak mudah terlepas dari mineral menuju larutan tanah. Permukaan lempung: tepian mineral lempung yang pecah; gugus -OH yang terbuka; serupa dengan pertukaran -OH di permukaan oksida Al dan Fe; jerapan lempung 1:1 (kaolinit) >> lempung 2:1 (monmorillonit).

Tanah kapuran: mineral karbonat; permukaan mineral dalam kondisi alkalin, karbonat stabil terbentuk pada pH 7.8 atau lebih; fosfat menggantikan gugus CO₃ ^2-; ada juga yang terjerap pada permukaan Al(OH)₃ dan Fe(OH)₃ .

Tanah halus memiliki kapasitas jerapan yang lebih tinggi dibanding tanah kasar, karena luas permukaannya lebih besar. Tanah masam memiliki kapasitas jerapan lebih besar dibanding tanah netral atau kapuran.  Oksida Al dan Fe memiliki kapasias jerapan lebih besar dibanding karbonat.  Oksida amorf memiliki kapasitas jerapan lebih besar dibandingkan bentuk kristalin, karena luas permukaan lebih besar dan terjadi sebagai partikel diskrit atau selaput atau lapisan film pada partikel tanah lainnya. Takaran pupuk lebih tinggi diperlukan untuk menjaga kecukupan P larutan tanah pada tanah yang memiliki kapasitas retensi yang besar

Persamaan jerapan digunakan untuk menggambarkan kapasitas jerapan tanah:

1. persamaan Freundlich. Q=a.c^b  . Jumlah P terjerap proporsional dengan kadar P dalam larutan tanah. a,b adalah konstanta empirik dari setiap jenis tanah. Persamaan ini bagus untuk kadar P rendah dalam larutan, tetapi tidak menunjukkan kapasitas jerapan maksimum.
2. persamaan Langmuir. Q=abc/(1+ac) . Untuk menduga jika seluruh tapak jerapan sudah terisi, tidak akan terjadi lagi jerapan. b = jerapan maksimum, peningkatan P dalam larutan tidak akan meningkatkan jerapan

Eksistensi suatu jerapan P maksimum memiliki implikasi terhadap gerapan P terlarut. Tanah dapat menyemat banyak P dan mempertahankan P terlarut sedikit, tetapi kapasitas retensi tersebut dapat terlampaui misalnya dengan pemberian sinambung dengan rabuk yang memiliki kadar sangat tinggi (overload).

Presipitasi

Pada tanah masam: dirajai kation terlarut Al dan Fe, menyebabkan presipitasi mineral Al-fosfat dan Fe- fosfat. Pada tanah netral dan kapuran: dirajai kation terlarut Ca, menyebabkan presipitasi mineral Ca-fosfat. Keadaan pH larutan dan kelarutan Al, Fe dan Ca fosfat menentukan kadar P dalam larutan tanah, perhatikan stabilitas mineral. Ketersediaan P maksimum pada pH 6 – 7, yaitu diantara zona Al dan Fe fosfat dengan Ca fosfat yang tidak terlarut.  Reaksi presipitasi umumnya terjadi sangat lambat.

Pada tanah masam: FePO₄ ^. 2H₂O + H₂O <–> H₂PO₄ ^– + H⁺ + Fe(OH)₃, jika kemasaman meningkat (H⁺), keseimbangan bergerak ke kiri, Fe-fosfat mengendap dan P larutan menurun, jika kemasaman menurun, keseimbangan bergerak ke kanan, Fe-fosfat melarut dan P larutan meningkat, pada saat akar menyerap H₂PO₄ ^–, keseimbangan bergerak ke kanan, Fe-fosfat melarut untuk mengisi P dalam larutan tanah. Fe-fosfat padatan akan mempertahankan H₂PO₄^– tetap pada aras keseimbangan, hal ini tergantung pH tanah.

Pada tanah netral dan kapuran: CaHPO₄ ^. 2H₂O + H⁺ <–> Ca²⁺ + H₂PO₄ ^– + 2H₂O, jika kemasaman menurun, keseimbangan bergerak ke kiri, Ca-fosfat mengendap dan P larutan menurun, jika kemasaman meningkat keseimbangan bergerak ke kanan, Ca-fosfat melarut dan P larutan meningkat, pada saat akar menyerap H₂PO₄ ^–, keseimbangan bergerak ke kiri, Ca-fosfat melarut, mengisi P dalam larutan tanah. Ca-fosfat padatan menjaga H₂PO₄ ^– pada aras keseimbangan, hal ini tergantung pH tanah.

Ketersediaan dan penyematan P dari pupuk

Faktor kuantitas dan intensitas BC=ΔQ/ΔI, kapasitas penyanggaan dan penyematan saling berkaitan. P dalam pupuk: sifatnya sangat larut dalam air (very soluble), meningkatkan kadar P larutan. Faktor intensitas: kadar hara dalam larutan tanah, adalah P yang segera tersedia. inilah yang mengalami asimilasi oleh organisme, penjerapan oleh pemukaan dan rekasi presipitasi. Penyematan P mengurangi intensitas (P dalam larutan), tetapi juga menjadi cadangan untuk mengisi kembali P dalam larutan, yakni sebagai penyangga.

Kapasitas penyanggaan (buffering capacity) adalah kemampuan tanah untuk mempertahankan kadar hara dalam larutan tanah (ability of soil to maintain nutrient concentrations in the soil solution) atau kapasitas fasa padatan tanah untuk mengisi hara dalam larutan tanah yang diserap oleh tanaman (capacity of solid soil phases to replenish solution nutrients taken up by plant roots). Faktor kuantitas: meliputi P organik, P terjerap dan P mineral, merupakan fraksi labil dan fraksi tidak labil.

• P labil : secara cepat dapat mengisi P dalam larutan, merupakan P terjerap yang mudah terurai, termasuk P organik yaitu dari fraksi bahan organik yang cepat terombak
• P tidak labil: secara perlahan akan mengisi P larutan atau P labil, meliputi P yang terjerap kuat, P organik dan P mineral.

Manajemen P pupuk

Tujuan untuk mengurangi penyematan P. Pada tanah yang memiliki kapasitas jerapan tinggi, frekuensi pemberian harus tinggi dengan dosis yang rendah. Pengaruh penempatan pupuk:

• disebar (surface applications): mobilitas P dalam tanah terbatas, P akan bergerak ke akar dengan sangat lambat.
• disebar dan dibenamkan (broadcast and incorporate): P diberikan pada zone perakaran, P terbuka penuh terhadap permukaan tanah, potensi penyematan P maksimal.
• larikan (band placement): mengurangi kontak tanah dengan pupuk, penyematan lebih sedikit dibanding jika disebar dan dibenamkan, akar akan menembus zona P.
• cara aplikasi terbaik: tergantung hasil uji tanah dan jenis tanah, larikan sangat penting pada tanah yang memiliki P rendah dengan kapasitas penyematan yang tinggi, pada tanah yang memilki P tinggi, atau tanah dengan kapasitas penyematan rendah aplikasi dengan cara disebarkan dan dibenamkan setiap 3-4 tahun cukup efektif.

 

Bahan Baku

Bahan Baku untuk pupuk P :

• Bahan fosfat/ Rock Phosphate : terdiri atas berbagai macam apatit
• Fluoroapatit: Ca₃(PO₄)₂.CaF₂
• Khloroapatit: Ca₃(PO₄)₂.CaCl₂
• Oksidaapatit: Ca₃(PO₄)₂.CaO
• Hidroksidaapatit: Ca₃ (PO₄)_2.Ca(OH)₂
• Karbonatapatit: Ca₃ (PO₄)_2.CaCO₃
• Senyawa P dalam tanah & deposit
• Fe-fosfat (FePO₄ .2H₂O)
• AI-fosfat (AIPO₄ .2H₂O)

 Di Indonesia sumber bahan baku P sangat terbatas. Apatit sebagian berasal dari magma dan sebagian merupakan organogenetic.

Edapan apatit terluas di dunia: kalsium karbonat fluoroapatit/fravolite (Ca₁₀F₂(PO₄)₆. X CaCO₃.

Geologi endapan deposit tersebut erat kaitannya dengan geologi marin : pembentukan endapan fosforit di dasar laut sebagai hasil persenyawaan kimia, fisika & biologi.

P Merupakan sumber P terbesar 80% dari produk dunia, sedangkan dari batuan beku hanya 12%. Sumber P lain : Guano deposit P-organik dari kotoran kelelawar, tetapi bukan untuk bahan baku pembuatan P.

Penambangan dan Persiapan

Dimulai dengan penambangan deposit yang umumnya memakai metode : strip mining/tambang terbuka  hasilnya dibawa ke pabrik pemisahan dari pasir, liat, dan lain-lain. Pembuatan ppk P hanya memakai proses fisika à lebih mudah, tetapi pupuk sukar larut dalam air & hanya larut dalam suasana masam, karena bentuk fosfat yaitu PO₄^-3 relatif tidak larut dalam air. Pembuatan pupuk P memakai proses dekomposisi kimia yang terdiri dari 3 kelompok :

1. Penggantian sebagian Ca dalam apatit dengan H dari asam : produksi superfosfat dan triplefosfat
2. Penggantian sebagian Ca dalam apatit dengan Na : produksi rhenania fosfat.
3. Perombakan secara total terhadap struktur kimia dari apatit/senyawa P lain : Produksi fosfat Thomas, dan lain-lain.

Macam Pupuk Fosfat, Pembuatan, dan Sifat-sifatnya

Penilaian pupuk P didasarkan pada efektivitas di lapangan bukan pada kadar total unsur.

Macam-macam pelarut yang digunakan untuk mengetahui efektivitas kelarutan pupuk P yaitu :

1. Air : super dan triple super fosfat
2. Amonium sitrat netral (BD :1.09)(menurut Fresenius) : superfosfat

3. Amonium sitrat alkalin (22%) (menurut Petermann) : Rhenania fosfat

4. Asam sitrat (2%)(Wagner) : Thomas fosfat
5. Asam formiat (2%) : membedakan rock fosfat
6. Asam-asam mineral pekat (H₂SO₄, HCl, dll) : menentukan kadar P-total

1. Pupuk Fosfat Larut – Air

a) Ordinary Superfosfat (OSP) / Double Superfosfat (DS) à dibuat dengan jalan:

Mencampurkan H₂SO₄ pekat dengan rockfosfat (dengan perbandingan berat yang sama). Reaksi bersifat sangat eksoterm (banyak panas yang dilepaskan)

Reaksi :

[ Ca₃(PO₄)₂]₃. CaF₂ + 7H₂O à 3Ca(H₂PO₄)₂ + 7CaSO₄ + 2HF

OSP

• Gas HF yang beracun biasanya dikumpulkan sebagai produksi sampingan. Jumlah senyawa Ca(H₂PO₄)₂ dalam pupuk OSP : 30%
• Dijual dalam bentuk tepung/ butir berwarna kelabu & berbau asam, ± 93% larut dalam air & sisanya larut dalam amonium sitrat netral. Kandungan Ca : 18 – 21%; S : 11 – 12%; mengandung unsur-unsur seperti : Mg, Fe, Al, Cu, Mn, Zn, & CI. Bentuk fosfat yang ada dalam OSP : H₂PO₄^–

b) TSP/ Ca(H₂PO₄)₂

Pembuatan : dibuat dari apatit & asam fosfat dengan jalan mencampurkan kedua bahan baku dalam suatu mixer dari baja beberapa kemudian mengeras dan selanjutnya dibentuk menjadi tepung, pelet atau butiran.

Reaksi inti :

[ Ca(PO₄)₂]₃. CaF₂ + 14H₃PO₄ + 10H₂O à 10Ca(H₂PO₄)₂H₂O + 2HF

Dibuat dengan wet-proses phosphoric acid. Persamaan phosphoric acid, dimana rockfhosphate direaksikan dengan H₂SO₄

[ Ca(PO₄)₂]₃. + 10H₂SO₄ + 20H₂O à 10CaSO₄.2H₂O + 6H₃PO₄ + 2HF

Sama baik dengan OSP, hanya kurang lengkap tidak mengandung S yang cukup untuk tanaman. Kadar S : 0 – 2%

• Mengandung 48% P₂O₅, sedang OSP : 16% P₂O₅ kadar Ca : 12 – 16%
• Berwarna kelabu sampai agak putih atau coklat berbau asam.

2. Pupuk Fosfat Tidak Larut – Air

1. Rhenania Fosfat (3CaNaPO₄.Ca₂SiO₄, Ca-Silikofosfat)

Pembuatan :

• Campuran rockfosfat dengan Na. Karbonat & SiO2 (pasir kuarsa), dipanaskan pada suhu 1200^oC.
• Dinginkan dengan air dan giling à saring dengan ukuran 180-mesh.
• Mengandung 12% P. Total & 11.8% p. Larut dalam am. Sitrat alkalin.
• Berbentuk tepung/ butir halus berwarna kelabu.
• Tidak dapat dipakai dalam pembuatan pupuk N-P-K.
• Dalam tanah bereaksi basa, karena mengandung Na 12% àberpengaruh buruk terhadap struktur tanah.

2. Thomas Fosfat

• Dikenal dengan nama Basic slag/ Thomas slag & Thomas slakken meel.
• Produk sampingan dalam pembuatan baja dari pig iron yang bahan bakunya : biji besi dengan kadar fosfat tinggi.
• Dibuat melalui pemanasan pada suhu tinggi tanpa memakai larutan asam seperti Rhenania fosfat sehingga disebut pupuk fosfat thermal.
• Kandungan P 7% (15% P₂O₅) kadar minimal 4.4% P
• Bentuk tepung, berwarna hitam kekelabuan
• Bereaksi basa, baik untuk tanah masam, kurang baik untuk tanah berkapur
• Dapat dipakai sebagai bahan pengapuran dengan nilai netralisasi 60 – 80%.
• Penggunaan sebaiknya secara broadcast agar mudah larut.

3. Novaphos

• Þ Rock fosfat yang terdekomposisi sebagian dan dapat terdiri dari berbagai bentuk P, sehingga kelarutannya beragam.
• Þ 40% dari P- aktif dalam pupuk ini merupakan P-larut air, ± 30% P larut asam sitrat & 30% P larut asam keras pekat.
• Þ Mengandung 10% P(23% P₂O₅) total & hanya 7% P yang larut air dan asam sitrat.
• Þ Diperdagangkan dalam bentuk butir warna kelabu.
• Þ Komposisi kimia : Ca-monofosfat (40%), apatit, sedikit CaSO₄ dan oksida lain.
• Þ Baik digunakan untuk tanaman semusim maupun tanaman tahunan à memberikan pengaruh yang cepat pada awal pertumbuhan dan pengaruh untuk waktu panjang.

4. Rock Phosphate

• Bila pembuatan tanpa melalui dekomposisi kimia dan pemurnian à memiliki sifat / komposisi sesuai batuan asal.
• Warna dapat bervariasi, bisa coklat, kelabu-hitam, biru & putih tergantung dari warna deposit. Warna coklat paling umum.
• Dalam pengolahan, setelah dibersihkan dari kotoran (tanah dan pasir), digiling à tepung, dengan kehalusan 100mesh (saringan 0.14 mm) / lebih halus.
• Kandungan P dalam bentuk pupuk rock phosphat 11 – 17% P (total) dan ketersediaannya : 14 – 65% dari kadar total.
• Pupuk ini tidak cocok untuk tanaman-tanah yang membutuhkan efek cepat dari pupuk seperti tanaman semusim, tanah alkalin atau berkapur. Cocok untuk tanaman tahunan dan tanah masam.
• Berdasarkan kelarutannya pupuk rock phosphate dibedakan menjadi 3 kelompok berdasarkan jumlah komponen P yang aktif (larut) dalam asam formiat:

1. jumlah komponen aktif banyak (65-80% larut- asam formiat)
2. jumlah komponen aktif sedang (sekitar 60%)
3. jumlah komponen aktif sedikit (40-55%)

Efisiensi dari pupuk RP selain ditentukan oleh sifat kelarutan, juga ditentukan oleh pH tanah, kelembaban, dan suhu yang semuanya akan mempengaruhi aktivitas biotik yang berperan dalam reaksi konservasi P dalam tanah.

Umumnya batuan fosfat dipakai untuk industri pupuk (> 90 %) dan hanya kurang dari 8 % yang dipakai langsung sebagai pupuk (dikenal dengan nama rock fosfat), 2 % dipakai untuk pakan ternak dan unggas.

Disimpan dalam Kesehatan · Tagged with daun yang, eutrofikasi, h2po4, hpo4, membran sel