MODUL KULIAH KESUBURAN TANAH
Topik:
Kalium (K) dalam Tanah dan Tanaman
Judul: Sumber, Bentuk, Sifat,
Fungsi, dan Analisis Kalium (K) dalam Tanah dan Tanaman
Disusun oleh: Dr. Benny Hidayat
Program Studi: Ilmu Tanah / Agronomi
Tahun Akademik: 2025
DAFTAR ISI
1. Pendahuluan
2. Sumber
dan Bentuk-Bentuk Kalium dalam Tanah
3. Sifat
dan Reaksi Kalium dalam Tanah
4. Fungsi
Kalium dalam Tanaman
5. Batas
Kritis dan Gejala Defisiensi Kalium
6. Prinsip
dan Metode Analisis Kalium dalam Tanah dan Tanaman
7. Aplikasi
dan Implikasi bagi Manajemen Kesuburan Tanah
8. Kesimpulan
9. Daftar
Pustaka (APA 6th Edition)
Sumber dan bentuk-bentuk K
(Kalium) dalam tanah
- Bentuk-bentuk K menurut
ketersediaannya:
- K dalam larutan tanah (soil
solution K):
bentuk paling langsung tersedia bagi tanaman; konsentrasi dinamis dan
biasanya rendah (mg L⁻¹). Tanaman menyerap K dari fase larutan. (Havlin
et al., 2013; Marschner, 2012).
- K tukar (exchangeable K): K yang terikat pada
permukaan partikel liat dan bahan organik melalui pertukaran kation —
cepat tersedia setelah desorpsi ke larutan tanah. Diekspresikan sebagai
cmolc kg⁻¹ atau mg kg⁻¹. (Sparks, 2003).
- K non-tukar / terikat
(non-exchangeable K / fixed K): K yang berada di dalam kisi mineral liat
(mis. mika, glaukonit) atau sorpsi kuat; pelepasannya lebih lambat
(minggu–bulan–tahun) melalui desorpsi atau pelapukan mineral. (Havlin et
al., 2013).
- K dalam mineral primer
(mineral K):
terikat dalam struktur silikat mineral (mis. feldspar, mika);
ketersediaannya sangat lambat, tergantung pelapukan mineral (tahun–abad).
(Brady & Weil, 2017).
- K organik: proporsi kecil terikat
pada bahan organik; bisa dilepaskan selama dekomposisi. (Marschner,
2012).
- Sumber K untuk sistem
pertanian:
- Sumber alami: mineral tanah (feldspar,
mika), bahan organik yang terurai, air irigasi (terkadang), dan deposisi
atmosfer (biasanya kecil kontribusinya). (Brady & Weil, 2017).
- Sumber antropogenik: pupuk mineral (KCl,
K₂SO₄, KNO₃), limbah organik/biochar yang mengandung K, dan residu
tanaman (jerami, abu biomassa). Pemberian pupuk dan residu memengaruhi
pool tukar dan larutan. (Havlin et al., 2013).
Sifat dan reaksi K dalam
tanah
- Mobilitas dan pertukaran
(adsorpsi-desorpsi):
- K adalah kation monovalen
(K⁺) dan bergerak bersama air tanah—relatif mobile dibandingkan Ca²⁺ atau
Mg²⁺ tetapi kurang mobile dibanding NO₃⁻ karena interaksi dengan
permukaan liat.
- K tukar diserap pada situs
pertukaran kation (CEC). Desorpsi K dari situs tukar ke larutan tanah
menentukan suplai jangka pendek bagi tanaman. (Sparks, 2003).
- Fiksasi (fixation) dalam
mineral liat:
- K dapat menjadi
“terfiksasi” ke dalam interlapisan mineral liat tertentu (mis. mika,
beberapa tipe illite) sehingga menjadi non-tukar. Proses ini dipengaruhi
oleh jenis liat, hidrasi ionik, ukuran pori, suhu, dan kelembapan. Fiksasi
menurunkan ketersediaan jangka pendek. (Marschner, 2012).
- Pengaruh pH, organisme, dan
bahan organik:
- pH mempengaruhi
keseimbangan ion dan persaingan antara kation; pada pH ekstrim ada
pengaruh pada CEC dan mineralisasi organik.
- Bahan organik meningkatkan
kapasitas penyangga (buffering) K melalui kontribusi kation dan
memodulasi desorpsi/adsorpsi; mikroba mempengaruhi ketersediaan melalui
mineralisasi-immobilisasi. (Havlin et al., 2013).
- Interaksi dengan ion lain:
- Persaingan antara K⁺ dan
kation lain (Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺) dapat memengaruhi ikatan pada situs tukar
dan ketersediaan. Pemberian NH₄⁺, misalnya, kadang menekan penyerapan K
oleh tanaman karena kompetisi pada akar dan pertukaran di tanah.
(Marschner, 2012).
Fungsi K dalam tanaman
Potassium
adalah unsur esensial makro dengan fungsi fisiologis utama:
- Osmoregulator dan turgor
sel: K
mengatur tekanan turgor sel — penting untuk pembukaan/penutupan stomata,
pengangkutan air, dan kekakuan jaringan. (Marschner, 2012)
- Aktivator enzim: K aktifkan banyak enzim
metabolik yang terlibat dalam sintesis protein, fotosintesis, dan
metabolisme karbohidrat (mis. enzim katekolase, piruvat kinase). (Mengel
& Kirkby, 2001)
- Translokasi assimilata: K meningkatkan pembentukan
dan transpor gula (sakarida) dari daun ke organ lain; penting untuk
pembentukan buah dan biji.
- Keseimbangan ion dan pH
sitoplasma: K
membantu menjaga keseimbangan ion dan homeostasis sel.
- Ketahanan terhadap stres: K meningkatkan toleransi
terhadap kekeringan, dingin, penyakit, dan serangan hama melalui penguatan
dinding sel, regulasi stomata, dan metabolit sekunder. (Havlin et al.,
2013)
Batas kritis (critical
levels) dan gejala defisiensi K
Catatan
penting: nilai
batas kritis bergantung pada metode pengukuran (tipe ekstraktan tanah), jenis
tanaman, fase pertumbuhan, dan kondisi tanah lokal. Berikut rentang dan prinsip
umum yang sering digunakan—sebaiknya selalu dikalibrasi dengan referensi lokal.
- Batas kritis di tanah
(contoh untuk ekstrak NH₄OAc 1 M, exchangeable K):
- Banyak sumber menyebut
critical exchangeable K ~ 0.2–0.3 cmolc kg⁻¹ (≈ 78–117 mg K kg⁻¹)
untuk sistem pertanian umum; namun kisaran ini bervariasi menurut jenis
tanah dan tanaman. Tanah dengan nilai di bawah rentang tersebut cenderung
memerlukan pemupukan K. (Havlin et al., 2013; Sparks, 2003)
- Batas kritis pada jaringan
tanaman (konsentrasi K pada bahan kering daun):
- Untuk banyak tanaman
biji/buah, < 1.0% K (dry weight) sering dianggap defisiensi;
kisaran optimal sering 1.5–3.0% tergantung spesies. Beberapa tanaman membutuhkan
lebih tinggi (mis. kentang, tomat). (Jones, 2001; Mengel & Kirkby,
2001)
- Gejala defisiensi K
(fenotipis):
- Chlorosis marginal (menguning di tepi daun)
pada daun tua, karena K bersifat mobile—K dipindahkan dari daun tua ke
organ yang aktif. (Marschner, 2012)
- Necrosis (mati jaringan)
pada tepi daun,
pertumbuhan vegetatif terhambat, batang rapuh, penurunan ukuran dan mutu
buah/bulb/tuber.
- Penurunan toleransi
terhadap kekeringan dan penyakit, buah lebih rentan dan kualitas hasil rendah
(mis. kadar gula pada buah menurun). (Marschner, 2012; Havlin et al.,
2013)
Gambar Penampakan Tanaman Kekurangan Kalium (K)
Prinsip kerja dalam
analisis K tanah dan tanaman
- Analisis tanah — prinsip dan
metode umum
- Prinsip umum: mengestimasi pool K yang
relevan bagi tanaman (larutan, tukar, non-tukar) menggunakan ekstraktan
kimia yang “mewakili” ketersediaan biologis.
- Metode ekstraksi popular (
Destruksi basah)
- NH₄OAc (ammonium acetate 1
M, pH 7):
mengukur K tukar (exchangeable K). Banyak laboratorium menggunakannya
sebagai standar. (Havlin et al., 2013)
- Mehlich (Mehlich-1,
Mehlich-3):
campuran ekstraktan yang cocok untuk tanah tertentu; Mehlich-3 banyak
digunakan di Amerika Utara untuk multi-nutrien termasuk K.
- KCl atau NH₄Cl: kadang digunakan untuk
mengekstrak K larutan + sebagian non-tukar.
- Water extraction (soil
solution) dan plant-available pools: untuk melihat K larutan atau cepat
tersedia.
- Interpretasi: hasil numerik dibandingkan
dengan rentang kritis yang ditentukan untuk metode tersebut; token
lokal/kalibrasi diperlukan.
- Analisis jaringan tanaman
(plant tissue analysis) — prinsip dan praktik
- Prinsip: mengukur konsentrasi K
pada bagian tanaman tertentu (sering daun muda/daun kronologis tertentu)
pada fase pertumbuhan yang ditetapkan untuk menilai status nutrisi
tanaman.
- Sampling timing &
tissue selection: penting — mis. untuk banyak tanaman,
sampling daun petiole atau daun ke-3 dari pucuk pada fase
vegetatif/pra-pembungaan sebagai standar.
- Teknik analitik: sample dikeringkan,
digerus, dicerna (HNO₃ atau H₂SO₄ / H₂O₂ pada metode tertentu), dan
dianalisis menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), Flame
Photometry, atau Inductively Coupled Plasma–Optical Emission
Spectroscopy (ICP-OES) untuk K. (Jones, 2001)
- Interpretasi: membandingkan nilai dengan
critical tissue concentrations untuk spesies dan fase pertumbuhan. Perlu
juga mempertimbangkan interaksi nutrisi (mis. Mg, Ca, Na, NH₄⁺) dan
kondisi lingkungan.
- Prinsip validitas dan
korelasi:
- Tes tanah memberikan
indikasi ketersediaan relatif — korelasi antara hasil tes dan respons
tanaman (yield response to K fertilizer) harus diuji lokal (kalibrasi
lapangan) karena perbedaan tanah, iklim, dan kultur tanaman. (Havlin et
al., 2013)
Implikasi praktis dan
rekomendasi singkat
- Pengelolaan K harus bersifat
site-specific.
Gunakan tes tanah yang konsisten (metode yang sama) dan kalibrasi terhadap
respons tanaman lokal. (Havlin et al., 2013)
- Kombinasikan analisis tanah
dan jaringan tanaman untuk diagnosis: tanah untuk kebutuhan
pemupukan jangka panjang; jaringan untuk status fisiologis aktual tanaman.
- Sumber K: pupuk mineral (KCl, K₂SO₄)
cepat menambah pool tukar; residu tanaman dan bahan organik/biochar dapat
meningkatkan retensi dan menurunkan kehilangan K bergantung pada sifat
bahan tersebut.
- Perhatikan interaksi nutrisi (mis. amonium vs. kalium)
dan manajemen irigasi karena K larut dapat terlepas melalui leaching
terutama pada pasir/low CEC soils.
alur
(SOP) analisis Kalium (K) di laboratorium dalam bentuk langkah demi langkah yang jelas: tindakan
pra-analitik (sampling & persiapan), ekstraksi/digesti, pengukuran (opsi
instrumen), kontrol kualitas, perhitungan, keselamatan & pembuangan limbah.
Saya sertakan juga contoh perhitungan dan checklist singkat untuk memudahkan
kerja di laboratorium.
1. Ruang lingkup &
tujuan
Menentukan
konsentrasi Kalium (K) pada sampel tanah atau jaringan tanaman untuk tujuan
analisis kesuburan / nutrisi menggunakan metode ekstraksi/digesti yang sesuai
dan pengukuran dengan alat spektrofotometri/flame photometer/AAS/ICP-OES.2. Bahan & peralatan utama
- Bahan / reagen
- 1 M Ammonium acetate
(NH₄OAc) pH 7.0 (umum untuk K tukar pada tanah).
- HNO₃ (asam nitrat,
konsentrat) dan H₂O₂ untuk digesti basah jaringan tanaman (opsional).
- Standar Kalium (K⁺) stok
(mis. 1000 mg/L) dan seri standar kerja (mis. 0, 1, 2, 5, 10, 20 mg/L).
- Air deionized /
demineralized.
- Blanks reagen.
- Peralatan
- Oven (untuk pengeringan
sampel bila diperlukan).
- Grinder / mortar untuk
homogenisasi.
- Timbangan analitik (±0.001
g).
- Pengocok orbital atau
end-over-end shaker.
- Centrifuge atau corong
pemfilteran / kertas saring.
- Pipet volumetrik, gelas
ukur.
- Flame photometer, AAS
(flame/graphite furnace) atau ICP-OES (pilih salah satu sesuai
ketersediaan).
- Labware tahan asam (botol
polietilen/borosilicate).
3. Pengambilan &
persiapan sampel
A. Tanah
(contoh untuk K tukar)
- Ambil sampel tanah
representatif sesuai protokol lapang (mis. beberapa subsample, campur jadi
satu).
- Keringkan udara atau oven
pada 40–60°C hingga konstan (hindari suhu tinggi yang mengubah kelarutan
mineral).
- Giling dan ayak (mis. 2 mm)
untuk homogenisasi.
- Timbang ±10.00 g tanah
kering (catat massa m dalam gram).
B. Jaringan
tanaman
- Cuci jaringan untuk
menghilangkan debu & kontaminasi.
- Keringkan pada 60–70°C
hingga berat konstan.
- Giling halus (mortar/mill).
- Timbang massa yang
diperlukan (mis. 0.5–1.0 g kering).
4. Ekstraksi / Digesti
(A) Tanah
— ekstraksi NH₄OAc (metode umum untuk K tukar)
- Rasio tanah : larutan = 1
: 10 (w/v). Contoh: 10.00 g tanah + 100.0 mL 1 M NH₄OAc pH 7.0.
- Kocok/agitasi selama 30
menit pada pengocok orbital.
- Diamkan singkat lalu saring
atau sentrifus untuk mendapatkan ekstrak jernih.
- Ambil filtrat untuk
pengukuran; jika perlu, lakukan pengenceran yang tepat.
(B) Jaringan
tanaman — digesti basah
- Masukkan ~0.5 g sampel jaringan
ke labu digesti.
- Tambah 5–10 mL HNO₃
(konsentrat); biarkan reaksi awal (beberapa menit) di safety fume hood.
- Tambah H₂O₂ sedikit demi
sedikit sampai reaksi berhenti; lanjutkan pemanasan (mikrowave digester
atau block digester) hingga larutan jernih.
- Dinginkan, pindahkan ke
volumetrik dan buat volume tetap (mis. 50.0 mL) dengan air deionized.
- Saring bila perlu.
5. Persiapan standar &
blank
- Siapkan serangkaian standar
kerja dari stok (mis. 0, 1, 2, 5, 10, 20 mg/L K) dengan menggunakan air
deionized atau matriks yang cocok.
- Buat blank reagen (hanya
pelarut/ekstraktan tanpa sampel).
- Jika matriks sample berbeda,
pertimbangkan standar tambahan atau metode spike untuk memeriksa efek
matriks.
6. Pengukuran instrumen
(pilihan)
- Flame photometer
- Atur instrument sesuai
manual (lampu, pengaturan gas, blank).
- Kalibrasi dengan standar;
ukur blank dan standar, kemudian sampel.
- Catat respons (absorbance
atau intensitas).
- AAS (Flame)
- Gunakan lampu K khusus.
- Kalibrasi dengan standar;
ukur blank, standar, sampel.
- ICP-OES
- Kalibrasi multi-point; ukur
blank, standar, QC, dan sampel.
Catatan:
Pilih instrumen sesuai sensitivitas yang diperlukan (ICP > AAS > flame
photometer). Pastikan pengenceran sampel berada dalam rentang kurva kalibrasi.
7. Kontrol kualitas (QC)
- Jalankan blank, duplicate
(dua kali analisis tiap sampel), spike recovery (tambahkan jumlah K
diketahui ke sampel), dan Certified Reference Material (CRM) bila
tersedia.
- Kriteria penerimaan:
recovery spike 85–115% (toleransi lab tergantung), duplicate RSD <5–10%
tergantung level.
- Simpan log instrument dan
catat semua parameter.
8. Perhitungan
Rumus
umum untuk tanah (mengubah hasil dari mg/L pada ekstrak menjadi mg K per
kg tanah):
K (mg/kg)=C (mg/L)×V (L)m (kg)\text{K
(mg/kg)} = \frac{C \;(\text{mg/L}) \times V \;(\text{L})}{m
\;(\text{kg})}K (mg/kg)=m(kg)C(mg/L)×V(L)
Dimana:
- CCC = konsentrasi K yang
dibaca dari alat (mg/L)
- VVV = volume ekstrak (L)
- mmm = massa tanah kering
yang diekstrak (kg)
Contoh
langkah-per-langkah (hitung digit-per-digit):
Misal: tanah 10.00 g (m = 10.00 g = 0.01000 kg) diekstrak dengan 100.0 mL (V =
100.0 mL = 0.1000 L). Hasil pengukuran ekstrak: C = 25.0 mg/L.
- Hitung numerator:
C×V=25.0 mg/L×0.1000 L=C \times V = 25.0\ \text{mg/L} \times
0.1000\ \text{L} =C×V=25.0 mg/L×0.1000 L=
- 25.0×0.1000=2.50025.0
\times 0.1000 = 2.50025.0×0.1000=2.500 mg
- Bagi dengan massa dalam kg:
m=0.01000 kgm = 0.01000\ \text{kg}m=0.01000 kg
- 2.500 mg÷0.01000 kg=250.0 mg/kg2.500\
\text{mg} \div 0.01000\ \text{kg} = 250.0\
\text{mg/kg}2.500 mg÷0.01000 kg=250.0 mg/kg
Jadi
hasil: 250 mg K / kg tanah.
Untuk jaringan
tanaman hasil umumnya dilaporkan sebagai mg K per kg bahan kering (mg/kg
atau g/kg) menggunakan rumus yang sama (sesuaikan V dan m).
9. Pelaporan hasil
- Tulis nilai rata-rata dari
duplicate, sertakan standar deviasi dan jumlah replikasi.
- Sertakan metode (ekstraksi
NH₄OAc 1 M pH7, rasio 1:10, waktu pengocok 30 menit), instrumen (mis.
Flame photometer model X), tanggal analisis, nama operator, QC yang
dilampirkan.
- Unit: mg K / kg tanah (ppm)
atau mg K / kg bahan kering (untuk jaringan).
10. Keselamatan &
limbah
- Lakukan semua pekerjaan asam
(HNO₃) di hood; gunakan APD (sarung tangan nitril, kacamata, jas lab).
- Tindakan pencegahan terhadap
percikan panas/reaksi saat menambahkan H₂O₂ ke HNO₃.
- Limbah asam/digesti
dikumpulkan terpisah dalam wadah bertanda; netralisasi sesuai kebijakan
lab atau serahkan ke layanan limbah berbahaya.
- Reagen hidup (NH₄OAc) juga
dibuang sesuai peraturan lokal.
11. Checklist singkat untuk
operator sebelum mulai
- Sampel terlabel & kering/homogen
- Reagen disiapkan (1 M NH₄OAc; standar K)
- Instrumen dikalibrasi & blank dijalankan
- QC plan (duplicate, spike, CRM) siap
- APD & hood tersedia
Referensi (APA 6th Edition)
Black, C.
A. (Ed.). (1965). Methods
of Soil Analysis, Part 2: Chemical and Microbiological Properties. Madison,
WI: American Society of Agronomy.
Brady, N.
C., & Weil, R. R. (2017). The nature and properties of soils (15th
ed.). Pearson Education.
Page, A.
L., Miller, R. H., & Keeney, D. R. (Eds.). (1982). Methods of Soil Analysis,
Part 2: Chemical and Microbiological Properties (2nd ed.). Madison, WI: ASA
and SSSA.
Horneck,
D. A., & Hanson, D. (1998). Determination of Potassium and Sodium by Flame
Emission Photometry. In Western States Laboratory Proficiency Testing
Program Handbook for Agricultural Laboratories. Oregon State University.
Havlin,
J. L., Tisdale, S. L., Nelson, W. L., & Beaton, J. D. (2013). Soil
fertility and fertilizers: An introduction to nutrient management (8th
ed.). Pearson.
Jones, J.
B., Jr. (2001). Laboratory guide for conducting soil tests and plant
analysis (CRC Press / The Florida A&M University Cooperative Extension
Service).
Sumner,
M. E. (Ed.). (1999). Handbook
of Soil Science. Boca Raton, FL: CRC Press.
Referensi
umum untuk prinsip-prinsip kimia tanah termasuk dinamika K dan metode
analitiknya.
Sparks,
D. L. (Ed.). (1996). Methods
of Soil Analysis, Part 3: Chemical Methods. Madison, WI: SSSA.
Referensi
modern untuk prosedur analisis K dengan AAS, ICP, dan metode ekstraksi
alternatif (Mehlich, Bray, Olsen).
BPT (Balai Penelitian Tanah). (2009). Analisis
Kimia Tanah, Tanaman, Air, dan Pupuk. Bogor: Balai Penelitian Tanah, Badan
Litbang Pertanian.
Standar
nasional Indonesia untuk prosedur laboratorium analisis K, baik tanah maupun
tanaman (digesti HNO₃-HClO₄, ekstraksi NH₄OAc).
FAO. (2008). Guide to Laboratory
Establishment for Plant Nutrient Analysis. FAO Fertilizer and Plant
Nutrition Bulletin No. 19. Rome: Food and Agriculture Organization of the
United Nations.
Pedoman
umum untuk analisis unsur hara makro (termasuk Kalium) di laboratorium tanah
& tanaman.
Havlin,
J. L., Tisdale, S. L., Nelson, W. L., & Beaton, J. D. (2013). Soil
fertility and fertilizers: An introduction to nutrient management (8th
ed.). Pearson.
Jones, J.
B., Jr. (2001). Laboratory guide for conducting soil tests and plant
analysis (CRC Press / The Florida A&M University Cooperative Extension
Service).
Marschner,
P. (2012). Marschner’s mineral nutrition of higher plants (3rd ed.).
Academic Press.
Mengel,
K., & Kirkby, E. A. (2001). Principles of plant nutrition (5th ed.).
Kluwer Academic Publishers.
Sparks,
D. L. (2003). Environmental soil chemistry (2nd ed.). Academic Press.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar