Optimalisasi Adsorpsi Hara Mikro Fe, Mn, Cu, Zn pada Pupuk Lepas Terkendali Berbasis Biochar

Abstract

Rendahnya efisiensi pemupukan hara mikro pada lahan suboptimal menjadi salah satu faktor pembatas dalam peningkatan produktivitas tanaman. Kondisi tersebut berkaitan dengan rendahnya ketersediaan hara mikro serta tingginya kehilangan hara melalui proses pencucian dan interaksi dalam tanah, sehingga hara seperti Fe, Mn, Cu, dan Zn tidak dapat dimanfaatkan secara optimal oleh tanaman. Upaya peningkatan efisiensi pemupukan dapat dilakukan melalui pengembangan pupuk lepas terkendali atau controlled release fertilizer (CRF) yang mampu menyediakan hara secara bertahap sesuai kebutuhan tanaman. Biochar sebagai bahan berpori dengan keberadaan gugus fungsional pada permukaannya berpotensi digunakan sebagai pembawa hara mikro dalam sistem CRF. Tujuan penelitian ini adalah mengoptimalkan adsorpsi hara mikro Fe, Mn, Cu, dan Zn pada biochar bambu, mengevaluasi efektivitas biochar-mikro terhadap pertumbuhan tanaman, serta menganalisis karakteristik pelepasan hara dari biochar-mikro. Penelitian dilaksanakan pada April 2025 hingga April 2026. Biochar yang digunakan merupakan biochar bambu hasil pirolisis yang diperoleh dari PT Great Giant Pineapple, Lampung, kemudian diayak hingga berukuran 250–2000 µm. Penelitian diawali dengan karakterisasi biochar melalui analisis sifat kimia yang meliputi pH, kadar air, kadar abu, kapasitas tukar kation (KTK), dan kandungan C-total. Setelah karakterisasi biochar, penelitian dilanjutkan melalui 4 tahap, yaitu uji adsorpsi hara mikro tunggal, uji adsorpsi hara mikro secara kombinasi, uji efektivitas biochar-mikro di rumah kaca, dan uji pelepasan hara biochar-mikro. Uji adsorpsi hara mikro tunggal dilakukan dengan menjenuhkan 10 g biochar menggunakan 50 ml larutan Fe, Mn, Cu, atau Zn pada konsentrasi 25% dari kelarutan maksimum masing-masing senyawa. Penjenuhan dilakukan dengan 2 cara, yaitu metode rendam berupa pengadukan selama 30 menit dan perendaman selama 24 jam, serta metode vakum pada tekanan -20 psi selama 30 menit. Metode penjenuhan terpilih dari uji adsorpsi tunggal digunakan pada uji adsorpsi kombinasi Fe, Mn, Cu, dan Zn dengan 5 kombinasi komposisi hara, yaitu 1:1:1:1, 2:1:1:1, 1:2:1:1, 1:1:2:1, dan 1:1:1:2. Hasil uji adsorpsi digunakan sebagai dasar formulasi biochar-mikro untuk uji efektivitas di rumah kaca. Uji efektivitas biochar-mikro terdiri atas 13 perlakuan dengan 3 ulangan. Perlakuan meliputi kontrol, pupuk kimia mikro, biochar-mikro tunggal, biochar-mikro kombinasi berbasis Fe, dan biochar-mikro kombinasi berbasis Cu pada dosis 50%, 100%, dan 200%. Media tanam yang digunakan adalah 5 kg pasir silika steril yang dicuci menggunakan HCl 0,05 N dan ditambah pupuk kandang kambing 1%. Tanaman indikator yang digunakan adalah pakcoy varietas Nauli F1. Parameter yang diamati meliputi pertumbuhan tanaman, biomassa, volume akar, kandungan hara mikro pada media tanam, serta serapan Fe, Mn, Cu, dan Zn oleh tanaman. Uji pelepasan hara biochar-mikro dilakukan melalui metode perkolasi selama 28 hari dengan penyiraman sebanyak 70 ml per hari. Larutan perkolat dikumpulkan setiap 7 hari untuk menganalisis pola pelepasan Fe, Mn, Cu, dan Zn, sedangkan sisa hara dalam biochar dianalisis pada akhir pengamatan. Seluruh data yang diperoleh kemudian dianalisis secara statistik berdasarkan jenis percobaan. Data adsorpsi hara mikro tunggal dianalisis menggunakan uji-T, sedangkan data adsorpsi hara mikro secara kombinasi, efektivitas biochar-mikro di rumah kaca, dan pelepasan hara biochar-mikro dianalisis menggunakan ANOVA dan uji lanjut Tukey taraf 5%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biochar bambu mampu mengadsorpsi hara mikro Fe, Mn, Cu, dan Zn. Metode penjenuhan rendam secara umum menghasilkan kapasitas adsorpsi yang lebih baik pada sebagian besar ion, sedangkan adsorpsi Fe lebih tinggi pada metode vakum. Pada sistem kombinasi, terjadi kompetisi antar ion yang memengaruhi kapasitas adsorpsi masing-masing ion. Peningkatan proporsi suatu ion dapat meningkatkan jumlah ion yang teradsorpsi dan menurunkan adsorpsi ion lainnya. Aplikasi biochar-mikro tunggal pada dosis tinggi menunjukkan respons pertumbuhan tanaman yang lebih baik dibandingkan perlakuan lainnya, sedangkan perlakuan kombinasi dengan komposisi hara yang tidak optimal menghasilkan pertumbuhan tanaman yang lebih rendah. Secara umum, efektivitas biochar sebagai CRF belum optimal dalam mendukung pertumbuhan tanaman pada media pasir. Kondisi ini berkaitan dengan ketidakoptimalan komposisi hara mikro serta keterbatasan sifat media tanam pasir yang memiliki tingkat kesuburan rendah. Hasil uji pelepasan hara menunjukkan bahwa biochar mampu menahan dan melepaskan hara secara bertahap, namun karakteristik pelepasan tersebut belum sepenuhnya sesuai dengan kebutuhan tanaman. Pengembangan biochar sebagai CRF hara mikro memerlukan optimasi formulasi yang mempertimbangkan keseimbangan komposisi antar ion serta pemilihan media tanam yang sesuai agar efektivitasnya dapat ditingkatkan.

Low micronutrient fertilizer efficiency in suboptimal soils is one of the limiting factors for improving crop productivity. This condition is associated with low micronutrient availability and high nutrient losses through leaching and soil interactions, which limit plant uptake of Fe, Mn, Cu, and Zn. Improving fertilizer efficiency can be achieved through the development of controlled release fertilizer (CRF), which supply nutrients gradually according to plant demand. Biochar, as a porous material with surface functional groups, has potential as a micronutrient carrier in CRF systems. This study aimed to optimize the adsorption of Fe, Mn, Cu, and Zn onto bamboo biochar, evaluate the effectiveness of CRF biochar-micro for plant growth, and analyze the nutrient release characteristics of biochar-micro. The study was conducted from April 2025 to April 2026. The biochar used in this study was bamboo biochar produced by pyrolysis and obtained from PT Great Giant Pineapple, Lampung. The biochar was sieved to a particle size of 250–2000 µm. The study began with biochar characterization through chemical analyses, including pH, moisture content, ash content, cation exchange capacity (CEC), and total C content. Following biochar characterization, the study was carried out in 4 stages: single micronutrient adsorption test, combined micronutrient adsorption test, greenhouse effectiveness test of CRF biochar-micro, and nutrient release test of biochar-micro. The single micronutrient adsorption test was conducted by saturating 10 g of biochar with 50 ml of Fe, Mn, Cu, or Zn solution at 25% of each compound’s maximum solubility. Saturation was carried out using 2 methods: soaking, which involved stirring for 30 minutes followed by 24 hours of immersion, and vacuum treatment at -20 psi for 30 minutes. The selected saturation method from the single adsorption test was then applied in the combined adsorption test of Fe, Mn, Cu, and Zn using 5 nutrient composition combinations, namely 1:1:1:1, 2:1:1:1, 1:2:1:1, 1:1:2:1, and 1:1:1:2. The adsorption results were used to formulate CRF biochar-micro for the greenhouse effectiveness test. The greenhouse effectiveness test of CRF biochar-micro consisted of 13 treatments with 3 replicates. Treatments included a control, chemical micronutrient fertilizer, single biochar-micro, Fe-based combined biochar-micro, and Cu-based combined biochar-micro at doses of 50%, 100%, and 200%. The growing medium consisted of 5 kg of sterile silica sand, washed with 0.05 N HCl and amended with 1% goat manure. Pakcoy variety Nauli F1 was used as the indicator plant. The observed parameters included plant growth, biomass, root volume, micronutrient content in the growing medium, and plant uptake of Fe, Mn, Cu, and Zn. The nutrient release test of biochar-micro was conducted using a percolation method over 28 days, with a daily application of 70 ml. The percolate was collected every 7 days to analyze the release patterns of Fe, Mn, Cu, and Zn, while the residual nutrient content in the biochar was measured at the end of the observation period. All data were analyzed statistically according to the type of experiment. Data from the single micronutrient adsorption test were analyzed using a t-test, whereas data from the combined micronutrient adsorption test, greenhouse effectiveness test of CRF biochar-micro, and nutrient release test of biochar-micro were analyzed using ANOVA followed by Tukey’s test at the 5% significance level. The results showed that bamboo biochar adsorbed Fe, Mn, Cu, and Zn micronutrients. The soaking method generally yielded higher adsorption capacity for most ions, whereas Fe adsorption was higher under the vacuum method. In the combined adsorption system, competition among ions affected the adsorption capacity of each ion, such that increasing the proportion of one ion enhanced its adsorption while reducing the adsorption of other ions. The application of single biochar-micro at the highest dose resulted in better plant growth responses than the other treatments, whereas combined treatments with non-optimal nutrient compositions resulted in lower plant growth. Overall, the effectiveness of CRF biochar-micro in supporting plant growth in a sand medium was not optimal. This condition was associated with the non-optimal micronutrient composition and the limited fertility of the sand medium. The nutrient release test showed that biochar retained and gradually released nutrients; however, the release characteristics were not yet fully aligned with plant nutrient requirements. Further development of biochar as a micronutrient CRF requires formulation optimization that considers ion balance and the selection of a suitable growing medium to improve its effectiveness.