3 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Terak Baja 2.1.1. Pengertian Terak Baja Terak baja merupakan limbah padat dari proses pemurnian besi cair dalam pembuatan baja. Terak baja terbentuk melalui reaksi antara biji besi dan batu kapur yang ditambahkan. Penambahan batu kapur bertujuan untuk mengikat bahan-bahan pengotor dari biji besi, agar diperoleh besi murni atau sudah terpisah dari teraknya. Terak baja mengandung unsur-unsur seperti Ca, Mg, dan Si. Terdapat beberapa macam jenis terak baja, antara lain blast furnace slag, electric furnace slag, dan converter slag. Jenis terak baja ditentukan berdasarkan metode yang digunakan ketika proses pembuatan baja. Metode yang umum digunakan adalah blast furnace dan converter. Pembuatan terak baja dengan metode converter disajikan pada Gambar 1. Gambar 1. Pembuatan Terak Baja dengan Metode Converter dalam Hadisaputra, 2011). Pembuatan baja dengan metode converter mula-mula diperkenalkan oleh Henry Bessemer, dalam metode ini yang diolah adalah besi cair, yang diperoleh
4 dari dapur tinggi (blast furnace). Besi cair dituangkan ke dalam converter kemudian dihembuskan udara/oksigen sehingga bahan dan unsur pengotoran akan terbakar dan keluar dari besi cair berupa gas atau terak. Pengisian dilakukan saat posisi horizontal dan dilanjutkan dengan mengembalikannya ke posisi vertikal sambil dihembuskan udara dari bawah. Gas CO keluar melalui mulut converter, dan selanjutnya gas CO akan terbakar dan menjadi CO 2. Hal ini ditandai dengan nyala api yang panjang dan terang. Bila nyala api mulai meredup dan yang ada adalah asap kemerahan hal ini berarti C sudah habis terbakar, dan hembusan angin harus segera dihentikan, agar besi tidak habis terbakar. Kemudian converter dimiringkan dan cairan besi dikeluarkan. Karena dalam cairan baja ini masih banyak oksigen maka perlu diberikan oksidan (ferromangan, ferrosilikat, atau alumunium) untuk menghilangkannya. Pengaturan kadar karbon dapat dilakukan dengan menambahkan sejumlah besi kasar ke dalam baja cair (Hadisaputra, 2011). 2.1.2. Pengaruh Terak Baja terhadap Sifat Kimia Tanah Susunan kimia dari terak baja berbeda-beda, baik dalam jenis unsur maupun kadarnya, tergantung pada bahan baku dan cara pembuatan baja. Produksi terak baja di Indonesia dapat mencapai ± 350 ribu ton setiap tahunnya. Terak baja umumnya mengandung unsur utama Ca dan Si, sedangkan unsur-unsur lain yang terdapat dalam jumlah yang lebih sedikit adalah Mg, Al, Fe, dan Mn (Mulyadi et al., 2001) Pemakaian terak baja sebagai pupuk telah mulai dicoba sejak tahun 1882/1883 di Jerman, kemudian di Inggris pada tahun 1884/1885 oleh Wrightson, setelah itu berbagai penelitian terak baja telah dilakukan baik sebagai sumber Si maupun sebagai bahan kapur atau untuk tujuan meningkatkan keefisiensian pemupukan (Farrar, 1962 dalam Allorerung, 1988). Belakangan ini juga Mahro (2010) telah melakukan penelitian pengaruh terak baja terhadap sifat kimia tanah gambut. Sejak terak baja menarik perhatian sebagai salah satu bahan pupuk/perbaikan tanah, penelitian intensif telah dilakukan, alasan-alasan terjadinya dan tanggapan tanaman juga telah banyak diajukan. Salah satu alasan
5 yang dikemukakan adalah pengaruh positif dari terak baja terhadap beberapa sifat kimia tanah. Terak baja dalam pertanian digunkan antara lain: (1) untuk menetralkan kemasaman tanah serta menambah unsur Ca dan Mg, (2) menurunkan unsur Mn dalam tanah, (3) meningkatkan unsur fosfor dalam tanah, (4) sebagai sumber silikat (Barber, 1967 dalam Rahim, 1995). Beberapa peneliti menduga pengaruh terak baja terhadap sifat kimia tanah berasal dari silikat yang terkandung di dalam terak baja dengan demikian terak baja dipandang sebagai sumber Si. Peneliti lain juga menganggap bahwa terak baja sebagai bahan masukan yang dapat memperbaiki ketersedian hara atau sebagai bahan yang mempunyai pengaruh mirip dengan kapur, disebabkan kandungan Ca dari terak baja yang cukup tinggi (Mohammadi dan Sedaghat, 2007). Goto (1987) dalam Suwarno dan Goto (1999), melalui penelitian menemukan bahwa converter adalah bahan yang baik untuk pengapuran. Bahan kapur yang terkandung dalam terak baja memungkinkan terjadinya kenaikan ph, menurunkan konsentrasi Al, Fe dan Mn dan menaikkan kandungan Ca dalam tanah. Jumlah silikat dalam tanah akan memperbaiki jumlah fosfor tersedia pada tanah yang mempunyai ketersedian fosfor rendah. Peranan silikat tersebut bukan dikarenakan adanya penggantian peranan fosfor dalam tanaman oleh silikat, tetapi karena silikat dalam tanah mampu mengadakan pertukaran anion dengan fosfor dalam keadaan terjerap (Okuda dan Takhashi, 1964 dalam Rahim, 1995). Terak baja tidak hanya dapat meningkatkan ketersedian hara dalam tanah, tetapi juga dapat meningkatkan ketersedian dan penyerapan hara oleh tanaman. Keadaan tersebut bukan hanya gejala penyerapan hara, tetapi diduga mempunyai hubungan dengan proses metabolisme unsur tersebut dalam jaringan tanaman, karena silikat diduga dapat membantu proses translokasi hara dalam tanaman (Soepardi, 1983). 2.1.3. Logam Berat dan Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) Unsur logam berat adalah unsur yang mempunyai densitas lebih dari 5 gr/cm 3 (Fardiaz, 1992 dalam Sudarmadji et al., 2006). Bahan Berbahaya dan
6 Beracun (B3) adalah setiap bahan yang karena sifat atau konsentrasi, jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung, dapat mencemarkan dan/atau merusak lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia serta mahluk hidup lain (Pasal 1 (17) UU No. 23 1997) (Sudarmadji et al., 2006). Pemasok logam berat ke dalam tanah pertanian antara lain bahan agrokimia (pupuk dan pestisida), asap kendaraan bermotor, bahan bakar minyak, buangan limbah rumah tangga, industri, dan pertambangan. Organisme pertama yang terpengaruh akibat penambahan logam berat ke dalam tanah adalah organisme dan tanaman yang tumbuh ditanah. Dalam ekosistem alam terdapat interaksi antar organisme baik interaksi positif maupun negatif yang menggambarkan bentuk transfer energi antar populasi dalam komunitas tersebut. Dengan demikian pengaruh logam berat tersebut pada akhirnya akan sampai pada hirarki rantai makanan tertinggi yaitu manusia. Logam-logam berat diketahui dapat terakumulasi di dalam tubuh suatu organisme dan tetap tinggal dalam tubuh untuk jangka waktu yang lama sebagai racun (Saeni, 1995). Secara umum, logam berat untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan dibagi menjadi dua yaitu: logam berat esensial dan non esensial. Unsur tembaga (Cu) dan seng (Zn) merupakan logam berat yang termasuk esensial, sedangkan timbal (Pb) merupakan logam berat non esensial bagi tumbuhan (Baker dan Walker, 1990 dalam Hamza dan Setiawan, 2010). Unsur tembaga (Cu) sangat berguna untuk pertumbuhan jaringan tumbuhan terutama jaringan daun dimana terdapat proses fotosintesis (Kamaruzzaman et al., 2008 dalam Hamza dan Setiawan, 2010). Selain itu, unsur Cu juga mempunyai fungsi sebagai salah satu unsur hara mikro yang diperlukan di dalam mitokondria dan kloroplas, proses sintesis dan metabolisme karbohidrat dan protein serta sebagai dinding sel lignin (Verkleij dan Schat, 1990 dalam Hamza dan Setiawan, 2010). Unsur seng (Zn) sangat berguna dalam sistem enzim, enzim aktivator dalam proses respirasi dan hormon pertumbuhan. Unsur timbal (Pb) merupakan logam yang sangat rendah daya larutnya, dan mempunyai daya translokasi yang rendah mulai dari akar sampai organ tumbuhan lainnya, selain itu Pb juga memiliki toksisitas yang tinggi
7 dan menyebabkan racun bagi beberapa spesies (Wozny dan Kzreslowka, 1993 dalam Hamza dan Setiawan, 2010). Darmono (1995) dalam Suendarti (2004) mengemukakan ada dua hal yang menyebabkan logam berat termasuk sebagai pencemar yang berbahaya, yaitu: (a) tidak dihancurkan oleh mikroba yang hidup di lingkungannya, dan (b) terakumulasi ke dalam komponen-komponen lingkungan. Secara alami Pb ditemukan di udara dan tanah. Logam berat Pb yang dikonsumsi manusia dapat mengakibatkan gangguan fungsi ginjal, gangguan terhadap sistem syaraf dan gangguan terhadap sistem reproduksi. Gangguan pada sistem reproduksi dapat berupa keguguran, kesakitan dan kematian janin (Sudarmadji et al., 2006). 2.2. Tanah Sulfat Masam 2.2.1. Definisi Tanah Sulfat Masam Pertama kali tanah sulfat masam dikenal dengan sebutan cat clay yang diambil dari asal kata katteklei (bahasa Belanda) yang diartikan sebagai liat yang berwarna seperti pada bulu kucing, yaitu warna kelabu dengan bercak kuning pucat. Bercak kuning pucat ini merupakan senyawa hasil oksidasi pirit yang sering disebut dengan jarosit. Istilah sulfat masam itu sendiri digunakan karena berkaitan dengan adanya bahan sulfida (pirit) dalam tanah ini apabila teroksidasi menghasilkan asam sulfat sehinga menyebabkan tanah menjadi masam sampai sangat masam (Noor, 2004). Tanah sulfat masam dibedakan menjadi 2 golongan yaitu: 1. Tanah sulfat masam potensial Tanah sulfat masam potensial adalah tanah yang mengandung horizon sulfidik (pirit yang belum teroksidasi). Menurut Taksonomi Tanah yang disebut bahan sulfidik adalah bahan tanah mineral atau organik yang penuh kandungan air dengan kandungan sulfur (senyawa belerang) 0,75% dalam bentuk sulfida dan mempunyai ph >3,5-4). Adapun yang dimaksud dengan tanah sulfat masam potensial menurut Taksonomi Tanah digolongkan ke dalam kelompok besar (great group) Sulfaquent yaitu dicirikan dengan warna kelabu masih mentah (Breemen dan Pons, 1978 dalam Noor, 2004).
8 Tanah sulfat masam potensial menunjukkan adanya lapisan gambut yang tipis, sekitar 0-12 cm. Tekstur tanah lapisan atas termasuk liat berdebu, sedangkan lapisan bawahnya liat. Kapasitas tukar kation tanah, menunjukkan nilai tinggi sampai sangat tinggi (31,5-62,5 cmol(+)/kg tanah) di lapisan atas, dan tinggi (28,9-32,7 cmol(+)/kg tanah) di lapisan bawah karena pengaruh kandungan bahan organik yang sangat tinggi. Kejenuhan basa tergolong rendah sampai sedang (35-49%) di lapisan atas, dan sedang sampai sangat tinggi (55-84%) di lapisan bawah. Kejenuhan Al di semua lapisan umumnya sangat bervariasi dari sangat rendah sampai sangat tinggi, dan rata-ratanya rendah (32-35%) di lapisan atas, dan rendah sampai sedang (30-47%) di lapisan bawah. Kandungan pirit (FeS 2 ) sangat rendah (0,44-1,12%) di lapisan atas, dan rendah (1,35-2,31%) di lapisan bawah (Subagyo, 2006). 2. Tanah sulfat masam aktual Tanah sulfat masam aktual adalah tanah yang mengandung horizon sulfurik (mengandung pirit yang sudah teroksidasi). Menurut Taksonomi Tanah horison sulfurik adalah bahan tanah mineral atau organik yang mempunyai ph 3,5, dengan ketebalan lapisan 15 cm, serta menunjukkan tanda-tanda bahwa rendahnya ph disebabkan oleh asam sulfat, disertai dengan tanda-tanda sebagai berikut: (1) adanya bercak jarosit, (2) secara langsung berada di atas lapisan sulfidik, dan (3) mengandung sulfat larut dalam air sebesar 0,05%. Tanah sulfat masam aktual menurut Taksonomi Tanah digolongkan ke dalam kelompok besar (great group) Sulfaquept yang cirinya antara lain kecoklatan dan permukaan cukup matang dan sangat masan ph 3,5 (Breemen dan Pons, 1978 dalam Noor, 2004). Tanah sulfat masam aktual mempunyai lapisan gambut permukaan yang tipis, sekitar 0-12 cm. Seluruh lapisan tanah memiliki tekstur halus, dengan kandungan fraksi liat 35-70%, dan debu 25-60%, sehingga tekstur tanah lapisan atas tergolong liat berdebu, dan di lapisan bawah liat. Kapasitas tukar kation tanah bervariasi dari tinggi sampai sangat tinggi, dan rata-rata tergolong tinggi (33,5-37,2 cmol(+)/kg tanah) di seluruh lapisan karena kontribusi dari bahan organik. Kejenuhan basa di seluruh lapisan tanah sangat bervariasi, sebagian sangat
9 rendah, sebagian rendah sampai sedang, dan sebagian lagi sangat tinggi, dengan rata-rata sedang (40-42%), baik di lapisan atas maupun lapisan bawah. Kejenuhan Al di semua lapisan umumnya bervariasi dari sedang sampai sangat tinggi, sehingga rata-ratanya tinggi (67-71%) baik di lapisan atas maupun lapisan bawah. Kandungan pirit (FeS 2 ) menunjukkan rata-rata sangat rendah (0,85-1,07%) di kedua lapisan tanah (Subagyo, 2006). 2.2.2. Sifat Kimia Tanah Sulfat Masam Rendahnya produktivitas tahan sulfat masam disebabkan karena tingginya kemasaman tanah yang menyebabkan meningkatnya kelarutan unsur beracun seperti Al, Fe dan Mn, selain itu juga rendahnya kejenuhan basa dan status hara P (Dent, 1986 dalam Subsiksa dan Diah, 1991). Masalah hara yang paling banyak dilaporkan pada lahan sulfat masam adalah ketersediaan hara P yang rendah dan fiksasi P yang tinggi oleh Al dan Fe. Unsur P merupakan salah satu unsur hara yang paling banyak dibutuhkan tanaman. Unsur ini berfungsi untuk pertumbuhan akar, transfer energi dalam proses fotosintesis dan respirasi, perkembangan buah dan biji, kekuatan batang dan ketahanan terhadap penyakit. Serapan hara P yang cukup akan menjamin tanaman tumbuh dengan baik. Oleh karenanya pemupukan P pada lahan sulfat masam adalah komponen teknologi yang harus mendapat prioritas. Pengapuran untuk mengurangi kemasaman tanah dan unsur beracun dan pemupukan P untuk mengurangi kahat P, diharapkan dapat meningkatkan produktivitas lahan sulfat masam. Masalah yang timbul bukan hanya karena tanahnya masam, tetapi beberapa proses ikutan antara lain: 1. Pada ph yang rendah, ion Al akan dibebaskan dalam larutan tanah, dan dapat mencapai konsentrasi yang bersifat toksik terhadap pertumbuhan padi atau tanaman lain. 2. Konsentrasi besi-iii yang tinggi dan adanya ion Al yang melimpah dalam larutan tanah, akan mengikat ion fosfat yang tersedia, sehingga mengurangi fosfat yang tersedia, bahkan mengakibatkan defisiensi P. 3. Adanya ion Al yang berlebihan akan mengganti basa-basa dapat tukar pada kompleks pertukaran kation, dan membebaskan ion Ca, Mg, dan K
10 ke dalam larutan tanah, yang selanjutnya dapat tercuci keluar karena dibawa hanyut oleh air yang mengalir. Tidak hanya pasokan K menjadi terbatas, tetapi juga mengakibatkan kahat unsur Ca dan Mg. 4. Secara ringkas, akibat penurunan ph tanah di bawah ph 3,5 terjadi keracunan ion H +, Al, SO 2-4, dan Fe-III, serta penurunan kesuburan tanah alami akibat hilangnya basa-basa tanah (Subiksa dan Diah, 1991). 2.2.3. Penyebaran Tanah Sulfat Masam di Indonesia Lahan sulfat masam di Indonesia tersebar di daerah sepanjang pantai timur dan utara Pulau Sumatera, pantai selatan dan timur Pulau Kalimantan, pantai barat dan timur Pulau Sulawesi, dan pantai selatan Pulau Papua (Noor, 2004). Dari 20,11 juta ha lahan pasang surut yang ada di Indonesia, 6,7 juta ha adalah lahan sulfat masam. Kalau digabungkan dengan lahan potensial (yang juga berpotensi sulfat masam) 2,07 juta ha lahan, maka jumlahnya mencapai 8,77 juta ha (Subsiksa dan Diah, 1991). Lahan sulfat masam merupakan ekosistem yang potensial untuk dikembangkan sebagai lahan pertanian, karena arealnya yang cukup luas sehingga mempunyai peran yang strategis dalam mendukung peningkatan produksi beras nasional. Namun lahan sulfat masam bukan hanya cocok untuk tanaman padi, tetapi juga tanaman pangan lainnya, tanaman hortikultura dan perkebunan. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pemanfaatannya harus hati-hati dan terencana agar tidak mengalami degradasi dan menimbulkan masalah lingkungan (Subiksa dan Diah, 1991). 2.3. Karakteristik Tanaman Padi Organ tanaman padi terdiri dari dua kelompok yakni organ vegetatif dan organ generatif (reproduktif). Bagian vegetatif meliputi akar, batang dan daun, sedangkan bagian generatif terdiri dari malai, gabah dan bunga. Menurut Yoshida (1981), tanaman padi pada umumnya memerlukan waktu 3-6 bulan yang keseluruhannya terdiri dari dua stadia pertumbuhan yaitu vegetatif dan generatif. Pertumbuhan padi dibagi menjadi tiga bagian yaitu fase vegetatif, reproduktif, dan pemasakan.
11 Fase vegetatif meliputi pertumbuhan tanaman dari mulai berkecambah sampai dengan inisiasi primordial malai. Selama fase pertumbuhan vegetatif, anakan bertambah dengan cepat, tanaman bertambah tingggi, dan daun tumbuh secara regular. Anakan aktif ditandai dengan pertambahan anakan yang cepat sampai tercapai anakan maksimal. Setelah anakan maksimal tercapai sebagian dari anakan akan mati dan tidak menghasilkan malai. Anakan tersebut dinamakan anakan yang tidak efektif. Fase reproduktif dimulai dari inisiasi primordia malai sampai berbunga, ditandai dengan memanjangnya beberapa ruas teratas pada batang, yang sebelumnya tertumpuk rapat dekat permukaan tanah. Disamping itu, stadia reproduktif juga ditandai dengan berkurangnya jumlah anakan, munculnya daun bendera, bunting dan pembungaan. Inisiasi primordia malai biasanya dimulai 30 hari sebelum pembungaan. Stadia ini hampir bersamaan dengan memanjangnya ruas-ruas yang terus berlanjut sampai berbunga. Fase pemasakan dimulai dari pembungaan sampai masak panen. Setelah pembungaan, pertumbuhan memasuki stadia pemasakan yang terdiri dari masak susu dough (masak bertepung), menguning, dan masak panen. Periode pemasakan ini memerlukan waktu kira-kira 30 hari dan ditandai dengan penuan daun.