Kerentanan terhadap kekurangan fosfor masa depan: bahan Kunci pertanian modern

dunia diberi kejutan ketika harga fosfor global yang dibesarkan oleh 800% pada tahun 2008. bingung, menjadi jelas betapa tergantungnya kita pada fosfor untuk pasokan makanan kita. Fosfor adalah unsur dalam pupuk buatan dan sangat diperlukan dalam pertanian modern.

Beberapa tahun kemudian , setelah bekerja sebagai seorang mahasiswa pascasarjana / peneliti di Studi Lingkungan Air dan , Dana Cordell menciptakan istilah " puncak fosfor , " analog dengan " puncak minyak . " Dia dan rekan-rekan penulis memperkirakan kekurangan masa depan fosfor bahwa dunia buruk atau tidak sama sekali siap untuk . Artikel mereka , " Kisah fosfor : ketahanan pangan global dan makanan untuk berpikir " telah menjadi artikel yang paling download dan dikutip dalam sejarah jurnal Perubahan Lingkungan Hidup Global .

Dalam sebuah artikel baru , Liu peneliti Tina - Simone Neset dan Ms Cordell sekarang telah mengajukan kerangka kerja untuk menganalisis secara kualitatif kerentanan kita kekurangan masa depan fosfor .

" Pertanyaannya sejauh ini telah dibahas terutama dari perspektif geofisika , " kata Ms Neset . " Seberapa besar sumber daya fisik dan berapa lama mereka akan bertahan ? Tapi masalahnya jauh lebih rumit dari itu . "

Terutama geopolitik . Konsentrasi geografis fosfor ekstrim , enam negara mengontrol lebih dari 90 % dari sumber daya dunia : Maroko , China , Aljazair , Suriah , Yordania dan Afrika Selatan . Dalam kasus Maroko , salah satu sumber bijih fosfat adalah Sahara Barat , yang diduduki oleh Maroko bertentangan keputusan PBB . Dan di beberapa negara lain , situasi politik tidak yakin untuk sedikitnya .

Di sisi lain , sejumlah negara besar dan wilayah, seperti India , Uni Eropa dan Brazil hampir sepenuhnya bergantung pada fosfor impor untuk pertanian mereka .

" Kami ingin menguji konsep kerentanan dikembangkan dalam sumber daya dan penelitian iklim , dan di bidang ini juga. Ada banyak faktor selain pasokan global fisik murni yang memutuskan bagaimana rentan populasi adalah dalam menghadapi kekurangan masa depan fosfor , " kata Ms Neset .

Dalam rangka analisis para peneliti sekarang mengusulkan ada 26 indikator yang dapat diuji pada tingkat yang berbeda : global, regional , nasional maupun lokal . Contoh indikator peraturan perdagangan internasional , harga energi , makan kebiasaan , populasi , ketergantungan pada impor , ketahanan pangan , pemilik dan produsen bijih fosfat , infrastruktur ( transportasi ) , kesuburan tanah , dan distribusi pendapatan .

Para peneliti mengusulkan bahwa analisis pertama harus dilakukan di tingkat nasional , di mana para pengambil keputusan berada dalam posisi terbaik untuk mempengaruhi faktor-faktor seperti kebijakan pertanian , situasi keuangan petani , infrastruktur dan daur ulang .

Karena bahkan jika bijih fosfat adalah sumber daya yang terbatas di mana ( berbeda dengan minyak ) tidak ada kemungkinan pengganti , fosfor dapat didaur ulang dalam bentuk longgar . Hal ini hadir , misalnya , dalam urin dan kotoran manusia dan hewan . Dengan membuat lebih baik menggunakan limbah ini akan mungkin untuk mengurangi ketergantungan pada impor fosfor , dan juga mengurangi dampak terhadap lingkungan yang timbul ketika mencuci fosfor keluar ke danau dan lautan , dan berkontribusi terhadap eutrofikasi .

" Para pengambil keputusan perlu menyadari dan mengambil sikap terhadap masalah ini , " kata Ms Neset . " Bagaimana tergantung kita pada fosfor impor ? Apa yang harus kita lakukan jika harga yang meningkat tajam ? Apakah mungkin untuk mengurangi ketergantungan ini dalam beberapa cara? "

Berapa lama cadangan global bijih fosfat akan berlangsung adalah topik panas perdebatan . Beberapa tahun yang lalu angka untuk cadangan dikenal bijih fosfat ditingkatkan dari 16.000 menjadi 67.000 megaton . Tapi, kata Ms Neset , perkiraan tidak pasti . Dan bahkan yang paling optimis prognosis , bijih fosfat akan habis dalam beberapa ratus tahun .

Paper : Asimilasi Posfor

PENGERTIAN POSFOR

            Unsur hara fosfor adalah unsur hara makro, dibutuhkan tanaman dalam jumlah banyak dan esensial bagi pertumbuhan tanaman. Fosfor sering disebut sebagai “Kunci Kehidupan” karena terlibat langsung hampir seluruh proses kehidupan. Ia merupakan komponen setiap sel hidup dan cenderung lebih ditemui pada biji dan titik tumbuh.

            Sumber fosfor didalam tanah terdiri dari bentuk organik dan anorganik. Fosfor organik tanah contohnya antara lain: asam nukleat, fitin dan turunannya, fosfolipid, fosfoprotein, inositol fosfat dan fosfat metabolik.

            Sumber utama fosfor anorganik berasal dari kerak bumi, dan hasil dari pelapukan batuan dan mineral yang mengandung fosfor seperti mineral apatit, dan kandungannya mencapai 0,12% P. Sebagian besar fosfat anorganik tanah berada pada persenyawaan kalsium, alumunium dan besi, yang kesemuanya sukar larut dalam air.

            Didalam tanaman P merupakan unsur yang mobil, dan bilamana terjadi kekurangan unsur ini pada suatu tanaman, maka P pada jaringan-jaringan tua akan di translokasikan ke jaringan yang masih aktif. Apabila terjadi kekurangan unsur P akan menghambat pertumbuhan tanaman, dan gejalanya sulit diketahui sebagaimana gejala-gejala yang kelihatan pada tanaman-tanaman yang kekurangan unsur N dan K.

ASIMILASI POSFOR

            Terdapat tiga fase perubahan fosfat didalam tanaman. Didalam fase pertama, fosfat anorganik diserap dan bergabung dengan molekul –molekul organik dan radikal. Didalam fase berikutnya senyawa senyawa yang mengandung P mentransfer kelompok fosforil menjadi molekul-molekul lainnya, proses mana dikenal sebagai transfosforilasi. Pada fase terakhir, fosfat atau pirofosfat dipecah lagi dari “the phosphorilated intermediates”, baik melalui proses hidrolisa maupun substitusi radikal organik. Sumber energi utama dalam perubahan fosfat tersebut menjadi kombinasi organik berasal dari energi potensial oksidasi reduksi didalam metabolisme oksidatif

Peredaran fosfor didalam tanah dapat diketahui yaitu masuknya fosfor kedalam biosfer melalui penyerapan fosfat oleh tanaman dan jasad renik. Melalui proses pelapukan bahan tanaman dan jasad renik, fosfat larut dan masuk kembali kedalam tanah.

            Pembebasan posfat dari bentuk tidak larut seperti batuan fosfat atau fosfat lain yang terfiksasi adalah sangat rendah, tetapi jumlah fosfat yang diangkut air sungai dan berakhir dilaut cukup besar. hanya sebagian kecil bentuk fosfat ini kembali ke tanah melalui bentuk guano yang dihasilkan oleh burung-burung laut dan oleh manusia dalam bentuk ikan yang ditangkap dilaut.

            Proses penurunan cadangan fosfat tanah dipercepat oleh manusia dimana batuan fosfat diproduksi menjadi pupuk fosfat. Batuan fosfat yang sukar larut diubah manusia menjadi bentuk bentuk yang lebih larut didalam air melalui reaksi-reaksi dengan asam mineral. Dalam bentuk pupuk bahan ini disebar di atas permukaan tanah-tanah pertanian dan sekarang menjadi lebih peka terhadap erosi atau tercuci. Sebagian besar fosfat itu dipercepat penimbunannya didasar laut.

            Penurunan  kadar fosfat didalam tanah dapat dipercepat akibat pengangkutan dalam bentuk hasil pemanenan, kehilangan fosfat dalam bentuk ini dapat semakin diperbesar bila tanaman yang dipanen seluruh bagiannya tidak dikembalikan lagi kedalam tanah.

Bentuk-Bentuk Fosfor di Dalam Tanah

            Terdapat dua bentuk fosfor didalam tanah yakni fosfor anorganik dan fosfor organik. Fosfat dalam bentuk anorganik merupakan senyawa satu hingga atom hidrogen dari asam fosfat digantikan oleh kation logam, sedangkan dalam bentuk fosfor organik, satu atau mungkin lebih atom hidrogen hilang didalam asam fosfat karena ikatan ester. Sisa dari atom hidrogen, sebagian atau seluruhnya digantikan oleh kation logam. Kedua bentuk fosfor ini merupakan sumber fosfor yang penting sebagai zat hara tanaman.

Posfat Anorganik Tanah

            Sumber utama fosfat anorganik di dalam tanah adalah hasil pelapukan dari mineral-mineral apatit, dari pupuk-pupuk buatan dan dekomposisi bahan organik. Sebagian besar fosfat anorganik tanah berada dalam persenyawaan kalsium, alumunium dan besi fosfat yang kesemuanya larut di dalam air.

Posfat Organik Tanah

            Pengetahuan tentang fosfat organik tanah sangat sedikit, meskipun fraksi fosfat organik ini melebihi setengah dari seluruh fosfat yang ada didalam tanah. Hal ini karena penelitian-penelitian mengenai fosfat ini sangat sedikit, dan bentuknya yang kompleks. Meskipun demikian dari data yang diperoleh, ternyata ada tiga grup senyawa fosfat organik tanah yaitu : (1) Fitin dan turunannya. (2) Asam nukleat dan (3) Fosfolipida.

            Kadar fosfor organik tanah dijumpai lebih besar pada lapisan tanah atas (topsoil) dibandingkan dengan tanah lapisan bawah (sub soil). Hal ini terjadi karena pada lapisan atas terdapat penumpukan sisa-sisa tanaman atau bahan organik, sedangkan pada lapisan bawah bahan organik sedikit, dan ditambah lagi dengan adanya serapan hara oleh akar tanaman sampai kelapisan bawah.

Ketersediaan Fosfor di Dalam Tanah

            Pada umumnya fosfor di dalam tanah kebanyakan terdapat dalam bentuk yang tidak tersedia bagi tanaman. Tanaman menyerap hara fosfor dalam bentuk ion orthofosfat yakni H₂PO₄^- HPO₄^2- dan PO₄^3- dimana jumlah dari masing masing bentuk sangat bergantung pada pH tanah. Pada tanah-tanah yang bereaksi masam lebih banyak dijumpai bentuk H₂PO₄^-  dan pada tanah alkalis adalah bentuk PO₄^3-.

            Berdasarkan kelarutannya dan ketersediaannya didalam tanah bentuk fosfor tanah deapat dibendakan menjadi (1) Fosfor yang larut didalam air, yaitu bentuk yang larut dan tersedia bagi tanaman (2) bentuk Al-P (3) bentuk Fe-P dan (4) bentuk Ca-P.

Ketersedian Fosfat Anorganik

            Ketersediaan fosfat anorganik tanah sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti (1) pH tanah (2) tersedianya Ca (3) jumlah dan tingkat pelapukan bahan oorganik dan (4) aktifitas jasad renik.

Pengaruh pH Tanah terhadap Ketersediaan Fosfat

            pH tanah mempengaruhi bentuk-bentuk ion orthofosfat didalam tanah. Pada tanah masam bentuk ion H₂PO₄^- dijumpai lebih dominan sedangkan pada tanah agak basa dan basa dijumpai bentuk ion HPO₄^2- dan PO₄^3- . perubahan bentuk ion fosfat berdasarkan keadaan pH tanah diperlihatkan melalui reaksi berikut :

H₂PO₄^-                     H₂O + HPO₄^2-                   H₂O + PO₄^3-

            Larutan tanah asam                 larutan tanah basa

            Bentuk ion H₂PO₄^- pada umumnya lebih tersedia bagi tanaman dari pada bentuk ion lainnya. Pada tanah masam kelarutan daripada unsur Al, Fe, dan Mn sangat tinggi sehingga mereka cenderung mengikat ion-ion fosfat menjadi fosfat tidak larut dan tidak tersedia bagi tanaman. Reaksi kimia antara ion fosfat dengan Al dan Fe larut menghasilkan senyawa hidroksifosfat. Dalam hal ini ion fosfat menggantikan kedudukan ion OH dari koloid tanah atau mineral.

            Mineral-mineral liat seperti Kaolinit, Montmoriolit dan Illit dapat juga memfiksasi ion fosfat, meskipun pengikatan ini sebenarnya terjadi oleh karena adanya ion-ion Al dan Fe yang terdapat pada permukaan koloid liat tersebut atau adanya pembebasan ion-ion Al dan Fe dari pinggiran kristal yang membentuk hidroksi fosfat.

            Pada tanah yang bereaksi masam kelarutan atau konsentrasi ion-ion Al dan Fe sangat tinggi. Selanjutnya ion Al dan Fe ini bersenyawa dengan ion H₂PO₄^- membentuk fosfat hidroksi fosfat yang tidak larut sehingga tidak tersedia bagi tanaman.

            Pada tanah-tanah alkalis (basa) fosfat yang larut dapat berubah menjadi fosfat yang tidak larut, karena diikat oleh ion kalsium. Pada tanah-tanah yang demikian dijumpai banyak ion kalsium bebas dari bentuk ion kalsium karbonat yang dapat mengendapkan fosfat menjadi bentuk kalsium fosfat yang tidak larut.

Pengaruh Bahan Organik terhadap Ketersediaan Fosfat

            Pengaruh bahan organik terhadap ketersediaan hara fosfat didalam tanah melalui hasil pelapukannya yaitu asam-asam organik dan CO₂. Asam-asam organik seperti asam manolat, tartarat, humat, fulvik akan menghasilkan anion organik. Anion organik ini dapat mengikat logam-logam seperti Al, Fe, dan Ca dari dalam larutan tanah, kemudian membentuk senyawa kompleks yang bersifat sukar larut. Dengan pengikatan Al, Fe dan Ca ini ion-ion akan bebas dari pengikatan logam-logam tersebut sehingga tersedia didalam larutan tanah. Proses pengikatan logam seperti Al, Fe dan Ca oleh senyawa asam-asam organik kompleks disebut proses Khelasi.

Ketersediaan Fosfat Organik di Dalam Tanah

            Fitin dan asam nukleat merupakan sumber utama fosfat organik tanah, sedangkan bentuk fosfolipid relatif lebih sedikit. Dekomposisi fitin menjadi bentuk organik dilakukan oleh bakteri dan fungi dengan bantuan enzym phytase. Reaksi tanah (pH) mempengaruhi ketersediaan fitin. Fiksasi fitin lebih besar pada tanah yang bereaksi masam dari pada tanah yang bereaksi netral atau alkalis. Hal ini disebabkan karena fitin bersenyawa dengan ion-ion Al dan Fe yang banyak terdapat pada tanah masam dan membentuk senyawa yang tidak larut.