Peraih Medali Emas Ajang ISPO 2022
Pertanian telah menjadi salah satu bidang vital dalam mempertahankan ketahanan pangan nasional selama ratusan tahun dan memerlukan inovasi dalam meningkatkan mutu dan kuantitas serta diversifikasinya. Salah satu upaya dalam peningkatan mutu pertanian adalah dengan mengaplikasikan nanomaterial pada bidang pertanian.
Nanomaterial yang merupakan material dengan ukuran 1-100 nm saat ini sedang diterapkan di bidang pertanian. Nanomaterial memainkan beberapa peran mendasar dalam pertanian sebagai perlindungan tanaman, pemupukan, dan mendorong pertumbuhan. Bagi tanaman, beberapa nanomaterial seperti titanium dioksida (TiO2), dan seng oksida (ZnO) mampu berperan sebagai fungisida, pestisida, dan bakterisida pada tanaman. Beberapa nanopartikel juga dapat digunakan sebagai nutrisi untuk mendorong pertumbuhan tanaman seperti kalsium (Ca), potassium (K), seng (Zn), fosfor (P), sulfur (S), besi (Fe), manganese (Mn), dan magnesium (Mg). Nanomaterial dapat digunakan sebagai bahan aktif untuk membawa nutrisi dan menekan nutrisi yang hilang dalam pemupukan.
Carbon nanodots (C-dots) menjadi salah satu material yang memiliki masa depan aplikasi di pertanian karena memiliki biokompabilitas, serta mempercepat serapan nutrisi tanaman. Pada penelitian ini, C-dots berhasil disintesis menggunakan asam sitrat dengan variasi waktu dan variasi temperatur dengan metode pirolisis. C-dots yang disintesis telah mampu menunjukkan performa yang baik pada aplikasi peningkat pertumbuhan tanaman, growth plant enhancer melalui sistem tanam hidroponik. C-dots yang telah disintesis memiliki karakteristik serapan pada daerah 270-300 nm dan fotoluminesensi di panjang gelombang 495 nm, dimana parameter sintesis terbaik dengan temperatur 225oC serta waktu selama 60 menit.
Aplikasi C-dots pada sistem tanam hidroponik deep water culture menggunakan tanaman Ipomoea aquatica menunjukkan c-dots meningkatkan laju tanaman hingga 28,5%. Peningkatan efek laju pertumbuhan tanaman diprediksi karena C-dots berperan dalam fenomena transport nutrisi tanaman. Ketika terpapar sinar matahari, daun akan mengalami evaporasi sehingga tekanan di bagian daun akan semakin kecil. Perbedaan tekanan ini akan menimbulkan aliran fluida dari bagian akar menuju ke daun sehingga proses transport materi dan nutrisi terjadi di dalam tanaman. Selama proses transport tersebut, C-dots yang berukuran 2-10 nm akan dengan sangat mudah terserap oleh akar dan menuju ke seluruh sel dan jaringan pada tanaman.
Selain ukuran C-dots yang sangat kecil, C-dots memiliki struktur inti berupa struktur grafit dan struktur karbon amorf, sementara pada permukaan memiliki banyak gugus fungsi seperti karboksil maupun hidroksil yang memiliki muatan negatif. Komposisi struktur permukaan C-dots yang bermuatan negatif akan mengikat ion positif yang terdapat pada pupuk seperti nitrogen (NH4+), fosfor kalium (K+), besi Fe2+, maupun kation lainnya (Li, et-al, 2020). Asimilasi nutrien dengan C-dots ini, mengakibatkan mempercepatnya transport nutrisi pada tanaman sehingga meningkatkan laju tumbuh tanaman.
Melalui penelitian ini peneliti berharap munculnya inovasi baru di bidang pertanian Indonesia, serta potensi aplikasi yang luas c-dots sebagai enhancer tanaman. Kedepannya c-dots dari asam sitrat dapat diaplikasikan sebagai penguat pupuk untuk menekan jumlah pupuk yang digunakan pada tanaman terutama pada sistem pertanian berbasis hidroponik.
Referensi:
Ludmerczki, R., Mura, S., Carbonaro, C. M., Mandity, I. M., Carraro, M., Senes, N., … & Innocenzi, P. (2019). Carbon dots from citric acid and its intermediates formed by thermal decomposition. Chemistry–A European Journal, 25(51), 11963-11974.
Li, Y., Xu, X., Wu, Y., Zhuang, J., Zhang, X., Zhang, H., … & Liu, Y. (2020). A review on the effects of carbon dots in plant systems. Materials Chemistry Frontiers, 4(2), 437-448.
