DASAR ILMU TANAH
Bab 5: Sifat Kimia Tanah
Sifat Kimia Tanah
pH tanah Pertukaran Ion Kejenuhan Basa
Hampir semua sifat kimia tanah terkait dengan koloid tanah
Koloid Tanah • • •
•
Partikel mineral atau organik dalam tanah yang mempunyai diameter kurang dari 0,001 mm. Mempunyai permukaan luas; reaksi kimia berlangsung pada permukaan koloid. Pada beberapa jenis tanah, permukaan koloid bermuatan negatif (-) Untuk memahami kimia tanah, perlu mengetahui mineral liat apa yang ada dan kontribusinya pada muatan negatif.
Sifat Kimia Tanah • Menyebabkan tanah mampu menahan unsur hara dan menyediakannya untuk tanaman. • Menentukan perilaku bahan kimia yang ditambahkan ke tanah, misalnya: – – – – –
pupuk Limbah organik kapur pestisida herbisida
pH tanah • pH adalah ukuran kemasaman aktif atau konsentrasi H+ dalam larutan tanah. – pH = log 1/[H+] dimana H+ adalah konsentrasi dalam mole per liter [H+](mole/liter) 001 0001 00001 000001 0000001
pH 3 4 5 6 7
Satu unit perubahan pH berarti 10 kali perubahan dalam konsentrasi H+
pH tanah
Konsep pH tanah
Definisi ini berasal dari
pH = - log (H+) atau pH = log 1/(H+) dimana: p adalah logaritme negatif dan H adalah konsentrasi H+ dalam g/L (H+) (OH-) = 10-14 atau pH + pOH = 14
Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5 dan 8
2 H+ + O-2
H 2O
pH = - log [ H+ ]
+ H
+ H
Asam pH = 6.0
Netral pH = 7.0
OH
OH-
OH
H+
Alkalin pH = 8.0
Netral
Alkalinitas
Kemasaman
Skala pH
Peranan pH tanah
pH menentukan mudah tidaknya unsur hara diserap tanaman; pada tanah masam unsur P sulit untuk diserap tanaman karena difiksasi oleh Al; pada tanah alkali unsur P difiksasi Ca. pH menunjukkan adanya unsur beracun. Pada tanah masam banyak dijumpai ion Al dalam tanah, yang dapat mengikat P, dan racun bagi tanaman. Pada tanah masam unsur Fe, Mn, Zn, Cu dan Co mudah larut, maka tanaman dapat keracunan. Pada tanah alkalis, Mo dan B menjadi racun bagi tanaman. pH mempengaruhi perkembangan mikroorganisme. Bakteri berkembang dengan baik pada pH >5.5. Fungi berkembang pada segala tingkat pH, tetapi pada pH > 5.5, fungi harus bersaing dengan bakteri, jadi lebih dominan pada pH <5,5.
Faktor Mempengaruhi pH tanah Embun
Bahan Organik
Bio Serapan & Pelepasan
Hujan
H+ Larutan Tanah
CO2
Hydroksi polimer
Pelapukan Mineral
pH tanah Keasaman Aktif – akibat aktivitas ion H+ dalam larutan tanah pada waktu tertentu
Keasaman Cadangan- ditunjukkan
oleh H+ dan Al3+ yang mudah sekali ditukar dengan kation lainnya (ion bermuatan positif) HHHH
H Mg Tanah Ca H H H Na Keasamaan Cadangan
H+ H+ Ca++ H+ Mg++ H+ Ca++ H+ H+
Keasamaan aktif
Sumber keasaman dalam tanah
Kation Hidrogen dan Aluminium penyebab keasaman tanah
Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada pH 6 dan di atasnya. Di bawah pH 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karena disosiasi Al dari mineral liat. Aluminum menjadi lebih larut pada pH rendah Al 3+ + H20 ----> Al(OH)++ + H+ Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H20 ---> Al(OH)3 + H+
Sumber keasaman tanah 1. Nitrifikasi: Amonium menjadi Nitrat (oksidasi NH4+) NH4+ + 2O2 ---> NO3- + H2O + 2 H+ 2. Dekomposisi BO Asam organik di ionisasi: R-COOH---> R-COO- + H+ respirasi: CO2 + H2O ----> H2CO3 = H + HCO3-
3. Hujan asam
Hujan asam disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil Pembakaran minyak, gas dan batubara di pabrik pemangkit listrik melepaskan Sulfur dioksida (SO2) ke atmosfer Pembakaran bensin pada kendaraan bermotor menempatkan nitrogen oksida (NOX) ke atmosfer Gas tersebut bercampur dengan butir-butir air di atmosfer menghasilkan larutan asam lemah nitrat dan sulfat Ketika terjadi hujan, larutan tersebut jatuh menjadi hujan asam
Sumber keasaman dalam tanah
4. Serapan kation basa oleh tanaman.
Kation-kation basa merupakan sumber OHuntuk larutan tanah Ca++, Mg++, K+, = Kation basa yang diserap tanaman tidak lagi berkuntribusi OH- untuk larutan tanah Ion H+ dilepaskan ke larutan tanah
Pencucian / Pelindian (Leaching)
5. Pencucian kation-kation basa karena kation basa hilang dari larutan tanah oleh pencucian, kation tersebut tidak lagi berkontribusi ion OH- untuk menetralkan peningkatan jumlah ion H+
Ca++ + 2 H20 ---> Ca(OH)2 + 2H+ -----> Ca++ + 2OH-
Meningkatkan pH tanah
Penambahan batukapur: karbonat Ca2+, Mg2+ CaCO3 + 2H+ Ca2+ + CO2 + H2O
Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+, Mg2+) Kapur terhidrasi (hidroksida Ca2+, Mg2+)
Mengapa perlu pengapuran? 1. 2. 3. 4.
5. 6.
Meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk tanaman Memperbaiki struktur tanah Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg Merangsang pertumbuhan mikroorganisme bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada pH=6.5 Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk Mengurangi kelarutan daya meracun logam terhadap tanaman
Kapasitas Penyangga
Kemampuan tanah untuk bertahan karena perubahan pH. Jumlah H+ dalam larutan tanah sangat kecil dibanding “H+, Al 3+” yang dijerap pada koloid tanah (cadangan) Netralisasi (penambahan basa) H+ larutan tanah (H+ tersingkir dari sistem) menghasilkan pergantian cepat ion H+ dari H+ dapat dipertukarkan pada koloid tanah CaCO3 jika ditambahkan ke tanah akan menetralisasi H+. CaCO3 = kapur dolomit = MgCO3 & CaCO3
Sumber Alkalinitas
Di daerah arid dan semiarid komplek pertukaran didominasi: Ca2+, Mg2+, K+, Na+ Adanya karbonat dan bikarbonat pada tanah alkalin terkait dengan disolusi CO2:
Kisaran pH reaksi tsb adalah antara 4,6 dan juga 8,6 (Ca-carbonates) atau 10 (Na-carbonates)
Menurunkan pH
Penambahan senyawa mudah teroksidasi
Sulfur, secara biologi teroksidasi menjadi asam sulfat
Penambahan aluminium sulfat, yang memilah H2O untuk hasilkan H+ Penambahan bahan organik
Tanah sulfat asam
Tanah sulfat asam terbentuk jika pirit* (mineral FeS2) sedimen pantai dalam lapisan tanah bawah terekspos ke udara, mengalami oksidasi membentuk asam sulfat Berbagai tanah mineral bereaksi dengan asam dan melepaskan aluminium bebas yang toksik untuk kehidupan tanaman dan pantai
Air yang berwarna kemerahan disebabkan oleh oksidasi besi
*Pirit adalah mineral besi disulfida dalam batuan; sering dijumpai pada batuan sedimen dan metamorfik sebagai mineral primer atau halus
Tanah sulfat asam bersifat sangat asam (pH bisa < 3), horizon tanah merupakan hasil aerasi partikel tanah yang kaya besi sulfida (FeS) Tanah sulfat masam berpengaruh pada pekerjaan sipil, produktivitas pertanian, dan kualitas air di daerah pesisir
Pertukaran Kation
Kapasitas Tukar Kation (KTK)
Kation sebenarnya larut dalam air tanah, tetapi karena koloid tanah (liat dan humus) bermuatan negatif, maka sebagian kation dalam larutan tanah tersebut dijerap oleh koloid tanah. Kation yang dijerap sukar tercuci oleh air gravitasi, tetapi dapat diganti oleh kation lain yang ada dalam larut tanah Jenis kation yang banyak dijumpai dalam komplek jerapan koloid: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+, H+, Al3+. KTK erat hubungannya dengan kesuburan tanah. Tanah dengan KTK tinggi lebih mampu menyediakan unsur hara dibandingkan dengan KTK rendah.
Kapasitas Tukar Kation Kapasitas
Tukar Kation (KTK) adalah jumlah kation dapat ditahan tanah Makin tinggi KTK tanah, makin tinggi kemampuan tanah menyimpan hara tanaman Kation adalah ion bermuatan “+ “ = Ca++, Mg++, K+, NH4+, KTK meningkat karena
Meningkatnya jumlah liat Meningkatnya jumlah bahan organik Meningkatnya pH tanah
Pertukaran Kation Tanah
Pertukaran Kation – kemampuan tanah untuk menahan unsur hara dan mencegahnya hilang karena pencucian
Kation adalah ion bermuatan“+ “ = Ca++, Mg++, K+, NH4+,
Makin banyak kation
dipertukarkan maka tanah lebih subur
Pertukaran Kation
Pergantian antara suatu kation dalam larutan dengan kation lain pada permukaan bahan bermuatan negatif seperti LIAT atau BAHAN ORGANIK
Pertukaran Kation dipengaruhi oleh: 1) Kekuatan jerapan / adsorpsi:
Al+3 > Ca2+ > Mg2+ > K+ =NH4+ > Na+ >H+
Diikat kuat --------------------------> mudah diganti
2) konsentrasi relatif kation dalam Larutan
Tanah
Sumber Muatan Negatif Bahan Organik Tanah atau Humus
Mineral Liat
Liat mempunyai dua sumber muatan
substitusi isomorf : (umum pada liat 2:1)
substitusi dalam lembar kristalin satu atom oleh atom lain berukuran sama dengan valensi lebih rendah. Muatan permanen dan tidak dipengaruhi oleh pH tanah
patahan kisi (broken edges): (umum pada liat 1:1)
merupakan kisi lembar alumina dan silika dimana atom H+ sebagai bagian dari ion hidroksil yang diikat kuat oleh atom O pada kondisi masam. muatan patahan kisi tersebut adalah netral. Tetapi, jika pH tanah > 6 atom H+ diikat agak lemah dan dapat dipertukarkan dengan kation Ca2+ dan Mg 2+.
Muatan tersebut tergantung pH (pH-dependent charge).
Proses Pertukaran Ca+2- colloid + 2 H+ 2 H+- colloid + Ca+2 = H+ mengganti Ca+2 dijerap koloid tanah Ca-x + 2 H+ 2 H-x + Ca+2 x = fase padatan tanah Ca(ad) + 2 H+ 2 H(ad) + Ca+2
X(ad) = “kation X terjerap"
Jerapan (adsorption): pengikatan ion (Ca2+, Mg2+, K+ pada permukaan koloid liat dan humus.
Kation Terjerap (a) Tanah daerah arid = kation basa Ca+2, Mg+2, K+, Na+
(b) Tanah daerah humid = kation asam, dan juga Ca+2, Mg+2, H+ and Al+3 (c) Kekuatan jerapan Al+3> Ca+2 = Mg+2 > K+ = NH4+ > Na+
Satuan KTK
Satuan : cmol (+) / kg atau meq/100g Molar muatan = 6 x 1023 Centimole muatan = 6 x 1021 Miliequivalent muatan = 6 x 1020
JADI: 1 meq/100 g = 1 cmol (+)/kg
Kapasitas Pertukaran Kation 1) jumlah kisi jerapan kation per satuan berat tanah atau 2) jumlah kation yang dapat dipertukarkan yang dapat dijerap tanah * KTK dinyatakan dalam milliequivalent (meq) per 100 g tanah kering oven Berat ekuivalen = berat atam atau molekul (g) valensi atau muatan per formula
Perhitungan KTK dengan % liat dan % BO Jika Rerata KTK untuk % BO = 200 meq/100g Jika Rerata KTK untuk % Liat = 50 meq/100g
KTK = (% BO x 200) + (% Liat x 50) Dari data tanah: tanah dengan 2% BO dan 10% liat 200 x 0.02 + 50 x 0.1 = 4 + 5 = 9 meq/100 g
KTK mineral liat & humus Tipe
CEC,cmol (+)/ kg
Kaolinit
1:1
30-150
Haloisit
1:1
60-100
Hidrous mika
2:1
200-400
Montmorilonit
2:1
800-1200
Vermikulit
2:1
1000-1500
Mineral Liat
Hidroksida besi dan Aluminium Humus
30-50 2000-4500
Mengapa KTK Penting?
Kation dilepaskan salama proses mineralisasi Kation dapat dipertukarkan (misal K+, aplikasi pupuk KCl) dapat melepaskan kation lain ke larutan tanah Penyangga (buffer) hara mengurangi kehilangan hara akibat pencucian Indikasi kapasitas tanah menahan hara Menentukan berapa banyak / sering diperlukan pengapuran Menentukan bagaimana cara aplikasi pupuk untuk tanaman, dibenam, atau disebarkan.
Tingkat Kesuburan Tanah berdasar KTK Kategori
Ca
Mg
K
Na
KTK
--------------cmol (+)/kg----------------Sangat Tinggi
>200
>80
>12
>20
>400
Tinggi
100-200
30-80
6-12
7-20
250-400
Sedang
50-100
10-30
3-6
3-7
120-250
Rendah
20-50
3-10
2-3
1-3
60-120
Sangat Rendah
<20
<3
<2
<1
<60
Kejenuhan Basa
Kejenuhan Basa
Terdapat dua kelompok kation dalam komplek jerapan koloid yakni kation asam (H+ dan Al 3+), kation basa (Ca2+, Mg2+, K+ dan Na+) Kejenuhan basa (KB) adalah perbandingan antara jumlah kation basa dengan jumlah semua kation (kation asam dan basa) dalam komplek jerapan koloid jumlah kation basa KB = x 100% jumlah kation basa + kation asam
atau
jumlah kation basa KB = x 100% KTK
Kejenuhan Basa
Kation basa merupakan hara yang diperlukan tanaman, tanah subur KB tinggi (karena kation basa tidak banyak tercuci) KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam KB lebih rendah dibanding tanah alkalis. Pada tanah KB rendah komplek jerapan banyak disi Al3+ dan H+ (basa), terutama Al3+, racun bagi tanaman kasus tanah-tanah masam di Indonesia
Kejenuhan Basa vs pH % Kejenuhan Basa - meq basa
÷
% Kejenuhan Hidrogen - meq H
CEC x 100
÷ CEC x100
Contoh: horizon Ap kation-- H+ Ca++ Mg++ K+ Na+ 9.4 14 3 0.5 0.1 KTK = 27 meq/100g (jumlah kation)
% kejenuhan basa = 17.6 ÷ 27 x 100 = 65%
% kejenuhan hidrogen = 9.4÷27 x100 = 35%
Data Pertukaran Kation beberap tanah Karakteristik
Tanah Tanah Tanah Daerah Daerah Daerah Humid Semi arid arid (Alfisol) (Aridisol) (Natrargids)
Ca dapat ditukar (cmol/ kg)
6-9
14-17
12-14
Basa lain dapat ditukar (cmol/ kg)
2-3
5-7
8-12
H dan/atau Al dapat ditukar (cmol/ kg)
4-8
1-2
0
12-18
20-26
20-26
66.6
90-95
100
5.6-5.8
~7
8-10
KTK (cmol/ kg) Kejenuhan Basa (%)
Kemungkinan pH
Tekstur Tanah dan KTK
Jumlah liat, yang merupakan fraksi koloid tekstur texture, menentukan nilai KTK. Makin banyak jumlah liat makin besar nilai KTK, tergantung jenis (tipe) mineral liatnya
Bahan Organik Tanah dan KTK
Untuk tiap persen humus dalam tanah, KTK meningkat sekitar 2 meq/100g cara termudah untuk pandungan peningkatan KTK tanah. Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK adalah menambahkan kapur dan bahan organik.
