SIFAT KIMIA TANAH

Download Sifat Kimia Tanah. ○ pH tanah. ○ Pertukaran Ion. ○ Kejenuhan Basa. ○ Hampir semua sifat kimia tanah terkait dengan koloid tanah. ○ Koloid T...

8 downloads 827 Views 20MB Size
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.