bab-5-sifat-kimia-tanah
TRANSCRIPT
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) pH
001 3
0001 4
00001 5
000001 6
0000001 7
Satu unit perubahan pH berarti 10 kali perubahan
dalam konsentrasi H+
pH tanah
Konsep pH tanah
pH = - log (H+) atau
pH = log 1/(H+)
dimana: p adalah logaritme negatif dan H adalah
konsentrasi H+ dalam g/L
Definisi ini berasal dari
(H+) (OH-) = 10-14 atau
pH + pOH = 14
Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5
dan 8
H+OH-
H+ OH-
H+
OH-
AsampH = 6.0
NetralpH = 7.0
AlkalinpH = 8.0
pH = - log [ H+ ]
H2O 2 H+ + O-2
Netral
AlkalinitasKemasaman
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 Hujan CO2
Bahan
Organik
H+
Larutan Tanah
Hydroksi
polimer
Bio Serapan &
Pelepasan
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) H H H H H+ H+
H Ca++ H+Mg Mg++ H+Ca Ca++ H+ H+
H H H Na
Tanah
Keasamaan CadanganKeasamaan aktif
Sumber keasaman dalam tanah
Kation Hidrogen dan Aluminium penyebabkeasaman tanah Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada pH 6 dan di
atasnya. Di bawah pH 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karenadisosiasi 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 OH-
untuk 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. Meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk
tanaman2. Memperbaiki struktur tanah3. Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg4. Merangsang pertumbuhan mikroorganisme
bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada pH=6.5
5. Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk6. 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 KationKapasitas 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 satuanberat tanah atau
2) jumlah kation yang dapatdipertukarkan yang dapat dijerap tanah
* KTK dinyatakan dalam milliequivalent(meq) per 100 g tanah kering ovenBerat 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
Mineral Liat 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
Hidroksida besi dan
Aluminium
30-50
Humus 2000-4500
KTK mineral liat & humus
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.
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
Tingkat Kesuburan Tanah berdasar KTK
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
KB = jumlah kation basa
jumlah kation basa + kation asam x 100%
atauKB =
jumlah kation basa
K T K x 100%
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 ÷ CEC x 100
% Kejenuhan Hidrogen - meq H ÷ 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%
Karakteristik Tanah
Daerah
Humid
(Alfisol)
Tanah
Daerah
Semi arid
(Aridisol)
Tanah
Daerah
arid
(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
KTK (cmol/ kg) 12-18 20-26 20-26
Kejenuhan Basa (%) 66.6 90-95 100
Kemungkinan pH 5.6-5.8 ~ 7 8-10
Data Pertukaran Kation beberap tanah
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.