DASAR ILMU TA�AH

Materi 07: Sifat Kimia TanahMateri 07: Sifat Kimia Tanah

Sifat Kimia TanahSifat Kimia Tanah�� pH tanahpH tanah

�� Pertukaran Ion Pertukaran Ion

�� Kejenuhan BasaKejenuhan Basa

�� Hampir semua sifat kimia tanah terkait dengan koloid tanahHampir semua sifat kimia tanah terkait dengan koloid tanah

�� Koloid Tanah Koloid Tanah Koloid Tanah Koloid Tanah •• Partikel mineral atau organik dalam tanah yang mempunyai Partikel mineral atau organik dalam tanah yang mempunyai

diameter kurang dari 0,001 mm. diameter kurang dari 0,001 mm.

•• Mempunyai permukaan luas; reaksi kimia berlangsung pada Mempunyai permukaan luas; reaksi kimia berlangsung pada permukaan koloid. permukaan koloid.

•• Pada beberapa jenis tanah, permukaan koloid bermuatan Pada beberapa jenis tanah, permukaan koloid bermuatan

negatif (negatif (--))

•• Untuk memahami kimia tanah, perlu mengetahui mineral Untuk memahami kimia tanah, perlu mengetahui mineral liat apa yang ada dan kontribusinya pada muatan negatif.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[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 tanahpH tanah

�� Konsep pH tanahKonsep pH tanah

�� pH = pH = -- log (Hlog (H++) atau) atau

�� pH = log 1/(HpH = log 1/(H++))

�� dimana: p adalah logaritme negatif dan H adalah dimana: p adalah logaritme negatif dan H adalah

konsentrasi H+ dalam g/Lkonsentrasi H+ dalam g/Lkonsentrasi H+ dalam g/Lkonsentrasi H+ dalam g/L

�� Definisi ini berasal dariDefinisi ini berasal dari

�� (H(H++) (OH) (OH--) = 10) = 10--1414 atauatau

�� pH + pOH = 14pH + pOH = 14

�� Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5 Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5

dan 8dan 8

pH = - log [ H+ ]

H2O 2 H+ + O-2

H+OH-

H+ OH-

H+

OH-

AsampH = 6.0

NetralpH = 7.0

AlkalinpH = 8.0

Netral

AlkalinitasKemasaman

Skala pH

Peranan pH tanahPeranan pH tanah

�� pH menentukan mudah tidaknya unsur hara diserap pH menentukan mudah tidaknya unsur hara diserap tanaman; pada tanah masam unsur P sulit untuk diserap tanaman; pada tanah masam unsur P sulit untuk diserap tanaman karena difiksasi oleh Al; pada tanah alkali unsur tanaman karena difiksasi oleh Al; pada tanah alkali unsur P difiksasi Ca.P difiksasi Ca.

�� pH menunjukkan adanya unsur beracun. Pada tanah pH menunjukkan adanya unsur beracun. Pada tanah masam banyak dijumpai ion Al dalam tanah, yang dapat masam banyak dijumpai ion Al dalam tanah, yang dapat mengikat P, dan racun bagi tanaman. Pada tanah masam mengikat P, dan racun bagi tanaman. Pada tanah masam mengikat P, dan racun bagi tanaman. Pada tanah masam mengikat P, dan racun bagi tanaman. Pada tanah masam unsur Fe, Mn, Zn, Cu dan Co mudah larut, maka unsur Fe, Mn, Zn, Cu dan Co mudah larut, maka tanaman dapat keracunan. Pada tanah alkalis, Mo dan B tanaman dapat keracunan. Pada tanah alkalis, Mo dan B menjadi racun bagi tanaman.menjadi racun bagi tanaman.

�� pH mempengaruhi perkembangan mikroorganisme. pH mempengaruhi perkembangan mikroorganisme. Bakteri berkembang dengan baik pada pH >5.5. Fungi Bakteri berkembang dengan baik pada pH >5.5. Fungi berkembang pada segala tingkat pH, tetapi pada pH > berkembang pada segala tingkat pH, tetapi pada pH > 5.5, fungi harus bersaing dengan bakteri, jadi lebih 5.5, fungi harus bersaing dengan bakteri, jadi lebih dominan pada pH <5,5. dominan pada pH <5,5.

Faktor Mempengaruhi pH tanah

Embun Hujan CO2

Bahan H+ Hydroksi Bahan

Organik

H+

Larutan Tanah

Hydroksi

polimer

Bio Serapan &

Pelepasan

Pelapukan

Mineral

Sumber & Klas Kemasaman Sumber & Klas Kemasaman

TanahTanah

�� AlAl3+3+ dan Hdan H++ adalah sumber utama kemasaman adalah sumber utama kemasaman tanahtanah

OHOH--

AlAl3+3+����AlOHAlOH3+3+ ����Al(OH)Al(OH)2+2+����Al (OH)Al (OH)33HH++HH++

�� 3 tipe kemasaman tanah3 tipe kemasaman tanah�� Kemasaman aktifKemasaman aktif

�� Kemasman dapat dipertukarkanKemasman dapat dipertukarkan

�� Kemasaman Residual Kemasaman Residual

Proses PemasamanProses Pemasaman

�� Pencucian kation basa, CaPencucian kation basa, Ca2+2+, K, K++, Mg, Mg2+2+

clayclay--Ca + HCa + H22O O ����clayclay--2H + Ca2H + Ca2+2+ + 2OH+ 2OH--

�� COCO22 dari respirasidari respirasi

CC66HH1212OO66 + 6O+ 6O22 ���� COCO22 + 6H+ 6H22OOCC66HH1212OO66 + 6O+ 6O22 ���� COCO22 + 6H+ 6H22OO

COCO22 + 6H+ 6H22O O ���� HH22COCO33 ���� HCOHCO33-- + H+ H++

�� AsamAsam--2 organik dihasilkan oleh akar, mikroba2 organik dihasilkan oleh akar, mikroba

�� HH++ dilepas oleh akar, dan oksidasi amonium & dilepas oleh akar, dan oksidasi amonium &

senyawa lainnyasenyawa lainnya

Perubahan pH oleh aktifitas Perubahan pH oleh aktifitas

manusia: pemasamanmanusia: pemasaman

�� Pupuk kimia (buatan) Pupuk kimia (buatan) �� contoh pupuk Ncontoh pupuk N

NHNH4+4+ + 2O+ 2O22 ���� NONO33-- + H+ H22O + 2HO + 2H++

�� Deposisi asam dari atmosferDeposisi asam dari atmosfer

�� Limbah organik asamLimbah organik asam

�� Oksidasi bahan tanah mengandung sulfur; Oksidasi bahan tanah mengandung sulfur; beberapa bentuk sulfur (S) dioksidasi beberapa bentuk sulfur (S) dioksidasi menjadi asam sulfatmenjadi asam sulfat

Meningkatkan pH tanah (6,3 Meningkatkan pH tanah (6,3 ––

6,5)6,5)

�� Penambahan batukapur: karbonat CaPenambahan batukapur: karbonat Ca2+2+, Mg, Mg2+2+

CaCOCaCO33 + 2H+ 2H++ ���� Ca2+ + COCa2+ + CO22 + H+ H22OO

�� Pembakaran/kapur cepat (oksida CaPembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+2+, Mg, Mg2+2+))

�� Kapur terhidrasi (hidroksida CaKapur terhidrasi (hidroksida Ca2+2+, Mg, Mg2+2+))

Perubahan pH akibat kegiatan Perubahan pH akibat kegiatan

manusia: Alkalinitasmanusia: Alkalinitas�� Sumber utama adalah irigasi di daerah Sumber utama adalah irigasi di daerah

yang tanpa drainase memadaiyang tanpa drainase memadai

�� Sekitar 50% lahan irigasi di dunia Sekitar 50% lahan irigasi di dunia

dipengaruhi oleh salinitasdipengaruhi oleh salinitasdipengaruhi oleh salinitasdipengaruhi oleh salinitas

�� Sekitar 35Sekitar 35--40% panen pangan dunia 40% panen pangan dunia

berasal dari lahan beririgasiberasal dari lahan beririgasi

Sumber AlkalinitasSumber Alkalinitas

�� Di daerah arid dan semiarid komplek pertukaran Di daerah arid dan semiarid komplek pertukaran

didominasi: Cadidominasi: Ca2+2+, Mg, Mg2+2+, K, K++, Na, Na++

�� Adanya karbonat dan bikarbonat pada tanah alkalin Adanya karbonat dan bikarbonat pada tanah alkalin

terkait dengan disolusi COterkait dengan disolusi CO22::

�� Kisaran pH reaksi tsb adalah antara 4,6 dan juga 8,6 Kisaran pH reaksi tsb adalah antara 4,6 dan juga 8,6

(Ca(Ca--carbonates) atau 10 (Nacarbonates) atau 10 (Na--carbonates)carbonates)

Menurunkan pHMenurunkan pH

�� Penambahan senyawa mudah teroksidasiPenambahan senyawa mudah teroksidasi

�� Sulfur, secara biologi teroksidasi menjadi Sulfur, secara biologi teroksidasi menjadi

asam sulfat asam sulfat

�� Penambahan aluminium sulfat, yang Penambahan aluminium sulfat, yang �� Penambahan aluminium sulfat, yang Penambahan aluminium sulfat, yang

memilah Hmemilah H22O untuk hasilkan HO untuk hasilkan H++

�� Penambahan bahan organikPenambahan bahan organik

Kapasitas Tukar IonKapasitas Tukar Ion

�� Tanah bisa bermuatan negatif dan positif. Tanah bisa bermuatan negatif dan positif. �� Kemampuan bahan bermuatan positif di dalam Kemampuan bahan bermuatan positif di dalam

tanah untuk mengikat ion negatif (misalnya tanah untuk mengikat ion negatif (misalnya ortofosfat Hortofosfat H22POPO44

--) disebut ) disebut kapasitas tukar anion kapasitas tukar anion (KTA)(KTA) tanah, tanah,

�� Kemampuan bahan bermuatan negatif untuk Kemampuan bahan bermuatan negatif untuk �� Kemampuan bahan bermuatan negatif untuk Kemampuan bahan bermuatan negatif untuk mengikat ion positif (misalnya Kmengikat ion positif (misalnya K++, Ca, Ca2+2+) disebut ) disebut kapasitas tukar kation (KTK)kapasitas tukar kation (KTK) tanah.tanah.�� Kemampuan tanah mengikat kation seringkali melebihi Kemampuan tanah mengikat kation seringkali melebihi

kemampuan mengikat anion, maka kita umumnya hanya kemampuan mengikat anion, maka kita umumnya hanya melaporkan KTK tanah dan jarang sekali mengamati KTA melaporkan KTK tanah dan jarang sekali mengamati KTA tanah.KTA terutama penting pada lapisan bawah tanahtanah.KTA terutama penting pada lapisan bawah tanah--tanah yang telah melapuk lanjut tanah yang telah melapuk lanjut

Kapasitas Tukar Kation (KTK)Kapasitas Tukar Kation (KTK)

�� Kation sebenarnya larut dalam air tanah, tetapi Kation sebenarnya larut dalam air tanah, tetapi karena karena koloidkoloid tanah (liat dan humus) bermuatan tanah (liat dan humus) bermuatan negatif, maka sebagian kation dalam larutan tanah negatif, maka sebagian kation dalam larutan tanah tersebut dijerap oleh koloid tanah. tersebut dijerap oleh koloid tanah.

�� Kation yang dijerap sukar tercuci oleh air gravitasi, Kation yang dijerap sukar tercuci oleh air gravitasi, tetapi dapat diganti oleh kation lain yang ada dalam tetapi dapat diganti oleh kation lain yang ada dalam tetapi dapat diganti oleh kation lain yang ada dalam tetapi dapat diganti oleh kation lain yang ada dalam larut tanahlarut tanah

�� Jenis kation yang banyak dijumpai dalam komplek Jenis kation yang banyak dijumpai dalam komplek jerapan koloid: Cajerapan koloid: Ca2+2+, Mg, Mg2+2+, K, K++, Na, Na++, NH, NH44

++, H, H++, Al, Al3+3+. .

�� KTK erat hubungannya dengan kesuburan tanah. KTK erat hubungannya dengan kesuburan tanah. Tanah dengan KTK tinggi lebih mampu menyediakan Tanah dengan KTK tinggi lebih mampu menyediakan unsur hara dibandingkan dengan KTK rendah. unsur hara dibandingkan dengan KTK rendah.

Kapasitas Tukar KationKapasitas Tukar Kation

Sumber Muatan NegatifSumber Muatan Negatif

Bahan OrganikTanahatauHumusHumus

Mineral Liat

Liat mempunyai dua sumber Liat mempunyai dua sumber

muatanmuatan�� substitusi isomorfsubstitusi isomorf : (umum pada liat 2:1): (umum pada liat 2:1)

�� substitusi dalam lembar kristalin satu atom oleh atom lain substitusi dalam lembar kristalin satu atom oleh atom lain berukuran sama dengan valensi lebih rendah. berukuran sama dengan valensi lebih rendah.

�� Muatan permanen dan tidak dipengaruhi oleh pH tanahMuatan permanen dan tidak dipengaruhi oleh pH tanah

�� patahan kisi patahan kisi (broken edges(broken edges): ): (umum pada liat 1:1)(umum pada liat 1:1)�� merupakan kisi lembar alumina dan silika dimana atom Hmerupakan kisi lembar alumina dan silika dimana atom H++

sebagai bagian dari ion hidroksil yang diikat kuat oleh atom sebagai bagian dari ion hidroksil yang diikat kuat oleh atom merupakan kisi lembar alumina dan silika dimana atom Hmerupakan kisi lembar alumina dan silika dimana atom Hsebagai bagian dari ion hidroksil yang diikat kuat oleh atom sebagai bagian dari ion hidroksil yang diikat kuat oleh atom O pada kondisi masam. O pada kondisi masam.

�� muatan patahan kisi tersebut adalah netral. Tetapi, jika pH muatan patahan kisi tersebut adalah netral. Tetapi, jika pH tanah > 6 atom H+ diikat agak lemah dan dapat tanah > 6 atom H+ diikat agak lemah dan dapat dipertukarkan dengan kation Cadipertukarkan dengan kation Ca2+2+ dan Mg dan Mg 2+2+. .

�� Muatan tersebut tergantung pH (Muatan tersebut tergantung pH (pHpH--dependent chargedependent charge).).

Examples of Isomorphous Examples of Isomorphous

SubstitutionSubstitution

(Creates Permanent Charge)(Creates Permanent Charge)

Clay Mineral Structural UnitsClay Mineral Structural Units

Proses PertukaranProses Pertukaran

CaCa+2+2-- colloidcolloid + 2 H+ 2 H++ ←→←→←→←→←→←→←→←→ 2 H2 H++-- colloid colloid + Ca+ Ca+2+2

= H= H++ mengganti Camengganti Ca+2+2 dijerap koloid tanahdijerap koloid tanah

CaCa--x + 2 Hx + 2 H++ ←→←→←→←→←→←→←→←→ 2 H2 H--x + Cax + Ca+2+2CaCa--x + 2 Hx + 2 H++ ←→←→←→←→←→←→←→←→ 2 H2 H--x + Cax + Ca+2+2

x = fase padatan tanahx = fase padatan tanah

CaCa(ad)(ad) + 2 H+ 2 H++ ←→←→←→←→←→←→←→←→ 2 H2 H(ad)(ad) + Ca+ Ca+2+2

XX(ad)(ad) = “kation X terjerap" = “kation X terjerap"

Jerapan (adsorption): pengikatan ion (Ca2+, Mg2+,

K+ pada permukaan koloid liat dan humus.

Kation TerjerapKation Terjerap

(a) Tanah daerah arid = kation basa (a) Tanah daerah arid = kation basa

CaCa+2+2, Mg, Mg+2+2, K, K++, Na, Na++

(b) Tanah daerah humid = kation asam, (b) Tanah daerah humid = kation asam,

dan juga Cadan juga Ca+2+2, Mg, Mg+2+2, H, H++ and Aland Al+3+3dan juga Cadan juga Ca+2+2, Mg, Mg+2+2, H, H++ and Aland Al+3+3

(c) Kekuatan jerapan(c) Kekuatan jerapan

AlAl+3+3> Ca> Ca+2+2 = Mg= Mg+2+2 > K> K++ = NH= NH44++ > Na> Na++

Satuan KTKSatuan KTK

�� Satuan : cmol (+) / kg atau meq/100gSatuan : cmol (+) / kg atau meq/100g

�� Molar muatan = 6 x 10Molar muatan = 6 x 102323

�� Centimole muatan = 6 x 10Centimole muatan = 6 x 102121

�� Miliequivalent muatan = 6 x 10Miliequivalent muatan = 6 x 102020�� Miliequivalent muatan = 6 x 10Miliequivalent muatan = 6 x 102020

�� JADI: 1 meq/100 g = 1 cmol (+)/kgJADI: 1 meq/100 g = 1 cmol (+)/kg

Mineral Liat Tipe CEC,cmol (+)/ kg

Kaolinit 1:1 30-150

Haloisit 1:1 60-100

Hidrous mika 2:1 200-400

KTK tanah, mineral liat & humus

Montmorilonit 2:1 800-1200

Vermikulit 2:1 1000-1500

Hidroksida besi dan

Aluminium

30-50

Humus 2000-4500

Mengapa KTK Penting?Mengapa KTK Penting?

�� Kation dilepaskan salama proses mineralisasiKation dilepaskan salama proses mineralisasi

�� Kation dapat dipertukarkan (misal KKation dapat dipertukarkan (misal K++, aplikasi pupuk , aplikasi pupuk

KCl) dapat melepaskan kation lain ke larutan tanahKCl) dapat melepaskan kation lain ke larutan tanah

�� Penyangga (buffer) hara Penyangga (buffer) hara �� mengurangi kehilangan mengurangi kehilangan

hara akibat pencucianhara akibat pencucian

�� Indikasi kapasitas tanah menahan haraIndikasi kapasitas tanah menahan hara

�� Menentukan berapa banyak / sering diperlukan Menentukan berapa banyak / sering diperlukan

pengapuranpengapuran

�� Menentukan bagaimana cara aplikasi pupuk untuk Menentukan bagaimana cara aplikasi pupuk untuk

tanaman, dibenam, atau disebarkan. tanaman, dibenam, atau disebarkan.

Kategori Ca Mg K Na KTK

--------------cmol (+)/kg-----------------

Sangat Tinggi >200 >80 >12 >20 >400

Tingkat Kesuburan Tanah berdasar KTK

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 BasaKejenuhan Basa�� Terdapat dua kelompok kation dalam komplek Terdapat dua kelompok kation dalam komplek

jerapan koloid yakni jerapan koloid yakni

�� kation asam (Hkation asam (H++ dan Aldan Al 3+3+), ),

�� kation basa (Cakation basa (Ca2+2+, Mg, Mg2+2+, K, K++ dan Nadan Na++))

�� Kejenuhan basa (KB) adalah perbandingan antara Kejenuhan basa (KB) adalah perbandingan antara jumlah kation basa dengan jumlah semua kation jumlah kation basa dengan jumlah semua kation jumlah kation basa dengan jumlah semua kation jumlah kation basa dengan jumlah semua kation (kation asam dan basa) dalam komplek jerapan koloid (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 BasaKejenuhan Basa

�� Kation basa merupakan hara yang diperlukan Kation basa merupakan hara yang diperlukan

tanaman, tanah subur tanaman, tanah subur �� KB tinggi (karena KB tinggi (karena

kation basa tidak banyak tercuci) kation basa tidak banyak tercuci)

�� KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam

KB lebih rendah dibanding tanah alkalis. KB lebih rendah dibanding tanah alkalis.

�� Pada tanah KB rendah komplek jerapan banyak Pada tanah KB rendah komplek jerapan banyak

disi Aldisi Al3+3+ dan Hdan H++ (basa), terutama Al(basa), terutama Al3+3+, racun , racun

bagi tanamanbagi tanaman�� kasus tanahkasus tanah--tanah masam di tanah masam di

IndonesiaIndonesia

KarakteristikKarakteristik TanahTanah

Daerah Daerah

HumidHumid

(Alfisol)(Alfisol)

Tanah Tanah

DaerahDaerah

Semi arid Semi arid

(Aridisol)(Aridisol)

Tanah Tanah

DaerahDaerah

arid arid

(Natrargids)(Natrargids)

Ca dapat ditukar (cmol/ kg)Ca dapat ditukar (cmol/ kg) 66--99 1414--1717 1212--1414

Data Pertukaran Kation beberap tanah

Ca dapat ditukar (cmol/ kg)Ca dapat ditukar (cmol/ kg) 66--99 1414--1717 1212--1414

Basa lain dapat ditukar (cmol/ kg)Basa lain dapat ditukar (cmol/ kg) 22--33 55--77 88--1212

H dan/atau Al dapat ditukar (cmol/ kg)H dan/atau Al dapat ditukar (cmol/ kg) 44--88 11--22 00

KTK (cmol/ kg)KTK (cmol/ kg) 1212--1818 2020--2626 2020--2626

Kejenuhan Basa (%)Kejenuhan Basa (%) 66.666.6 9090--9595 100100

Kemungkinan pHKemungkinan pH 5.65.6--5.85.8 ~ 7~ 7 88--1010

10

12

14

16

18

20

H+

&

Al3+

H+

H+

form

ing

form

ing

CEC, cmol kg-1

Clay

loam

Clay loam

+ lime

Sandy

loam10.10

0

2

4

6

8

Base-form

ing

cations

Base- form

ing

cations

Base-

form

ing

cationsCEC, cmol kg

50 % 80 % 80 %Base saturation:

pH: 5.5 6.5 6.5

Tekstur Tanah dan KTKTekstur Tanah dan KTK

�� Jumlah liat, yang merupakan fraksi koloid tekstur Jumlah liat, yang merupakan fraksi koloid tekstur

texture, menentukan nilai KTK. Makin banyak texture, menentukan nilai KTK. Makin banyak

jumlah liat makin besar nilai KTK, tergantung jenis jumlah liat makin besar nilai KTK, tergantung jenis

(tipe) mineral liatnya(tipe) mineral liatnya

Bahan Organik Tanah dan KTKBahan Organik Tanah dan KTK

�� Untuk tiap persen humus dalam tanah, KTK Untuk tiap persen humus dalam tanah, KTK

meningkat sekitar 2 meq/100gmeningkat sekitar 2 meq/100g�� cara termudah cara termudah

untuk pandungan peningkatan KTK tanahuntuk pandungan peningkatan KTK tanah. .

�� Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK

adalah menambahkan kapur dan bahan organik.adalah menambahkan kapur dan bahan organik.