DASAR ILMU TANAH

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 Hampir semua sifat kimia tanah terkait dengan koloid tanahtanah

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

mempunyai diameter kurang dari 0,001 mm. mempunyai diameter kurang dari 0,001 mm. • Mempunyai permukaan luas; reaksi kimia berlangsung Mempunyai permukaan luas; reaksi kimia berlangsung

pada permukaan koloid. pada permukaan koloid. • Pada beberapa jenis tanah, permukaan koloid Pada beberapa jenis tanah, permukaan koloid

bermuatan negatif (-)bermuatan negatif (-) • Untuk memahami kimia tanah, perlu mengetahui Untuk memahami kimia tanah, perlu mengetahui

mineral liat apa yang ada dan kontribusinya pada mineral liat apa yang ada dan kontribusinya pada muatan negatif.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) pH001 30001 400001 5000001 60000001 7

Satu unit perubahan pH berarti 10 kali perubahan dalam konsentrasi H+

pH tanahpH tanah

Konsep pH tanahKonsep pH tanah pH = - log (HpH = - log (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/L

Definisi ini berasal dariDefinisi ini berasal dari (H(H++) (OH) (OH--) = 10) = 10-14-14 atau atau pH + pOH = 14pH + pOH = 14

Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5 Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5 dan 8dan 8

H+OH-

H+ OH-

H+

OH-

AsampH = 6.0

NetralpH = 7.0

AlkalinpH = 8.0

pH = - log [ H+ ]H2O 2 H+ + O-2

NetralAlkalinitasKemasaman

Skala pH

Peranan pH tanahPeranan pH tanah pH menentukan mudah tidaknya unsur hara diserap tanaman; 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 P difiksasi karena difiksasi oleh Al; pada tanah alkali unsur P difiksasi Ca.Ca.

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

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

PelapukanMineral

Sumber & Klas Kemasaman Sumber & Klas Kemasaman TanahTanah

AlAl3+3+ dan H dan 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)33

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+

clay-Ca + Hclay-Ca + H22O O clay-2H + Caclay-2H + Ca2+2+ + 2OH + 2OH--

COCO22 dari respirasi dari respirasi

CC66HH1212OO66 + 6O + 6O22 CO CO22 + 6H + 6H22OO

COCO22 + 6H + 6H22O O H H22COCO33 HCO HCO33-- + H + H++

Asam-2 organik dihasilkan oleh akar, mikrobaAsam-2 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 N contoh pupuk N

NHNH4+4+ + 2O + 2O22 NO NO33-- + H + H22O + 2HO + 2H++

Deposisi asam dari atmosferDeposisi asam dari atmosferLimbah organik asamLimbah organik asamOksidasi 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+ + CO Ca2+ + 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 Perubahan pH akibat kegiatan manusia: kegiatan manusia:

AlkalinitasAlkalinitasSumber utama adalah irigasi di Sumber utama adalah irigasi di

daerah yang tanpa drainase daerah yang tanpa drainase memadaimemadai

Sekitar 50% lahan irigasi di dunia Sekitar 50% lahan irigasi di dunia dipengaruhi oleh salinitasdipengaruhi oleh salinitas

Sekitar 35-40% panen pangan dunia Sekitar 35-40% 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 Adanya karbonat dan bikarbonat pada tanah alkalin terkait dengan disolusi COalkalin terkait dengan disolusi CO22::

Kisaran pH reaksi tsb adalah antara 4,6 dan juga Kisaran pH reaksi tsb adalah antara 4,6 dan juga 8,6 (Ca-carbonates) atau 10 (Na-carbonates)8,6 (Ca-carbonates) atau 10 (Na-carbonates)

Menurunkan pHMenurunkan pH

Penambahan senyawa mudah Penambahan senyawa mudah teroksidasiteroksidasiSulfur, secara biologi teroksidasi Sulfur, secara biologi teroksidasi

menjadi asam sulfat menjadi asam sulfat 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 kapasitas tukar anion (KTA)anion (KTA) tanah, tanah,

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 kemampuan mengikat anion, maka kita umumnya hanya melaporkan KTK tanah dan jarang sekali hanya melaporkan KTK tanah dan jarang sekali mengamati KTA tanah.KTA terutama penting pada mengamati KTA tanah.KTA terutama penting pada lapisan bawah tanah-tanah yang telah melapuk lanjut lapisan bawah tanah-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 negatif, maka sebagian kation dalam larutan tanah tersebut dijerap oleh koloid tanah. 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 tetapi dapat diganti oleh kation lain yang ada dalam larut tanahdalam larut 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 Tanah dengan KTK tinggi lebih mampu menyediakan unsur hara dibandingkan dengan menyediakan unsur hara dibandingkan dengan KTK rendah. KTK rendah.

Kapasitas Tukar KationKapasitas Tukar Kation

Sumber Muatan NegatifSumber Muatan Negatif

Bahan OrganikTanahatau

Humus

Mineral Liat

Liat mempunyai dua Liat mempunyai dua sumber muatansumber muatan

substitusi isomorfsubstitusi isomorf : (umum pada liat 2:1) : (umum pada liat 2:1) substitusi dalam lembar kristalin satu atom oleh atom substitusi dalam lembar kristalin satu atom oleh atom

lain berukuran sama dengan valensi lebih rendah. lain 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 (umum pada liat 1:1)1:1) merupakan kisi lembar alumina dan silika dimana atom merupakan kisi lembar alumina dan silika dimana atom

HH++ sebagai bagian dari ion hidroksil yang diikat kuat oleh sebagai bagian dari ion hidroksil yang diikat kuat oleh atom O pada kondisi masam. atom O pada kondisi masam.

muatan patahan kisi tersebut adalah netral. Tetapi, jika muatan patahan kisi tersebut adalah netral. Tetapi, jika pH tanah > 6 atom H+ diikat agak lemah dan dapat pH 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 (pH-dependent chargepH-dependent 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 H 2 H++- - colloid colloid + Ca + Ca+2+2

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

Ca-x + 2 HCa-x + 2 H++ 2 H-x + Ca 2 H-x + Ca+2+2

x = fase padatan tanahx = fase padatan tanah

CaCa(ad)(ad) + 2 H + 2 H++ 2 H 2 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 Al and 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/100gMolar 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

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

Montmorilonit 2:1 800-1200

Vermikulit 2:1 1000-1500

Hidroksida besi dan Aluminium

  30-50

Humus   2000-4500

KTK tanah, mineral liat & humus

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 , aplikasi

pupuk KCl) dapat melepaskan kation lain ke pupuk KCl) dapat melepaskan kation lain ke larutan tanahlarutan tanah

Penyangga (buffer) hara Penyangga (buffer) hara mengurangi mengurangi kehilangan hara akibat pencuciankehilangan hara 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 Menentukan bagaimana cara aplikasi pupuk

untuk tanaman, dibenam, atau disebarkan. 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 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 Al dan Al 3+ 3+), ), kation basa (Cakation basa (Ca2+2+, Mg, Mg2+2+, K, K++ dan Na dan 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 (kation asam dan basa) dalam komplek jerapan (kation asam dan basa) dalam komplek jerapan koloid koloid

KB = jumlah kation basa

jumlah kation basa + kation asam x 100%

atau KB = 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 KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam KB lebih rendah dibanding tanah masam KB lebih rendah dibanding tanah alkalis. alkalis.

Pada tanah KB rendah komplek jerapan Pada tanah KB rendah komplek jerapan banyak disi Albanyak disi Al3+3+ dan H dan H++ (basa), terutama Al (basa), terutama Al3+3+, , racun bagi tanamanracun bagi tanaman kasus tanah-tanah kasus tanah-tanah masam di Indonesiamasam di Indonesia

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) 6-96-9 14-1714-17 12-1412-14

Basa lain dapat ditukar (cmol/ kg)Basa lain dapat ditukar (cmol/ kg) 2-32-3 5-75-7 8-128-12

H dan/atau Al dapat ditukar (cmol/ kg)H dan/atau Al dapat ditukar (cmol/ kg) 4-84-8 1-21-2 00

KTK (cmol/ kg)KTK (cmol/ kg) 12-1812-18 20-2620-26 20-2620-26

Kejenuhan Basa (%)Kejenuhan Basa (%) 66.666.6 90-9590-95 100100

Kemungkinan pHKemungkinan pH 5.6-5.85.6-5.8 ~ 7~ 7 8-108-10

Data Pertukaran Kation beberap tanah

0

2

4

68

10

12

1416

18

20H+ & Al3+

H+

H+

Ba

se-

form

ing

c

atio

ns

Ba

se-

form

ing

c

atio

ns

Ba

se-

form

ing

c

atio

nsC

EC

, cm

ol

kg-1

Clay loam

Clay loam + lime

Sandy loam

50 % 80 % 80 %Base saturation:

pH: 5.5 6.5 6.5

10.10

Tekstur Tanah dan KTKTekstur Tanah dan KTK Jumlah liat, yang merupakan fraksi koloid Jumlah liat, yang merupakan fraksi koloid

tekstur texture, menentukan nilai KTK. Makin tekstur texture, menentukan nilai KTK. Makin banyak jumlah liat makin besar nilai KTK, banyak jumlah liat makin besar nilai KTK, tergantung jenis (tipe) mineral liatnyatergantung jenis (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 tanah. untuk pandungan peningkatan KTK tanah.

Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK adalah menambahkan kapur dan bahan organik.adalah menambahkan kapur dan bahan organik.