DASAR ILMU TANAH2010Materi 02: Komponen Tanah

Penyusun/ Komponen TanahBahan Padat (50%) : bahan mineral (45%), bahan organik (5%)Ruang antar bahan padat (50%): air (25%), udara (25%)

Penyusun/ Komponen Tanah

Komponen Bahan Organik TanahKomponen Biomasa Hidup dalam Tanah

Bahan MineralBahan mineral berasal dariPelapukan in situ bahan geologi (utama)Bahan yang diangkut dari luar (kadang-kadang)Bahan terbawa aktivitas angin (kadang-kadang). Mineral primer berasal dari bahan induk dan biasanya telah mengalami 1 siklus pelapukan Pelapukan mineral menghasilkan unsur hara tersedia bagi tanaman

Mineral tanah dan unsur penyusun utamanya

MineralUnsur haraMineralUnsur haraKuarsaSiamfibol ((hornbelnde))Ca, Mg, Fe, NaKalsitCaPiroksin (hiperstin, augit)Ca, Mg, FedolomitCa, MgOlivinMg, Fefeldspar: ortoklas plagioklasK Na, CaApatitPmika: muskovit biotitK Mg, FeLeusitK

Mineral Primer

Pasir (sand) dan Debu (silt)Ditentukan oleh komposisi mineral bahan induk dan tingkat pelapukan (mineral primer)Mineral yang paling umum: kuarsa (Si02) Pada tanah tua (sangat terlapuk) feldspar dan mika dominan banyak dijumpai ilmenit, zirkon dan haematit.Pengaruh utama pada sifat fisik tanah retentsi air rendah dan drainase cepat jika pasir kasar dominan; ruang pori sedikit, aliran air terhamat, akar terhambat, tergenang jika jika debu dominanSedikit pengaruhnya terhadap sifat kimia, walau feldspar dan mika dapat melepaskan Ca, Mg dan K akibat pelapukan.

Liat (clay)Mempengaruhi sifat fisik dan kimia tanah jerapan kation, anion dan pestisidaKarena ukurannya kecil ( < 2 m) penyifatan dengan XRD atau mikroskop elektronMineral sekunder hasil pelapukan kimia mineral primer atau sintesis dari beberapa hasil pelapukan mineral primerMineral SekunderMineral sekunder Non SIlikat - kalsit, hematitMineral Sekunder Silikat (mineral liat) Kaolinit (1:1), montmorilonit /smektit (2:1 memuai), Illite (2:1 tidak memuai

Mineral sekunder Non silikat

MINERAL LIATUkuran liat 2 mikronUkuran partikel koloid 1 mikronTidak semua liat bersifat koloidalLIAT SILIKAT:Berbentuk pipih-laminer, lapisan lempenganBerstruktur kristal = kristalinUmumnya bersifat koloidalLuas permukaannya sangat besarPermukaannya bermuatan elektronegatif shg mampu menjerap kation-kationLiat Fe dan Al-hidrous-oksida:Tidak mempunyai struktur kristal, amorfBanyak dijumpai di daerah tropikaALOFAN: Si dan Al seskui-oksida Al2O3.2SiO2.H2O

STRUKTUR LIAT SILIKATUkuran kecil , KRISTALINTersusun atas unit-unit kristalSusunan mineralogik dari unit kristal ini tgt pada tipe liatStruktur Dasar LIAT SILIKAT:Silikat-alumina = alumino-silikat: Lempengan tetrahedra-silika bertumpukan dg lempengan oktahedra alumina

Tetrahedra silikaOktahedra aluminaKedua lempengan ini berikatan satu-sama lain dalam kristal liat melalui atom oksigen .. Jembatan oksigen

Tetrahedra OktahedraSiO4

TipeBerdasar susunan lempeng dlm unit kristal:1. Tipe mineral 1:1 (Silika : Alumina)2. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya memuai3. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya tdk memuai4. Tipe mineral 2:2Tipe Mineral 1:1Kaolinit, Haloisit, Anauksit, DikitUnit kristal terdiri atas satu lempeng silika & satu alumina Kisi kristalnya 1:1Kedua kisi dlm unit kristal diikat oleh atom oksigen yg dipegang bersamaan oleh atom Si dan Al dlm masing-masing kisi Unit-unit kristal diikat bersama secara kuat oleh ikatan hidrogen sehingga tidak dapat memuai (mengembang-mengkerut)Permukaan efektif terbatas di permukaan luar sajaHampir tidak ada substitusi isomorfikNilai KTK-nya rendahKristal Kaolinit berbentuk heksagonal, diameternya 0.1-5 mikronSifat plastisitas dan kohesinya rendahSifat koloidalnya tidak terlalu intensif

KAOLINIT (1:1)1. Paket lapisan mineral tersusun atas lempeng aluminium-hidroksida yg bergabung dg lempeng silika2.Salah satu ion oksigen menjadi mata rantai (jembatan) di antara kedua lempengan3. Seluruh kristal merupakan tumpukan dari paket-paket lapisan seperti di atas

O Si

Al

OH

3 Otetra-2 SihedraO-OH-O

2 Al Okta- hedra3 OH

Pd kondisi kemasaman alamiah (pH 4 - 8), kaolinit tdk begitu aktif.Hidroksil permukaan yang terikat pada Al, bersifat asidoid pd pH > 8.1, bersifat basidoid pd pH < 8.1. Shg pd kondisi pH tinggi, permukaan liat ini akan bermuatan negatif, KTK nya tinggi

HALOISIT (1:1)1.Seringkali mengiringi kaolinit, formulanya Al2O3.2SiO2.4H2O2.Lempeng-lempeng Si dan Al tidak diikat oleh ion-ion oksigen milik bersama3.Seluruh kristal terdiri atas lempeng Si2O5H2 bergantian dg lempeng Al2(OH)6

O Si

Al

OH

3 Otetra-2 Sihedra 2 OH3 OH2 Al Oktahedra3 OH

Kisi kristal tidak tahan terhadap pemanasanPada suhu 40oC air telah lenyap dan lambat laun terbentuk suatu persenyawaan meta-haloisit

Tipe 2:1Tipe mineral Memuai 2:1 Unit kristalnya tersusun atas lempeng alumina yang dijepit oleh dua lempeng silikaDua Kelompok yang terkenal:Montmorilonit : Montmorilonit, Beidelit, Nontronit, Saponit2. VermikulitMONTMORILONITUnit-UNIT kristal diikat bersama melalui ikatan oksigen yang lemah, sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basahDiameter montmorilonit 0.01 - 1 mikronPermukaannya sangat luas: Permukaan luar dan permukaan dalam Muatan listrik negatif pada permuakaannya sangat besar, terdiri atas muatan permanen dan muatan yang tergantung pH.Muatan permanen terbentuk melalui proses substitusi isomorfik Mg menggantikan sebagian Al dalam lempeng OktahedronAl menggantikan sebagian Si dalam lempeng TetrahedronSifat plastisitas dan kohesinya tinggi, mengembang & mengkerutSifat koloidalnya sangat intensif

Tipe 2:1Tipe mineral 2:1 Tidak Memuai (ILLIT) Ukurannya berada di antara montmorilonit dan kaolinitMuatan negatifnya terutama pd lempeng silika tetrahedra, karena sekitar 15% dari Si diganti oleh Al.Kalium diikat kuat di antara unit-unit kristal, sehingga tidak mudah mengembangVERMIKULITstruktur serupa MontmorilonitMg dominan, mengganti Al dlm lempeng alumina.Pd lempeng silika sbgian Si diganti Al timbul MUATAN NEGATIF sangat besarKapasitas jerapan (KTK) sangat besar.Molekul air bersama dg kation Mg dijerap kuat di antara unit kristal, sehingga derajat memuainya tidak terlalu intensif (MEMUAI TERBATAS)

Liat SilikatCAMPURAN LIAT SILIKATSusunan unit kristalnya berbeda-beda, spt misalnya:1. Klorit - Illit2. Ilit-MontmorilonitKLORIT: Tipe mineral 2:2Mineral liat Magnesium-silikat yg mengandung Fe dan Al.Satu unit kristal tersusun atas LAPISAN TALK (spt montmorilonit) dan LAPISAN BRUSIT [ Mg(OH)2 ]Atom Mg mendominasi lempeng oktahedron lapisan TALK.Sehingga unit kristal terusun atas dua lempeng tetrahedron silika dan dua lempeng oktahedron magnesium (Tipe 2:2)Mineral liat ini bersifat mudah memuai

Ciri-ciri Tipe Liat Montmorilonit Ilit Kaolinit

Ukuran (mikron)0.01 - 1 0.1 - 20.1 - 5Bentuk Serpih tak menentu Serpih tak menentu HeksagonalPermukaan jenis (m2/g)700-800 100-2005 - 20Permukaan luarLuas SedangSempitPermukaan dalamSgt luas SedangTdk adaKohesi / PlastisitasTinggi SedangRendahKapasitas MemuaiTinggi SedangRendahKTK (me/100 g)80-100 15 - 403 - 15

Sumber: Sifat dan Ciri Tanah (Soepardi, 1983)

Mineral Koloidal selain SilikatALOFAN & MINERAL AMORF Bersifat koloidal non-kristalin Alofan: Gabungan antara silikon dan aluminium seskuioksidaSusunannya mendekati Al2O3.2SiO2.H2OBanyak ditemukan pada tanah-tanah Abu volkanHIDRUS OKSIDA BESI & ALUMINIUMPenting karena Sangat dominan di daerah tropikaMolekul air berasosiasi dengan oksida :Fe2O3.xH2O : Limonit dan GoetitAl2O3.xH2O : GibsitMuatan negatifnya sedikitSifat plastisitas, lengket, dan kohesinya rendahTanah yg kaya mineral ini sifat fisiknya baik

SIFAT Koloidal MINERAL LIATKarakteristik bahan koloid: penyebaran cahaya, osmotik dan muatan listrikBersifat amfotir, diduga terkait dg gel-gel Fe, Al, Mn yang menyelimuti inti kristalin.Menjerap kation dengan kekuatan yang berbeda-beda, tergantung pada ukuran, muatan (valensi) dan hidratasi kation.Penjerapan kation oleh mineral liat berhubungan erat dengan tipe mineral liatKaolinit dan Haloisit: muatan listrik terdapat pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan disosiasi H dari gugusan OH permukaanIlit dan Khlorit; muatan listrik pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan muatan permanen akibat substitusi atom inti kristalMontmorilonit dan Vermikulit: muatan listriknya terutama akibat dari substitusi atom inti kristal.

Sumber muatan negatif liat SilikatSUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal O = Si = OO = Al - O - (tidak bermuatan) (bermuatan negatif satu)

OH OH OHOH OH OH - 1

Al Al Mg Al O O OHO O OHPINGGIRAN KRISTAL YANG TERBUKADua mekanisme:1. Ada valensi dari atom inti (Si atau Al) yg tidak dijenuhi yg terdapat pd pinggiran patahan lempeng silika dan alumina2.Permukaan luar yg datar (pd Kaolinit) mempunyai gugusan oksigen dan hidroksil (OH-) yg tersembul dan merupakan titik-titik yg bermuatan negatif. Muatan ini sifat dan besarannya tergantung pH

Bahan Organik TanahDefinisi Bahan tanaman atau hewan yang hidup atau mati di dalam tanah. Berkisar dari bahan yang belum terdekomposisi sampai yang sudah sangat terdekomposisi Komponen Biomasa (sisa tanaman, akar tanaman, organisme)Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi)Bahan lain: terlapuk dan resintesis, Humus, terlarut (fase liquid), 0 - 6% (berat) di horizon A,

Bahan Organik Tanah (BOT)HumusFraksi Aktif(Fraksi ringan)Stabil(Fraksi berat)Labil(Fraksi sedang)Asam fulvikAsam HumikHumin

Karakterisasi bahan organik tanah analisis kimia, total C dan total N (metode termudah), fraksionasi fisik, berdasar ukuran dan berat jenis, atau penggunaan isotop: 13C (isotop stabil, bukan radioaktif) dan 14C (radioaktif).

Air tanah bukan air murni, tetapi larutan (solution), jumlahnya bervariasi dengan jumlah udara tanahPerubahan air/udara tanah penting untuk sifat fisik tanah dan aliran airAda di dalam tanah karena ditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritastertahan oleh lapisan kedap air, ataukeadaan drainase yang kurang baik Kegunaan bagi tanamansebagai unsur hara tanamansebagai pelarut unsur hara bagian sel tanaman (bagian dari protoplasma)

Air Tanah

AIR berada di dalam ruangan PORI (diantara MATRIKS tanah)Partikel TanahRuangan Pori Air Tanah

Tipe Air TanahAir Gravitasi: air bebas yang bergerak dalam tanah akibat gaya gravitasi Bergerak cepat pada tanah berdrainase baik, dan bukan air tersedia bagi tanaman. Tekuras dari tanah dalam 2-3 hariAir Kapiler: air dalam pori-pori mikro, larutan tanah.Sebagian besar tersedia untuk tanamanAir Higroskopik: air yang membentuk film tipis menyelimuti partikel tanah Sangat kuat ditahan tanah oleh gaya adesi, tidak tersedia bagi tanaman.

Potensial Air TanahAir di dalam tanah mengalir dari daerah berenergi tinggi ke daerah berenergi lebih rendah, aliran ini diukur sebagai potensial air , (psi). Tiga potensial air potensial osmotik ()potensial matrik (m)potensial gravitasi (g).

Potensial Air TanahPotensial osmotik: penarikan molekul air dalam larutan tanah;u bernilai negatif.Potensial matrik: jumlah serapan air pada permukaan partikel tanah, dan gaya-gaya kapiler muncul dari air yang terjebak dalam pori-pori sangat halus; bernilai negatif. Potensial gravitasi: gaya gravitasi yang menarik air ke pusat bumi; dapat bernilai positif atau negatif tergantung tinggi permukaan air dalam tanah.

Potensial Air TanahPotensial air pada kapasitas lapangan kira-kira 0,33 Mpa (-33 kPa; -0,33 bar), tetapi pada tanah-tanah berpasir kira-kira 0,01 Mpa (-10kPa; -0,10 bar) titik layu permanen dengan potensial air sekitar 1,5 Mpa (-500 kPa; -15 bar.

UdaraMengisi pori-pori tanah (bersama air) Dibandingkan udara di atmosfer:uap air lebih tinggi.karbon dioksida lebih besar (>0.03%)oksigen lebih kecil (10-12%, di atm 20%), karena ada dekomposisi BO, respirasi org tanah dan akar tanaman Berperan dalam transport senyawa organik yang volatile dan uap air

*********************************