DASAR ILMU TA�AH

Materi 02: Komponen TanahMateri 02: Komponen Tanah

Penyusun/ Komponen Tanah

• Bahan Padat (50%) :

• bahan mineral (45%),

• bahan organik (5%)

• Ruang antar bahan padat (50%): • Ruang antar bahan padat (50%):

• air (25%),

• udara (25%)

Penyusun/ Komponen Tanah

Komponen

Bahan Organik

Tanah

Komponen

Biomasa Hidup

dalam Tanah

Bahan MineralBahan Mineral

�� Bahan mineral berasal dariBahan mineral berasal dari�� PelapukanPelapukan in situin situ bahan geologi (utama)bahan geologi (utama)

�� Bahan yang diangkut dari luarBahan yang diangkut dari luar (kadang(kadang--kadang)kadang)

�� Bahan terbawa aktivitas anginBahan terbawa aktivitas angin (kadang(kadang--kadang).kadang).kadang).kadang).

�� Mineral primerMineral primer berasal dari bahan induk berasal dari bahan induk dan biasanya telah mengalami 1 siklus dan biasanya telah mengalami 1 siklus pelapukan pelapukan

�� Pelapukan mineral menghasilkan unsur Pelapukan mineral menghasilkan unsur hara tersedia bagi tanamanhara tersedia bagi tanaman

Mineral tanah dan unsur penyusun Mineral tanah dan unsur penyusun

utamanyautamanyaMineral Unsur

haraMineral Unsur hara

Kuarsa Si amfibol ((hornbelnde)) Ca, Mg, Fe, Na

Kalsit Ca Piroksin (hiperstin, augit)

Ca, Mg, Feaugit)

dolomit Ca, Mg Olivin Mg, Fe

feldspar: ortoklasplagioklas

K Na, Ca

Apatit P

mika: muskovit biotit

K Mg, Fe

Leusit K

Mineral PrimerMineral 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.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 dominan

� Sedikit 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 pestisida

• Karena ukurannya kecil (Φ < 2 µm) � penyifatan dengan XRD atau mikroskop elektron

• Mineral sekunder– hasil pelapukan kimia mineral primer atau sintesis dari beberapa hasil pelapukan mineral primerprimer

• Mineral Sekunder

• Mineral sekunder Non SIlikat - kalsit, hematit

• Mineral Sekunder Silikat (mineral liat) – Kaolinit (1:1), montmorilonit /smektit (2:1 –memuai), Illite (2:1 tidak memuai

Mineral sekunder Non silikatMineral sekunder Non silikat

MINERAL LIAT

Ukuran liat ≤ 2 mikron

Ukuran partikel koloid ≤ 1 mikron

Tidak semua liat bersifat koloidal

LIAT SILIKAT:Berbentuk pipih-laminer, lapisan lempengan

Berstruktur kristal = kristalin

Umumnya bersifat koloidal

Luas permukaannya sangat besar

Permukaannya bermuatan elektronegatif shg Permukaannya bermuatan elektronegatif shg

mampu menjerap kation-kation

Liat Fe dan Al-hidrous-oksida:Tidak mempunyai struktur kristal, amorf

Banyak dijumpai di daerah tropika

ALOFAN: Si dan Al seskui-oksidaAl2O3.2SiO2.H2O

STRUKTUR LIAT SILIKAT

Ukuran kecil , KRISTALINTersusun atas unit-unit kristal

Susunan mineralogik dari unit kristal ini tgt

pada tipe liat

Struktur Dasar LIAT SILIKAT:Silikat-alumina = alumino-silikat:

Lempengan tetrahedra-silika bertumpukan dg

lempengan oktahedra alumina

Tetrahedra silikaTetrahedra silika

Oktahedra alumina

Kedua lempengan ini berikatan satu-sama lain dalam

kristal liat melalui atom oksigen …….. “Jembatan

oksigen”

Tetrahedra Oktahedra

SiO4

Tipe Berdasar susunan lempeng dlm unit kristal:

1. Tipe mineral 1:1 (Silika : Alumina)

2. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya memuai

3. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya tdk memuai

4. Tipe mineral 2:2

Tipe Mineral 1:1Kaolinit, Haloisit, Anauksit, Dikit• Unit kristal terdiri atas satu lempeng silika & satu alumina Kisi

kristalnya 1:1

• Kedua kisi dlm unit kristal diikat oleh atom oksigen yg dipegang • Kedua 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 saja

• Hampir tidak ada substitusi isomorfik

• Nilai KTK-nya rendah

• Kristal Kaolinit berbentuk heksagonal, diameternya 0.1-5 mikron

• Sifat plastisitas dan kohesinya rendah

• Sifat koloidalnya tidak terlalu intensif

KAOLINIT (1:1)

1. Paket lapisan mineral tersusun atas lempeng

aluminium-hidroksida yg bergabung dg

lempeng silika

2. Salah satu ion oksigen menjadi mata rantai

(jembatan) di antara kedua lempengan

3. Seluruh kristal merupakan tumpukan dari

paket-paket lapisan seperti di atas

O

Si

3 O

tetra- 2 Si

hedra

O-OH-O

Al

OH

O-OH-O

2 Al Okta-

hedra

3 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

Al2O3.2SiO2.4H2O

2. Lempeng-lempeng Si dan Al tidak diikat oleh ion-

ion oksigen milik bersama

3. Seluruh kristal terdiri atas lempeng Si2O5H2

bergantian dg lempeng Al2(OH)6

O

Si

Al

3 O

tetra- 2 Si

hedra 2 OH

3 OHAl

OH

3 OH

2 Al Oktahedra

3 OH

Kisi kristal tidak tahan terhadap pemanasan

Pada 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 silika

• Dua Kelompok yang terkenal:

1. Montmorilonit : Montmorilonit, Beidelit,

Nontronit, Saponit

2. Vermikulit

MONTMORILONIT• Unit-UNIT kristal diikat bersama melalui ikatan oksigen yang

lemah, sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basahlemah, sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basah

• Diameter montmorilonit 0.01 - 1 mikron

• Permukaannya 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 Oktahedron

• Al menggantikan sebagian Si dalam lempeng Tetrahedron

• Sifat plastisitas dan kohesinya tinggi, mengembang & mengkerut

• Sifat koloidalnya sangat intensif

SERISIT(2:1)

1. Muskovit yg bersisik halus dg formulanya K2O.

3Al2O3. 6SiO2. 2H2O atau KAl2(AlSi3)O10(OH)2

2. Mg mengganti sebagian Al (Substitusi isomorfik)

3. Paket Al2(AlSi3)O10(OH)2 dirangkaikan bersama

oleh ion kalium

K

Si

6 O

…………. K ………...

6 O

tetra- Al, 3SiSi

OH

Al

O

tetra- Al, 3Si

hedra

2O-2OH-2O

4 Al oktahedra

2O-2OH-2O

Al, 3Si tetrahedra

6 O

…………. K ……….

Tipe 2:1 VERMIKULIT• struktur serupa Montmorilonit

• Mg dominan, mengganti Al dlm lempeng alumina.

• Pd lempeng silika sbgian Si diganti Al � timbul

MUATAN NEGATIF sangat besar

• Kapasitas jerapan (KTK) sangat besar.

• Molekul air bersama dg kation Mg dijerap kuat di

antara unit kristal, sehingga derajat memuainya

tidak terlalu intensif (MEMUAI TERBATAS)

Tipe mineral 2:1 Tidak Memuai (ILLIT) • Ukurannya berada di antara montmorilonit dan kaolinit

• Muatan 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 mengembang

Liat Silikat

KLORIT: Tipe mineral 2:2• Mineral 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

CAMPURAN LIAT SILIKAT• Susunan unit kristalnya berbeda-beda, spt

misalnya:

1. Klorit - Illit

2. Ilit-Montmorilonit

• Mineral liat ini bersifat mudah memuai

Ciri-ciri Tipe Liat

Montmorilonit Ilit Kaolinit

Ukuran (mikron) 0.01 - 1 0.1 - 2 0.1 - 5

Bentuk Serpih tak menentu Serpih tak menentu Heksagonal

Permukaan jenis (m2/g) 700-800 100-200 5 - 20

Permukaan luar Luas Sedang SempitPermukaan luar Luas Sedang Sempit

Permukaan dalam Sgt luas Sedang Tdk ada

Kohesi / Plastisitas Tinggi Sedang Rendah

Kapasitas Memuai Tinggi Sedang Rendah

KTK (me/100 g) 80-100 15 - 40 3 - 15

Sumber: Sifat dan Ciri Tanah (Soepardi, 1983)

Mineral Koloidal selain Silikat

HIDRUS OKSIDA BESI & ALUMINIUM• Penting karena Sangat dominan di daerah tropika

• Molekul air berasosiasi dengan oksida :

• Fe2O3.xH2O : Limonit dan Goetit

• Al2O3.xH2O : Gibsit

• Muatan negatifnya sedikit

• Sifat plastisitas, lengket, dan kohesinya rendah

• Tanah yg kaya mineral ini sifat fisiknya baik

ALOFAN & MINERAL AMORF• Bersifat koloidal non-kristalin

• Alofan:

• Gabungan antara silikon dan aluminium seskuioksida

• Susunannya mendekati Al2O3.2SiO2.H2O

• Banyak ditemukan pada tanah-tanah Abu volkan

SIFAT Koloidal MINERAL LIAT

• Karakteristik bahan koloid: penyebaran cahaya, osmotik

dan muatan listrik

• Bersifat 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.kation.

• Penjerapan kation oleh mineral liat berhubungan erat

dengan tipe mineral liat• Kaolinit dan Haloisit: muatan listrik terdapat pd ikatan yg patah di

tepi kristal, dan disosiasi H dari gugusan OH permukaan

• Ilit dan Khlorit; muatan listrik pd ikatan yg patah di tepi kristal,

dan muatan permanen akibat substitusi atom inti kristal

• Montmorilonit dan Vermikulit: muatan listriknya terutama akibat

dari substitusi atom inti kristal.

Sumber muatan

negatif liat Silikat

SUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal

PINGGIRAN KRISTAL YANG TERBUKADua mekanisme:

1. Ada valensi dari atom inti (Si atau Al) yg tidak

dijenuhi yg terdapat pd pinggiran patahan lempeng

silika dan alumina

2. 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

SUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal

O = Si = O O = Al - O -

(tidak bermuatan) (bermuatan negatif satu)

OH OH OH OH OH OH - 1

Al Al Mg Al

O O OH O O OH

Bahan Organik TanahBahan Organik Tanah

�� Definisi Definisi �� Bahan tanaman atau hewan yang hidup atau mati di dalam Bahan tanaman atau hewan yang hidup atau mati di dalam tanah. Berkisar dari bahan yang belum terdekomposisi sampai tanah. Berkisar dari bahan yang belum terdekomposisi sampai

yang sudah sangat terdekomposisiyang sudah sangat terdekomposisi

�� Komponen Komponen �� Biomasa (sisa tanaman, akar tanaman, organisme)Biomasa (sisa tanaman, akar tanaman, organisme)

�� Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi)Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi)�� Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi)Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi)

�� Bahan lain: terlapuk dan resintesis, Humus, terlarut (fase Bahan lain: terlapuk dan resintesis, Humus, terlarut (fase liquid), 0 liquid), 0 -- 6% (berat) di horizon A, <1% (berat) di horizon bawah6% (berat) di horizon A, <1% (berat) di horizon bawah

�� FungsiFungsi•• sebagaisebagai granulatorgranulator--membentukmembentuk strukturstruktur

•• sebagaisebagai sumbersumber unsurunsur hara,hara, N,N, PP dandan SS

•• tanahtanah dapatdapat menahanmenahan airair

•• tanahtanah dapatdapat menahanmenahan unsurunsur harahara

•• sumbersumber energienergi bagibagi mikroorganismemikroorganisme tanahtanah

Bahan Organik Tanah (BOT)

HumusFraksi Aktif

(Fraksi ringan)

Stabil

(Fraksi berat)

Labil

(Fraksi sedang)

•Asam fulvik

•Asam Humik

•Humin

Karakterisasi bahan organik tanahKarakterisasi bahan organik tanah

�� analisis kimia, total C dan total N (metode analisis kimia, total C dan total N (metode termudah), termudah),

�� fraksionasi fisik, berdasar ukuran dan berat fraksionasi fisik, berdasar ukuran dan berat jenis, atau jenis, atau jenis, atau jenis, atau

�� penggunaan isotop: penggunaan isotop: 1313C (isotop stabil, bukan C (isotop stabil, bukan radioaktif) dan radioaktif) dan 1414C (radioaktif). C (radioaktif).

�� Air tanah bukan air murni, tetapi ‘larutan’ Air tanah bukan air murni, tetapi ‘larutan’ ((solutionsolution), jumlahnya bervariasi dengan jumlah ), jumlahnya bervariasi dengan jumlah udara tanahudara tanah

�� Perubahan air/udara tanah penting untuk sifat fisik Perubahan air/udara tanah penting untuk sifat fisik tanah dan aliran airtanah dan aliran air

�� Ada di dalam tanah karena Ada di dalam tanah karena �� ditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritasditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritas

Air TanahAir Tanah

�� ditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritasditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritas�� tertahan oleh lapisan kedap air, atautertahan oleh lapisan kedap air, atau�� keadaan drainase yang kurang baik keadaan drainase yang kurang baik

�� Kegunaan bagi tanamanKegunaan bagi tanaman�� sebagai unsur hara tanamansebagai unsur hara tanaman

�� sebagai pelarut unsur hara sebagai pelarut unsur hara

�� bagian sel tanaman (bagian dari protoplasma)bagian sel tanaman (bagian dari protoplasma)

AIR berada di 2222222 dalam ruangan PORI

(diantara MATRIKS tanah)

Partikel Tanah

Ruangan Pori

Air Tanah

Tipe Air TanahTipe Air Tanah

�� Air GravitasiAir Gravitasi: air bebas yang bergerak dalam tanah : air bebas yang bergerak dalam tanah akibat gaya gravitasi akibat gaya gravitasi �� Bergerak cepat pada tanah berdrainase baik, dan bukan air Bergerak cepat pada tanah berdrainase baik, dan bukan air tersedia bagi tanaman. tersedia bagi tanaman.

�� Tekuras dari tanah dalam 2Tekuras dari tanah dalam 2--3 hari3 hari

�� Air KapilerAir Kapiler: air dalam pori: air dalam pori--pori mikropori mikro, larutan , larutan �� Air KapilerAir Kapiler: air dalam pori: air dalam pori--pori mikropori mikro, larutan , larutan tanah.tanah.�� Sebagian besar tersedia untuk tanamanSebagian besar tersedia untuk tanaman

�� Air Higroskopik: Air Higroskopik: air yang membentuk film tipis air yang membentuk film tipis

menyelimuti partikel tanahmenyelimuti partikel tanah

�� Sangat kuat ditahan tanah oleh gaya adesi, tidak tersedia Sangat kuat ditahan tanah oleh gaya adesi, tidak tersedia

bagi tanaman.bagi tanaman.

Potensial Air TanahPotensial Air Tanah

�� Air di dalam tanah mengalir dari daerah berenergi Air di dalam tanah mengalir dari daerah berenergi tinggi ke daerah berenergi lebih rendah, aliran ini tinggi ke daerah berenergi lebih rendah, aliran ini

diukur sebagai potensial airdiukur sebagai potensial air , , ΨΨ (psi).(psi).

�� Tiga potensial air Tiga potensial air �� Tiga potensial air Tiga potensial air

�� potensial osmotik (potensial osmotik (ΨηΨη))

�� potensial matrik (potensial matrik (ΨΨm)m)

�� potensial gravitasi (potensial gravitasi (ΨΨg).g).

Potensial Air TanahPotensial Air Tanah

�� Potensial osmotik:Potensial osmotik: penarikan molekul air dalam penarikan molekul air dalam

larutan tanah;u bernilai negatif.larutan tanah;u bernilai negatif.

�� Potensial matrik:Potensial matrik: jumlah serapan air pada permukaan jumlah serapan air pada permukaan

partikel tanah, dan gayapartikel tanah, dan gaya--gaya kapiler muncul dari air gaya kapiler muncul dari air partikel tanah, dan gayapartikel tanah, dan gaya--gaya kapiler muncul dari air gaya kapiler muncul dari air

yang terjebak dalam poriyang terjebak dalam pori--pori sangat halus; bernilai pori sangat halus; bernilai

negatif. negatif.

�� Potensial gravitasi:Potensial gravitasi: gaya gravitasi yang menarik air ke gaya gravitasi yang menarik air ke

pusat bumi; dapat bernilai positif atau negatif pusat bumi; dapat bernilai positif atau negatif

tergantung tinggi permukaan air dalam tanah. tergantung tinggi permukaan air dalam tanah.

Potensial Air TanahPotensial Air Tanah

�� Potensial air pada ‘kapasitas lapangan’ kiraPotensial air pada ‘kapasitas lapangan’ kira--kira kira ––0,33 Mpa (0,33 Mpa (--33 kPa; 33 kPa; --0,33 bar), tetapi pada tanah0,33 bar), tetapi pada tanah--tanah berpasir kiratanah berpasir kira--kira kira ––0,01 Mpa (0,01 Mpa (--10kPa; 10kPa; --0,10 0,10 bar)bar)bar)bar)

�� ‘titik layu permanen’ dengan potensial air sekitar ‘titik layu permanen’ dengan potensial air sekitar ––1,5 Mpa (1,5 Mpa (--500 kPa; 500 kPa; --15 bar.15 bar.

Udara

• Mengisi 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