DASAR ILMU TA AH
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) 001 0001 00001 000001 0000001
pH 3 4 5 6 7
Satu unit perubahan pH berarti 10 kali perubahan dalam konsentrasi H+
pH tanah
Konsep pH tanah
Definisi ini berasal dari
pH = - log (H+) atau pH = log 1/(H+) dimana: p adalah logaritme negatif dan H adalah konsentrasi H+ dalam g/L (H+) (OH-) = 10-14 atau pH + pOH = 14
Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5 dan 8
2 H+ + O-2
H 2O
pH = - log [ H+ ]
+ H
+ H
Asam pH = 6.0
Netral pH = 7.0
OH
OH
H+
OH-
Alkalin pH = 8.0
Netral Alkalinitas
Kemasaman
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
Bahan Organik
Bio Serapan & Pelepasan
Hujan
H+ Larutan Tanah
CO2
Hydroksi polimer
Pelapukan Mineral
Sumber & Klas Kemasaman Tanah
Al3+ dan H+ adalah sumber utama kemasaman tanah OHAl3+AlOH AlOH3+ Al(OH) Al(OH)2+Al Al (OH)3 H+ 3 tipe kemasaman tanah
Kemasaman aktif Kemasman dapat dipertukarkan Kemasaman Residual
Proses Pemasaman
Pencucian kation basa, Ca2+, K+, Mg2+ clay--Ca + H2O clay clay clay--2H + Ca2+ + 2OH-
CO2 dari respirasi C6H12O6 + 6O2 CO2 + 6H2O CO2 + 6H2O H2CO3 HCO3- + H+
Asam-2 organik dihasilkan oleh akar, mikroba AsamH+ dilepas oleh akar, dan oksidasi amonium & senyawa lainnya
Perubahan pH oleh aktifitas manusia: pemasaman
Pupuk kimia (buatan) contoh pupuk N NH4+ + 2O2 NO3- + H2O + 2H+
Deposisi asam dari atmosfer Limbah organik asam Oksidasi bahan tanah mengandung sulfur; beberapa bentuk sulfur (S) dioksidasi menjadi asam sulfat
Meningkatkan pH tanah (6,3 – 6,5)
Penambahan batukapur: karbonat Ca2+, Mg2+ CaCO3 + 2H+ Ca2+ + CO2 + H2O
Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+, Mg2+) Kapur terhidrasi (hidroksida Ca2+, Mg2+)
Perubahan pH akibat kegiatan manusia: Alkalinitas Sumber utama adalah irigasi di daerah yang tanpa drainase memadai Sekitar 50% lahan irigasi di dunia dipengaruhi oleh salinitas Sekitar 3535-40% panen pangan dunia berasal dari lahan beririgasi
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(Ca-carbonates) atau 10 (Na (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
Kapasitas Tukar Ion
Tanah bisa bermuatan negatif dan positif.
Kemampuan bahan bermuatan positif di dalam tanah untuk mengikat ion negatif (misalnya ortofosfat H2PO4-) disebut kapasitas tukar anion (KTA) tanah, Kemampuan bahan bermuatan negatif untuk mengikat ion positif (misalnya K+, Ca2+) disebut kapasitas tukar kation (KTK) tanah.
Kemampuan tanah mengikat kation seringkali melebihi kemampuan mengikat anion, maka kita umumnya hanya melaporkan KTK tanah dan jarang sekali mengamati KTA tanah.KTA terutama penting pada lapisan bawah tanahtanahtanah yang telah melapuk lanjut
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 Kation
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): 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 (pH--dependent charge charge). ).
Examples of Isomorphous Substitution (Creates Permanent Charge)
Clay Mineral Structural Units
Proses Pertukaran Ca+2- colloid + 2 H+ ←→ 2 H+- colloid + Ca+2 = H+ mengganti Ca+2 dijerap koloid tanah CaCa-x + 2 H+ ←→ 2 HH-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
KTK tanah, mineral liat & humus 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
Mineral Liat
Hidroksida besi dan Aluminium Humus
30-50 2000-4500
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.
Tingkat Kesuburan Tanah berdasar KTK 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
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 =
atau
jumlah kation basa x 100% jumlah kation basa + kation asam
KB =
jumlah kation basa x 100% KTK
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 tanaman kasus tanahtanah-tanah masam di Indonesia
Data Pertukaran Kation beberap tanah Karakteristik
Tanah Tanah Tanah Daerah Daerah Daerah Humid Semi arid arid (Alfisol) (Aridisol) (Natrargids)
Ca dapat ditukar (cmol/ kg)
6- 9
1414-17
1212-14
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
1212-18
2020-26
2020-26
66.6
9090-95
100
5.65.6-5.8
~7
8-10
KTK (cmol/ kg) Kejenuhan Basa (%) Kemungkinan pH
Clay loam + lime
Sandy loam
H+ H+ & Al3+
Base saturation: 50 % pH: 5.5
H+ Baseforming cations
Base-forming forming cations
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
Base-forming forming cations
CEC, cmol kg-1
Clay loam
80 %
80 %
6.5
6.5
10.10
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 meq/100g cara termudah untuk pandungan peningkatan KTK tanah. tanah. Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK adalah menambahkan kapur dan bahan organik.
