HASIL DAN PEMBAHASAN Dinamika Eh dan pH Ketika tanah digenangi, air akan menggantikan udara dalam pori tanah. Pada kondisi seperti ini, mikrob aerob tanah menggunakan semua oksigen yang tersisa dalam tanah. Bersamaan dengan penggunaan oksigen, mikrob tanah melepaskan elektron. Reaksi kimianya adalah sebagi berikut: n CO2 + n H2O + e-
(CH2O)n + n O2
(1)
Pelepasan elektron ini kemudian akan menurunkan nilai Eh tanah. Seperti dapat dilihat pada Tabel 1 dan Gambar 1, nilai Eh tanah menurun dengan bertambahnya waktu penggenangan hingga 108 hari. Sanchez (1976) menyatakan bahwa intensitas reduksi tergantung pada jumlah bahan organik yang mudah terdekomposisi, semakin tinggi kandungan bahan organik, semakin besar intensitas reduksinya. Kondisi ini terjadi pada bahan organik yang masih mentah, dimana proses dekomposisi berjalan dominan. Tabel 1 dan Gambar 1 menunjukkan bahwa semakin tinggi takaran bahan gambut yang ditambahkan maka nilai Eh tanah semakin tinggi. Hal ini terjadi karena gambut Air Sugihan yang digunakan pada penelitian ini sudah termasuk kedalam tingkat kematangan saprik. Gambut saprik adalah gambut yang sudah melapuk lanjut, bahan asalnya tidak dikenali lagi dan berwarna coklat tua sampai hitam. Kadar bahan organik yang terdekomposisi pada gambut yang telah matang hanya sedikit sehingga elektron yang dihasilkan dari proses dekomposisi aerobiknya juga sedikit. Sebaliknya, sebagian besar dari bahan gambut saprik tersebut dalam kondisi tergenang akan mengalami reaksi hidrolisis sebagai berikut: mikrob (CH2O)n + nH2O
nCO2 + 4n e- + 4n H+
(2)
Artinya, dengan berlangsungnya reaksi hidrolisis tersebut maka penambahan gambut saprik pada kondisi tergenang juga akan menghasilkan elektron dan ion hidrogen. Selanjutnya, oksigen tersisa dalam sistem yang seharusnya digunakan
12
untuk proses dekomposisi aerobik akan bereaksi dengan elektron dan ion hidrogen hasil proses hidrolisis (reaksi 2) dan membentuk air menurut reaksi berikut: O 2 + 2 e- + 2 H +
H2O
(3)
Air (H2O) hasil reaksi (3) dapat terurai menjadi oksigen (O2) dan ion hidrogen (H+) serta menghasilkan elektron (e-) kembali sehingga sistem bersifat lebih oksidatif akibat oksigen (O2) sehingga Eh meningkat dan bereaksi lebih masam karena H+ bereaksi dengan CO2 membentuk H2CO3 yang kemudian terdisosiasi menjadi H+ dan HCO3- sehingga menurunkan nilai pH sistem menurut reaksi: CO2(gas)
CO2 (aq)
(4)
CO2 (aq) + H2O
H2CO3
(5)
H2CO3
H+ + HCO3-
(6)
Pada tanah masam, penggunaan ion H+ untuk reduksi ferri lebih besar dibandingkan ion H+ hasil disosiasi asam lemah sehingga reduksi ferri menjadi lebih dominan. Apabila kondisi di dalam tanah tidak tersedia akseptor elektron lagi maka mikrob akan menggunakan bahan organik sebagai akseptor elektron. Asam organik + 2 H+ + 2 e-
Alkohol
(7)
Alkohol hasil reaksi ini juga dapat bereaksi balik sehingga ion hidrogen (H+) menurunkan pH tanah. Tabel 1. Nilai Eh Oksisol dengan perlakuan gambut saprik (0-8%) dan penggenangan hingga 108 hari Lama Penggenanga n (hari) 0 1 4 6 18 33
0 37 2 34 4 27 2 20 4 12 6 56
Eh (mV) Dosis Perlakuan Gambut Saprik (%) 0.5 1 2 4 8 Rata-rata 41 42 41 42 43 413 0 2 9 6 0 34 35 35 37 38 362 9 5 9 6 9 26 28 30 32 33 300 9 8 7 4 9 23 23 26 30 32 262 2 8 9 2 5 81 12 20 26 31 186 3 0 6 8 60 63 12 18 28 128
13
Gambar 1.
48
29
51
51
3 25
62
77
108
55
11 6 55
13 2 77
12 4 81
1 15 8 14 1 81
Rata-rata
17 1
18 0
19 4
21 2
25 1
4 25 0 20 3 14 7 29 8
94 132 83
Dinamika Eh Oksisol dengan perlakuan gambut saprik (0-8%) dan penggenangan hingga 108 hari
Penggenangan menyebabkan peningkatan pH tanah seperti dapat dilihat pada Tabel 2 dan Gambar 2. Tabel 2. Nilai pH Oksisol dengan perlakuan gambut saprik (0-8%) dan penggenangan hingga 108 hari Lama Penggenangan (hari) 0
0 5.10
1
4.57
pH Dosis Perlakuan Gambut Saprik (%) 0.5 1 2 4 8 Rata-rata 4.83 4.67 4.47 4.20 3.9 4.54 7 4.57 4.47 4.33 4.23 4.0 4.36
14
4
4.80
4.70
4.63
4.50
4.27
6
4.83
4.77
4.67
4.50
4.47
18
5.63
5.80
5.77
5.57
5.23
33
6.03
6.17
6.17
6.03
5.77
48
6.10
6.17
6.23
6.13
6.03
62
6.13
6.17
6.20
6.23
6.17
108
6.45
6.40
6.40
6.38
6.37
Rata-rata
5.52
5.51
5.47
5.35
5.19
Gambar 2.
0 4.1 0 4.1 7 4.7 7 5.2 7 5.6 0 5.9 0 6.3 0 4.9 0
4.50 4.57 5.46 5.91 6.04 6.13 6.38
Dinamika pH Oksisol dengan perlakuan gambut saprik (0-8%) dan penggenangan hingga 108 hari
Berdasarkan Kriteria Penilaian Sifat-sifat Kimia Tanah menurut PPT (1983), Oksisol Serang yang digunakan dalam percobaan ini termasuk bereaksi masam dengan pH (1:1) senilai 4.7. Pada tanah masam yang digenangi, nilai pH akan meningkat karena dalam kondisi anaerob terjadi proses reduksi, antara lain
15
reduksi ferri menjadi ferro. Proses reduksi ferri ini melepas OH - sehingga meningkatkan pH tanah menurut reaksi sebagai berikut: Fe(OH)3 + e-
Fe(OH)2 + OH-
(8)
Berdasarkan nilai Eh dan pH (Tabel 1 dan Tabel 2) dapat dilakukan evaluasi terhadap keterkaitan antara Eh dan pH, pengaruh lama penggenangan terhadap Eh+pH serta pengaruh penambahan bahan gambut saprik terhadap Eh+pH seperti disajikan berturut-turut pada Gambar 3, 4 dan 5.
Gambar 3. Hubungan Eh dan pH Oksisol yang diberi perlakuan gambut saprik (08%) dan penggenangan hingga 108 hari
Gambar 3 menunjukkan bahwa dalam kondisi percobaan ini jika Eh turun maka pH akan naik dan sebaliknya bila Eh naik maka pH akan turun. Yang pertama adalah akibat lama penggenangan, sedangkan yang kedua adalah akibat perlakuan gambut saprik. Lama penggenangan dan taraf perlakuan penambahan bahan gambut saprik memberikan pengaruh lebih besar terhadap Eh dan pH hingga hari ke-33. Selanjutnya hingga penggenangan selama 108 hari, pengaruh keduanya menurun dan relatif konstan.
16
Gambar 4. Hubungan Eh+pH Oksisol yang diberi perlakuan gambut saprik (0-8%) dengan lama penggenangan
Gambar 5. Hubungan Eh+pH tanah Oksisol yang digenangi hingga 108 hari dengan dosis perlakuan bahan gambut saprik
Gambar 4 dan 5 menunjukkan bahwa nilai Eh+pH pada percobaan ini berada pada kisaran nilai 8 sampai 12. Dengan mengkonversi nilai Eh menjadi pe (Eh = 59.2 pe) maka didapat nilai pe+pH berkisar antara 4.39 sampai 13.71. .
Gambar 6 menerangkan hubungan antara pe, pH dan Eh. Nilai pH tanah
yang umum dijumpai berada pada kisaran 3.5-9.0 dan pe berada antara -6 hingga +12 sehingga nilai pe+pH berkisar antara 2 sampai 18. Sistem tanah selalu berada pada kondisi yang lebih reduktif. Organisme yang ada di dalam tanah menggunakan oksigen dan melepaskan elektron. Bertambahnya elektron dan berkurangnya oksigen di dalam tanah menyebabkan nilai Eh menjadi menurun. Dengan memasukkan nilai pe+pH yang didapat pada penelitian ini pada Gambar 6 maka diketahui bahwa sistem berada di dalam kurva dan sistem yang bekerja pada percobaan ini bersifat reduktif-oksidatif. Kondisi redoks yang terjadi seperti kondisi yang umum dijumpai pada sistem tanah.
17
Gambar 6.
Hubungan keseimbangan redoks pada sistem larutan.
Dinamika Mn2+ dan Fe2+ Penurunan Eh akibat penggenangan akan mereduksi ion-ion lain dalam tanah seperti NO3- menjadi NO2- pada nilai Eh 280-220mV, Mn4+ menjadi Mn2+ pada Eh 280-220mV, Fe3+ menjadi Fe2+ pada Eh 180-150mV, SO42- menjadi S2jika Eh mencapai -120 hingga -180mV dan CO2 menjadi CH4 jika Eh mencapai -200 hingga -280mV. Reduksi Mn4+ terjadi lebih awal daripada Fe3+. Dengan bertambahnya waktu penggenangan, kadar Mn2+ meningkat (Tabel 3). Kelarutan Mn2+ pada kebanyakan tanah mengikuti persamaan berikut: MnO2 + 2 e- + 4 H+
Mn2+ + 2 H2O
(9)
Pada kondisi percobaan ini, elektron dan hidrogen yang digunakan untuk mereduksi Mn4+ diduga berasal dari proses hidrolisis bahan organik yang lebih dominan terjadi. Dinamika Mn2+ yang terukur pada penelitian ini disajikan pada Tabel 3 dan Gambar 7.
18
Tabel 3. Kadar Mn2+ Oksisol dengan perlakuan gambut saprik (0-8%) dan penggenangan hingga 108 hari Lama Penggenangan (hari) 0 1 4 6 18 33 48 62 108 Rata-rata
0 10.73 12.37 13.42 14.64 16.36 15.03 15.23 15.73 15.66 14.35
Mn2+ (ppm) Dosis perlakuan gambut saprik (%) 0.5 1 2 4 8 10.02 10.03 9.93 9.83 8.20 12.75 12.61 12.47 11.08 8.66 13.58 12.44 12.43 10.17 9.13 14.55 13.72 13.60 11.82 10.16 16.08 16.24 15.00 15.37 12.22 16.68 15.19 13.92 10.48 12.18 14.50 15.51 14.73 12.52 10.63 15.65 14.70 13.84 11.31 9.54 16.18 14.88 13.55 13.53 13.65 14.44 13.92 13.27 11.79 10.49
Rata-rata 9.79 11.66 11.86 13.08 15.21 13.91 13.85 13.46 14.58
Gambar 7. Dinamika Mn2+ pada Oksisol dengan perlakuan gambut saprik (0-8%) dan penggenangan hingga 180 hari
Reduksi Fe3+ menjadi Fe2+ dapat terjadi menurut dua reaksi, yaitu reaksi (8) yang menghasilkan OH- sehingga meningkatkan pH, dan reaksi (10) yang menghasilkan H2O. Fe2O3 + 2e- + 6 H+
2 Fe2+ + 3 H2O
(10)
Dinamika Fe2+ pada kondisi penelitian ini disajikan pada Tabel 4 dan Gambar 8.
19
Tabel 4. Kadar Fe2+ Oksisol dengan perlakuan gambut saprik dan penggenangan hingga 108 hari Lama Penggenangan (hari) 0 1 4 6 18 33 48 62 108 Rata-rata
0 0.08 0.06 0.07 0.17 3.11 1.24 0.51 0.90 0.61 0.75
Fe2+ (ppm) Dosis Perlakuan Gambut Saprik (%) 0.5 1 2 4 8 Rata-rata 0.03 0.08 0.10 0.10 0.08 0.08 0.09 0.09 0.08 0.03 0.03 0.06 0.06 0.07 0.07 0.09 0.06 0.07 0.18 0.24 0.18 0.14 0.16 0.18 3.11 3.65 4.38 3.11 0.79 3.03 1.69 2.00 2.76 3.39 3.32 2.40 0.35 1.20 1.49 3.29 3.19 1.67 2.33 1.97 2.34 3.71 3.62 2.48 1.62 1.51 2.13 3.08 2.54 1.92 1.05 1.20 1.50 1.88 1.53
Gambar 8. Dinamika Fe2+ pada Oksisol dengan perlakuan gambut saprik (0-8%) dan penggenangan hingga 180 hari
Pada awal penggenangan, Fe2+ yang terbentuk berasal dari reaksi reduksi terhadap Fe(OH)3 (reaksi 8) karena nilai Eh pada awal penggenangan belum mencukupi untuk terjadinya reduksi Fe2O3 seperti pada reaksi (10). Penurunan Fe2+ hingga hari ke 4 disebabkan oleh penurunan oksigen yang dipakai pada reaksi (1) sehingga jumlah bahan organik yang akan didekomposisikan menurun dan elektron yang akan dihasilkan untuk kemudian dipakai pada reaksi (8) juga menurun. Kekurangan oksigen akan diperoleh dari senyawa-senyawa lain yang
20
mengandung O untuk menghasilkan e- dan mereduksi Fe3+ yang ada dalam tanah. Ketika jumlah e- atau Eh rata-rata sudah mencukupi untuk terjadinya reaksi (10), yaitu mulai hari ke-18, maka jumlah Fe2+ yang dihasilkan meningkat hingga hari ke 33 dan selanjutnya menurun atau konstan karena jumlah e- dan H+ menurun. Penurunan H+ adalah akibat dari peningkatan pH (reaksi 8 dan 10). Penambahan bahan gambut saprik menurunkan Mn2+ tetapi meningkatkan Fe2+. Hal ini karena reaksi (3) lebih dahulu terjadi daripada reaksi (9), namun reaksi (3) berlangsung terbalik untuk mempertahankan keadaan oksidatif agar reaksi (1) bisa berlangsung karena dengan meningkatnya jumlah gambut yang diberikan maka jumlah gambut yang perlu didekomposisi juga meningkat. Dengan demikian bertambahnya perlakuan bahan gambut terutama pada dosis tertinggi menyebabkan kondisi lebih oksidatif sehingga reaksi reduksi yang menghasilkan Mn2+ terhambat. Namun, selanjutnya e- yang dihasilkan dari reaksi (1) akan terakumulasi dan digunakan untuk reaksi (10) sehingga Fe2+ meningkat.
