sifat-sifat kimia tanah

SIFAT-SIFAT KIMIA TANAH
(kuliah ke 2)
Tanaman
SMH
Suhu,
Tanah,
butuh:
udara, air, unsur hara tanah
faktor penyedia tsb diatas kecuali SMH.
Pertumbuhan tanaman, dibatasi faktor terjelek(gbr
8), (P faktor pembartas tanaman, bila tersedia dalam
jumlah kecil)
Tanaman, tdk saja butuh hara, juga faktor lain (smh,
suhu, udara, air, dsb)
SM
air
Ca
suhu
K
udara
P
N
penentu
5.1.REAKSI TANAH (Ph tanah)
 Menunjukkan sifat kemasaman tanah/alkalinitas tanah
 Dinyatakan dengan nilai pH
 pH, menunjukkan banyaknya konsentrasi ion hidrogen
(H+) di dalam tanah
 Makin tinggi kadar ion H+ di dalam tanah, makin masam
tanah
 SelainH+, ditemukan ion OH-, jumlahnya berbanding
terbalik dengan H+
 Pada tanah masam, jumlah H+ lebih tinggi dari OH Tanah alkalis, OH- >H+
 Bila H+ = OH-, tanah bereaksi netral (pH 7)





Konsentrasi H+ atau OH- di tanah sangat kecil.
Tanah netral, kadar H+ = 1/10.000.000 mole per liter atau 10-7 mole per
liter
Jadi pH = log 1/[H+] = - log [H+]
Tanah reaksi netral, maka :
pH = log 1/10-7 = - log 10-7 = 7
Nilai pH berkisar 0-14 :








pH 7 = netral
pH < 7 = masam
pH > 7 = alkalis
Besarnya kisaran pH didasarkan konstanta disosiasi air murni :

HOH - H+ + OH-

[H+] [OH-] = 10-14 = K (konstanta)
pH tanah umumnya 3,0 – 9,0
Di Indonesia : tanah masam , pH 4,0 – 5,5, sehingga bila pH 6,0 6,5 dianggap cukup netral, masikipun masih agak masam
Rawa-rawa, ditemukan tanah sangat masam, pH < 3,0 (sulfat
masam, cat clay) karena mengandung sulfat
Daerah kering/arid, pH tanah sangat tinggi/pH>9,0, karena
mengandung Na
Pentingnya pH tanah

Menentukan serapan tanaman




Akar menyerap pada pH netral (unsur hara mudah larut dalam air)
Masam, P diikat Al, shg tidak dapat diserap akar
Alkalis, P diikat Ca
Menunjukkan unsur beracun
Al pada tanah masam, kecuali mengikat P,juga racun bagi tanaman
Tanah rawa, pH terlalu rendah, sulfat tinggi, racun bagi tanaman
Tanah masam, Unsur mikro(Fe,Mn, Zn,Cu,Co), mudah larut dan berlebihan
(unsur mikro dibutuhkan tanaman jumlah kecil) jadi racun
 Alkalis, Mo larut dan garam jadi tinggi shg menjadi racun




Mempengaruhi perkembangan MO




Bakteri, berekmbang baik pada pH 5,5/>
Jamur, pada semua tingkat kemasaman tanah, diatas 5,5 bersaing dgn bakteri
Bakteri pengikat N Udara/Nitrifikasi berkembang baik pada pH >5,5
Untuk mengubah pH masam, dinaikan dgn tambah kapur, dan jika alkalis,
diturunkan dgn penambahan belerang
Koloid tanah








Bahan mineral/organik yang sangat halus, mempunyai
luas permukaan sangat tinggi/berat(massa)
Berukuran < 1 μ
Tidak semua fraksi liat < 1 μ termasuk koloid
Bagian sangat aktif dalam reaksi fisikokimia dalam tanah
Partikel koloid halis ini disebt micell (micro cell) dan
bermuatan negatif
ion bermuatan positif/kation tertarikmoleh koloid ini,
terbentuk lapisan ganda ion
Bagian dalam dari Lapisan ganda ion ini bermuatan
negatif(anion)
Bagian luar merupakan kerumunan kation
Mineral liat



Mineral berukuran < 2 μ
Terbentuk karena :

rekristalisasi/sintesis dari senyawa hasil pelapukan

Alterasi/perubahan lgs dari mineral primer yang telah
ada (misalnya mika menjadi ilit)
Mineral liat dibedakan :




mineral primer
Mineral liat Al-silikat
Oksida-oksida Fe dan Al
Mineral –mineral primer
Asal dan urutan perubahan jenis mineral ke jenis
mineral lain :lihat gambar 11
Feldspar
Mika
Mineral Fero
magnesium
Mineral primer
(pasir, debu)
Ilit
Montmorilonit
alterasi
sintesis
Kaolinit
Oksida
Al dan Fe
Mineral sekunder (liat)
Gambar 11. beberapa kemungkinan terhadap asal dan mineral liat silikat
dan oksida
Mineral liat Al-silikat

Dibedakan menjadi :



Mempunyai bentuk kristal yang baik(kristalin) misalnya kaolinit,
haloisit, montmorilonit, ilit
Mempunyai bentuk amorf, misalnya alofan
Di Indonesia:





kaolinit dan haloisit ditemukan pada tanah merah/coklat
(berdrainse baik).
Montmorilonit ditemukan pada tanah yang mudah mengembang
dan mengerut (Vertisol/Grumosol)
Illit, bahan induk mengandung mika, belum mengalami
pelapukan lanjut
Alofan, tanah asal abu gunung api (Andisol/Andosol)
Tanah tua/Oxisol, mineral liat silikat yg telah hancur membentuk
mineral liat baru, yaitu osida-oksida Fe atau Al (seskuioksida)
Mineral liat Al-silikat, mempunyai struktur
berlapis-lapis
 Tiap unit terdiri lapisan Si-tetrahedron dan Al
oktahedron
Berdasar banyaknya lapisan Si-tetrahedron dan
Al-oktahedron tiap unit mineral, maka mineral ini
dibedakan jadi mineral liat 1:1, 2:1, dan 2:2
 Mineral liat 1:1, tiap unit terdiri satu lapis Sitetrahedron dan satu lapis Al-oktahedron
 Mineral liat 2:1, terdiri dua lapis Si-tetrahedron
dan satu lapis Al-oktahedron
 Mineral liat 2:2, terdiri dua lapis Si-tetrahedron
dan dua lapis Al-oktahedron tiap unitnnya.

Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Al
1:1
Kaolinit
Haloisit
2:1
Montmorilonit
Illit
Vermikulit
2:2
Chlorit
Gambar 12. Jenis mineral liat berdasarkan perbandingan
lapisan Si-tetrahedron dan Al -Oktahedron

Adanya muatan negatif pada mineral liat :



Kelebihan muatan negatif pada ujung patahan kristal (pada Sitetrahedron/Al-oktahedron)
Disosiasi H+ dari gugus OH yang terdapat pada tepi/ujung
kristal
OH
O - + H+
pada pH rendah, H+ terikat erat, pH naik, H+ lepas, sehingga
muatan negatif meningkat. Muatan ini disebut muatan
tergantunbg pH
Substitusi isomorfik, penggantian kation dalam struktur kristal
oleh kation lain yg punya ukuran sama, tetapi valensi berbeda.



umumnya: kation yg menggantikan mempunyai muatan lebih rendah dari yang
digantikan, misal : Mg2+ atau Fe2+ menggantikan Al3+ dalam Al-oktahedron, atau
Al3+ menggantikan S4+ dalam Si-tetrahedron, sehingga terjadi
Kelebihan muatan negatif pada liat
Terjadi waktu proses pemebntukan liat berlangsung dan menghasilkan muatan tetap
pada mineral tsb.
Kaolinit (1:1)
Unit, satu dgn lain melekat dgn kuat oleh
ikatan H, shg tidak mengembang dan
mengerut bila basah/kering
 Substitusi isomorfik sedkit/tidak ada,
kandungan muatan negatif/KTK rendah
 Muatan negatif hanya pada patahan
kristal/akibat disosiasi H bila pH naik
 Karenanya, muatan negatif meningkat bila
pH naik (muatan tergantung pH)

Montmorilonit (2:1)






Unit, dihubungkan dgn unit lain oleh ikatan yg lemah
(oksigen ke oksigen), shg mudah mengembang dan
mengerut
Air dan kation dapat masuk pada ruang antar
unit(internal surface)
Dalam proses pembentkan montmorilonit banyak Al3+
dalam Al-oktahedron yg disubstitusi oleh Mg2+, shg
kelebihan muatan negatif
Internal surface, external surface dan ujung patahan
lapisan aktif
Karenya mempunyai muatan negatif yang tinggi(KTK
tinggi)
Pada pH <6,0 mengandung muatan tetap hasil substitusi
isomorfik, bila pH >6,0 terjadi muatan tergantung pH
Illit (hidrous mika)





Di Indonesia, tidak banyak
Tergolong type 2:1
Terbentuk lgs dari mika melalui alterasi,
struktur mika tidak banyak berubah, tetapi
terjadi penggantian sebagian ion K+ dari ruang
interlayer/antar unit mika oleh ionH+
Dapat memfiksasi K yg diberikan/dalam tanah
Substitusi Si 4+ dari Si-tetrahedron oleh Al 3+
menyebabkan muatan negatif cukup tinggi (KTK
10-40 cmol (+)/kg
Mineral liat silikat amorf







Contohnya alofan
Terdapat pada tanah asal abu volkan (andosol)
Asal pelapukan gelas vulkanik/feldspar
KTK tinggi
Memfiksasi P kuat
Tanah mengandung alofan terasa licin bila
dipirid (smeary)
Bulk density (BD) rendah, <0,90 g/cc
Oksida-oksida Fe dan Al








Tanah-tanah tua di tropika (oksisol)
Gibsit (Al2O3.3H2O)
Hematit (Fe2O3)
Goetit (Fe2O3.H2O)
Limonit (Fe2O3.3H2O)
Bersifat kristalin atau amorf
KTK rendah (< kaolinit,< 4 cmol(+)/Kg
Sering bermuatan positif, melakukan fiksasi P
dgn kuat melalui pertukaran anion
Al (OH)3 - Al (OH)2+ + OHAl (OH)2+ + H2PO4- -- Al (OH)2 H2PO4
Mineral-mineral primer
Dalam fraksi liat ditemukan juga mineral
primer (kuarsa, feldspar, dsb)
 Serupa yang ditemukan pada fraksi
pasir/debu, tetapi ukurannya sangat
halus, < 2 μ

Koloid Organik







Di dalam tanah adalah humus
Beda koloid organik dgn anorganik/liat, koloid organik tersusun C, H dan O
Sedang liat tersusun Al, Si dan O
Organik/humus bersufat amorf
KTK tinggi (>montmorilonit)
Mudah dihancurkan
Sumber muatan negat if adalah gugusan karboksil
( -C




O ) dan gugusan phenol (
- OH )
OH
Muatan dalam humus tergantung pH
Dalam keadaan masam H+ dipegng kuat dalam gugusan karboksil atau
phenol
PH tinggi ikatan jadi kurang
Disosiasi H+ meningkat dgn naiknya pH, muatan negatif juga meningkat
Berdasar kelarutan dalam asam/alkali

Humus disusun oleh tiga jenis
 Asam
fulvik, BM paling kecil, warna paling
terang, larut dalam asam/alkali, aktif dalam
reaksi-reaksi kimia
 Asam humik, BM sedang, warna tidak terlalu
terang/gelap, larut dalam alkali, tidak larut
dalam asam, aktif dalam reaksi kimia
 Humin, BM paling besar, warna paling gelap,
tidak larut dalam asam/alkali, tidak aktif
dalam reaksi kimia
KTK
kation, ion bermuatan +, Ca++,Mg+,K+, Na+, NH4+, H+, Al
3+ dsb
 Dalam tanah terlarut dalam air /dijerap koloid tanah
 Kation (dalam miliekivalen) dijerap tanah per satuan
berat tanah (biasanya per 100 g) dan dinamakan KTK
(kapasitas tukar kation)
 Kation terjerap sukar dicuci oleh air gravitasi, tapi dapat
diganti kation lain dalam larutan tanah
 Disebut pertukaran kation
 Kation diatas selalu ada dalam kompleks jerapan.

KTK, dinyatakan dalam satuan kimia, miliekivalen per
100 g(me/100g)
 1 ekivalen= jumlah setara 1 g hidrogen
 Jumlah atom dalam 1 ekivalen=6,02x1023 (= bilangan
Avogadro)
 Dgn demikian, 1 miliekivalen setara 1 mg hidrogen, dan
terdiri 6,02x1020 atom hidrogen
 Bila tanah ber KTK 1me/100 g, artinya, setiap 100 g
tanah mengandung 6,02x1020 muatan negatif
 Satuan miliekivalen dapat diubah jadi satuan berat, juga
 Satuan me/100 g dapat diubah ke ppm (part per milion)

contoh
1
1
1
1
1

me H=1 mg (BA H = 1,valensi 1)
me K=39mg (BA K=39,valensi 1)
me Na=23 mg(BA Na=23,valensi1)
me Ca=40/2 mg(BA Ca=40, valensi 2)
meMg=24/2 mg(BA Mg=24, valensi 2)


Bila K = 0,6 me/100g
= 0,6 x39mg/100 g
= 23,4 mg/100.000mg
=234 mg/1.000.000 mg
= 234 ppm
Bila Ca=21,5 me/100 g
=21,5 x 40/2 mg/100 g
=430 mg/100 g
=430 mg/100.000 mg
=4300 mg/1000.000 mg
=4300 ppm
Sejak 1987(taksonomi tanah), satuan me/100 g diganti jadi
cmol(+)/kg, di mana 1 me/100 g tanah = 1 cmol(+)/kg
tanah
KTK di lab didasarkan pada pH larutan
yang ditentukan (karena adanya muatan
tergantung pH)
 Dilakukan dgn ekstraksi amonium asetat
disangga(dibuffer) pH 7 (NH4OAc pH7).
 Bila tanah ber pH<7, didapat nilai KTK
lebih besar dari sebenarnya
 Bila tanah ber-pH>7, KTK dgn pH 7 akan
didapat nilai lebih rendah dari sebenarnya


Cara lain : analisis KTK
 Ekstraksi
dgn garam netral (dgn 1 N KCl)
pada pH tanah sebenarnya(tanpa disangga)
 Ektraksi dgn barium
chlorida+trietanolamin(BaCl2-TEA) disangga
pada pH8,2.
 Cara ini, didapat beberapa jenis KTK (KTK
efektif, KTK tergantung pH, dsb)

Bila tanah dicuci/diekstraksi dgn 1 N KCl(garam netral) pada pH
tanah yang sebenarnya, maka air cuciannya(leachate) akan
mengandung H+ dan Al3+ yang disebut H+ dan Al3+ yang dapat
dipertukarkan(exchangable)


Selain itu juga dalam air cucian mengandung kation lain,
Ca2+,Mg2+,K+, Na+ dsb.
Jumlah semua kation H++Al3++Ca2++Mg2+,K++Na++kation lain yang
terdapat dalam air cucian dgn 1 N KCl tsb(dalam me/100g) disebut
KTK efektif

Muatan yg menimbulkan KTK efektif, berasal dari muatan permanen
dalam mineral liat, sehingga sering disebut pula sng KTK tetap
(permanent CEC)


Namun karena mineral dalam tanah sering diselaputi oksida
Fe/Al(ditropika), besar muatan permanen sesungguhnya sudah tak
jelas lagi, shg istilah KTKefektif=KTK tetap tidak tepat
H+ dalam muatan tetap jumlahnya sangat sedikit dibanding Al,
maka KTK efektif dihitung sbg: KTK efektif =Al-dd(ekstraksi dgn 1N
KCl)+jumlah basa dd (NH4 OAc pH 7)






Bila tanah yang telah diekstraksi dgn 1 N KCl tsb, kemudian
diekstrksi lagi dgn BaCl2-TEA pada pH 8,2, maka H+ yang berasal
dari bukan muatan tetap akan terekstraksi (disebut extractable
acidity=EA)
Hidrogen ini berasal dari gugus OH dari ujung-ujung(patahan)
kristal liat/gugusan karboksil dari bo yg akan berdisosiasi bila pH
naik.
Banyaknya H+ yg terekstraksi dgn BaCl2-TEA pH8,2 (dalam
me/100g) merupakan muatan atau KTK tergantung pH dari tnh.
Jumlah semua kation yang diekstrak dgn 1 N KCl + H+ terekstrak
dgn BaCl2-TA atau KTK efektif + KTK tergantung pH =KTK total dari
tanah
Besarnya KTK ekstraksi dgn NH4OAc pH7 terletak antara KTK efektif
(1 N KCl) dan KTK total (BaCl2-TEA)
Dalam taksonomi tanah juga dikenal KTK jumlah kation, yang
berarti : jumlah basa dd (NH4OAc pH 7) + EA (BaCl2-TEA pH8,2)
Perbandingan KTK tiap koloid tanah
KTK
Cmol (+)/kg
Humus
100-300
Chlorit
10-40
Montmorilonit
80-150
Illit
10-40
Kaolinit
3-15
Haloisit 2H2O
5-10
Haloisit 4H2O
40-50
seskuioksida
0-3
KTK erat hub dgn kesuburan tanah
 KTK tinggi mampu menjerap/menyediakan unsur hara
 TK tinggi didominasi kation basa(Ca,Mg,K,Na)
 Bila didominasi kation asam(Al,H) mengurangi
kesuburan tanah
 Karena hara dalam kompleks jerapan shg tidak tercuci
 Tanah dgn bo/liat tinggi, KTK >tinggi~pasir
 Mineral liat menentukan KTK, montmorilonit>kaolinit
 Tanah tua/oksisol(seskuioksida) KTK rendah
 KTK, penciri klasifikasi tanah(oksisol harus<16
cmol(+)/kg

Pertukaran anion





Selain pertukaran kation, ditemukan pertukaran
anion dalam tanah(jumlah kecil)
KTA pada mineral liat amorf dan Al/Fe-oksida,
kaolinit
Pada silikat, adanya patahan kristal/pergantian
gugusan OH oleh anion lain
Pada Fe/Al-oksida pergantian gugusan OH oleh
anion lain
Karena muatan positif, maka terjadi pertukaran
anion
Bila tanah bermuatan positif
Terjadi penjerapan anion (nitrat,NO3-,
chlor,Cl) dsb
 Ca, Mg dan K tidak dijerap tanah, larut
dan tercuci
 Fosfat dan Sulfat, difiksasi tanah, shg
tersedia rendah

KB
Kation dalam kompleks jerapan, kation basa dan
kation asam.
 Kation Basa, Ca++, Mg++, K+, Na+
 Kation Asam, H+, Al+++
 KB, menunjukkan perbandingan jumlah kationkation basa dgn jumlah semua kation (kation

basa+asam)
Jumlah maks kation dijerap tanah, menunjukkan
besar nilai KTK tanah
 Karenanya KB =jumlah kation basa/KTK x 100%

Beberapa jenis KB

KB(NH4OAc) =
jumlah kation basa/KTK(NH4OAc) x 100%

KB(jumlah kation) =
jumlah kation basa/KTK(jumlah kation) x 100%




Kation basa, unsur hara diperlukan tanaman
Mudah tercuci
Tanah dgn KB tinggi, menunjukkan tanah, belum banyak
mengalami pencucian/subur
KB, berhubungan pH tanah


pH rendah, KB rendah
Tanah dgn KB rendah, kompleks jerapan diisi kation
asam, bila Al+++ banyak, jadi racun tanaman(tanah
masam)