Tanah

DASAR ILMU TANAH
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-
OH
H+
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
pH tanah
Keasaman Aktif – akibat aktivitas ion
H+ dalam larutan tanah pada waktu
tertentu
Keasaman Cadangan- ditunjukkan
oleh H+
dan Al3+ yang mudah sekali ditukar dengan kation
lainnya (ion bermuatan positif)
HHHH
H
Mg
Tanah
Ca
H H H Na
Keasamaan Cadangan
H+
H+
Ca++ H+
Mg++
H+
Ca++ H+
H+
Keasamaan aktif
Sumber keasaman dalam tanah

Kation Hidrogen dan Aluminium penyebab
keasaman tanah
Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada pH 6 dan di
atasnya. Di bawah pH 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karena
disosiasi Al dari mineral liat. Aluminum menjadi lebih larut pada pH
rendah
Al 3+ + H20 ----> Al(OH)++ + H+
Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H20 ---> Al(OH)3 + H+

Sumber keasaman tanah
1. Nitrifikasi: Amonium menjadi Nitrat (oksidasi NH4+)
NH4+ + 2O2 ---> NO3- + H2O + 2 H+
2. Dekomposisi BO
Asam organik di ionisasi:
R-COOH---> R-COO- + H+
respirasi: CO2 + H2O ---->
H2CO3 = H + HCO3-
3. Hujan asam





Hujan asam disebabkan oleh pembakaran bahan
bakar fosil
Pembakaran minyak, gas dan batubara di pabrik
pemangkit listrik melepaskan Sulfur dioksida
(SO2) ke atmosfer
Pembakaran bensin pada kendaraan bermotor
menempatkan nitrogen oksida (NOX) ke
atmosfer
Gas tersebut bercampur dengan butir-butir air
di atmosfer menghasilkan larutan asam lemah
nitrat dan sulfat
Ketika terjadi hujan, larutan tersebut jatuh
menjadi hujan asam
Sumber keasaman dalam tanah




4. Serapan kation
basa oleh tanaman.
Kation-kation basa
merupakan sumber OHuntuk larutan tanah
Ca++, Mg++, K+, =
Kation basa yang diserap
tanaman tidak lagi
berkuntribusi OH- untuk
larutan tanah
Ion H+ dilepaskan ke
larutan tanah
Pencucian / Pelindian (Leaching)
5. Pencucian kation-kation
basa karena kation basa hilang
dari larutan tanah oleh
pencucian, kation tersebut
tidak lagi berkontribusi ion
OH- untuk menetralkan
peningkatan jumlah ion H+
Ca++ + 2 H20 ---> Ca(OH)2 + 2H+
-----> Ca++ + 2OH-
Meningkatkan pH tanah

Penambahan batukapur: karbonat Ca2+, Mg2+
CaCO3 + 2H+  Ca2+ + CO2 + H2O


Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+, Mg2+)
Kapur terhidrasi (hidroksida Ca2+, Mg2+)
Mengapa perlu pengapuran?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk
tanaman
Memperbaiki struktur tanah
Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg
Merangsang pertumbuhan mikroorganisme
bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada
pH=6.5
Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk
Mengurangi kelarutan daya meracun logam terhadap
tanaman
Kapasitas Penyangga





Kemampuan tanah untuk bertahan
karena perubahan pH.
Jumlah H+ dalam larutan tanah sangat
kecil dibanding “H+, Al 3+” yang
dijerap pada koloid tanah (cadangan)
Netralisasi (penambahan basa) H+
larutan tanah (H+ tersingkir dari sistem)
menghasilkan pergantian cepat ion H+
dari H+ dapat dipertukarkan pada
koloid tanah
CaCO3 jika ditambahkan ke tanah
akan menetralisasi H+.
CaCO3 = kapur
dolomit = MgCO3 & CaCO3
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-carbonates) atau 10 (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

Tanah sulfat asam


Tanah sulfat asam
terbentuk jika pirit*
(mineral FeS2) sedimen
pantai dalam lapisan
tanah bawah terekspos
ke udara, mengalami
oksidasi membentuk
asam sulfat
Berbagai tanah mineral
bereaksi dengan asam
dan melepaskan
aluminium bebas yang
toksik untuk kehidupan
tanaman dan pantai
Air yang berwarna
kemerahan disebabkan
oleh oksidasi besi
*Pirit adalah mineral besi disulfida dalam batuan; sering dijumpai pada batuan
sedimen dan metamorfik sebagai mineral primer atau halus


Tanah sulfat asam bersifat sangat asam (pH bisa < 3),
horizon tanah merupakan hasil aerasi partikel tanah
yang kaya besi sulfida (FeS)
Tanah sulfat masam berpengaruh pada pekerjaan sipil,
produktivitas pertanian, dan kualitas air di daerah
pesisir
Pertukaran Kation
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
 Kapasitas
Tukar Kation
(KTK) adalah jumlah kation
dapat ditahan tanah
 Makin tinggi KTK tanah,
makin tinggi kemampuan
tanah menyimpan hara
tanaman
 Kation adalah ion bermuatan
“+ “ = Ca++, Mg++, K+, NH4+,
 KTK meningkat karena



Meningkatnya jumlah liat
Meningkatnya jumlah bahan
organik
Meningkatnya pH tanah
Pertukaran Kation Tanah

Pertukaran Kation –
kemampuan tanah
untuk menahan unsur
hara dan mencegahnya
hilang karena
pencucian

Kation adalah ion
bermuatan“+ “ = Ca++,
Mg++, K+, NH4+,

Makin banyak kation
dipertukarkan maka
tanah lebih subur
Pertukaran Kation

Pergantian antara suatu kation dalam
larutan dengan kation lain pada
permukaan bahan bermuatan negatif
seperti LIAT atau BAHAN ORGANIK
Pertukaran Kation dipengaruhi oleh:
1) Kekuatan jerapan / adsorpsi:
Al+3 > Ca2+ > Mg2+ > K+ =NH4+ > Na+ >H+
Diikat kuat --------------------------> mudah diganti
2) konsentrasi relatif kation dalam Larutan
Tanah
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): (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-dependent charge).
Proses Pertukaran
Ca+2- colloid + 2 H+  2 H+- colloid + Ca+2
= H+ mengganti Ca+2 dijerap koloid tanah
Ca-x + 2 H+  2 H-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
Kapasitas Pertukaran Kation
1) jumlah kisi jerapan kation per satuan
berat tanah
atau
2) jumlah kation yang dapat
dipertukarkan yang dapat dijerap tanah
* KTK dinyatakan dalam milliequivalent
(meq) per 100 g tanah kering oven
Berat ekuivalen = berat atam atau molekul (g)
valensi atau muatan per formula
Perhitungan KTK dengan % liat dan % BO
Jika Rerata KTK untuk % BO = 200 meq/100g
Jika Rerata KTK untuk % Liat = 50 meq/100g
KTK = (% BO x 200) + (% Liat x 50)
Dari data tanah: tanah dengan 2% BO dan 10% liat
200 x 0.02 + 50 x 0.1 = 4 + 5 = 9 meq/100 g
KTK 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
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
jumlah kation basa
KB =
x 100%
jumlah kation basa + kation asam
atau
jumlah kation basa
KB =
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 kasus tanah-tanah masam di
Indonesia
Kejenuhan Basa vs pH
% Kejenuhan Basa - meq basa
÷
% Kejenuhan Hidrogen - meq H
CEC x 100
÷ CEC x100
Contoh: horizon Ap
kation-- H+ Ca++ Mg++
K+
Na+
9.4
14
3
0.5
0.1
KTK = 27 meq/100g (jumlah kation)
% kejenuhan basa = 17.6 ÷ 27 x 100 = 65%
% kejenuhan hidrogen = 9.4÷27 x100 = 35%
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
14-17
12-14
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
12-18
20-26
20-26
66.6
90-95
100
5.6-5.8
~7
8-10
KTK (cmol/ kg)
Kejenuhan Basa (%)
Kemungkinan pH
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 cara termudah
untuk pandungan peningkatan KTK tanah.
Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK
adalah menambahkan kapur dan bahan organik.