Sifat Kimia Tanah

SOIL CHEMISTRY
•
•
Soil pH
Cation exchange
o Cation Exchange
capacity
o Base saturation
Reading Materials:
•Brady NC, 1990. The Nature and Properties of Soils
•Supardi, 1989. Sifat dan Ciri Tanah
2 H+ + O-2
H2 O
pH = - log [ H+ ]
+
H
+
H
Acid
pH = 6.0
Neutral
pH = 7.0
OH
OH-
OH
H+
Alkaline
pH = 8.0
Neutrality
Acidity
Alkalinity
pH tanah dipengaruhi oleh
beberapa faktor
•
•
•
•
Dekomposisi dari bahan organik
Bahan induk
Hujan
Pemupukan N
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 >
Soil pH &
nutrient
availability
N
P
K
Mg and Ca
S
B
Cu and Zn
Mo
Fe
Mn
Al
Fungi
Bacteria & Actinomycetes
4
5
6
7
Soil pH
8
9
10
Proses Pemasaman
• Pencucian kation basa, Ca2+, K+, Mg2+
clay-Ca + H2O clay-2H + Ca2+ + 2OH• CO2 dari respirasi
C6H12O6 + 6O2  CO2 + 6H2O
CO2 + 6H2O  H2CO3  HCO3- + H+
• Asam-2 organik dihasilkan oleh akar, mikroba
• H+ 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
 Penambahan
Mg2+
batukapur: karbonat Ca2+,
CaCO3 + 2H+  Ca2+ + CO2 + H2O
 Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+,
Mg2+)
 Kapur terhidrasi (hidroksida Ca2+, Mg2+)
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 (Nacarbonates)
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
Exchange process
Ca+2- colloid + 2 H+  2 H+- colloid + Ca+2
= H+ replaces Ca+2 adsorbed to soil colloids
Ca-x + 2 H+  2 H-x + Ca+2
x = the soil solid phase
Ca(ad) + 2 H+  2 H(ad) + Ca+2
X(ad) = "adsorbed" cation X
Jerapan (adsorption): pengikatan ion (Ca2+, Mg2+,
K+ pada permukaan koloid liat dan humus.
Adsorbed cations
(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+
Primary minerals
e.g. feldspar &
micas
Coarse fraction
Rigid structural
framework (cations
very slowly available)
• Silicate clays & other
sec. Minerals (Si, Al,
Fe, O, OH & other
cations)
• Humus (mostly C, H,
O & nutrient cations)
Coloidal fraction Semirigid framework
(cations slowly available)
H+
Ca2+
Mg2+
K+
Al3+
H+
Ca2+
Mg2+
K+
Al3+
Large organic
particles (mostly C,
H, O with some
nutrient cations)
K+
Ca2+
Mg2+
Na+
H+
H+
Ca2+
Mg2+
K+
Adsorbed cations
Exchangeble
(moderately available)
K+
Ca2+
Mg2+
Na+
K+ H+
Ca2+
Mg2+
Soil solutions
(readily available)
Cation Exchange Capacity, CEC
(KAPASITAS TUKAR KATION, KTK)
• Sum total of the exchangeable
cations ( K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+)
that a soil can adsorb
• Unit: cmolc kg-1 used to be me/100 g
of soil
• Measurement:Extraction of 1 M
NH4Oac., pH 7.0
CEC of soil, clay mineral type & humus
Type
CEC,cmolc kg-1
Kaolinite
1:1
30-150
Halloysite
1:1
60-100
Hidrous mica
2:1
200-400
Montmorilonite
2:1
800-1200
Vermiculite
2:1
1000-1500
Clay Mineral
Iron Hydroxide
Aluminium oxide
Humus
30-50
2000-4500
Why is CEC important?
• 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
Level of Soil Fertility based on its CEC
Category
Ca
Mg
K
Na
KTK
--------------cmolc kg-1-----------------
Very high
>200
>80
>12
>20
>400
High
30-80
6-12
7-20
Medium
100200
50-100
10-30
3-6
3-7
Low
20-50
3-10
2-3
1-3
250400
120250
60-120
Very low
<20
<3
<2
<1
<60
Pertanyaan:
Apa arti data KTK di bawah ini:
1. Tanah memiliki KTK 100 cmol kg-1 ,
mengandung 80 cmol Cadd per kg
tanah
2. Tanah memiliki KTK 1000 cmol kg-1 ,
mengandung 80 cmol Cadd per kg
tanah
Exchangeable cations in soils
•
•
The predominant exchangeable cations either
“basic” (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) or “acidic” (Al3+ and
H+). It is useful in identifying the relative proportions
of sources of alkalinity and acidity in soil solution.
Percentage base saturation: The percentage of
the CEC is satisfied by base-forming cations.
% base saturation =
Exchangeable base-forming cations (cmol kg-1)
CEC (cmol kg-1)
Cation exchange data for representative
mineral surface soils in different areas
Characteristics
Humid
region
soil
(Alfisol)
Semiarid Arid region
region
soil
soil
(Natrargids)
(Aridisol)
Exchangeable Ca (cmol/ kg)
6-9
14-17
12-14
Other exchangeable bases (cmol/ kg)
2-3
5-7
8-12
Exchangeable H and/or Al (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
CEC (cmol/ kg)
Base saturation (%)
Probable pH
(Brady, 1990, p 205)
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
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
pH: 5.5
Sandy
loam
H+
H+
Baseforming
cations
Base-forming
cations
CEC, cmol kg-1
20
18
H+
16
&
14
Al3+
12
10
8
6
4
2
0
Base saturation: 50 %
Clay loam
+ lime
Base-forming
cations
Clay
loam
80 %
80 %
6.5
6.5
(Brady, 1990, p 220)
Symptom
of Nutrient
Deficiency