Universitas Gadjah Mada 1 BAB II TANAH SEBAGAI

BAB II
TANAH SEBAGAI BAHAN DISPERS BERFASE TIGA
II.1. Tiga fase tanah
Sistem di dalam alam dapat terdiri atas satu atau lebih bahan dan atas satu atau lebih
fasa. Suatu sistem yang tersusun dari hanya satu bahan dinamakan monofasik jika sifat-sifat
fisikanya secara keseluruhan seragam. Sebagai contoh, suatu sistem adalah suatu tubuh air
yang terdiri seluruhnya atas es. Sistem seperti ini disebut homogen. Suatu sistem yang
terdiri atas satu senyawa kimia dapat juga heterogen jika bahan tersebut menunjukkan sifatsifat yang berbeda pada tiap wilayah dari sistem tersebut. Suatu wilayah di dalam suatu
sistem yang seluruhnya secara fisika seragam disebut suatu fasa. Suatu campuran es dan
air , misalnya, secara kimia seragam tetapi secara fisika heterogen, karena di dalamnya
terdapat dua fasa (padat dan cair). Tiga fase yang umum terdapat di alam adalah padat,
cair, dan gas.
Suatu sistem yang mengandung beberapa bahan dapat pula monofasik. Misalnya,
suatu larutan garam dan air adalah suatu zat alir (liquid) yang homogen. Suatu sistem yang
tersusun atas beberapa bahan jelas dapat disebut heterogen. Di dalam suatu sistem yang
heterogen sifat-sifatnya dapat berbedabeda tidak saja berbeda antara fase yang satu
terhadap yang lain, tetapi juga diantara bagian-bagian dakhil dari setiap fase dan batas
antara fase tersebut dan fase tetangganya atau fase-fasenya. Bidangsinggung antar fase
menunjukkan gejala khusus sebagai hasil salingtindak (interaksi) dari fase-fase tersebut.
Arti penting dari gejala ini, yang termasuk diantaranya jerapan, tegangan muka, dan
gesekan, bergantung kepada besarnya areal bidangsinggung per satuan volume dari sistem
tersebut. Sistem yang di dalamnya paling sedikit terdapat satu dari fase-fase tersebut
dipilahkan menjadi banyak sekali partikel renik (halus), yang secara bersama-sama
menunjukkan suatu luasan bidangsinggung yang sangat besar per unit volumenya,
dinamakan sistem dispers (sistem ceraiberai). Koloid-koloid sol, gel, emulsi, dan aerosol
merupakan contohcontoh dari sistem dispers.
Tanah merupakan suatu sistem yang homogen, polifasik, berbutir, dispers
(caraiberai), dan porus (berpori), yang di dalamnya lugs bidangsinggungnya per unit
volume dapat sangat besar. Sifat dispers tanah dan akibat kegiatan bidangsinggungnya
telah menimbulkan fenomena seperti jerapan air dan bahan kimia, pertukaran ion,
adhesi, pembengkakan dan pengkerutan, dispersi (penceraiberaian) dan flokulasi
(penjonjotan), dan kapileritas.
Universitas Gadjah Mada
1
Tiga fase umum di alam yang diwakili oleh tanah adalah sebagai berikut : fase padat
yang menyusun matrik tanah ; fase cair terdiri atas air tanah, yang biasanya mengandung
bahan-bahan terlarut sehingga paling tepat jika disebut dengan larutan tanah; dan fase
gas adalah atmosfer tanah.
Gambar 2.1. Komposisi (berdasarkan volume) suatu tanah bertekstur
sedang yang dianggap optimal bagi pertumbuhan tanaman.
Perhatikan bahwa bahan padat menduduki 50% dan ruang
pori 50% dari volume tanah, dan yang terakhir ini dibagi
sama antara air dan udara. Tanda panah menunjukkan
bahwa komponen-komponen tersebut dapat bervariasi
sangat lugs. dan khususnya air dan udara berkorelas negatif
sehingga keniakan yang satu diikuti oleh penurunan yang
satunya.
Matrik padat tanah meliputi partikel-partilcel yang bervariasi susunan kimia dan
mineraloginya maupun ukuran, bentuk, dan orientasinya (arah letak butirbutirnya). Matrik
padat jugs mengandung bahan-bahan amorfus, terutama bahan organik yang melekat
pada butir-butir mineral tersebut dan sexing mengikat butir-butir tersebut sehingga
membentuk
agregat-agregat
(kelompok-kelompok).
Susunan
komponen
padat
ini
menentukan ciri khas bentuk ruang pori yang di dalamnya air dan udara akan dilewatkan
dan ditambat. Air dan udara tanah bervariasi dalam hal komposisinya, baik itu mengikut
waktu maupun ruang.
Proporsi (perbandingan) relatif ketiga fase tersebut di dalam tanah selalu berubahubah, dan bergantung kepada variabel-variabel seperti cuaca, vegetasi, dan pengelolaan
tanah. Gambar 1 menunjukkan komposisi fase-fase (berdasarkan perbandingan volume) di
dalam suatu tanah yang bertekstur sedang, dan kondisi ini dianggap kurang lebih optimal
bagi pertumbuhan tanaman.
Universitas Gadjah Mada
2
II.2. Hubungan massa dan volume bagian-bagian tanah
Sub-bab ini akan membahas tentang hubungan antara ketiga fase tersebut di dalam
tanah, yakni fase padat, cair, dan gas, serta akan di berikan batasan beberapa parameter
yang sangat bennanfaat bagi pemerian sifat-sifat fisika suatu tanah.
Gambar 2 merupakan suatu pelukisan secara skematik dari suatu tanah hipotetik,
yang menunjukkan volume dan massa ketiga fase tersebut, sebagai sebuah contoh.
Massa-massa dari fase-fase tersebut ditunjukkan pada sisi sebelah kanan : massa udara
Ma , yang dapat diabaikan bila dibandingkan massa bahan padat dan air; massa air Mw ;
massa bahan padat Ms ; dan massa totalnya Mt . Massa-massa ini juga dapat diwujudkan
dalam dalam beratnya (perkalian massa dengan percepatan gravitasi). Volume-volume
komponen-komponen yang sama ditunjukkan pada sisi sebelah kiri dari diagram : volume
udara Va , volume
air Vw , volume pori-pori Vf = Va + Vw
volume bahan padat VS , dan volume total yang mewakili tubuh tanah secara keseluruhan
Vt. .
Berdasarkan diagram di atas maka akan dapat diberikan batasan-batasan istilah yang
umumnya digunakan untuk menyatakan salinghubungan kuantitatif dari ketiga penyusun
utama tanah tersebut.
11.2.1. Kerapatan Jenis bahan padat (rerata kerapatan jenis), Ps
ps = Ms / Vs ...................................................... (2.1)
dalamnya air dan udara akan dilewatkan dan ditambat. Air dan udara tanah bervariasi dalam
hal komposisinya, baik itu mengikut waktu maupun ruang.
Proporsi (perbandingan) relatif ketiga fase tersebut di dalam tanah selalu berubahubah, dan bergantung kepada variabel-variabel seperti cuaca, vegetasi, dan pengelolaan
tanah. Gambar 2.1 menunjukkan komposisi fase-fase (berdasarkan perbandingan volume) di
dalam suatu tanah yang bertekstur sedang, dan kondisi ini dianggap kurang lebih optimal
bagi pertumbuhan tanaman.
11.2. Hubungan massa dan volume bagian-bagian tanah
Sub-bab ini akan membahas tentang hubungan antara ketiga fase tersebut di dalam
tanah, yakni fase padat, cair, dan gas, serta akan di berikan batasan beberapa parameter
yang sangat bermanfaat bagi pemerian sifat-sifat fisika suatu tanah.
Gambar 2.2 merupakan suatu pelukisan secara skematik dari suatu tanah hipotetik,
yang menunjukkan volume dan massa ketiga fase tersebut, sebagai sebuah contoh. MassaUniversitas Gadjah Mada
3
massa dari fase-fase tersebut ditunjukkan pada sisi sebelah kanan : massa udara Ma , yang
dapat diabaikan bila dibandingkan massa bahan padat dan air; massa air Mw, ; massa
bahan padat MS ; dan massa totalnya Mt . Massa-massa ini juga dapat diwujudkan dalam
dalam beratnya (perkalian massa dengan percepatan gravitasi). Volume-volume komponenkomponen yang sama ditunjukkan pada sisi sebelah kin dari diagram : volume udara Va,
volume air Vw , volume pori-pori Vf = Va + Vw,
, volume bahan padat VS , dan volume total yang mewakili tubuh tanah secara keseluruhan
Vt.
Berdasarkan diagram di atas maka akan dapat diberikan batasan-batasan istilah yang
umumnya digunakan untuk menyatakan salinghubungan kuantitatif dari ketiga penyusun
utama tanah tersebut.
11.2.1. Kerapatan Jenis bahan padat (rerata kerapatan jenis), ps
ps = Ms / Vs
(2.1)
Hampir di dalam semua tanah mineral, rerata kerapatan partikel-partikel bahan padat tanah
berada di sekitar 2,6-2,7 g/cm3, dan ini sangat mendekati nilai kerapatan jenis kuarsa
(quartz), yang sering mendominasi bahan padat tanahtanah pasiran. Mineral-mineral
lempung alumino-silikat mempunyai nilai kerapatan jenis sebesar ini juga. Kehadiran
oksida-oksida besi, dan adanya berbagai mineral berat telah meningkatkan nilai rerata ps„
sedangkan kehadiran bahan organik telah menurunkan nilai rerata ini. Kerapatan jenis
seringkali diartikan pula dengan berat jenis (specific gravity), yang merupakan nisbah
kerapatan bahan tersebut terhadap air pada suhu 4°C dan pada tekanan udara luar. Di
dalam sistem metrik, karena kerapatan air adalah satu pada suhu baku, sehingga berat jenis
secara numerikal sama dengan kerapatan.
II.2.2. Kerapatan bongkah kering, pb
Pb = Ms / Vt = Ms / (Vs + Va + Vw)
.................................................... (2.2)
Kerapatan bongkah kering menyatakan nisbah dari massa tanah kering terhadap volume
totalnya (bahan padat bersama pori-pori). Tampak jelas, bahwa pb selalu lebih kecil daripada
ps , dan bila pori-pori menyusun separoh dari volume, pb separohnya ps , yakni 1,3-1,35
g/cm3. Di dalam tanah pasiran, pb dapat sebesar 1,6, sedangkan dalam tanah geluh yang
teragregasi dan dalam tanah lempung, nilai ini dapat serendah hingga 1,1 g/cm 3. Kerapatan
bongkah
dipengaruhi
oleh
struktur
tanah,
yakni,
kelonggarannya
atau
tingkat
kemempatannya, maupun oleh watak kembang dan kerutnya, yang bergantung
kepada kandungan lempung dan kelembabannya. Bahkan, di dalam tanah yang sangat
mampat, namun, kerapatan bongkah tetap lebih rendah dibandingkan
Universitas Gadjah Mada
4
kerapatan butir *berat jenis), karena partikel-partikel tidak akan pernah saling berkait secara
sempurna dan tanah tersebut tetap merupakan suatu tubuh yang porus, dan tidak pernah
kedap sempurna.
II.2.3. Kerapatan bongkah (lembab) total, pt
Pt = Mt / Vt = (Ms+Mw) / (Vs + Va Vw) ........................ (2.3)
Ini merupakan perwujudan dari massa total suatu tanah lembab per unit volume. Kerapatan
bongkah lembab lebih bergantung kepada kelembaban atau kandungan lengas
dibandingkan kerapatan bongkah kering.
II.2.4. Volume jenis kering, vb
vb = Vt / Ms= 1 / Pb,
...................................................................... (2.4)
Volume dari suatu unit massa tanah kering (centimeter kubik per gram) merupakan indeks
yang lain bagi derajad kelonggaran atau kemampatan suatu tanah..
Gambar 2.2. Diagram skematik tanah sebagai suatu sistem berfase tiga
II.2.5. Porositas, f
f = V /Vt = (Va+ Vw) I (Vs+ Va Vw) ...................................................(2.5)
Porositas adalah suatu indeks volume pori relatif di dalam tanah. Ini merupakan nilai
yang umumnya berada pada kisaran 0.3-0.6 (30-60%). Tanahtanah bertekstur kasar
cenderung kurang pores dibandingkan tanah-tanah bertekstur halus, walaupun ukuran
rerata pori-pori individunya lebih besar di dalam tanah kasar. Di dalam tanah-tanah lempung
porositasnya sangat bervariasi karena tanah tersebut secara bergantian mengalami
pembengkakan, mengkerut, membentuk agregat, mendispersi, memampat, dan meretak.
Universitas Gadjah Mada
5
Umumnya istilah porositas didefinisikan sebagai bagian volume pori-pori, tetapi nilai ini
hares sama, secara rerata, dengan porositas luasan (bagian pori dalam suatu pewakilan
luas penampang melintang) maupun sama dengan rerata porositas linear (yang merupakan
bagian panjang pori sepanjang suatu garis lurus yang melalui tanah dalam suatu arah).
Porositas total, dalam berbagai keadaan, tidak menunjukkan apapun tentang agihan ukuran
pori, yang akan dijelaskan lebih lanjut pada bagian berikutnya.
II.2.6. Nisbah rongga, e
e = (V.+ KJ I V, = Vf I (V,- Vf) ............................................................ (2.6)
Nisbah rongga adalah juga suatu indeks bagian volume pori tanah, tetapi ini dikaitkan
dengan volume rongga terhadap volume bahan padat dan bukannya terhadap volume total
tanah. Keunggulan indeks ini dibandingkan terhadap indeks sebelumnya (f) adalah bahwa
suatu perubahan pada volume pori akan mengubah numerator saja, sedangkan suatu
perubahan volume pori dalam arti porositas akan mengubah baik numerator maupun
denominator dari persamaan (2.6). Nisbah rongga umumnya lebih disukai dalam
perekayasaan dan mekanika tanah, sedangkan porositas merupakan indeks yang lebih
sering digunakan di dalam fisika tanah untuk pertanian. Umumnya, e berkisar antara nilai 0,3
dan 2,0.
II.2.7. Kebasahan tanah
Kebasahan, atau kandungan lengas nisbi, tanah dapat diwujudkan dalam berbagai cara
: nisbi terhadap massa bahan padat, nisbi terhadap massa total, nisbi terhadap volume
bahan padat, nisbi terhadap volume total, dan nisbi terhadap volume pori. Berbagai indeks
didefinisikan sebagai berikut (yang paling umum digunakan adalah dua yang pertama).
a. Kebasahan massa, w
w = Mw / Ms
..................................................... (2.7)
Ini adalah massa air nisbi terhadap massa zarah-zarah tanah kering, seringkali disebut
kandungan air gravimetris. Istilah tanah kering umumnya didefinisikan sebagai suatu tanah
yang dikeringkan hingga seimbang di dalam suatu oven pada suhu 105 °C, walaupun
lempung seringkali akan menahan sejumlah air yamh cukup pada keadaan tersebut.
Kebasahan massa seringkali dinyatakan sebagai suatu bagian decimal namun lebih
seringkali dinyatakan sebagai suatu persentase. Tanah yang dikeringkan dalam udara
sekeliling (keadaan kamar) mungkin umumnya akan mengandung beberapa persen lebih
Universitas Gadjah Mada
6
banyak dibandingkan tanah kering oven, gejala demikian yang disebabkan jerapan uap
sering disebut sebagai hiroskopisitas tanah.
Dalam tanah-tanah mineral w dapat berkisar antara 25 dan 60% bergantung kepada
kerapatan bongkah (lindak) nya. Kandungan air tanah keadaan jenuh untuk tanah
lempungan umumnya lebih tinggi dibandingkan untuk tanah-tanah pasiran. Pada tanahtanah organik, misalnya gambut atau ladu (muck), kandungan air keadaan jenuh
berdasarkan massa dapat lebih daripada 100%.
b. Kebasahan volume, 0
0 = Vm /Vt = Vw / (Vs + Vf)
............................
(2.8)
Kebasahan volume seringkali juga disebut landungan volumetrik atau bagian volume
air tanah. Ini umumnya dihitung lebih sebagai persentase volume totak tanah dibandingkan
terhadap dasar volume zarah-zarah saja. Pada tanah-tanah pasiran, nilai 0 pada keadaan
jenuh berkisar antara 40-50%; pada tanah-tanah bertekstur sedang kira-kira 50%; pada
tanah-tanah lempungan dapat hingga 60%. Pada tanah-tanah lempungan
Vw = Vw / Vs
............................................................ (2.9)
Untuk tanah-tanah yang membengkak, yang porositasnya, dan juga volume totalnya,
berubah secara nyata mengikuti kebasahannya, lebih baik diartikan sebagai volume air
yang ada terhadap volume zarah daripada terhadap volume total.
c. Tingkat kejenuhan, s
S =
Vw / Vf= Vw / (Va+Vw) .................... ............................... (2.10)
Ini merupakan indeks yang menyatakan volume kandungan air dalam tanah nisbi
terhadap volume pori. Indeks s berkisar dari 0 dalam tanah kering hingga 1 (100%) dalam
tanah yang jenuh sempurna. Sayangnya, jenuh sempurna sangat jarang ditemukan di
lapangan, karena adanya udara terperangkap dalam tanah yang sangat basah volume relatif
pada keadaan jenuh dapat melebihi porositas tanah kering, karena tanah-tanah lempungan
dapat membengkak bila basah. Kebasahan volume, 0, seringkali lebih disukai danipada w
karena lebih dapat digunakan untuk menghitung aliran volume (flux) dan jumlah air yang
ditambahkan ke tanah secara irigasi atau hujan dan kepada jumlah yang diharapkan dari
Universitas Gadjah Mada
7
tanah oleh evapotranspirasi atau drainase. Juga, 0, dapat menggambarkan nisbah jeluk
terhadap air tanah yakni, jeluk air per unit jeluk tanah.
C. Nisbah volume air, Vw
11.2.8. Porositas berisi udara (kandungan bagian udara), fa
fa
=
= Va/(Vs + Va+Vw) ..............
(2.10)
Ini merupakan kandungan udara nisbi tanah, merupakan kriteria penting dalam aerasi
tanah. Indeks ini berkaitan terbalik dengan tingkat kejenuhan s (yakni fa= f- s).
Universitas Gadjah Mada
8