Bab 1. Dasar-Dasar Kesuburan Tanah

Bab 1. Dasar-Dasar Kesuburan Tanah
Permukaan bumi atau biosfer merupakan tempat kehidupan
makhluk (manusia, hewan, dan tanaman). Secara geologis, biosfer
terdiri dari komponen-komponen yang menyediakan tempat,
makanan, minuman, dan udara; komponen-komponen utama
kehidupan. Sinar matahari, termasuk komponen tersebut, bersamasama udara berada dalam jumlah tidak terbatas.
Permukaan atas biosfer, disebut tanah, berasal dari bahan
induk batuan dan bahan organik hasil daur-ulang makhluk mati.
Tanaman merupakan makhluk primer menjadi sumber utama
kehidupan makhluk sekunder, manusia dan hewan. Bagi tanaman,
tanah berfungsi sebagai medium tumbuh akar, jangkar tempat
berpegang, dan sumber utama unsur hara dan air. Unsur hara dalam
tanah diserap tanaman melalui bantuan air. Selain pelarut, air
berfungsi sebagai media transpor hara dari tanah menuju akar dan
selanjutnya masuk ke dalam jaringan. Air merupakan bagian
penyusun tubuh dan menempati hampir 90 persen volume jaringan.
Kemampuan tanaman hidup di suatu tempat berbeda tergantung
sifat genetik dan daya adaptasi lingkungan, termasuk tanah dan air.
Sifat perilaku unsur dalam tanah dan jaringan tanaman, serta
keberadaan air sebagai media, penting dipelajari dalam kaitan
dengan status masing-masing komponen dalam upaya
meningkatkan dan mempertahankan tanaman agar hidup secara
normal berkelanjutan. Hal-hal tersebut merupakan topik utama
dalam buku ini.
1
1.1. Tanah Sebagai Medium Tumbuh
Tanah tersusun atas tiga komponen utama: padatan,
cairan, dan udara. Padatan terdiri dari bahan mineral dan organik,
menempati separuh volume. Bahan mineral yang berasal dari
hancuran batuan induk menempati sekitar 45% dan bahan organik
dari perombakan jasad mikro mati menempati 5% volume. Separuh
sisanya diisi oleh cairan dan elektrolit-elektrolit larut, serta udara
dengan volume berfluktuasi menurut banyaknya cairan tersebut.
Berdasar pada ukuran partikel, bahan mineral terbagi atas
tiga fraksi: pasir, debu, dan liat. Perbandingan bobot masa relatif
ketiga fraksi ini disebut tekstur tanah. Ukuran masing-masing fraksi
menurut USDA dan ISSS disajikan pada Tabel 1.1. Diketahui bahwa
komponen mineral tanah paling kasar berukuran 2 mm. Fraksi
lebih besar seperti kerikil atau koral tidak termasuk komponen
tanah, tetapi merupakan fraksi batuan induk. Berdasar hal tersebut,
bila kita ingin menggunakan tanah dalam penelitian maka diperlukan
ayakan berukuran 2 mm agar komponen bukan tanah dapat
dipisahkan.
Secara sederhana, tanah didominasi fraksi pasir akan
membentuk struktur lepas dan drainase baik. Akan tetapi, daya
pegang air dan hara rendah sehingga tanah miskin unsur hara dan
cenderung kekurangan air. Tanah didominasi fraksi liat mempunyai
sifat lekat dan berstruktur masif sehingga drainase jelek. Meskipun
umumnya tanah-tanah liat relatif kaya unsur hara, namun masalah
yang dihadapi adalah pengolahan berat dan memerlukan perbaikan
drainase.
2
Tabel 1.1. Klasifikasi Partikel Tanah Menurut USDA
dan ISSS*)
Fraksi
Batas Ukuran Partikel (mm)
USDA
Pasir : Sangat kasar
Debu
Liat
ISSS
2.00 - 1.00
---
Kasar
Sedang
1.00 - 0.50
0.50 - 0.25
2.00 - 0.20
---
Halus
Sangat Halus
0.25 - 0.10
0.10 - 0.05
0.20 - 0.02
---
0.05 - 0.002
<0.002
0.02 - 0.002
<0.002
*) USDA = United States Dapartement of Agriculture
ISSS = International Society of Soil Science
Fraksi debu lebih halus dari pada pasir, dengan ciri dalam
keadaan lembab tidak begitu lekat dan lebih mudah diolah namun
mudah mengalami erosi oleh air maupun angin. Bila ketiga fraksi
berada dalam keadaan relatif seimbang, maka akan terbentuk
tekstur berlempung (loamy). Tanah-tanah berlempung ideal untuk
dijadikan lahan pertanian. Di antara ketiga fraksi, liat merupakan
fraksi koloidal yang mampu mengendalikan berbagai sifat kimia
maupun fisiko-kimia tanah.
Bahan organik menyebabkan warna gelap pada lapisan tanah,
terutama pada bagian atas (top soil). Komponen ini berasal dari
perombakan sisa-sisa jasad mikro hidup yang mati. Disebut bahan
organik apabila sisa-sisa jasad mikro telah mengalami perombakan
menjadi bahan halus sukar dikenali asalnya. Sisa jasad mikro yang
belum memengalami perombakan sempurna disebut serasah atau
seresah (litter). Pemisahan menggunakan ayakan berukuran 2 mm
seperti pada fraksi mineral, berlaku pula dalam membedakan bahan
organik dari seresah. Bahan organik tanah ada yang sukar
mengalami perombakan dan ada yang mudah. Golongan pertama
3
menentukan sifat fisik tanah, sedangkan yang kedua lebih berperan
pada sifat kimia terutama dalam penyediaan hara.
Senyawa organik sukar mengalami perombakan yang paling
penting adalah humus. Bersama-sama liat, humus merupakan
komponen pengendali sistim perharaan serta air tanah. Liat dan
humus berperan sebagai kompleks jerapan (adsorption), pertukaran
(exchange), dan penyanggaan (buffer) hara dan air. Unsur hara
dalam bentuk ion yang dijerap dipermukaan liat dan humus tersedia
bagi tanaman melalui mekanisme pertukaran atau disosiasi; dan hal
yang sangat penting adalah unsur hara dapat dipertahankan dari
proses yang menyebabkan kehilangan. Humus mampu menyerap
(absorp) air sekitar lima kali bobot keringnya.
Sifat penyanggaan sama seperti kantong tempat
penyimpanan barang yang sewaktu-waktu dapat digunakan dengan
mudah. Liat dan humus sebagai penyangga, mampu menyimpan
unsur hara bila berlebihan dan segera menyediakan begitu unsur
hara berkurang, misalnya diambil tanaman atau hilang ke luar
daerah perakaran. Prinsip penyanggaan hara sangat penting dalam
ilmu kesuburan tanah dan pemupukan. Selain hara, liat dan humus
juga berfungsi sebagai penyangga pH dan air tanah.
Unsur hara tanaman tersedia dalam bentuk ion: kation atau
anion.
Ion diikat oleh
kompleks bermuatan listrik pada
permukaannya dan dilepas ke dalam cairan tanah melalui
mekanisme pertukaran ion. Air ditahan di antara lempeng liat dan
dalam molekul bahan organik. Kemampuan kompleks penyangga
untuk mempertukarkan kation atau anion dinyatakan sebagai
Kapasitas Tukar Kation (KTK) atau Kapasitas Tukar Anion (KTA); dan
jumlah kation-kation basa terjerap, dalam persen, disebut
Persentase Kejenuhan Basa (PKB). Mekanisme pertukaran ion
sangat dipengaruhi oleh reaksi tanah (pH). Dalam menafsir tingkat
kesuburan suatu tanah, maka nilai KTK, KTA, PKB, dan pH
digunakan sebagai parameter.
4
1.2. Komponen Tanah Pengendali Hara
Telah disinggung bahwa liat dan humus merupakan dua
komponen padatan aktif dalam mekanisme penyangga hara dan air.
Untuk mengerti lebih jauh, diperlukan gambaran dasar tentang
struktur dan sifat-sifatnya, akan ditinjau lebih lanjut berikut ini.
Struktur Dasar Mineral Liat
Pengertian mineral liat meliputi mineral liat primer dan
sekunder, koloid silikat, dan oksida-oksida besi dan aluminium
terhidrasi (seskuioksida). Secara garis besar mineral liat dapat
digolongkan dalam grup-grup disajikan pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2. Penggolongan Grup Mineral Liat
(Loughnan, 1969)
Kristalin:
(a) Tipe 1:1, contoh: kaolinit, haloisit, anaukit, dikit, dan lain-lain.
(b) Tipe 2:1 (memuai), contoh: montmorilonit, beidelit,
nontronit, saponit, vermikulit, dan lain-lain.
(c) Tipe 2:2 (tidak memuai), contoh: khlorit.
Nonkristalin:
(d) Alofan
(e) Seskuioksida (Fe dan Al hidroksida): gutit, limonit, gibsit.
Mineral liat berbentuk laminar berlapis-lapis atau
berlempeng-lempeng dengan permukaan luar dan dalam sangat luas
(Gambar 1.1).
5
Pembesaran kisi kristal
++ + + + + + +
Ca2+
H+
H+
Na+
------- - - - - +
---- - - - - - - +
+ + + + + + + + + Permukaan
++ ++ + + + ++
luar
- --- - - - - - - +
---- - - - - - - +
Al3+
H+
3+
+
Al
H
H+
K+
Mg2+
K+
+
3+
H
Ca2+
Al
H+
+
K
+ + + + + + + + Permukaan
++++ + + + + ++
dalam
+
H
Na+
+
2+
H Ca
3+
Al
Gambar 1.1. Bagan Permukaan Lempeng Liat Silikat
(Brady, 1974)
Pada dasarnya lempeng liat ini terdiri atas beribu bahkan berjuta
unit struktur kristal ber-inti-kan silikon atau aluminium dalam kordinasi
tetrahedral dan oktahedral dengan oksigen atau hidroksil. Kordinasi
tersebut dikenal sebagai silikon tetrahedral dan aluminium oktahedral.
Bagan molekuler masing-masing kristal disajikan dalam Gambar 1.2.
Mineral liat tipe 1:1 tersusun atas satu lempeng silikon
tetrahedral dan satu lempeng aluminium oktahedral; tipe 2:1 dua
lempeng tetrahedral dan satu lempeng oktahedral, dan tipe 2:2 masingmasing tetrahedral dan oktahedral dua lempeng silih berganti. Tipe 1:1
disebut golongan Kaolinit dan tipe 2:1 golongan Montmorilonit. Kedua
tipe ini paling banyak dijumpai dalam tanah. Untuk tipe 2:1 yang tidak
mengembang termasuk golongan Ilit, sedang tipe 2:2 golongan khlorit.
Contoh struktur dasar kaolinit dan montmorilonit disajikan dalam
Gambar 1.3a dan b.
Mineral liat tipe 1:1 (Gb 1.3a) mempunyai kisi-kisi mantap dan
tidak mengembang; sedang tipe 2:1 (Gb 1.3b) bersifat kurang mantap
dan mengembang bila menyerap air; menyebabkan terjadi penjonjotan
(swelling) bila basah; dan pengerutan (shrinkage) bila kering. Grumusol
6
(Vertisol) merupakan contoh jenis tanah didominasi liat tipe 2:1; sangat
lekat saat hujan tetapi keras serta merekah dengan celah dalam di
permukaan saat kemarau. Karena itu jenis tanah ini sulit diolah pada
kondisi kelebihan ataupun kekurangan air, dan rekahan dapat
menyebabkan kerusakan akar tanaman. Sifat jelek lain ialah drainase
buruk sehingga seringkali menjadi kendala bagi pertumbuhan tanaman.
Tanah didominasi liat tipe 1:1 tidak menunjukkan sifat-sifat di
atas. Golongan ini berumur lanjut, masam dan miskin unsur hara.
Sebagai contoh adalah Latosol dan Podzolik (Oksisol dan Ultisol)
terdapat di daerah beriklim basah. Mineral liat tipe 2:1 mempunyai
kemampuan mengikat (retensi) unsur hara lebih besar daripada tipe 1:1;
berkaitan dengan jumlah muatan pada permukaan lempeng yang lebih
banyak. Muatan listrik permukaan lempeng liat ditinjau pada uraian
berikutnya. Perbedaan tingkat kemampuan mengikat unsur hara
menyebabkan tanah-tanah didominasi mineral liat tipe 2:1 mempunyai
tingkat kesuburan potensial relatif lebih tinggi daripada tipe 1:1. Struktur
liat berbagai tipe disajikan dalam Gambar 1.3c.
7
(www.alkherat.com/ vb/showthread.php?t=3160)
Gambar 1.2. Struktur Dasar Mineral Liat Silikat
8
(soils.missouri.edu)
Gambar 1.3a. Struktur Dasar Mineral Liat Tipe 1:1 (Kaolinit)
9
(soils.missouri.edu)
Gambar 1.3b. Struktur Dasar Mineral Liat Tipe 2:1 (Montmorilonit)
10
(soils.missouri.edu/tutorial/page8.asp)
Gambar 1.3c. Struktur Liat berbagai Tipe
http://www.keywordspy.com/organic/domain.aspx?q=soils.missouri.edu
Komponen Organik: Humus
Jasad hidup, apakah tanaman, hewan ataupun manusia, terdiri
dari komponen-komponen organik sebagai penyusun tubuh. Bila jasad
mati, komponen-komponen dirombak oleh jazad menjadi senyawa
organik sederhana. Hasil akhir adalah air, karbon-dioksida, dan unsurunsur mineral. Senyawa kimia utama penyusun tanaman meliputi
karbohidrat, lignin, dan protein. Sedang penyusun lain ialah minyak, lilin
(wax), enzim, alkaloid, dan unsur mineral. Proses perombakan sisa
tanaman oleh jazad melepas senyawa-senyawa tersebut menjadi bahan
organik tanah. Kemampuan bahan organik mengalami perombakan
berbeda-beda sehingga dapatdigolongkan menjadi senyawa ‘mudah’
dan senyawa ‘tahan’ terhadap perombakan. Senyawa yang tahan
11
mengalami perombakan antara lain humus, yang tersusun atas
poliuronida dan lignin dengan lignin sebagai senyawa utama.
Seperti liat, humus berukuran koloidal dan sangat reaktif. Humus
mampu menyerap banyak air sehingga kapasitas pengikatan air (water
holding capacity) tanah menjadi besar. Kemampuan humus menyerap
air lima kali lebih besar dari liat. Di samping itu, humus berperan dalam
pembentukan dan penentuan kemantapan agregat, sifat keremahan,
aerasi, sifat olah, dan ketahanan terhadap erosi. Senyawa protein dalam
humus berperan sebagai cadangan P, N, dan S.
Partikel humus merupakan asam-asam organik yang umumnya
bermuatan negatif, sehingga mampu menjerap kation-kation. Nilai
KTK humus kurang lebih 200 hingga 300 me/100g, jauh lebih besar
daripada liat yang hanya sekitar 100 me/100g tanah. Kation-kation basa
K, Ca, dan Mg yang diikat humus lebih mudah tersedia bagi tanaman. Di
pihak lain, humus mampu mengurangi pengaruh kemasaman akibat
penggunaan pupuk. Sumber kemasaman tanah seperti ion Al3+
dinetralkan oleh humus dalam bentuk ikatan khelat (chellating bond)
humus-logam. Di sini humus bertindak sebagai ligan (ligand) bermuatan
negatif dan ion Al3+ sebagai inti bermuatan positif. Penggunaan bahan
organik pada tanah masam dapat diperhitungkan sebagai discount
factor dosis kapur dalam peningkatan pH.
1.3. Muatan Listrik pada Liat dan Bahan Organik
Muatan listrik tanah menentukan sifat kimia maupun fisiko-kimia.
Muatan listrik liat dan humus menyebabkan keduanya bertindak
sebagai kompleks aktif yang erat kaitannya dengan kesuburan tanah
aktual maupun potensial. Di samping itu, ikatan ion-ion dapat
menjelaskan sistim penyediaan hara serta prinsip-prinsip dasar
pemupukan.
12
Muatan Listrik pada Liat
Muatan listrik pada liat muncul karena dua hal: (1) kisi-kisi mineral
liat rusak atau patah, dan (2) pertukaran tempat kedudukan kordinasi
unsur Si dan/atau Al oleh unsur-unsur lain dalam struktur mineral tanpa
merusak struktur lempeng, dikenal dengan istilah substitusi isomorfik.
Pada kasus pertama, kisi-kisi liat mengalami kerusakan atau patah
akibat gaya-gaya alami atau pengolahan tanah, sehingga sebagian
unsur yang berikatan terlepas.
Pada bagian kisi kristal rusak atau patah, unsur oksigen (O) dan
hidrogen (H) berada dalam ikatan kovalen. Kekuatan ikatan tergantung
pada pH. Bila nilai pH rendah, maka cairan tanah didominasi ion H+,
muatan kisi-kisi adalah positif karena ion OH- di ikat oleh ion H+
menjadi molekul air yang netral. Sebaliknya bila pH tinggi, ion OHdominan dan muatan kisi negatif karena ion H+ berikatan dengan
sebagian OH-. Sifat muatan liat yang dipengaruhi perubahan pH ini
disebut muatan bergantung pada pH (pH-dependent
charge).
Mekanisme perubahan adalah sebagai berikut:
Pada pH rendah:
----O----+ H + + H
muatan permukaan +
--OH 2+
Pada pH tinggi:
---O----+ H + -OH
muatan permukaan -
--O- + H2O
Pada kasus kedua, kedudukan kation-kation yang bertindak
sebagai inti dalam struktur lempeng (silikon tetrahedral atau
aluminium oktahedral) digantikan oleh kation-kation lain yang
mempunyai jari-jari ionik berukuran relatif sama. Sebagai contoh, jarijari silikon sedikit lebih kecil dari pada aluminium (Tabel 1.3). Akibatnya,
aluminium dapat menempati pusat kordinasi tetrahedral menggantikan
kedudukan silikon.
13
Penggantian ion bervalensi tiga (Al3+) untuk ion bervalensi empat
(Si ) menyebabkan satu muatan negatif tidak terkordinasi sehingga
muncul pada permukaan lempeng yang sebelumnya netral (Gambar
1.4). Berapa banyak penggantian, menentukan jumlah muatan negatif
di permukaan lempeng (Gambar 1.5)
4+
Tabel 1.3. Jari-jari Ionik Kation dalam Struktur Liat
(Loughnan, 1969)
Ion Ikatan
Si4+
Al3+
Li+
Fe3+
Mg2+
Ti4+
Fe2+
Zr2+
Na+
Ca2+
Sr2+
K+
Rb+
Co+
Jari-Jari Ion
(Ao)
0.41
0.50
0.60
0.64
0.65
0.68
0.76
0.80
0.95
0.99
1.13
1.33
1.48
1.69
Nisbah Jari-Jari
Kation: Oksigen
0.29
0.36
0.43
0.46
0.46
0.49
0.54
0.57
0.68
0.71
0.81
0.95
1.06
1.21
Nomor
Kordinasi
4
6,4
6
6
6
6
6
6,8
8
8
8
8,12,(14)
12,(14)
12,(14)
%
51
63
79
51
74
63
72
67
82
79
79
84
84
86
Muatan listrik pada substitusi isomorfik tidak dipengaruhi
perubahan pH; sehingga disebut muatan tidak bergantung pH (muatan
permanen).
Lempeng Si-tetrahedral (tanpa penggantian):
O- - Si ++++ O- -
o
Tidak ada muatan
Lempeng Al-oktahedral (Si diganti Al):
O- - Al +++ O--
Tercipta satu muatan negatif
Gambar 1.4. Munculnya Muatan pada Kisi-kisi Mineral Liat (Brady, 1974)
14
OH
|
Al
|
O
OH
|
Al
|
OH
0
OH
|
Mg
|
O
Tidak ada penggantian, muatan 0
OH
|
Al
|
OH
+
Al diganti Mg, muatan +
Gambar 1.5. Mekanisme Munculnya Muatan Permanen pada
Permukaan Liat Silikat (Brady, 1974)
Muatan Listrik pada Bahan Organik/Humus
Muatan listrik pada humus mirip dengan muatan liat
mengalami kerusakan pada kisi-kisinya. Contoh bagan susunan koloidal
disajikan dalam Gambar 1.6. Gugus hidroksi fenolat (-O-) terikat pada
cincin aromatik, sedangkan gugus karboksil (-COO-) terikat pada atom
karbon lain. Bagan tersebut menyerupai struktur liat silikat dan
menunjukkan adanya jerapan permukaan (surface adsorption), meskipun
jerapan juga terjadi dalam struktur padatan (misel).
O - …… H+
Satuan Pusat
Koloid Humus
(umumnya C dan H)
COO - ………. H+
O - ………. H+
COO - ……….. H+
O- ….........H+
muatan -
ion-ion terjerap
Gambar 1.6. Muatan Bergantung pH pada Permukaan Humus (Brady,
1974)
15
Seperti liat kisi-kisi patah, muatan humus sangat bergantung
pada pH. Pada suasana sangat masam, ion hidrogen terikat erat dan
tidak mudah diganti kation lain. Dengan penambahan unsur basa maka
ke-alkalian naik; mula-mula ion hidroksil-fenolat berionisasi, kemudian
hidrogen dari grup fenolat digantikan oleh kalsium, magnesium, atau
kation lain. Sifat muatan bahan organik bergantung pH mempengaruhi
nilai KTK yang berubah dengan perubahan pH pada tanah kaya bahan
organik (Gambar 1.7).
KTK (me/100 g)
140.
koloid organik
120.
Monmorilonit
Muatan bergantung pH
80.
40.
muatan tetap
4.0
5.0 6.0 7.0 8.0
pH
Gambar 1.7. Muatan Bergantung pH dan KTK pada Permukaan Humus
(Brady, 1974)
Nisbah C/N Tanah dan Tanaman
Bahan organik acapkali digunakan dalam ameliorasi tanah
bermasalah terutama berkaitan dengan sifat fisik. Dalam praktek
sehari-hari pemberian bahan organik disebut pemupukan dan bertujuan
meningkatkan produksi. Untuk itu, dibutuhkan jumlah banyak karena
kadar unsur terkandung dalam bahan organik umumnya rendah.
16
Sebagai contoh, kadar N pupuk kandang hanya sekitar 2% dan cukup
rendah dibandingkan 46% dalam urea. Dengan demikian, lebih tepat
bila bahan organik dikatakan sebagai pupuk tanah dan pupuk artisifial
(pupuk pabrik, pupuk anorganik) adalah pupuk tanaman.
Dalam praktek pertanian, bahan organik dikenal sebagai pupuk
hijau, pupuk kandang, kompos, atau humus. Tingkat perombakan
bahan-bahan ini diketahui dari kandungan karbon dan nitrogen. Unsur
karbon dan nitrogen dibutuhkan oleh jazad mikro dekomposer sebagai
sumber energi dan hara. Antara jazad mikro dengan tanaman terjadi
kompetisi dalam memperoleh nitrogen. Umumnya jazad mikro lebih
mampu, sehingga tanaman menunjukkan kekurangan (defficiency)
nitrogen. Pengikatan N dalam tubuh jazad dinamakan imobilisasi
nitrogen; dijumpai pada tanah diberi bahan organik belum
terperombakan sempurna. Imobilisasi bersifat sementara dan dilepas
kembali begitu jasad mati. Pelepasan N ditandai pertumbuhan tanaman
normal dan nisbah C/N tamah berada antara 10 sampai 15.
Nisbah C/N lazim digunakan sebagai petunjuk (indikator)
kemudahan perombakan bahan organik. Makin tinggi C/N makin sukar
terperombakan. Jerami padi mempunyai nilai C/N lebih tinggi dari
kedelai sehingga perombakannya lebih lama. Contoh komposisi
karbon dan nitrogen serta nisbah C/N beberapa jenis bahan disajikan
pada Tabel 1.4.
Bila jerami padi dimasukkan ke dalam tanah, dengan waktu
nisbah C/N 44 turun mendekati 10. Dalam proses pembentukan
kompos, perombakan dipercepat melalui penambahan nitrogen dan
kapur untuk memacu perkembangan jazad. Karena perombakan
membutuhkan waktu, maka pemberian bahan organik ke dalam
tanah dianjurkan dua atau tiga minggu sebelum tanam, atau jerami
terlebih dulu dikomposkan. Tujuannya menjaga agar tanaman tidak
kekurangan N akibat kompetisi dengan jazad.
17
Tabel 1.4. Komposisi Beberapa Jenis Bahan Diberikan ke
dalam Tanah (Kalpage, 1967)
BAHAN
KARBON
NITROGEN
C/N
(%)(%)
Organik, seluruh tanaman: 45 - 50
Jerami padi
34.6
Kacang-kacangan
50.0
Pupuk kandang
30.9
Kompos
18.7
Serbuk gergaji
Kue kacang tanah
44.9
Darah beku
41.5
1.5 - 3.5
0.78
2.0 - 3.5
2.15
1.77
7.92
11.10
15 - 30
44
13 - 25
14
11
40
6
4
1.4. Ikatan Senyawa Organik dengan Fraksi Mineral
Senyawa organik dalam tanah umumnya tidak berada dalam
keadaan bebas, melainkan berikatan dengan koloid liat (Home,
1995), sebagai:
1.
Garam dalam bentuk ikatan lemah dengan molekul asamasam organik (asetat, oksalat, laktat, dan lain-lain).
2.
Garam dalam bentuk ikatan kuat dengan senyawa humat
atau fulvat dan kation-kation alkali.
3.
Bentuk khelat berikatan dengan ion-ion logam.
4.
Senyawa terikat pada kisi-kisi pemukaan.
18
Garam lemah – molekul asam-asam organik:
Ikatan asam-asam (asetat, oksalat, fumarat, laktat) dengan
mineral (magnesit, kalsit, siderit dan lain-lain) atau garam-garam
asam mineral dan kation-kation Ca, K serta kation lain.
Garam senyawa humat dengan kation-kation alkali:
Komprehensif dengan kation-kation:
 humat (garam asam humat), atau
 fulvate (garam asam fulvat).
Keduanya merupakan senyawa humat atau fulvat khas dalam
tanah. Kation alkali (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) diikat pertama kali oleh
pertukaran kation sederhana pada grup COOH (RCOONa, RCOOK
dll.). Humat dan fulvat tampak dalam tanah sebagai hidroksida Fe
atau Al.
Khelat dengan kation logam:
Kompleks khelat terbentuk bila dua atau lebih posisi
koordinat kation logam diikat oleh grup donor ligan tunggal
membentuk struktur cincin internal. Dalam aturan ligan tanah
berkaitan dengan grup senyawa fungsional organik.
Orde penurunan afinitas peng-grupan organik untuk ion
metal kurang lebih sebagai berikut:
-O- > -NH2
enolat
amina
>
N=N- >
azo
=N
>
cincin N
-COOkarboksilat
>
-Oether
>
C=O
karbonil
Kemungkinan orde penurunan afinitas kation-kation kurang
lebih sebagai berikut:
Fe3+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Zn2+ > Fe2+ > Mn2+
Kemampuan pengomplekan asam humat dan fulvat
tergantung pada grup oksigen fungsional, seperti COOH, OH, dan
C=O.
19
Senyawa organik tanah membentuk kompleks larut dan tak
larut dengan ion-ion logam dan selanjutnya berperan ganda dalam
tanah.
Senyawa berbobot molekul rendah (biokimia, asam fulvat)
menggerakkan ion-ion logam menuju akar tanaman. Sebaliknya,
senyawa berbobot molekul tinggi (misalnya asam humat) berfungsi
sebagai "sink" (penerima) kation polivalen. Agen pengompleks alami
dipertimbangkan penting dalam proses perombakan dan pergerakan
seskuioksida menuju subsoil.
Kompleks liat – organik:
Intraksi senyawa organik dengan liat membawa konsekuensi
perubahan terhadap sifat dan perilaku fisika, kimia dan biologi
matriks tanah. Beberapa mekanisme berkaitan dengan jerapan
senyawa humat oleh mineral liat adalah sebagai berikut:
-Gaya van der Waal (Gambar 1.8):
Gambar 1.8. Gaya Van der Waal (dalam Sparks, 1995)
Gaya Van der Waal (Gambar 1.8), berlaku untuk semua
molekul, namun agak lemah. Gaya ini dihasilkan dari fluktuasi
kerapatan muatan listrik individu-individu atom. Fluktuasi muatan
listrik positif suatu atom cenderung memproduksi fluktuasi muatan
listrik negatif dalam atom tetangganya yang menghasilkan gaya
20
atraktif bersih. Gaya atraktif yang dihasilkan dari fluktuasi ini terjadi
pada setiap pasangan at0m atau molekul. Jerapan karena gaya van
der Waal di anggap penting bagi molekul netral polar dan nonpolar,
khususnya berbobot tinggi.
-Ikatan jembatan kation (Gambar 1.9):
Gambar 1.9. Ikatan jembatan kation (dalam Sparks, 1995)
Pada Gambar 1.9, anion-anion organik secara normal ditarik
oleh muatan negatif permukaan liat, maka jerapan asam humat dan
fulvat oleh mineral liat seperti montmorilonit terjadi hanya bila
terdapat kation polivalen pada kompleks pertukaran. Tidak seperti
Na+ dan K+, kation-kation polivalen mampu menjaga netralitas
permukaan melalui penetralan baik pada muatan negatif liat
maupun grup fungsional asam bahan organik (misalnya COO ).
Kation-kation polivalen utama yang menentukan ikatan asam humat
dan fulvat terhadap liat tanah adalah Ca2+, Fe3+ dan Al3+. Kation
divalen Ca2+ tidak membentuk koordinasi kompleks dengan molekul
organik. Sedang Fe3+ dan Al3+ membentuk koordinasi kompleks kuat
21
dengan senyawa organik. Kation polivalen bertindak sebagai
jembatan ikatan antara dua titik muatan. Pada molekul organik
rantai panjang, beberapa titik pasangan dengan partikel liat bisa
terjadi.
-Ikatan – H (Gambar 1.10):
Gambar 1.10. Asosiasi dengan hidroksida Fe/Al (dalam Sparks, 1995).
Ikatan – H adalah hubungan antara grup molekul organik
polar dengan molekul air atau oksigen terjerap pada permukaan
silikat melalui ikatan dengan ion H+ tunggal (Gambar 1.10).
-Jerapan asiosiasi dengan hidroksida - jerapan pada permukaan
antar lempeng mineral liat (Gambar 1.11):
22
Gambar 1.11. Jerapan pada permukaan antar lempeng mineral liat
(dalam Sparks, 1995)
Koordinasi atau pertukaran ligan (Gambar 1.11) terjadi bila
grup anionik masuk ke koordinasi Al atau Fe dan bergabung dengan
OH permukaan lempeng. Jerapan asam fulvat dan permukaan oksida
bergabung menggantikan grup OH dengan ion COO -. Anion organik
tidak mudah digantikan dengan garam sederhana, meski peka
terhadap pH. Ikatan yang sangat kuat terjadi bila ada lebih dari satu
grup molekul asam humat.
23
24