Sifat Kimia Tanah - Dasar Ilmu Tanah

DASAR ILMU TAAH
Materi 07: 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
H+
OH-
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
Sumber & Klas Kemasaman
Tanah
Al3+ dan H+ adalah sumber utama kemasaman
tanah
OHAl3+AlOH
AlOH3+ Al(OH)
Al(OH)2+Al
Al (OH)3
H+
3 tipe kemasaman tanah
Kemasaman aktif
Kemasman dapat dipertukarkan
Kemasaman Residual
Proses Pemasaman
Pencucian kation basa, Ca2+, K+, Mg2+
clay--Ca + H2O clay
clay
clay--2H + Ca2+ + 2OH-
CO2 dari respirasi
C6H12O6 + 6O2 CO2 + 6H2O
CO2 + 6H2O H2CO3 HCO3- + H+
Asam-2 organik dihasilkan oleh akar, mikroba
AsamH+ 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 (6,3 –
6,5)
Penambahan batukapur: karbonat Ca2+, Mg2+
CaCO3 + 2H+ Ca2+ + CO2 + H2O
Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+, Mg2+)
Kapur terhidrasi (hidroksida Ca2+, Mg2+)
Perubahan pH akibat kegiatan
manusia: Alkalinitas
Sumber utama adalah irigasi di daerah
yang tanpa drainase memadai
Sekitar 50% lahan irigasi di dunia
dipengaruhi oleh salinitas
Sekitar 3535-40% panen pangan dunia
berasal dari lahan beririgasi
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(Ca-carbonates) atau 10 (Na
(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
Kapasitas Tukar Ion
Tanah bisa bermuatan negatif dan positif.
Kemampuan bahan bermuatan positif di dalam
tanah untuk mengikat ion negatif (misalnya
ortofosfat H2PO4-) disebut kapasitas tukar anion
(KTA) tanah,
Kemampuan bahan bermuatan negatif untuk
mengikat ion positif (misalnya K+, Ca2+) disebut
kapasitas tukar kation (KTK) tanah.
Kemampuan tanah mengikat kation seringkali melebihi
kemampuan mengikat anion, maka kita umumnya hanya
melaporkan KTK tanah dan jarang sekali mengamati KTA
tanah.KTA terutama penting pada lapisan bawah tanahtanahtanah yang telah melapuk lanjut
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
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):
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
(pH--dependent charge
charge).
).
Examples of Isomorphous
Substitution
(Creates Permanent Charge)
Clay Mineral Structural Units
Proses Pertukaran
Ca+2- colloid + 2 H+ ←→ 2 H+- colloid + Ca+2
= H+ mengganti Ca+2 dijerap koloid tanah
CaCa-x + 2 H+ ←→ 2 HH-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
KTK tanah, 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
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
KB =
atau
jumlah kation basa
x 100%
jumlah kation basa + kation asam
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
tanaman kasus tanahtanah-tanah masam di
Indonesia
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
1414-17
1212-14
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
1212-18
2020-26
2020-26
66.6
9090-95
100
5.65.6-5.8
~7
8-10
KTK (cmol/ kg)
Kejenuhan Basa (%)
Kemungkinan pH
Clay loam
+ lime
Sandy
loam
H+
H+
&
Al3+
Base saturation: 50 %
pH: 5.5
H+
Baseforming
cations
Base-forming
forming
cations
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Base-forming
forming
cations
CEC, cmol kg-1
Clay
loam
80 %
80 %
6.5
6.5
10.10
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
meq/100g cara termudah
untuk pandungan peningkatan KTK tanah.
tanah.
Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK
adalah menambahkan kapur dan bahan organik.