pH, KTK, KB

Dasar Ilmu Tanah
semester ganjil 2011/2012 (EHN & SIN)
Materi 08: Sifat Kimia (1): pH, KTK, KB
pH tanah
pH tanah



pH tanah sifat kimia tanah yang amat
penting (sifat fisik yang amat penting
adalah tekstur tanah)
Mengetahui pH tanah akan dengan cepat
mengetahui apakah tanah sesuai untuk
pertumbuhan tanaman dan unsur hara
apa yang akan menjadi pembatas
Ion hidrogen adalah proton yang di alam
selalu bereaksi dengan air (H20)
membentuk ion hidronium, seperti H3O+
Pengukuran Keasaman



Keasaman (atau kebasaan) suatu larutan
diukur menggunakan skala pH (karena
kecilnya konsentrasi)
Skala pH menunjukkan konsentrasi ion
hidronium dalam suatu larutan
Skala pH berkisar dari 0 sampai dengan 14,
dimana 7 dinyatakan sebagai netral ([H3O+ ]
= [OH-]),
pH




Larutan asam jika pH < 7.0
Larutan alkalin jika pH > 7.0
Asam dapat didefinisikan
sebagai donor proton,
senyawa kimia yang
meningkatkan konsentrasi ion
H dalam larutan
Sebaliknya, basa adalah
akseptor proton, senyawa
kimia yang menurunkan
konsentrasi ion H dalam
larutan
pH tanah- ukuran H+ dalam larutan tanah



pH – log negatif dari konsentrasi ion hidrogen (H+)
dalam larutan tanah
 pH = - log [ H+]
Skala pH adalah bagaimana mengukur keasamaan dan
alkalinitas larutan -----netral (pH =7), jumlah H+ = OHCatatan
 Pada pH 6 terdapat 10x lebih banyak ion H+
dibanding pada pH 7
+
 Terdapat 100x lebih banyak ion H antara pH 7 & 5
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-
Keasaman Tanah dan Pertumbuhan tanaman




Keasaman tanah merupakan faktor cekaman lingkungan
yang utama yang membatasi pertumbuhan tanaman
Tanah-tanah asam tersebar luas di dunia mendominasi
hampir 40% lahan pertanian
Selain itu, hujan asam juga mempercepat pemasaman
tanah
Ion Aluminum (Al) terlarut dari tanah pada pH rendah.
Ini merupakan faktor toksik yang utama untuk
pertumbuhan tanaman pada tanah dengan pH rendah
Tanah sulfat asam


Tanah surlfat 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
Pengapuran untuk menaikkan pH
tanah
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+ terseingkir 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
Pertukaran Kation
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 katiaon
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
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
Milliequivalent (MEQ)
1 meq berat KTK memiliki 6.02 x 10 20 kisi jerapan
MEQ o beberapa kation yang umum
Unsur
Na+
K+
Ca++
Mg++
Valensi
1
1
2
2
Brt Eq. 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12
Brt MEQ 0.023 0.039 0.02 0.012
Soil Cation Exchange Capacity





In most soils, 99% of soil cations
can be found attached to micelles
(clay particles & organic matter)
and 1% can be found in solution.
Cations in the soil (mainly Ca++,
Mg++, K+ and Na+) maintain an
equilibrium between adsorption to
the negative sites and solution in
the soil water.
This equilibrium produces
exchanges -- when one cation
detaches from a site (leaving it
free), another cation attaches to
it.
Therefore the negatively charged
sites are called cation exchange
sites.
The total number of sites is the
Cation Exchange Capacity or CEC
Cation Exchange Capacity
1) the number of cation adsorption sites
per unit weight of soil or
2) the sum total of exchangeable cations
that a soil can adsorb.
* CEC is expressed in milliequivalents (meq)
per 100 g of oven dry soil.
Equivalent weight = molecular or atomic wt (g)
valence or charges per formula
Milliequivalent (MEQ)
1 meq wt. of CEC has 6.02 x 10 20 adsorption sites
MEQ of Common Cations
Element Na+ K+ Ca++ Mg++
Valence 1
1
2
2
Eq. Wt 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12
MEQ wt .023 .039 .02 .012
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
Memprediksi KTK
1) jumlah kation : analisis semua kation
dan jumlahkan
2) Penjenuhan NH4+: tanah dijenuhi
dengan NH4+ - NH4+ diganti oleh Ca++
dan NH4+
3) Estimasi berdasarkan tekstur
Pasir = 0-3 meq/100 g
Pasir berlempung-lempung berdebu = 3-10
Lempung = 10 – 15
Lempung berliat = 10-30
Liat = > 30 (tergantung jenis liat)


Nilai KTK tinggi (>25),
indikator bahwa tanah
mempunyai kandungan liat
dan/atau bahan organik yang
tinggi dan dapat menahan
banyak kation
Nilai KTK rendah (<5),
indikator bahwa tanah
berpasir dengan sedikit atau
tidak ada bahan organik
yang tidfak dapat menahan
banyak kation
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
Mineral Liat
Kaolinit
Haloisit
Hidrous mika
Montmorilonit
Vermikulit
Hidroksida besi dan
Aluminium
Humus
Tipe
1:1
1:1
2:1
2:1
2:1
CEC,cmol (+)/
kg
30-150
60-100
200-400
800-1200
1000-1500
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 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%
pH vs. Kejenuhan Basaprakiraan hubungan
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
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