DASAR ILMU TANAH

Bab 5: 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) pH

001 3

0001 4

00001 5

000001 6

0000001 7

Satu unit perubahan pH berarti 10 kali perubahan

dalam konsentrasi H+

pH tanah

Konsep pH tanah

pH = - log (H+) atau

pH = log 1/(H+)

dimana: p adalah logaritme negatif dan H adalah

konsentrasi H+ dalam g/L

Definisi ini berasal dari

(H+) (OH-) = 10-14 atau

pH + pOH = 14

Sebagian besar jenis tanah memiliki pH antara 5

dan 8

H+OH-

H+ OH-

H+

OH-

AsampH = 6.0

NetralpH = 7.0

AlkalinpH = 8.0

pH = - log [ H+ ]

H2O 2 H+ + O-2

Netral

AlkalinitasKemasaman

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 Hujan CO2

Bahan

Organik

H+

Larutan Tanah

Hydroksi

polimer

Bio Serapan &

Pelepasan

Pelapukan

Mineral

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) H H H H H+ H+

H Ca++ H+Mg Mg++ H+Ca Ca++ H+ H+

H H H Na

Tanah

Keasamaan CadanganKeasamaan aktif

Sumber keasaman dalam tanah

Kation Hidrogen dan Aluminium penyebabkeasaman tanah Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada pH 6 dan di

atasnya. Di bawah pH 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karenadisosiasi 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 OH-

untuk 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-

Meningkatkan pH tanah

Penambahan batukapur: karbonat Ca2+, Mg2+

CaCO3 + 2H+ Ca2+ + CO2 + H2O

Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+, Mg2+)

Kapur terhidrasi (hidroksida Ca2+, Mg2+)

Mengapa perlu pengapuran?1. Meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk

tanaman2. Memperbaiki struktur tanah3. Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg4. Merangsang pertumbuhan mikroorganisme

bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada pH=6.5

5. Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk6. 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+ tersingkir 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

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 (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

Tanah sulfat asam Tanah sulfat 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

Pertukaran Kation

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 KationKapasitas 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 kation

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

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): (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-dependent charge).

Proses Pertukaran

Ca+2- colloid + 2 H+ 2 H+- colloid + Ca+2

= H+ mengganti Ca+2 dijerap koloid tanah

Ca-x + 2 H+ 2 H-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

Kapasitas Pertukaran Kation

1) jumlah kisi jerapan kation per satuanberat tanah atau

2) jumlah kation yang dapatdipertukarkan yang dapat dijerap tanah

* KTK dinyatakan dalam milliequivalent(meq) per 100 g tanah kering ovenBerat ekuivalen = berat atam atau molekul (g)

valensi atau muatan per formula

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

Mineral Liat 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

Hidroksida besi dan

Aluminium

30-50

Humus 2000-4500

KTK mineral liat & humus

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.

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

Tingkat Kesuburan Tanah berdasar KTK

Kejenuhan Basa

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 = jumlah kation basa

jumlah kation basa + kation asam x 100%

atauKB =

jumlah kation basa

K T K x 100%

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

Kejenuhan Basa vs pH

% Kejenuhan Basa - meq basa ÷ CEC x 100

% Kejenuhan Hidrogen - meq H ÷ 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%

Karakteristik Tanah

Daerah

Humid

(Alfisol)

Tanah

Daerah

Semi arid

(Aridisol)

Tanah

Daerah

arid

(Natrargids)

Ca dapat ditukar (cmol/ kg) 6-9 14-17 12-14

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

KTK (cmol/ kg) 12-18 20-26 20-26

Kejenuhan Basa (%) 66.6 90-95 100

Kemungkinan pH 5.6-5.8 ~ 7 8-10

Data Pertukaran Kation beberap tanah

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 cara termudah

untuk pandungan peningkatan KTK tanah.

Cara paling praktis untuk meningkatkan KTK

adalah menambahkan kapur dan bahan organik.