Dasar Hubungan Tanah Tanaman

Bahan Organik & Biota

Ion dapat dipertukarkanpermukaan jerapan

Fase Padatan & Mineral

Serapan unsur oleh Tanaman

Larutan Tanah

Udara tanah

Hujan, Evaporasi, Drainase,

Pemberian Pupuk

Bahan Organik Tanah

• Sisa Kehidupan– Hidup

• Akar• Cacing dan insek• Mikroorganisme

– Mati (baru)• Sisa tanaman segar• Organisme tanah baru mati• Bahan organik aktif

– Mati (lama)• Bahan organik terdekomposisi baik• Humus

Bahan Organik

• Senyawa2 Sangat Kompleks– Sulit dikarakterisasi senyawa kimianya

• Secara Biologis terkontrol– Sangat Dinamik– Peka terhadap Lingkungan

Sifat Bahan Organik

Residu BO

Biomasa (3-8%)

Humus (15-35%)

CO2

(60-80%)

Senaya Inorganik

Dasar Hubungan Tanah Tanaman

Bahan Organik & Biota

Ion dapat dipertukarkanpermukaan jerapan

Fase Padatan & Mineral

Serapan unsur oleh Tanaman

Larutan Tanah

Udara tanah

Hujan, Evaporasi, Drainase,

Pemberian Pupuk

Pertukaran Ion

• Atraksi antara muatan partikel tanah dan ion2

• Muatan harus selalu seimbang

• Ion2 dapat dipertukarkan satu sama lain meskipun keseimbangan tercapai

• Kekuatan atraksi bervariasi

Ekivalensi• Hubungan ion2 berdasar pada muatan

• Berat atom = berat atom per molekul suatu atom– Berat untuk nomor atom yang sama

Al = 27 g/mol, Ca = 40 g/mol, K = 39 g/mol, Cl = 35g/mol,

O = 16 g/mol

• Berat Ekivalen = berat suatu ion per molekul muatan– Berat untuk nomor mauatan yang sama

Al3+ = 9 g/molc, Ca2+ = 20 g/molc, K+ = 39 g/molc Cl- = 35g/molc,

O-2 = 8 g/molc

Berat Ekivalen = g/molc = g/ekivalen = g/eq

Milliekivalen = ekivalen/1000 = me

Kapasitas Tukar Kation (KTK, Cation Exchange Capacity,CEC)

• Muatan negatif partikel tanah yang dapat mengikat ion2 bermuatan positif (kation) melalui atraksi elektrostatik

Ca++

Mg++ K+

H+

Al+++

NH4+

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Al+++

Mg++Mg++

NH4+

K+

K+

H+

H+

Kapasitas Tukar Kation (KTK)

• Sumber Muatan pada Liat– Lempeng silikat – (review struktur dlm textbook)

• Silika tetrahedral• Aluminum oktahedral

– Substitusi Isomorfik• Al 3+ untuk Si 4+ pd lempeng tetrahedral = muatan -1• Mg 2+ untuk Fe 2+ untuk Al 3+ pd lempeng oktahedral

= muatan -1

• Luas Permukaan• 10 – 800 m2/g• 1 lempung berpasir Illnois = 40 - 50 x luasan

Pertukaran Kation

• Kaolinit– 1:1 yaitu: Satu lempeng silikat tetrahedral

dan satu lempeng aluminium oktahedral– Substitusi isomorfik sangat kecil

– KTK 1 - 10 me/100g (cmolc/kg) tergolong rendah

– Umum dijumpai pd tanah yang mengalami pelapukan lanjut di daerah tropika.

Pertukaran Kation

• Liat Mikaseous (ilit dan vermikulit)– 2:1 yaitu: dua lempeng silikat tetrahedaral

pada kedua sisi dan satu lempeng aluminium oktahedral di tengah

– Substitusi isomorfik terutama pada lempeng tetrahedral sehingga tertutup pada permukaan liat, lebih kuat

– KTK relatif rendah 15 - 40 me/100g (cmolc/kg)

– Fiksasi K - mutan dan geometri

Pertukaran Kation

• Mineral Smektit

– 2:1 yaitu: dua lempeng silikat tetrahedral pada kedua sisi dan aluminium oktahedral di tengah

– Substituasi Isomorfik terutama pada lempeng oktahedral sehingga mauatan di bagian sisi mineral menghasilkan muatan dengan densitas lebih rendah pada permukaan

– Liat ini disebut liat berkembang (expanding clays). Ia mengalami pengembangan dan penciutan secara dramatik pada kondisi pembesahan dan pengeringan.

– KTK 80 - 120 me/100g (cmolc/kg), tinggi

Pertukaran Kation

• Oksida Hidrous– Adalah oksida hidrous mineral besi dan aluminium.– Sangat penting pada tanah2 yang mengalami

pelapukan lanjut. – Muatan pd mineral2 ini tidak berasal dari substitusi

isomorfik seperti pd mineral aluminosilikat. – Muatan berkembang dari ionisasi grup hidroksida

mineral2. Muatan sangat tergantung pada pH. – Hidroksida disebut liat2 bermuatan variabel (variable

charge clays).

Muatan Bergantung pH pd Oxida2

Al

O

Al

OH

Al

OH

OHAl

O

Al

O ¯

Al

OH

OH

+ OH-

pH meningkat

+ H2O

Min

eral

Oks

ida

Min

eral

OK

sida

Muatan Bergantung pH pd Oksida2

3.0 5.0 7.0

Mua

tan

Ber

sih

¯

+

pH Tanah

Muatan Titik Nol (Zero Point of Charge, ZPC)

Pertukaran Kation

• Bahan Organik– Merupakan sumber KTK yg sangat penting– Muatan mineral2 ini tidak berasal dari substitusi

isomorfik seperti pada lempeng mineral liat aluminosiliat.

– Muatan berkembang melalui ionisasi gugus karboksil dan fenol pada BO.

– Muatan sangat tergantung pH. – BO murni mempunyai KTK sangat tinggi (100 -300

me/100g, cmolc/kg).– Ingat bahwa kadar BO tanah hanya beberapa % saja.

Muatan Bergantung pH pd BO

Muatan Bergantung pH pd BO

+ OH-

pH meningkat

+ H2O

OH

Gugus Fenol

O¯

+ OH-

pH meningkat

+ H2OOH

Gugus karboksil

O¯

R=O R=O

KTK Total• Pada kebanyakan tanah terdapat muatan kombinasi

– Muatan Permanen - Mineral liat– Muatan bergantung – Oksida Terselimut dan BO– KTK = jumlah muatan2 tersebut - me/100g atau cmolc/kg tanah

Mua

tan

Neg

atif

Ber

sih

(KT

K)

pH Tanah

3.0 5.0 7.0 9.0

Kapasitas Tukar Kation Tipik

• Pasir 3-5 me/100g

• Lempung 10-15 me/100g

• Lempung Berdebu 15-25 me/100g

• Liat 20-50 me/100g

• Tanah Organik 50-100 me/100g

Pertukaran Kation• Kation2 pada KTK dapat ditukar dengan

kation lain selama muatan dalam keadaan seimbang– Pemupukan K

– Serapan K

Pertukaran Kation

• Selektivitas Pertukaran Ion– Pertukaran ion lebih dari hanya sekedar

pertukaran muatan– Serial Lyotropik

• Afinitas kation2 untuk KTK

• Hukum Coulomb F = D q1q2 / r2

• Peningkatan afinitas – Muatan dan Ukuran

Sifat2 IonikRadius Ionik (nm)

Unsur Berat Atom (g/mole) Berat Eki. (g/eq) Non-Hidrous. Hidrous.

Kation2

Al3+ 27 9 0.051

H+ 1 1

Ca2+ 40 20 0.099 .96

Mg2+ 24 12 0.066 1.08

K+ 39 39 0.133 0.53

NH4+ 18 18 0.143 0.56

Na+ 23 23 0.097 0.79

Anions

H2PO4- 97 97

SO42- 96 48

NO3- 62 62

Cl- 35 35

OH- 17 17

Textbook Table 2.2

Pertukaran Kation• Estimasi KTK

– Pertukaran kation2 dg NH4+ kemudian ditukar dg K+ kemudian penetapan NH4

+

– Uji Kation Tanah

– Estimasi kemasaman dari pH penyangga dan ditambah kation2 terekstrak

– Ingat: KTK peka terhadap pH

Pertukaran Kation• Estimasi KTK

– Estimasi kemasaman dari pH penyangga dan di tambah

kation2 terekstrak

• Uji KTK Tanah = Ca2+ + Mg2+ + K+ + Kemasaman

• Hasil Uji Tanah:

0.2 me K/100g

2 me Mg/100g

8 me Ca/100g

2 me kemasaman/100g

Pertukaran Kation• Estimasi KTK

– Estimasi kemasaman dari pH penyangga dan penambahan

ke kation2 terekstrak:

• Hasil Uji Tanah:

90 ppm K

200 ppm Mg

1500 ppm Ca

2 me kemasaman/100g

• Uji KTK Tanah = Ca2+ + Mg2+ + K+ + Kemasaman

Pertukaran Kation

• Persentase Kejenuhan Kation pd KTK – Karena pertukaran kation adalah proses kompetisi, intensitas

kation2 dalam larutan akan berhubungan dengan jumlah kation2

berbeda pada KTK.

– % Kejenuhan Kation pd KTK

• % Kejenuhan = Kation ditukar/KTKK = 0.2 me K+/100g (cmolc/kg)KTK = 10 me/100g (cmolc/kg)

– Secara teoritikal benar tetapi secara praktikal terbatas

– Selalu berubah sepanjang tahun.

Kesimpulan Pertukaran Kation

• Ukuran KTK ditentukan oleh sifat2 tanah– Muatan Permanen dan bergantung pada pH

• Sejumlah besar unsur hara dpt diikat oleh KTK• Tidak semua ion2 adalah sama . . . Atraksi

selektif berhubungan dengan serial lyotropik• Menghasilkan penyanggaan cepat utk semua

kation2• Ion2 dapat ditukar diikat melawan pencucian• Ion2 dapat mudah ditukar siap tersedia melalui

pertukaran kation.