Sains Tanah Hutan 1

OBJEKTIF SAINS TANAH HUTAN  Memahami pembentukan tanah.  Mengenalpasti aktiviti yang mempengaruhi tanah dan pertumbuhan pokok.  Untuk mempelajari penggunaan alat-alat untuk mengumpul, menganalisis dan mempersembahkan data untuk sifat kimia dan fizik tanah. APA ITU TANAH HUTAN???  Tanah di mana hutan dijumpai.  Mampunyai lantai hutan.  Mempunyai kepelbagaian flora dan fauna. PROSES PEMBENTUKAN TANAH 1. PROSES PODOGENIK adalah istilah pembentukan horizon tanah. 2. Melibatkan beberapa fasa;  Fasa penambahan bahan-bahan organic dan mineral  Fasa kehilangan bahan-bahan organic dan mineral  Fasa pemindahan bahan-bahan organik dan mineral  Fasa pertukaran bahan-bahan organic dan mineral

3. Kecepatan proses ini dipengaruhi oleh beberapa factor iaitu;  Iklim  Organism hidup  Topografi  Masa  Bahan induk

4.

Horizon tanah

Lapisan O (Organik)

Lapisan A (Zon Eluviasi)

SOLUM

Lapisan B (Zon Iluviasi)

Lapisan C (Bahan Induk Terluluhawa)

Lapisan R (Batuan Induk)

⊗ Lapisan O – lapisan organik ⊗ Lapisan A – lapisan yang diperkaya dengan bahan organic dan mineral ⊗ Lapisan E - kehilangan bahan organik ⊗ Lapisan B – zon pengumpulan bahan organic ⊗ Lapisan C – masih banyak batu kecil, berlakunya proses luluhawa pada bahan induk yang ada ⊗ Lapisan R – bahan induk

BAHAN INDUK (PARENTS MATERIAL/PARENTS ROCK)

1. Bahan organic, bahan mineral ataupun campuran kedua-duanya ⊗ Bahan yang sudah mati dan mereput ⊗ Pejal (consolidated) seperti granit ⊗ Poroi (unconsolidated) seperti pasir

2. Bahan induk mineral. Ada 2 jenis, iaitu Silika dan Bukan Silika. Bahan induk jenis Silika terdapat sebanyak 70%-90% 3. Bahan induk silica terbahagi kepada 4 kelas berdasarkan bentuknya;  Ortho atau gelang  Chain atau rantai  Kepingan  Blok

4. Mineral liat adalah alumino-silicat sekunder atau lembaran silica. Eg. Kaolinite, vermiculite dan montmorillonite  Kaulinite mempunyai kapasiti pertukaran kation yang rendah (CEC) iaitu 1:1. Struktur liat terbentuk  Vermiculite dan montmorillonite mempunyai kapasiti pertukaran ion yang tinggi (Cation exchange Capacity) iaitu 2:1. Struktur liat juga terbentuk

5. CEC mempengaruhi kesuburan tanah, iaitu apabila CEC rendah, maka tanah kurang subur. Begitu juga sebaliknya

TANAH BIOJISIM UTAMA HUTAN 1. Pokok memainkan peranan yang penting dalam pembentukan tanah. Cuma beberapa ekosistem terkecuali kerana pokok kurang memainkan peranan dalam pembentukan tanah seperti;  Tundra  Gurun  Padang rumput  Kawasan berair

2. Komposisi tumbuhan banyak dipengaruhi oleh iklim dan tanah 3. Ada 12 pengelasan tanah yang diperkenalkan di U.S;

I.

Oxisols

II.

Ultisols

III.

Alfisols

IV.

Spodosols

V.

Gelisols

VI.

Mollisols

VII.

Aridisols

VIII.

Entisols & Inceptisols

IX.

Histosols

X.

Vertisols

XI.

Andisols

4. Spesies pokok yang tumbuh dipengaruhi oleh iklim dan tanah 5. Hutan Tropika terletak di antara Tropic of Cancer (Hemisfera Utara) dan Tropic of Capricorn (Hemisfera Selatan) 6. Jenis tanah utama yang terdapat di Hutan Tropika ialah;  Oxisols  Ultisols  Inceptisols  Andisols

7. Jenis tanah yang utama di Hutan Monsoon;

 Ultisols  Oxisols  Vertisols

8. Jenis tanah yang utama di Hutan Gunung;  Aridisols  Inceptisols  Alfisols  Ultisols

9. Hutan Tropika yang kering diistilahkan sebagai htan bermusim 10.Semua jenis tanah yang disenaraikan terdapat di Semenanjung Malaysia kecuali Aridisols, Gelisols dan Andisols. Manakala jenis tanah yang kerap kali dijumpai di situ ialah Entisols, Inceptisols, Ultisols, oxisols dan Histosols

CIRI-CIRI FIZIKAL TANAH 1. Ciri-ciri fizikal tanah mempengaruhi pertumbuhan pokok melalui kesannya terhadap;  Kelembapan tanah  Pengudaraan  Suhu  Kandungan kimia  Pengumpulan bahan-bahan organik

2. Fizikal tanah boleh dibahagikan kepada pepejal, cecair dan gas  Bahagian pepejal biasanya 50% daripada isipadu tanah

 Saiz tanah menentukan partikel mineral; -

< 0.002 mm diklasifikasikan sebagai liat

-

0.002 mm hingga 0.005 mm sebagai kelodak

-

>0.005 mm sebagai pasir

-

> 2.000 mm sebagai batu

Figure 1-Segitiga Tekstur Tanah

3. Tekstur tanah memberi kesan yang besar terhadap pertumbuhan pokok tetapi secara tidak langsung 4. Struktur tanah iaitu partikel tanah yang berkumpul dan membentuk kumpulan yangb lebih besar. Boleh diterangkan melalui kelas atau saiz, darjah dan perbezaan

5. Ketumpatan pukal (bulk density) ialah jisim/isipadu tanah yang diukur 6. Ketumpatan tanah yang tinggi bermakna tanah itu padat 7. Kebanyakan ketumpatan pukal tanah mineral ialah di antara 2.60 g/cm 3 dan 2.75 g/cm3 8. Tanah gambut pula ialah 0.2 g/cm3 dan tanah pasir ialah 1.9 g/cm3 9. Isipadu ruang ialah isipadu yang tidak dipenuhi oleh pepejal, kebiasaannya dipenuhi oleh air dan gas 10.Tekstur tanah yang kasar, lebih poros tetapi ia mempunyai isipadu ruang yang lebih kecil. Kenapa??? Ia berkaitan dengan JPL/I 11.Isipadu ruang ada 2;  Kapilari  Non-kapilari 12.Apabila kandungan kapilari banyak, ia bermaksud boleh memegang air yang banyak di dalam tanah da juga sebaliknya 13.Tanah berpasir mempunyai isipadu ruang 35%-50%. Manakala tanah bertekstur mempunyai isipadu ruang 40%-60% 14.Isipadu ruang tanah gambut adalah besar, jadi ia boleh menyerap air dalam kuantiti yang banyak dan besar 15.Porosity adalah istilah kepada kecepatan pengaliran air. kebanyakan tanah mempunyai porosity 30%-65% 16.Pertukaran udara di dalam tanah di udara dan udara di atmosfera berlaku dalam bentuk diffusion (penyerapan). Contoh O2 di atmosfera 17.Penggunaan meningkat

jentera

boleh

memampatkan

tanah,

ketumpatan

pukal

18.Apabila ketumpatan pukal tinggi, berlakunya kadar penurunan kadar penyerapan udara dan air. oleh itu, takungan air terdapat pada atas tanah tersebut 19.Pemadatan tanah banyak berlaku pada tanah yang berair berbanding tanah yang kering dan juga banyak berlaku pada tanah liat berbanding tanah berpasir WARNA TANAH

1. Warna digunakan pengelasan tanah

untuk

membezakan

horizon

tanah

dan

membuat

2. Warna tanah bergantung kepada proses pembentukan tanah 3. Warna tanah tiada kaitan dengan pertumbuhan pokok. Tetapi warna tanah boleh menunjukkan ciri tanah iaitu;  Asal-usul tanah tersebut  Tahap pengoksidaan dan penurunan dalam tanah  Kandungan bahan organik  Larut resap atau pengumpulan bahan kimia, seperti besi, yang mungkin mempengaruhi kualiti tanah

SUHU TANAH 1. Suhu tanah ialah keseimbangan yang berlaku di antara pengaliran haba keluar dan masuk ke dalam tanah 2. Punca kehilangan suhu tanah ialah melalui radiasi, pengaliran dan pancaran tanah serta pengewapan air pada sesetengah kes 3. Suhu tanah pada umumnya berkurang apabila latitud dan ketinggian bertambah 4. Arah cahaya matahari juga mempengaruhi suhu tanah 5. Haba pada tanah dipengaruhi oleh;  Tekstur tanah  Kandungan air di dalam tanah  Bahan organik yang terkanduing di dalam tanah

6. Bahan organik mempunyai konduktiviti yang rendah, jadi tanah yang mempunyai kandungan bahan organik yang tinggi kebiasaanya lebih sejuk 7. Pertumbuhan akar juga dipengaruhi oleh suhu tanah 8. Bekalan kelembapan dalam tanah mengawal jenis pokok yang boleh tumbuh. eg. bakau di kawasan berair

AIR 1. Air adalah;  Pelarut nutrient dan ion  Medium aktiviti ekoenzim yang dihasilkan oleh mikroorganisma tanah  Mempengaruhi suhu tanah dan pengudaraan

2. Air bergerak daripada kawasan berkepekatan mineral yang rendah ke kawasan yang berkepekatan mineral yang tinggi 3. Jumlah pergerakan air bergantung kepada perbezaan tenaga di antara 2 zon, istilahnya ialah POTENSI 4. POTENSI ada 3 komponen; •

Potensi Matrik- air dipegang pada tanah pasir dan tanah yang beruang kecil lebih ketat daripada tanah poros

•

Potensi Osmosis- berkaitan dengan tindakan kapilari

•

Potensi Graviti- pergerakan akibat daripada tarikan graviti

5. Jumlah potensi air tanah ialah gabungan potensi matrik, potensi osmosis dan potensi graviti 6. Unit potensi air tanah yang biasa ialah 0.0 MPa-3.5 MPa. Nilai 3.5 MPa menunjukkan tanah itu basah 7. Istilah-istilah yang berkaitan dengan air dan tanah;  FIELD CAPACITY (Keupayaan Lapangan) -

Jumlah air yang dipegang oleh tanah selepas air yang berlebihan telah dikeluarkan oleh tarikan graviti. Iaitu kandungan air dalam tanah selepas 24 jam hujan telah berhenti

 PERMANENT WILTING POINT (Titik Layu Kekal) -

Bila tumbuhan mencapai tahap ini, apabila disiram tidak akan segar kembali, serta tidak mati

 WATER HOLDING CAPACITY (Keupayaan memegang Air) -

Jumlah air yang boleh dipegang oleh tanah pada satu-satu masa, iaitu keupayaan sebenar tanah boleh menampung air. eg. bila air bertakung, maka ia melebihi keupayaan memegang air

 INFILTRATION (Infiltrasi) -

Kadar kemasukan air ke tanah daripada permukaan

-

Kadar infiltrasi bergantung kepada; •

Kadar air yang dimasukkan ke permukaan

•

Kandungan air di dalam tanah tersebut

•

Ciri-ciri fizikal tanah (fizikal eg. liat, kelodak, pasir)

8. Salah satu ciri lantai hutan ialah mempengaruhi kadar pergerakan air di dalam tanah

KATION DAN ANION DI DALAM TANAH 1. Tanah mengandungi bahan kimia terlarut iaitu kation dan anion 2. Jumlah caj anion dalam tanah biasanya antara 100µmolc/L-500µmolc/L (mikromolarcaj/Liter 3. Cl-, S-4, NO3-1 4. Natrium, Kalium, Kalsium, Magnesium dan Aluminium adalah kation tanah yang kerap dijumpai 5. Selain kation dan anion, ada juga gas, bahan kimia terlarut dan asid silica 6. WEATHERING ialah istilah bagi pembebasan ion daripada mineral primer dan mineral sekunder 7. Dalam pertukaran kation, kation yang kecil dan mempunyai valensi yang tinggi (caj/atom) adalah adalah dipegang lebih kuat daripada kation yang besar yang mempunyai valensi yang kecil. Contoh; •

Na+ > Ca2+

•

NH4+ > Mg2+ > Ca2+ > Al3+

8. Ion hydrogen banyak mempengaruhi tindak balas yang berlaku

9. Ion hydrogen adalah bebas, terlibat dalam banyak proses tindak balas kimia; hidrolisis, redoks 10.Pengiraan berdasarkan logaritma boleh menentukan pH  pH= - log AH+  di mana AH+ adalah jumlah ion H+ yang terdapat

11.Dalam keadaan tanah terdeoksida, pH tanah biasanya ialah antara 3.5-8.0 12.Apabila ion H+ dikeluarkan atau dimasukkan ke dalam tanah, pH tanah tidak terus berubah. Ini dipanggil sebagai WELL-BUFFERED SOILS (Penampanan Tanah) 13.Kenyataan ini menyatakan bahawa pH tidak sangat mempengaruhi dalam pertumbuhan pokok 14.Nutrient yang diserap oleh akar adalah dalam bentuk bukan organik; HPO4-, NO3-, K+ dan NH4+ 15.Pengambilan nutrient dalam tanah oleh tumbuhan melibatkan beberapa factor;  Kepekatan nutrient di dalam tanah (semakin pekat, semakin banyak diserap oleh akar)  Larutan juga ada KEUPAYAAN PEMAMPANAN  Luas permukaan akar dan juga mycorrhizae

KINETIK PENGAMBILAN 1. Pengambilan ion-ion melalui membrane akar ada 2;  AKTIF -

Menggunakan tenaga makanan yang dihasilkan oleh daun

 PASIF -

Perbezaan elektrokimia di antara akar dan tanah (semua proses ini dibantu oleh enzim)

2. Kinetic Pengambilan diperkenalkan oleh Machaels Menten

V=kadar pengambilan kepekatan V max=kadar pengambila kepekatan kepekatan terhad C=kepekatan nutrient di dalam tanah Km=apabila V=1/2 V max Contoh; V max=40 C=8

V max

Kinetik5 Pengambil an

dalam

tanah

apabila

Maka, V=40 x 8 + 8=72

Km=5 Larutan tanah, µmolc/L

3. Nutrien sampai kepada akar melalui 3 cara;  INTERCEPTION-Akar tumbuh kepada nutrient  MASS FLOW (Pergerakan Secara Perlahan-lahan)-Pergerakan nutrien melalui air dalam tanah  DIFFUSSION-Kepekatan larutan di permukaan akan berkurang, maka nutrien dari tanah akan bergerak ke akar 4. Cara pergerakan nutrient ke akar melibatkan nitrien yang tidak mobil 5. Kepentingan MASS FLOW dan DIFFUSSION; •

Kandungan tanah air

•

Kadar pengambilan air

•

Kadar interaksi nutrien dengan kumin tanah

•

Kepekatan ion tersebut dalam larutan

•

Keperluan tumbuhan tersebut

BIOLOGI TANAH HUTAN 1. Bilangan aktiviti dan jenis organisma di tanah hutan adalah lebih tinggi berbanding dengan tanah pertanian 2. Haiwan tanah (yang kecil) tempat tinggal mereka biasanya berada di permukaan hutan atau lantai hutan •

Mereka bergerak, tempat mereka biasanya banyak di kawasan makanan mereka (bahan organik)

3. Mikroflora sebaliknya boleh dijumpai di lapisan horizon yang berlainan, dengan setiap jenis horizon memenuhi nice mereka  Organisma fotosintesis seperti alga biru hijau terdapat di permukaan

 Ada organisma yang tidak dapat membuat makanan sendiri mendapatkan karbon (C) daripada udara (CO2) dan bahan organik 4. Dua kumpulan besar organisma; tumbuhan dan haiwan 5. Kita boleh membuat pengelasan berdasarkan fungsi organisma tersebut;  Sumbangan kepada pembentukan tanah  Ciri-ciri tanah 6. Jenis Fauna  MAKRO FAUNA -

>2.0 mm

-

Contoh; haiwan kecil, cacing tanah, anai-anai

-

Mereka boleh mewujudkan ruang yang besar yang mempengaruhi kada pengaliran air (infiltration) dan pertukaran gas (gas exchange)

-

Mereka bertanggungjawab sebagai pencampur tanah

-

Biasanya makan makanan yang mengandungi nisbah C dan N yang tinggi

mana kadar

 MESO FAUNA -

0.1 mm-2.0 mm

-

Boleh masih bergerak di dalam tanah, tetapi mereka tidak ada pengaruh terhadap struktur tanah

-

Contoh; mites (hama/tungau)

-

Sangat penting dalam proses penguraian dan proses pemineralan (mineralization processes)

 MIKRO FAUNA -

<0.1 MM

-

Tiada tenaga untuk keluar dan bergerak

-

Contoh; Protozoa, Turbelarria, cacing, rotifers, Nematod dan cacing castrotricha

-

Pemangsa kepada fungi dan bacteria

-

Mengawal populasi fungi dan bacteria

-

Penting dalam proses neutralizasi

7. Jenis Flora, mikro flora ada 3 kumpulan; mikro flora bacteria (actinomycetes), fungi dan algae. Pengelasan flora boleh dibuat berdasarkan sumber tenaga dan karbon  HETEROTROPHIC -

Memerlukan bahan organik sebagai sumber tenaga dan Carbon

 AUTOTROPHIC -

Mendapat tenaga dan Carbon melalui proses fotosintesis dan boleh mengoksidakan bahan organik kepada karbon

8. Kebanyakan bacteria, kulat protozoa dan fauna tidak boleh membuat makanan sendiri 9. Cuma beberapa jenis algae yang boleh membuat makanan sendiri 10.Bacteria dan kulat banyak dijumpai di kawasan yang berudara banyak, Cuma bacteria sahaja yang boleh hdup di kawasan kekurangan udara 11.AUTOTROPHIC bacteria boleh dibahagikan kepada 2 kumpulan;  FOTOAUTOTROPHIC, mendapat tenaga daripada matahari  CHEMOAUTOTROPHIC, mendapat tenaga daripada pengoksidaan 12.Bacteria yang hidup bebas; genus Azomonas, Azotobacter, Beijerinckia dan Azospiillum 13.Pengikatan simbiosis Nitrogen adalah sangat penting dalam tanah hutan. Contoh; tumbuhan Leguminosae dan bacteria daripada genus Rhizobium bersimbiosis lalu memebentuk nodul  Nodul tersebut akan mengikat gas-gas Nitrogen (N2) kepada bentuk organik 14.Bacteria yang menghuraikan bahan organik memainkan peranan yang penting dalam proses penguraian lantai hutan 15.Kadar penguraian dipengaruhi oleh kandungan Nitrogen bahan organik tersebut dengan bahagian yang tinggi dengan protein akan dihuraikan terlebih dahulu

16.Biojisim tanah hutan adalah majoritinya adalah kumpulan fungus, di tanah yang berasid. eg. tropika 17.Kulat tanah dibahagikan kepada 2 kelas;  HYPHOMYCETES  ZYGOMYCETES 18.Kalau dibahagikan daripada segi fungsi; i.

Kumpulan penghurai selulosa dan sebatian yang berkaitan

ii.

Penghurai protein -

Menggunakan sumber Carbon dan Nitrogen dan juga sebagai Nitrogen dan NH4 kepada tanah

iii.

Pemangsa kepada flora tanah

iv.

Kumpulan yang boleh menyebabkan penyakit (parasit)

v.

Fungus yang boleh bersimbiosis (mycorrhizae)

vi.

Pengakaran fungi (yang boleh berakar) atau dipanggil mycelia yang membantu proses pengairan air

ALGAE i).

Hijau

ii).

Biru Hijau

iii).

Kuning Hijau

iv).

Diatom (alga satu sel) 1. Mereka mempuntai klorofil, iaitu fotoautotrophic 2. Fungsi mereka;  Membantu dalam pencairan tanah  Menukarkan bahan inorganic kepada bahan organik  Sebahagian alga biru hijau boleh mengikat Nitrogen 3. Seperti mikroorganisma, akar tumbuhan peringkat tinggi juga memainkan peranan yang penting dalam penggemburan tanah  Akar yang tumbuh dan mati dalam tanah adalah sumber nutrient kepada mikroorganisma tanah  Kawasan tersebut dipanggil RHIZOSPHERE

Kawasan Rhizosphere

4. Factor yang mempengaruhi ketumpatan populasi dan kepelbagaian spesies mikroorganisma tanah;  Bekalan oksigen dan kelembapan  Suhu tanah  Bekalan nutrient dan bahan organik  Jumlah dan ciri-ciri bahan organik yang ada (bila lignin banyak, kadar kadar penghuraian berkurang)