Sifat Kimia Tanah

DASAR ILMU TAAH

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) 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.