DASAR ILMU TA AH Bab 5: Sifat Kimia Tanah
ph tanah Pertukaran Ion Kejenuhan Basa Sifat Kimia Tanah 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 2 O 2 H + + O -2 ph = - log [ H + ] H + OH - H + OH - H +OH - Asam ph = 6.0 Netral ph = 7.0 Alkalin ph = 8.0
Kemasaman Netral Alkalinitas 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 CO 2 Bahan Organik H+ Larutan Tanah Hydroksi polimer Bio Serapan & Pelepasan Pelapukan Mineral
Sumber & Klas Kemasaman Tanah Al 3+ dan H + adalah sumber utama kemasaman tanah OH - Al 3+ AlOH 3+ Al(OH) 2+ Al (OH) 3 H + 3 tipe kemasaman tanah Kemasaman aktif Kemasman dapat dipertukarkan Kemasaman Residual
Proses Pemasaman Pencucian kation basa, Ca 2+, K +, Mg 2+ clay-ca + H 2 O clay clay-2h + Ca 2+ + 2OH - CO 2 dari respirasi C 6H 12 O 6 + 6O 2 CO 2 + 6H 2O CO 2 + 6H 2 O H 2 CO 3 HCO 3- + H + Asam-2 organik dihasilkan oleh akar, mikroba H + dilepas oleh akar, dan oksidasi amonium & senyawa lainnya
Perubahan ph oleh aktifitas manusia: pemasaman Pupuk kimia (buatan) contoh pupuk N NH 4+ + 2O 2 NO 3- + H 2 O + 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 Ca 2+, Mg 2+ CaCO 3 + 2H + Ca2+ + CO 2 + H 2 O Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca 2+, Mg 2+ Kapur terhidrasi (hidroksida Ca 2+, Mg 2+ 2+ ) 2+ )
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 35-40% panen pangan dunia berasal dari lahan beririgasi
Sumber Alkalinitas Di daerah arid dan semiarid komplek pertukaran didominasi: Ca 2+, Mg 2+, K +, Na + Adanya karbonat dan bikarbonat pada tanah alkalin terkait dengan disolusi CO 2 : 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 H 2 O 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 H PO - 2 4 ) disebut kapasitas tukar anion (KTA) tanah, Kemampuan bahan bermuatan negatif untuk mengikat ion positif (misalnya K +, Ca 2+ ) 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 tanah- tanah 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: Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, NH 4+, H +, Al 3+. 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): (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 Ca 2+ dan Mg 2+. Muatan tersebut tergantung ph (ph-dependent 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 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 (Ca 2+, Mg 2+, 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 + = NH 4+ > Na +
Satuan KTK Satuan : cmol (+) / kg atau meq/100g Molar muatan = 6 x 10 23 Centimole muatan = 6 x 10 21 Miliequivalent muatan = 6 x 10 20 JADI: 1 meq/100 g = 1 cmol (+)/kg
KTK tanah, mineral liat & humus 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
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 (Ca 2+, Mg 2+, 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% atau KB = 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 Al 3+ dan H + (basa), terutama Al 3+, racun bagi tanaman kasus tanah-tanah masam di Indonesia
Data Pertukaran Kation beberap tanah Karakteristik Tanah Daerah Humid (Alfisol) Tanah Daerah Semi arid (Aridisol) Tanah Daerah arid (Natrargids) Ca dapat ditukar (cmol/ kg) 6-9 14-17 17 12-14 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 18 20-26 26 20-26 26 Kejenuhan Basa (%) 66.6 90-95 95 100 Kemungkinan ph 5.6-5.8 5.8 ~ 7 8-10
Clay loam Clay loam + lime Sandy loam 10.10 20 18 16 14 12 10 H + & Al 3+ H + H + CEC, cmol kg -1 Base-forming cations Base-forming cations Baseforming cations 8 6 4 2 0 Base saturation: 50 % 80 % 80 % ph: 5.5 6.5 6.5
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.