TINJAUAN PUSTAKA Bahan Induk Andisol Tanah Andisol adalah tanah yang berwarna hitam kelam, sangat porous, mengandung bahan organik dan lempung tipe amorf, terutama alofan serta sedikit silika, alumina atau hodroxida-besi. Tanah yang terbentuk dari abu vulkanik ini umumnya ditemukan didaerah dataran tinggi (>400 m di atas permukaan laut) (Darmawijaya, 1990). Andisol adalah tanah yang berkembang dari bahan vulkanik seperti abu vulkan, batu apung, silinder, lava dan sebagainya, dan atau bahan volkanik lastik, yang fraksi koloidnya didominasi oleh mineral Short-range order (alofan, imogolit, ferihidrit) atau kompleks Al-humus. Dalam keadaan lingkungan tertentu, pelapukan alumino silikat primer dalam bahan induk non-vulkanik dapat menghasilkan mineral Short-range order, sebagian tanah seperti ini yang termasuk dalam Andisol (Hardjowigeno, 1993). Bahan induk tanah penting dalam mendeterminasi karakteristik tanah. Bahan induk dianggap sebagai pembentuk tanah yang penting oleh para perintis pedologi. Oleh karena itu tidak mengherankan kalau klasifikasi tanah dan survei tanah pada masa itu didasarkan pada bahan induk, sehingga tanah-tanah diberi nama andesit, abu vulkan dan sebagainya (Hardjowigeno, 1993). Andisol merupakan tanah-tanah mineral dimana fraksi aktifnya dicirikan oleh bahan-bahan amorf (minimal 50%). Tanah-tanah ini mempunyai kapasitas sorpsi tinggi, kandungan bahan organik yang tinggi, bulk density rendah, dan bersifat tidak lekat atau lengket. Mempunyai duripan, terletak dari 25 cm sampai
1 meter di dalam tanah, atau ph diukur dengan 1 gram tanah halus tercampur dengan 1 N NaF, adalah sebesar 9,2 atau lebih yang menunjukkan adanya mineral alofan di dalam tanah (Tan, 1998). Bila akan dianggap mempunyai sifat-sifat Andik, menurut Tan (1998) Andisol itu harus mengandung <25% (berat timbang) karbon organik, serta memenuhi satu di antara syarat-syarat dibawah ini, atau memenuhi syarat-syarat keduanya, yaitu: Syarat 1 Di dalam fraksi tanah halus semua poin di bawah ini harus dipenuhi : a) % Al + ½ Fe = 2 % atau lebih (ekstraksi dengan NH 4 -oksalat) b) Bulk density = 0,9 g/cc atau lebih rendah, yang diukur pada retensi air dengan tekanan 33 kpa, dan c) Retensi fosfat = 85 %, atau lebih Syarat 2 Fraksi tanah halus mempunyai retensi fosfat = 25 % atau lebih dan fraksi 0,02-2,0 mm = 30 % atau lebih, serta memenuhi satu di antara tiga poin di bawah ini : a) % Al + ½ Fe = 0,40 % atau lebih (ektraksi dengan NH 4 -oksalat), dan 30 % (atau lebih) gelas volkanik di dalam fraksi 0,02-2,0 mm, atau b) % Al + ½ Fe = 2,0 % atau lebih (ektraksi dengan NH 4 -oksalat), dan 5 % (atau lebih) gelas volkanik di dalam fraksi 0,02-2,0 mm, atau c) % Al + ½ Fe = 0,40 2,0 % atau lebih (ektraksi dengan NH 4 -oksalat), dan 30 % (atau lebih) gelas volkanik yang cukup besar di dalam fraksi
0,02-2,0 mm, hingga kandungan tersebut bila dimasukkan ke dalam suatu grafik dengan % Al + ½ Fe tersebut. Di Indonesia, Andisol terbentuk dari Lahar, tuffa, dan debu volkanik berasal dari pegunungan Bukit Barisan di Sumatera dan daerah pegunungan di pulau Jawa yang menjalar dari barat sampai ke timur. Lahar merupakan bahanbahan volkanik lepas dan tersusun dari pecahan-pecahan batuan, butir-butir mineral, dan gelas volkanik (Tan, 1998). Andisol merupakan tanah mineral yang tidak mempunyai horison argilik, natrik spodik dan oksik, tetapi mempunyai satu atau lebih dari: epipedon histik, epipedon mollik, epipedon umbrik, horison kambik, horison plakik, duripan, atau pada jeluk 18 cm setelah dicampur mempunyai value kurang dari 3 (lembab) dan mempunyai kandungan bahan organik lebih dari 3 persen (Munir, 1986). Sifat-sifat bahan induk akan menimbulkan pengaruh yang kuat terhadap perkembangan tanah meliputi tekstur, susunan mineralogi dan derajat stratifikasi. Keadaan bahan induk akan mempunyai efek yang menentukan pada tanah. Tanah muda terdapat 5 tahap dalam perkembangan tanah yaitu tahap awal: bahan induk yang terkikis, tahap Yuwana (muda): pengikisan sudah mulai, tahap dewasa: mineral yang mudah terkikis sebagian besar sudah berombak, tahap tua: perombakan sampai pada tahap akhir dan hanya kebanyakan mineral yang paling resisten dapat bertahan, tahap akhir: perkembangan tanah telah selesai dan tanah terkikis habis di bawah keadaan yang berlaku (Foth, 1994). Soil Taxonomy (1990) mencirikan Andisol dengan sifat Andik dari kelas tanah-tanah yang dibentuk dari bahan induk abu volkanik yang mengandung amorf tinggi. Menurut Munir (1986) dicirikan dengan sifat berikut:
1. Berat jenis volume (BV) dari tanah halus (kurang dari 2mm)pada kapasitas lapang (1/3 bar) rendah (< 0,85gr/cm 3 ). 2. Mengandung bahan piroklastik vitrik (bahan volkanik) tinggi (> 80 o / o ). 3. Mengandung bahan amorf (alofan) tinggi sehingga mempunyai sifat amorf terhadap sinar X, Bersatu dengan bahan organik dan sedikit Al dapat ditukar, KTK >150 me/100gr liat pada ph 8,2, luas permukaan besar dan banyak menahan air. Bentukan vulkanis terjadi disebabkan karena adanya peletusan dari suatu gunung dan umumnya terjadi pada zaman kuarter dimana proses vulkanisme mencapai puncak kegiatannya. Beberapa satuan petrografi dari bentukan vulkanis yaitu: (1). Tuff liparit, (2). Tuff Dasito Liparit, (3). Tuff Dasit Tua, (4). Tuff Dasit Muda, (5). Andesito Dasit (Druif, 1969). Dataran tinggi tanah Karo merupakan kawasan penyebaran Tuff Andesit dari lahar Gunung Sibayak. Namun semakin ke selatan tanah-tanah dataran tinggi Karo dipengaruhi juga oleh penyebaran Tuff Liparit yang berasal dari Gunung Toba (Tan, 1984). Andesit merupakan rangkaian intrusi batuan andesit yang tersingkap jelas pada puncak-puncak perbukitan. Andesit berwarna abu-abu kehijauan, berkomposisi antara hipersten hingga andesit-augit-hornblende dan trakiandesit. Kekerasan umumnya sangat keras. Hasil pelapukan berupa lanau, berwarna coklat kehitaman, plastisitas sedang dan lunak. Bahan galian andesit ini umumnya menempati daerah pemukiman, perkebunan, perladangan dan hutan (Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Utara, 2004).
Breksi andesit umumnya melapuk sedang berwarna kuning kecoklatan, komponen batuan andesitik (4-45cm) agak segar, menyudut tanggung, tertanam pada massa dasar pasir tufa berbutir kasar, agak padat sebagian mudah hancur. Lava andesit umumnya melapuk ringan berwarna abu-abu tua, padu, bertekstur kasar dan porfritik, terkekarkan cukup intensif dan terisi oleh mineral kuarsa (Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Utara, 2004). Andisol merupakan salah satu jenis tanah didaerah tropika yang memiliki sifat khas yang tidak dimiliki oleh jenis tanah yang lain. Tanah ini dicirikan oleh bobot isi yang rendah dan memilki kompleks pertukaran yang didominasi oleh bahan amorf yang bermuatan variabel serta retensi fosfat yang tinggi. Tanah yang terbentuk dari abu volkan ini umumnya ditemukan di daerah dataran tinggi (>400m di atas pemukaan laut) (Darmawidjaya, 1997). Andisol di Indonesia dapat dibedakan menjadi Andisol dataran rendah dan Andisol dataran tinggi. Andisol dataran rendah terbentuk pada dataran rendah dengan iklim tropika basah serta mempunyai rasio asam humat dan fulvat <0,2. Sedang Andisol dataran tinggi terbentuk pada elevasi yang lebih tinggi dengan iklim sedang, serta mempunyai rasio asam humat dan fulvat lebih dari 0,5. Akan tetapi Andisol di Indonesia umumnya terdapat di daerah gunung yang beriklim tropika basah (Munir, 1995). Andisol di Sumatera Utara yang terjadi di dataran di kaki Gunung Sibayak terbentuk pada iklim tropika basah, karena itu kandungan humus pada Andisol Sumatera mengandung asam fulvat relatif lebih tinggi dari pada daerah volkanik lainnya (Tan, 1998).
Proses pembentukan tanah yang utama pada Andisol adalah pelapukan dan transformasi (perubahan bentuk). Proses pemindahan bahan (translokasi) dan penimbunan bahan-bahan tersebut di dalam solum sangat sedikit. Akumulasi bahan organik dan terjadinya kompleks bahan organik dengan Al merupakan sifat khas pada beberapa Andisol (Hardjowigeno, 1993). Pelapukan dan Pembentukan Tanah Andisol Pelapukan adalah penghancuran sifat fisik dan kimia dari batuan, karena mineral-mineral dalam batuan tersebut tidak dalam keseimbangan pada suhu, tekanan dan kelembaban. Pelapukan sudah dimulai sebelum proses pembentukan tanah berlangsung sampai tidak ada lagi bahan-bahan yang mudah lapuk. Pelapukan terjadi baik di bawah solum maupun di dalam solum. Pelapukan pedokimia adalah pelapukan yang terjadi pada solum tanah yaitu horizon A dan B (Hardjowigeno, 1993). Menurut Hardjowigeno (1993), pelapukan pedokimia meliputi: 1. Oksidasi-Reduksi: Perubahan-perubahan keadaan oksidasi dan reduksi menghasilkan pelapukan Fe dan Mn dari mineral-mineral primer yang kemudian membentuk karatan atau konkresi dalam solum tanah. 2. Pelepasan Al dari kristal liat menjadi hidroksida: Terjadi pada proses penghancuran montmorillonit dalam solum tanah. 3. Pemindahan K dari Mika: Penggantian sedikit K + dari interlayer mika oleh H + tidak menyebabkan distorsi atau kehilangan keseimbangan (Aligment) yang berarti kapasitas tukar kation sedikit meningkat dan terbentuk mineral liat Illit.
4. Pembentukan lapisan Al pada mineral liat 2:1: Suatu modifikasi mineral secara pedogenik pada tanah masam, adalah pengendapan gugusan hidrokxy- Al diruang antar barisan (Interlayer-space) dari vermikulit (kadang-kadang juga pada montmorilonit). Proses pembentukan tanah secara garis besar dibedakan atas proses pelapukan dan pembentukan tanah. Proses pelapukan merubah batuan induk menjadi bahan induk tanah lalu berubah menjadi tanah, selanjutnya proses perkembangan tanah akan menghasilkan horizon-horizon genetik ditubuh tanah tersebut pada tanah yang sudah berkembang akan dijumpai horizon-horizon A, B, C dan R (Foth, 1994). Karena proses pembentukan tanah terus berjalan, maka bahan induk tanah berubah berturut-turut menjadi tanah muda, tanah dewasa dan tanah tua. Ciri dari masing-masing tingkatan perkembangan tanah adalah sebagai berikut: 1. Tanah muda (perkembangan awal): Terjadinya proses pembentukan tanah terutama proses pelapukan bahan organik dan bahan mineral, pencampuran bahan organik dan bahan mineral di permukaan tanah dan pembentukan struktur tanah karena pengaruh dari bahan organik tersebut (sebagai perekat). Hasilnya adalah pembentukan horizon A dan horizon C. 2. Tanah dewasa (perkembangan sedang): Dengan proses lebih lanjut terbentuk horizon B akibat penimbunan liat (illuviasi) dari lapisan atas ke lapisan bawah atau perubahan warna yang menjadi lebih merah pada horizon C di bawahnya. Pada tingkat ini tanah mempunyai kemampuan berproduksi tinggi karena unsur hara dalam tanah cukup tersedia sebagai hasil dari pelapukan mineral, sedangkan pencucian unsur hara belum lanjut.
3. Tanah tua (perkembangan lanjut): Dengan meningkatnya unsur hara, maka proses pembentukan profil tanah berjalan lebih lanjut sehingga terjadi perubahan yang lebih nyata pada horizon A dan horizon B. Tanah menjadi sangat masam, sangat lapuk, dan kandungan bahan organik lebih rendah daripada tanah dewasa. Akumulasi liat atau sesquioksida di horizon B sangat nyata sehingga membentuk horizon argilik (Bt). Apabila tidak terjadi penimbunan liat maka horizon E tidak terbentuk, sedang di horizon B tidak terjadi sesquioksida. Tetapi proses pelapukan akan berjalan terus dan terbentuklah banyak oksida-oksida besi dan aluminium (Hardjowigeno, 1993). Faktor pembentuk tanah terdiri atas bahan induk dan organik lingkungan dan mempengaruhi perubahan bahan induk menjadi tanah. Walaupun organik pembentuk tanah disebut sebenarnya sangat banyak tetapi yang terpenting menurut Jenny (1941) adalah iklim (i), relief (r), organisme (o), bahan induk (b) dan waktu (w), juga faktor-faktor lain misalnya gravitasi bumi dan lain-lain (Hardjowigeno, 1993). Pembentukan tanah berlangsung dengan proses pelapukan, dekomposisi dan mineralisasi lebih lanjut. Banyaknya waktu yang diperlukan untuk pembentukan tanah berbeda-beda. Tanah yang berkembang dari batuan yang keras memerlukan waktu yang lebih lama untuk pembentukan tanah dibandingkan dengan tanah yang berasal dari bahan induk lunak dan lepas. Proses pembentukan tanah mula-mula berjalan agak cepat tetapi makin tua tanah proses tersebut berjalan sangat lambat (Hardjowigeno, 1993).
Pada umumnya reaksi tanah menyatakan keadaan unsur basa di dalam tanah. Tanah asam banyak mengandung ion H + yang dapat ditukar, sedangkan tanah alkalis kaya akan unsur-unsur basa yang dapat ditukar. ph tanah hanya merupakan ukuran intensitas keasaman tanah, bukan kapasitas jumlah unsur hara (Darmawidjaya, 1990). Asam Humat dan Fulvat Bahan organik adalah bagian dari tanah yang merupakan suatu sistem kompleks dan dinamis, yang bersumber dari sisa tanaman dan atau binatang yang terdapat di dalam tanah yang terus-menerus mengalami perubahan bentuk, karena dipengaruhi oleh faktor biologi, fisika, dan kimia. Proses dekomposisi bahan organik akan menghasilkan asam-asam organik seperti asam fulvat dan asam humat yang merupakan sumber muatan negatif. Pembentukan kompleks Al dengan asam organik merupakan salah satu mekanisme toleransi tanaman terhadap Al. Asam organik berperan dalam eksklusi Al melalui pelepasannya dari akar dan detoksifikasi Al dalam simplas dimana asam organik dapat mengkelat Al dan mereduksi atau mencegah pengaruh racun dari Al (Kononova, 1961). Secara umum, komposisi bahan organik tanah didominasi oleh fraksi humin yang berat molekulnya sangat besar, fraksi asam humat yang berat molekulnya sedang, dan fraksi asam Fulvat yang berat molekulnya lebih rendah. Asam Humat adalah fraksi yang larut dalam alkali tetapi tidak larut dalam asam atau air. Asam Humat mampu berinteraksi dengan ion logam, oksida dan hidroksida mineral. Hal ini karena asam humat mengandung gugus fungsional aktif seperti karboksil, fenol, karbonil, hidroksida, alkohol, amino, kuinon dan metoksil, serta bentuknya yang berpori sehingga memiliki luas permukaan yang
besar. Asam ini berpengaruh kuat terhadap kapasitas penjerapan tanah (Stevenson, 1994). Pembentukan khelat-khelat, yang menyebabkan akumulasi humus didalam Andisol sebetulnya tak terbatas pada reaksi-reaksi antara Al dan asam humik, tetapi Si dalam bentuk ortho-silicic acid (H 4 Si 4, asam ortho-silikat) juga sanggup berkhelasi dengan asam humik. Proses khelasi jarang sekali dilaporkan di dalam ilmu tanah, tetapi dengan majunya asam humik diketahui dewasa ini bahwa disamping bereaksi dengan logam-logam, asam humik juga mengikat banyak sekali Si yang merupakan hasil hancuran iklim debu volkanik seperti halnya dengan Al bebas di dalam Andisol. Khelat-khelat ini bisa bersifat linear atau siklik, dan dinamakan silicones. Formula umun berupa R 2 (Si 2 O 2 ), dimana R adalah radikal organik, yang bisa merupakan gugus metil CH 3, gugus etil C 2 H 5, atau suatu molekul kompleks seperti asam humik (Tan, 1998). Asam fulvat mengandung karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, asam lemak, dan alkil ptalat. Komposisi kandungan tersebut sangat bergantung jenis tanah dan lingkungan agroklimatnya (Orlov, 1985). Dari ekstraksi humus akan diperoleh senyawa asam humat yang larut dalam basa, asam fulvat yang larut dalam asam, dan humin yang tidak dapat larut. asam humat dan asam fulvat mengandung unsur-unsur anorganik dan senyawasenyawa organik yang berperan sebagai pupuk dan pembenah tanah (Tan, 1991). Asam humat merupakan bahan makromolekul polielektrolit yang memiliki gugus fungsional seperti -COOH, -OH fenolat maupun -OH alkoholat sehingga asam humat memiliki peluang untuk membentuk kompleks dengan ion logam
karena gugus ini dapat mengalami deprotonasi pada ph yang relatif tinggi. (Schnitzer, 1991). Sebelum membahas lebih lanjut tentang pengaruh asam humat terhadap sifat kelarutan logam pada berbagai ph perlu dikemukakan bahwa disamping memiliki kemampuan untuk berfungsi sebagai ligan dalam pembentukan kompleks dengan ion logam, asam humat juga memiliki kemampuan untuk mengalami koagulasi pada ph rendah (Schnitzer, 1967). Deprotonasi gugus-gugus fungsional asam Humat akan menurunkan kemampuan pembentukan ikatan hidrogen, baik antar molekul maupun sesama molekul dan meningkatkan jumlah muatan negatif gugus fungsional asam Humat, sehingga akan meningkatkan gaya tolak menolak antar gugus dalam molekul asam humat. Kedua pengaruh tersebut akan menyebabkan permukaan partikelpartikel koloid asam Humat bermuatan negatif dan menjadi lebih terbuka serta berbentuk linear dengan meningkatnya ph. Salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutan asam humat adalah ph, yang lebih lanjut akan mempengaruhi disosiasi gugus yang bersifat asam pada asam humat. Disosiasi proton yang terjadi pada gugus fungsional yang bersifat asam pada asam humat dipengaruhi oleh: atraksi elektrostatik atau tolakan muatan yang ada dalam molekul dan ikatan hidrogen sesama dan antar molekul (Swift, 1989). Pelapukan bahan organik menghasilkan asam-asam organik seperti asam humat dan fulfat yang bersifat polielektrolit. Kedua asam ini memegang peranan penting dalam pengikatan Al dan Fe sehingga P menjadi tersedia. Keefektifan pengikatan tersebut dipengaruhi oleh struktur bahan organik yang ditambahkan dan ph medium (Russel, 1973).
Senyawa organik yang cukup memungkinkan terjadinya khelat yaitu senyawa organik yang berikatan dengan kation logam (Fe, Mn, dan Al). Terbentuknya khelat logam akan mengurangi pengikatan P oleh oksida maupun lempung silikat sehingga P menjadi lebih tersedia (Soepardi, 1983). Bersama bahan lempung, bahan-bahan humat bertanggung jawab atas sejumlah aktivitas kimia dalam tanah. Mereka terlibat dalam reaksi kompleks dan dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman secara langsung dan tidak langsung. Senyawa humat juga berperan serta dalam pembentukan tanah dan memainkan peranan penting khususnya dalam translokasi atau mobilisasi lempung, aluminium dan besi yang menghasilkan horison spodik dan argilik. Oleh karena itu gunanya yang sangat penting dalam kesuburan tanah, belakangan ini telah dilakukan usaha-usaha untuk memproduksi bahan-bahan humat dan fulvat dalam skala besar untuk dipakai sebagai amandemen tanah atau bahan pembenah tanah, dan pupuk organik (Tan, 1998).