Dasar Ilmu Tanah semester ganjil 2011/2012 (EHN & SIN) Materi 08: Sifat Kimia (1): ph, KTK, KB

Dasar Ilmu Tanah semester ganjil 2011/2012 (EHN & SIN) Materi 08: Sifat Kimia (1): ph, KTK, KB

ph tanah

ph tanah ph tanah sifat kimia tanah yang amat penting (sifat fisik yang amat penting adalah tekstur tanah) Mengetahui ph tanah akan dengan cepat mengetahui apakah tanah sesuai untuk pertumbuhan tanaman dan unsur hara apa yang akan menjadi pembatas Ion hidrogen adalah proton yang di alam selalu bereaksi dengan air (H 2 0) membentuk ion hidronium, seperti H 3 O +

Pengukuran Keasaman Keasaman (atau kebasaan) suatu larutan diukur menggunakan skala ph (karena kecilnya konsentrasi) Skala ph menunjukkan konsentrasi ion hidronium dalam suatu larutan Skala ph berkisar dari 0 sampai dengan 14, dimana 7 dinyatakan sebagai netral ([H 3 O + ] = [OH - ]),

ph Larutan asam jika ph < 7.0 Larutan alkalin jika ph > 7.0 Asam dapat didefinisikan sebagai donor proton, senyawa kimia yang meningkatkan konsentrasi ion H dalam larutan Sebaliknya, basa adalah akseptor proton, senyawa kimia yang menurunkan konsentrasi ion H dalam larutan

ph tanah- ukuran H+ dalam larutan tanah ph log negatif dari konsentrasi ion hidrogen (H + ) dalam larutan tanah ph = - log [ H + ] Skala ph adalah bagaimana mengukur keasamaan dan alkalinitas larutan -----netral (ph =7), jumlah H + = OH - Catatan Pada ph 6 terdapat 10x lebih banyak ion H + dibanding pada ph 7 Terdapat 100x lebih banyak ion H + antara ph 7 & 5

ph tanah Keasaman Aktif akibat aktivitas ion H + dalam larutan tanah pada waktu tertentu Keasaman Cadangan- ditunjukkan oleh H + dan Al 3+ yang mudah sekali ditukar dengan kation lainnya (ion bermuatan positif) H H H H H+ H+ H Ca++ H+ Mg Mg++ H+ Tanah Ca Ca++ H+ H+ H H H Na Keasamaan aktif Keasamaan Cadangan

Sumber keasaman dalam tanah Kation Hidrogen dan Aluminium penyebab keasaman tanah Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada ph 6 dan di atasnya. Di bawah ph 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karena disosiasi Al dari mineral liat. Aluminum menjadi lebih larut pada ph rendah Al 3+ + H 2 0 ----> Al(OH) ++ + H+ Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH) 2 + + H+ Al(OH) 2 + + H20 ---> Al(OH) 3 + H+

Sumber keasaman tanah 1. Nitrifikasi: Amonium menjadi Nitrat (oksidasi NH 4+ ) NH 4 + + 2O 2 ---> NO 3- + H 2 O + 2 H + 2. Dekomposisi BO Asam organik di ionisasi: R-COOH---> R-COO- + H + respirasi: CO 2 + H 2 O ----> H 2 CO 3 = H + HCO 3 -

3. Hujan asam Hujan asam disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil Pembakaran minyak, gas dan batubara di pabrik pemangkit listrik melepaskan Sulfur dioksida (SO 2 ) ke atmosfer Pembakaran bensin pada kendaraan bermotor menempatkan nitrogen oksida (NO X ) ke atmosfer Gas tersebut bercampur dengan butir-butir air di atmosfer menghasilkan larutan asam lemah nitrat dan sulfat Ketika terjadi hujan, larutan tersebut jatuh menjadi hujan asam

Sumber keasaman dalam tanah 4. Serapan kation basa oleh tanaman. Kation-kation basa merupakan sumber OH - untuk larutan tanah Ca ++, Mg ++, K +, = Kation basa yang diserap tanaman tidak lagi berkuntribusi OH - untuk larutan tanah Ion H + dilepaskan ke larutan tanah

Pencucian / Pelindian (Leaching) 5. Pencucian kation-kation basa - karena kation basa hilang dari larutan tanah oleh pencucian, kation tersebut tidak lagi berkontribusi ion OH- untuk menetralkan peningkatan jumlah ion H + Ca ++ + 2 H 2 0 ---> Ca(OH) 2 + 2H + -----> Ca ++ + 2OH -

Keasaman Tanah dan Pertumbuhan tanaman Keasaman tanah merupakan faktor cekaman lingkungan yang utama yang membatasi pertumbuhan tanaman Tanah-tanah asam tersebar luas di dunia mendominasi hampir 40% lahan pertanian Selain itu, hujan asam juga mempercepat pemasaman tanah Ion Aluminum (Al) terlarut dari tanah pada ph rendah. Ini merupakan faktor toksik yang utama untuk pertumbuhan tanaman pada tanah dengan ph rendah

Tanah sulfat asam Tanah surlfat asam terbentuk jika pirit* (mineral FeS 2 ) sedimen pantai dalam lapisan tanah bawah terekspos ke udara, mengalami oksidasi membentuk asam sulfat Berbagai tanah mineral bereaksi dengan asam dan melepaskan aluminium bebas yang toksik untuk kehidupan tanaman dan pantai Air yang berwarna kemerahan disebabkan oleh oksidasi besi *Pirit adalah mineral besi disulfida dalam batuan; sering dijumpai pada batuan sedimen dan metamorfik sebagai mineral primer atau halus

Tanah sulfat asam bersifat sangat asam (ph bisa < 3), horizon tanah merupakan hasil aerasi partikel tanah yang kaya besi sulfida (FeS) Tanah sulfat masam berpengaruh pada pekerjaan sipil, produktivitas pertanian, dan kualitas air di daerah pesisir

Pengapuran untuk menaikkan ph tanah

Mengapa perlu pengapuran? 1. Meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk tanaman 2. Memperbaiki struktur tanah 3. Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg 4. Merangsang pertumbuhan mikroorganisme bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada ph=6.5 5. Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk 6. Mengurangi kelarutan daya meracun logam terhadap tanaman

Kapasitas Penyangga Kemampuan tanah untuk bertahan karena perubahan ph. Jumlah H+ dalam larutan tanah sangat kecil dibanding H +, Al 3+ yang dijerap pada koloid tanah (cadangan) Netralisasi (penambahan basa) H+ larutan tanah (H+ terseingkir dari sistem) menghasilkan pergantian cepat ion H+ dari H+ dapat dipertukarkan pada koloid tanah CaCO3 jika ditambahkan ke tanah akan menetralisasi H+. CaCO3 = kapur dolomit = MgCO3 & CaCO3

Pertukaran Kation

Kapasitas Tukar Kation Kapasitas Tukar Kation (KTK) adalah jumlah kation dapat ditahan tanah Makin tinggi KTK tanah, makin tinggi kemampuan tanah menyimpan hara tanaman Kation adalah ion bermuatan + = Ca++, Mg++, K+, NH4+, KTK meningkat karena Meningkatnya jumlah liat Meningkatnya jumlah bahan organik Meningkatnya ph tanah

Pertukaran Kation Tanah Pertukaran Kation kemampuan tanah untuk menahan unsur hara dan mencegahnya hilang karena pencucian Kation adalah ion bermuatan + = Ca++, Mg++, K+, NH4+, Makin banyak katiaon dipertukarkan maka tanah lebih subur

Pertukaran Kation Pergantian antara suatu kation dalam larutan dengan kation lain pada permukaan bahan bermuatan negatif seperti LIAT atau BAHAN ORGANIK

Pertukaran Kation dipengaruhi oleh: 1) Kekuatan jerapan / adsorpsi: Al+3 > Ca2+ > Mg2+ > K+ =NH4+ > Na+ >H+ Diikat kuat --------------------------> mudah diganti 2) konsentrasi relatif kation dalam Larutan Tanah

Kapasitas Pertukaran Kation 1) jumlah kisi jerapan kation per satuan berat tanah atau 2) jumlah kation yang dapat dipertukarkan yang dapat dijerap tanah * KTK dinyatakan dalam milliequivalent (meq) per 100 g tanah kering oven Berat ekuivalen = berat atam atau molekul (g) valensi atau muatan per formula

Milliequivalent (MEQ) 1 meq berat KTK memiliki 6.02 x 10 20 kisi jerapan MEQ o beberapa kation yang umum Unsur Na+ K+ Ca++ Mg++ Valensi 1 1 2 2 Brt Eq. 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12 Brt MEQ 0.023 0.039 0.02 0.012

Soil Cation Exchange Capacity In most soils, 99% of soil cations can be found attached to micelles (clay particles & organic matter) and 1% can be found in solution. Cations in the soil (mainly Ca++, Mg++, K+ and Na+) maintain an equilibrium between adsorption to the negative sites and solution in the soil water. This equilibrium produces exchanges -- when one cation detaches from a site (leaving it free), another cation attaches to it. Therefore the negatively charged sites are called cation exchange sites. The total number of sites is the Cation Exchange Capacity or CEC

Cation Exchange Capacity 1) the number of cation adsorption sites per unit weight of soil or 2) the sum total of exchangeable cations that a soil can adsorb. * CEC is expressed in milliequivalents (meq) per 100 g of oven dry soil. Equivalent weight = molecular or atomic wt (g) valence or charges per formula

Milliequivalent (MEQ) 1 meq wt. of CEC has 6.02 x 10 20 adsorption sites MEQ of Common Cations Element Na+ K+ Ca++ Mg++ Valence 1 1 2 2 Eq. Wt 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12 MEQ wt.023.039.02.012

Perhitungan KTK dengan % liat dan % BO Jika Rerata KTK untuk % BO = 200 meq/100g Jika Rerata KTK untuk % Liat = 50 meq/100g KTK = (% BO x 200) + (% Liat x 50) Dari data tanah: tanah dengan 2% BO dan 10% liat 200 x 0.02 + 50 x 0.1 = 4 + 5 = 9 meq/100 g

Memprediksi KTK 1) jumlah kation : analisis semua kation dan jumlahkan 2) Penjenuhan NH4+: tanah dijenuhi dengan NH4+ - NH4+ diganti oleh Ca++ dan NH4+ 3) Estimasi berdasarkan tekstur Pasir = 0-3 meq/100 g Pasir berlempung-lempung berdebu = 3-10 Lempung = 10 15 Lempung berliat = 10-30 Liat = > 30 (tergantung jenis liat)

Nilai KTK tinggi (>25), indikator bahwa tanah mempunyai kandungan liat dan/atau bahan organik yang tinggi dan dapat menahan banyak kation Nilai KTK rendah (<5), indikator bahwa tanah berpasir dengan sedikit atau tidak ada bahan organik yang tidfak dapat menahan banyak kation

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 (+)/ Kaolinit 1:1 kg 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 30-50 Aluminium 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

Kejenuhan Basa vs ph % Kejenuhan Basa - meq basa CEC x 100 % Kejenuhan Hidrogen - meq H CEC x100 Contoh: horizon Ap kation-- H+Ca++ Mg++ K+ Na+ 9.4 14 3 0.5 0.1 KTK = 27 meq/100g (jumlah kation) % kejenuhan basa = 17.6 27 x 100 = 65% % kejenuhan hidrogen = 9.4 27 x100 = 35%

ph vs. Kejenuhan Basaprakiraan hubungan

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

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