SIFAT-SIFAT KIMIA TANAH (kuliah ke 2)

1. SIFAT-SIFAT KIMIA TANAH(kuliah ke 2) Tanaman butuh: SMH Suhu, udara, air, unsur hara tanah Tanah, faktor penyedia tsb diatas kecuali SMH. Pertumbuhan tanaman, dibatasi faktor terjelek(gbr 8), (P faktor pembartas tanaman, bila tersedia dalam jumlah kecil) Tanaman, tdk saja butuh hara, juga faktor lain (smh, suhu, udara, air, dsb)

2. SM air Ca suhu K udara N P penentu

3. 5.1.REAKSI TANAH (Ph tanah) • Menunjukkan sifat kemasaman tanah/alkalinitas tanah • Dinyatakan dengan nilai pH • pH, menunjukkan banyaknya konsentrasi ion hidrogen (H+) di dalam tanah • Makin tinggi kadar ion H+ di dalam tanah, makin masam tanah • SelainH+, ditemukan ion OH-, jumlahnya berbanding terbalik dengan H+ • Pada tanah masam, jumlah H+ lebih tinggi dari OH- • Tanah alkalis, OH- >H+ • Bila H+ = OH-, tanah bereaksi netral (pH 7)

4. Konsentrasi H+ atau OH- di tanah sangat kecil. • Tanah netral, kadar H+ = 1/10.000.000 mole per liter atau 10-7 mole per liter • Jadi pH = log 1/[H+] = - log [H+] • Tanah reaksi netral, maka : pH = log 1/10-7 = - log 10-7 = 7 • Nilai pH berkisar 0-14 : • pH 7 = netral • pH < 7 = masam • pH > 7 = alkalis • Besarnya kisaran pH didasarkan konstanta disosiasi air murni : • HOH - H+ + OH- • [H+] [OH-] = 10-14 = K (konstanta) • pH tanah umumnya 3,0 – 9,0 • Di Indonesia : tanah masam , pH 4,0 – 5,5, sehingga bila pH 6,0 -6,5 dianggap cukup netral, masikipun masih agak masam • Rawa-rawa, ditemukan tanah sangat masam, pH < 3,0 (sulfat masam, cat clay) karena mengandung sulfat • Daerah kering/arid, pH tanah sangat tinggi/pH>9,0, karena mengandung Na

5. Pentingnya pH tanah • Menentukan serapan tanaman • Akar menyerap pada pH netral (unsur hara mudah larut dalam air) • Masam, P diikat Al, shg tidak dapat diserap akar • Alkalis, P diikat Ca • Menunjukkan unsur beracun • Al pada tanah masam, kecuali mengikat P,juga racun bagi tanaman • Tanah rawa, pH terlalu rendah, sulfat tinggi, racun bagi tanaman • Tanah masam, Unsur mikro(Fe,Mn, Zn,Cu,Co), mudah larut dan berlebihan (unsur mikro dibutuhkan tanaman jumlah kecil) jadi racun • Alkalis, Mo larut dan garam jadi tinggi shg menjadi racun • Mempengaruhi perkembangan MO • Bakteri, berekmbang baik pada pH 5,5/> • Jamur, pada semua tingkat kemasaman tanah, diatas 5,5 bersaing dgn bakteri • Bakteri pengikat N Udara/Nitrifikasi berkembang baik pada pH >5,5 • Untuk mengubah pH masam, dinaikan dgn tambah kapur, dan jika alkalis, diturunkan dgn penambahan belerang

6. Koloid tanah • Bahan mineral/organik yang sangat halus, mempunyai luas permukaan sangat tinggi/berat(massa) • Berukuran < 1 μ • Tidak semua fraksi liat < 1 μ termasuk koloid • Bagian sangat aktif dalam reaksi fisikokimia dalam tanah • Partikel koloid halis ini disebt micell (micro cell) dan bermuatan negatif • ion bermuatan positif/kation tertarikmoleh koloid ini, terbentuk lapisan ganda ion • Bagian dalam dari Lapisan ganda ion ini bermuatan negatif(anion) • Bagian luar merupakan kerumunan kation

7. Mineral liat • Mineral berukuran < 2 μ • Terbentuk karena : • rekristalisasi/sintesis dari senyawa hasil pelapukan mineral primer • Alterasi/perubahan lgs dari mineral primer yang telah ada (misalnya mika menjadi ilit) • Mineral liat dibedakan : • Mineral liat Al-silikat • Oksida-oksida Fe dan Al • Mineral –mineral primer • Asal dan urutan perubahan jenis mineral ke jenis mineral lain :lihat gambar 11

8. Montmorilonit Kaolinit Oksida Al dan Fe Feldspar Mika Mineral Fero magnesium Ilit alterasi Mineral primer (pasir, debu) Mineral sekunder (liat) sintesis Gambar 11. beberapa kemungkinan terhadap asal dan mineral liat silikat dan oksida

9. Mineral liat Al-silikat • Dibedakan menjadi : • Mempunyai bentuk kristal yang baik(kristalin) misalnya kaolinit, haloisit, montmorilonit, ilit • Mempunyai bentuk amorf, misalnya alofan • Di Indonesia: • kaolinit dan haloisit ditemukan pada tanah merah/coklat (berdrainse baik). • Montmorilonit ditemukan pada tanah yang mudah mengembang dan mengerut (Vertisol/Grumosol) • Illit, bahan induk mengandung mika, belum mengalami pelapukan lanjut • Alofan, tanah asal abu gunung api (Andisol/Andosol) • Tanah tua/Oxisol, mineral liat silikat yg telah hancur membentuk mineral liat baru, yaitu osida-oksida Fe atau Al (seskuioksida)

10. Mineral liat Al-silikat, mempunyai struktur berlapis-lapis • Tiap unit terdiri lapisan Si-tetrahedron dan Al-oktahedron • Berdasar banyaknya lapisan Si-tetrahedron dan Al-oktahedron tiap unit mineral, maka mineral ini dibedakan jadi mineral liat 1:1, 2:1, dan 2:2 • Mineral liat 1:1, tiap unit terdiri satu lapis Si-tetrahedron dan satu lapis Al-oktahedron • Mineral liat 2:1, terdiri dua lapis Si-tetrahedron dan satu lapis Al-oktahedron • Mineral liat 2:2, terdiri dua lapis Si-tetrahedron dan dua lapis Al-oktahedron tiap unitnnya.

11. Al 1:1 Kaolinit Haloisit Si 2:1 Montmorilonit Illit Vermikulit Si Al Si Si Al Si Al 2:2 Chlorit Gambar 12. Jenis mineral liat berdasarkan perbandingan lapisan Si-tetrahedron dan Al -Oktahedron

12. Adanya muatan negatif pada mineral liat : • Kelebihan muatan negatif pada ujung patahan kristal (pada Si-tetrahedron/Al-oktahedron) • Disosiasi H+ dari gugus OH yang terdapat pada tepi/ujung kristal pada pH rendah, H+ terikat erat, pH naik, H+ lepas, sehingga muatan negatif meningkat. Muatan ini disebut muatan tergantunbg pH • Substitusi isomorfik, penggantian kation dalam struktur kristal oleh kation lain yg punya ukuran sama, tetapi valensi berbeda. • umumnya: kation yg menggantikan mempunyai muatan lebih rendah dari yang digantikan, misal : Mg2+ atau Fe2+ menggantikan Al3+ dalam Al-oktahedron, atau Al3+ menggantikan S4+ dalam Si-tetrahedron, sehingga terjadi • Kelebihan muatan negatif pada liat • Terjadi waktu proses pemebntukan liat berlangsung dan menghasilkan muatan tetap pada mineral tsb. O- + H+ OH

13. Kaolinit (1:1) • Unit, satu dgn lain melekat dgn kuat oleh ikatan H, shg tidak mengembang dan mengerut bila basah/kering • Substitusi isomorfik sedkit/tidak ada, kandungan muatan negatif/KTK rendah • Muatan negatif hanya pada patahan kristal/akibat disosiasi H bila pH naik • Karenanya, muatan negatif meningkat bila pH naik (muatan tergantung pH)

14. Montmorilonit (2:1) • Unit, dihubungkan dgn unit lain oleh ikatan yg lemah (oksigen ke oksigen), shg mudah mengembang dan mengerut • Air dan kation dapat masuk pada ruang antar unit(internal surface) • Dalam proses pembentkan montmorilonit banyak Al3+ dalam Al-oktahedron yg disubstitusi oleh Mg2+, shg kelebihan muatan negatif • Internal surface, external surface dan ujung patahan lapisan aktif • Karenya mempunyai muatan negatif yang tinggi(KTK tinggi) • Pada pH <6,0 mengandung muatan tetap hasil substitusi isomorfik, bila pH >6,0 terjadi muatan tergantung pH

15. Illit (hidrous mika) • Di Indonesia, tidak banyak • Tergolong type 2:1 • Terbentuk lgs dari mika melalui alterasi, struktur mika tidak banyak berubah, tetapi terjadi penggantian sebagian ion K+ dari ruang interlayer/antar unit mika oleh ionH+ • Dapat memfiksasi K yg diberikan/dalam tanah • Substitusi Si 4+ dari Si-tetrahedron oleh Al 3+ menyebabkan muatan negatif cukup tinggi (KTK 10-40 cmol (+)/kg

16. Mineral liat silikat amorf • Contohnya alofan • Terdapat pada tanah asal abu volkan (andosol) • Asal pelapukan gelas vulkanik/feldspar • KTK tinggi • Memfiksasi P kuat • Tanah mengandung alofan terasa licin bila dipirid (smeary) • Bulk density (BD) rendah, <0,90 g/cc

17. Oksida-oksida Fe dan Al • Tanah-tanah tua di tropika (oksisol) • Gibsit (Al2O3.3H2O) • Hematit (Fe2O3) • Goetit (Fe2O3.H2O) • Limonit (Fe2O3.3H2O) • Bersifat kristalin atau amorf • KTK rendah (< kaolinit,< 4 cmol(+)/Kg • Sering bermuatan positif, melakukan fiksasi P dgn kuat melalui pertukaran anion Al (OH)3 - Al (OH)2+ + OH- Al (OH)2+ + H2PO4- -- Al (OH)2 H2PO4

18. Mineral-mineral primer • Dalam fraksi liat ditemukan juga mineral primer (kuarsa, feldspar, dsb) • Serupa yang ditemukan pada fraksi pasir/debu, tetapi ukurannya sangat halus, < 2 μ

19. Koloid Organik • Di dalam tanah adalah humus • Beda koloid organik dgn anorganik/liat, koloid organik tersusun C, H dan O • Sedang liat tersusun Al, Si dan O • Organik/humus bersufat amorf • KTK tinggi (>montmorilonit) • Mudah dihancurkan • Sumber muatan negat if adalah gugusan karboksil • Muatan dalam humus tergantung pH • Dalam keadaan masam H+ dipegng kuat dalam gugusan karboksil atau phenol • PH tinggi ikatan jadi kurang • Disosiasi H+ meningkat dgn naiknya pH, muatan negatif juga meningkat ( -C O ) dan gugusan phenol ( - OH ) OH

20. Berdasar kelarutan dalam asam/alkali • Humus disusun oleh tiga jenis • Asam fulvik, BM paling kecil, warna paling terang, larut dalam asam/alkali, aktif dalam reaksi-reaksi kimia • Asam humik, BM sedang, warna tidak terlalu terang/gelap, larut dalam alkali, tidak larut dalam asam, aktif dalam reaksi kimia • Humin, BM paling besar, warna paling gelap, tidak larut dalam asam/alkali, tidak aktif dalam reaksi kimia

21. KTK • kation, ion bermuatan +, Ca++,Mg+,K+, Na+, NH4+, H+, Al 3+ dsb • Dalam tanah terlarut dalam air /dijerap koloid tanah • Kation (dalam miliekivalen) dijerap tanah per satuan berat tanah (biasanya per 100 g) dan dinamakan KTK (kapasitas tukar kation) • Kation terjerap sukar dicuci oleh air gravitasi, tapi dapat diganti kation lain dalam larutan tanah • Disebut pertukaran kation • Kation diatas selalu ada dalam kompleks jerapan.

22. KTK, dinyatakan dalam satuan kimia, miliekivalen per 100 g(me/100g) • 1 ekivalen= jumlah setara 1 g hidrogen • Jumlah atom dalam 1 ekivalen=6,02x1023 (= bilangan Avogadro) • Dgn demikian, 1 miliekivalen setara 1 mg hidrogen, dan terdiri 6,02x1020 atom hidrogen • Bila tanah ber KTK 1me/100 g, artinya, setiap 100 g tanah mengandung 6,02x1020 muatan negatif • Satuan miliekivalen dapat diubah jadi satuan berat, juga • Satuan me/100 g dapat diubah ke ppm (part per milion)

23. contoh • 1 me H=1 mg (BA H = 1,valensi 1) • 1 me K=39mg (BA K=39,valensi 1) • 1 me Na=23 mg(BA Na=23,valensi1) • 1 me Ca=40/2 mg(BA Ca=40, valensi 2) • 1 meMg=24/2 mg(BA Mg=24, valensi 2)

24. Bila K = 0,6 me/100g = 0,6 x39mg/100 g = 23,4 mg/100.000mg =234 mg/1.000.000 mg = 234 ppm • Bila Ca=21,5 me/100 g =21,5 x 40/2 mg/100 g =430 mg/100 g =430 mg/100.000 mg =4300 mg/1000.000 mg =4300 ppm Sejak 1987(taksonomi tanah), satuan me/100 g diganti jadi cmol(+)/kg, di mana 1 me/100 g tanah = 1 cmol(+)/kg tanah

25. KTK di lab didasarkan pada pH larutan yang ditentukan (karena adanya muatan tergantung pH) • Dilakukan dgn ekstraksi amonium asetat disangga(dibuffer) pH 7 (NH4OAc pH7). • Bila tanah ber pH<7, didapat nilai KTK lebih besar dari sebenarnya • Bila tanah ber-pH>7, KTK dgn pH 7 akan didapat nilai lebih rendah dari sebenarnya

26. Cara lain : analisis KTK • Ekstraksi dgn garam netral (dgn 1 N KCl) pada pH tanah sebenarnya(tanpa disangga) • Ektraksi dgn barium chlorida+trietanolamin(BaCl2-TEA) disangga pada pH8,2. • Cara ini, didapat beberapa jenis KTK (KTK efektif, KTK tergantung pH, dsb)

27. Bila tanah dicuci/diekstraksi dgn 1 N KCl(garam netral) pada pH tanah yang sebenarnya, maka air cuciannya(leachate) akan mengandung H+ dan Al3+ yang disebut H+ dan Al3+ yang dapat dipertukarkan(exchangable) • Selain itu juga dalam air cucian mengandung kation lain, Ca2+,Mg2+,K+, Na+ dsb. • Jumlah semua kation H++Al3++Ca2++Mg2+,K++Na++kation lain yang terdapat dalam air cucian dgn 1 N KCl tsb(dalam me/100g) disebut KTK efektif • Muatan yg menimbulkan KTK efektif, berasal dari muatan permanen dalam mineral liat, sehingga sering disebut pula sng KTK tetap (permanent CEC) • Namun karena mineral dalam tanah sering diselaputi oksida Fe/Al(ditropika), besar muatan permanen sesungguhnya sudah tak jelas lagi, shg istilah KTKefektif=KTK tetap tidak tepat • H+ dalam muatan tetap jumlahnya sangat sedikit dibanding Al, maka KTK efektif dihitung sbg: KTK efektif =Al-dd(ekstraksi dgn 1N KCl)+jumlah basa dd (NH4 OAc pH 7)

28. Bila tanah yang telah diekstraksi dgn 1 N KCl tsb, kemudian diekstrksi lagi dgn BaCl2-TEA pada pH 8,2, maka H+ yang berasal dari bukan muatan tetap akan terekstraksi (disebut extractable acidity=EA) • Hidrogen ini berasal dari gugus OH dari ujung-ujung(patahan) kristal liat/gugusan karboksil dari bo yg akan berdisosiasi bila pH naik. • Banyaknya H+ yg terekstraksi dgn BaCl2-TEA pH8,2 (dalam me/100g) merupakan muatan atau KTK tergantung pH dari tnh. • Jumlah semua kation yang diekstrak dgn 1 N KCl + H+ terekstrak dgn BaCl2-TA atau KTK efektif + KTK tergantung pH =KTK total dari tanah • Besarnya KTK ekstraksi dgn NH4OAc pH7 terletak antara KTK efektif (1 N KCl) dan KTK total (BaCl2-TEA) • Dalam taksonomi tanah juga dikenal KTK jumlah kation, yang berarti : jumlah basa dd (NH4OAc pH 7) + EA (BaCl2-TEA pH8,2)

29. Perbandingan KTK tiap koloid tanah

30. KTK erat hub dgn kesuburan tanah • KTK tinggi mampu menjerap/menyediakan unsur hara • TK tinggi didominasi kation basa(Ca,Mg,K,Na) • Bila didominasi kation asam(Al,H) mengurangi kesuburan tanah • Karena hara dalam kompleks jerapan shg tidak tercuci • Tanah dgn bo/liat tinggi, KTK >tinggi~pasir • Mineral liat menentukan KTK, montmorilonit>kaolinit • Tanah tua/oksisol(seskuioksida) KTK rendah • KTK, penciri klasifikasi tanah(oksisol harus<16 cmol(+)/kg

31. Pertukaran anion • Selain pertukaran kation, ditemukan pertukaran anion dalam tanah(jumlah kecil) • KTA pada mineral liat amorf dan Al/Fe-oksida, kaolinit • Pada silikat, adanya patahan kristal/pergantian gugusan OH oleh anion lain • Pada Fe/Al-oksida pergantian gugusan OH oleh anion lain • Karena muatan positif, maka terjadi pertukaran anion

32. Bila tanah bermuatan positif • Terjadi penjerapan anion (nitrat,NO3-, chlor,Cl) dsb • Ca, Mg dan K tidak dijerap tanah, larut dan tercuci • Fosfat dan Sulfat, difiksasi tanah, shg tersedia rendah

33. KB • Kation dalam kompleks jerapan, kation basa dan kation asam. • Kation Basa, Ca++, Mg++, K+, Na+ • Kation Asam, H+, Al+++ • KB, menunjukkan perbandingan jumlah kation-kation basa dgn jumlah semua kation (kation basa+asam) • Jumlah maks kation dijerap tanah, menunjukkan besar nilai KTK tanah • Karenanya KB =jumlah kation basa/KTK x 100%

34. Beberapa jenis KB • KB(NH4OAc) = jumlah kation basa/KTK(NH4OAc) x 100% • KB(jumlah kation) = jumlah kation basa/KTK(jumlah kation) x 100% • Kation basa, unsur hara diperlukan tanaman • Mudah tercuci • Tanah dgn KB tinggi, menunjukkan tanah, belum banyak mengalami pencucian/subur • KB, berhubungan pH tanah • pH rendah, KB rendah • Tanah dgn KB rendah, kompleks jerapan diisi kation asam, bila Al+++ banyak, jadi racun tanaman(tanah masam)