KIMIA TANAH PERTANIAN , DR. Ir. NUNUNG SONDARI,MP. , Ir. SUPARMAN, MP. 2015

KIMIA TANAH PERTANIAN

Na
+ ++

H O

2 Clay

Dr. Ir. NUNUNG SONDARI, MP Ir. SUPARMAN, MP

LPPM UNIVERSITAS WINAYA MUKTI

Katalog Nasional Dalam Terbitan (KDT) Nunung MP, Sondari Dr, Ir. Suparman MP, Ir. KIMIA TANAH PERTANIAN LPPM UNIVERSITAS WINAYA MUKTI, 2015

I.1. Ilmu Pertanian

II. Judul 152 halaman, 48 gambar, 31 tabel, daftar isi

ISBN : 978-602-8160-05-6 Tata letak : Suhendar Cetakan Pertama Diterbitkan oleh : LPPM UNIVERSITAS WINAYA MUKTI Kampus UNWIM Tanjungsari Kabupaten Sumedang Isi diluar tanggung jawab cetakan

KATA PENGANTAR

Tuntutan untuk membuat buku bagi tenaga pengajar (Dosen) di perguruan tinggi merupakan suatu keharusan untuk mendukung proses pembelajaran realisasi dari Tridharma Perguruan Tinggi. Buku yang dibuat dengan judul “Kimia Tanah Pertanian “ sebagai hasil terjemahan, kajian pustaka , kreasi dan pengalaman sendiri yang dituangkan dalam tulisan ini merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari keinginan penulis untuk berbagi pengalaman dan kemampuan serta pengetahuan mengenai Ilmu Kimia Tanah. Semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi Civitas akademika khususnya mahasiswa jenjang Sarjana dan Pascasarjana di lingkungan UNWIM, umumnya yang memerlukannya dan semoga buku ini menjadi acuan awal bagi berbagai pihak yang memiliki kepentingan di dalamnya untuk lebih mendalami tentang Kimia tanah di bidang Pertanian. Ucapan terimakasih kepada Tim LPPM Unwim yang telah membantu terwujudnya ISBN melalui Unwim Press. Demikian pula penghargaan tertinggi pada Ir. Suhendar yang telah banyak membantu untuk terwujudnya karya tulis ini, juga anak-anakku tercinta Sinta Gea, Candra dan Sidik terimakasih atas doanya yang selalu memberikan dorongan kuat untuk tercapainya pembuatan buku ini, kepada rekan-rekan dosen di lingkungan Fakultas Pertanian UNWIM yang berkenan untuk mendukung tercapainya karya tulis ini. Semoga Allah SWT melalui buku ini memberikan manfaat ilmu bagi kita semua. Amin.

Bandung, September 2015 Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................... i DAFTAR ISI............. ................................................................ ii DAFTAR TABEL ..... ................................................................ iv DAFTAR GAMBAR ................................................................ vi BAB

I. KEMASAMAN DAN KEBASAAN TANAH ..................

1 II. MINERAL DALAM TANAH .......................................... 20

2.1. Mineral Tanah dan Manfaatnya bagi Tanaman ........ 20

2.2. Permukaan Jenis Mineral (Specific Surface) ............ 28

2.3. Golongan Mineral Sekunder ..................................... 29

2.4. Muatan Negatif dan Positif pada Mineral Liat .......... 30

2.5. Diskusi ....... ................................................................ 53

III. KOLOID TANAH DAN PERTUKARAN ION .............. 55

3.1. Koloid Tanah ............................................................. 55

3.2. Koloid Organik ........................................................... 57

3.3. Larutan Tanah (Soil Solution) ................................... 60

3.3.1. Jerapan Kation oleh Koloid Tanah ........................... 61

3.3.2. Efisiensi pertukaran kation-kation dalam tanah ...... 62

3.3.3. Daya Pertukaran Kation........................................... .. 69

3.3.4. Penyebaran Kation .................................................... 70

3.3.5. Komposisi Ion pada Kompleks Pertukaran ............... 70

3.3.6. Kation Dapat Dipertukarkan dan Exchange Acidity 73

3.3.7. Contoh Jerapan (Tingkat Adsorpsi) dalam Tanah .... 78

3.3.8. Hubungan Kation Terjerap (Teradsorpsi), Kation

Dapat Ditukar, Valensi dan Radius Hidrasi .............. 79

3.3.9. Analisis mineral liat dengan difraktometer sinar-X.. 83

3.3.10. Retensi dan Fiksasi Fosfat ....................................... 86

IV. DINAMIKA KESEIMBANGAN KIMIA DI DALAM TANAH ............. ................................................................ 89

4.1. Karakteristik Sistem Tanah dan Tanaman (Sebagai

Fase Padat dalam Tanah) .......................................... 91

4.2. Adsorpsi (Adsorbsi) .................................................. 92

V. PELAPUKAN GEOKIMIA DARI MINERAL DI DALAM TANAH .............................................................. 96

5.1. Reaksi Oksidasi.......................................................... 96

5.2. Reaksi Reduksi .......................................................... 96

5.3. Reaksi Oksidasi-reduksi ............................................ 97

5.4. Reaksi Hidrasi ........................................................... 99

5.5. Reaksi Hidrolisis ....................................................... 99

5.6. Pelarutan (Solution) .................................................. 100

VI. REAKSI-REAKSI KIMIA YANG TERJADI DALAM TANAH ............. ................................................................ 104

6.1. Reaksi Kimia di Dalam Tanah .................................. 104

6.2. Reaksi-reaksi dari Kelarutan Mineral-mineral Alumina Silikat Hubungannya dengan Keterse- Diaan Hara bagi Tanaman ......................................... 107

6.3. Karakteristik Kimia Tanah yang Dipergunakan

Dalam Penentu Kerusakan Tanah/Lahan ................ 111

6.3.1. Daya Hantar Listrik (DHL) ........................................ 112

6.3.2. Nilai Redoks (Eh) ...................................................... 113

6.3.3. Kedalaman Lapisan Berpirit...................................... 114

6.3.4. Indikator Lain ............................................................ 115

VII. BENTUK ION LOGAM TRANSISI DALAM FRAKSI NASIONASI TANAH ....................................................... 116

VIII. DISKUSI PENULIS DENGAN Prof.Dr.Ir.H. Sulya Djaka Sutami Dan Prof. Dr. Ir. Hj. Aisyah D. Suyono .............. ................................................................ 130 DAFTAR PUSTAKA ................................................................ 107

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Efisiensi Pupuk pada Tanah Masam sampai Netral ................................ .......................................

8 Tabel 1.2 Sifat Kimia Tanah yang dicampurkan dengan Fly Ash .....................................................................

11 Tabel 1.3 Beberapa Contoh Tanaman yang Toleran terhadap Tingkat Kemasaman Tinggi (pH Rendah).. .............

11 Tabel 1.4 .Kisaran pH yang Sesuai dari Tanaman Pilihan .......

12 Tabel 1.5 Prosentase Kejenuhan Alumunium (Al) dan pH dalam Hubungannya dengan pertumbuhan Tanaman ......................... .........................................

16 Tabel 2.1. Mineral Primer Sebagai Cadangan Unsur Hara Bagi Tanaman Dalam Tanah ..........................

24 Tabel 2.2 Proporsi Senyawa Kimiawi (%) Beberapa Mineral Primer Utama Tanah ..............................................

25 Tabel 2.3 Besarnya KTK dari Berbagai Jenis Mineral Liat .....

28 Tabel 2.4 Mineral-mineral Sekunder (Mineral Liat Silikat Utama) dalam Tanah .............................................

29 Tabel 2.5 Mineral Sekunder Utama : Mineral Liat ................

33 Tabel 2.6 Karakteristik Muatan Permukaan Tanah-tanah di Wilayah Tropik ........................................................

34 Tabel 2.7 Definisi kelas mineralogi jenis mineral liat pada Berbagai Ordo Tanah ..............................................

35 Tabel 2.8 Fraksi Mineral Liat dengan Karakteristiknya .........

36 Tabel 2.9 Beberapa Sifat Podsolik Merah Kuning (Hardjowi- Geno, 1992) .............................................................

38 Tabel 2.10 Reaksi Kesetimbangan Kimia yang Membangun Stabilitas dengan Alumina Silikat .........................

39 Tabel 3.1 Ukuran relatif dari berbagai partikel di alam ........

Tabel 3.2 Kandungan Unsur-unsur pada Asam Humat dan Fulvat ......................................................................

58 Tabel 3.3 Beberapa Gugus Fungsional dari Bahan Organik (BO) 59

Tabel 3.4 Kapasitas Tukar Kation dan pH Beberapa Macam Tanah di North Carolina (Colleman dan Thomas,

1967) .......................................................................

67 Tabel 3.5 Kapasitas Tukar Kation Beberapa Tanah Indonesia dengan Tekstur yang Berbeda (Soepardi, 1979) ....

67 Tabel 3.6 KTK Berbagai Jenis Mineral Liat ...........................

67 Tabel 3.7 Karakteristik Muatan Beberapa Mineral Liat dari Beberapa Tanah di Kenya (Satuan me/100 g liat) .

76 Tabel 3.8 Radius Ion Hidrasi dan Efisiensi Pertukaran Beberapa Ion ..........................................................................

80 Tabel 3.9 Contoh Nilai peak pada perlakuan yang berbeda ...

84 Tabel 5.1. Sekuen Terminal Akseptor Elektron yang Digunakan Di Lingkungan Tanah Dihubungkan dengan Skala

Potensi Redoks pada pH 7 ..................................... 101

Tabel 6.1. Reaksi Kimia dari Hallosit, Analcime, Vermikulit 107Tabel 6.2. Zeolit-Zeogen ......................................................... 108Tabel 6.3. Evaluasi kerusakan tanah di lahan kering ............. 111Tabel 6.4. Evaluasi kerusakan tanah di lahan basah .............. 112Tabel 7.1. Lima bentuk Cu (tembaga) di dalam Tanah .......... 117Tabel 7.2. Konsentrasi Kandungan Unsur Hara Mikro antara Pupuk Organik Kotoran Ternak dan Tanaman

Herbal ..................................................................... 120

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Pengaruh pH tanah terhadap ketersediaan hara bagi tanaman ..................................................... 3Gambar 1.2. Sumber informasi mineral pembaik tanah. ......... 4Gambar 1.3. Kurva hubungan antara pemberian takaran pupuk N dengan tanah ........................................ 5Gambar 1.4. Bahan penyangga dalam tanah dan perubahan pH tanah .............................................................. 7Gambar 1.5 Pengaruh Kapur Pertanian dan Fly Ash ... ........

10 Gambar 2.1. Skema Komponen Penyusun Tanah ................

20 Gambar 2.2. Pembentukan Mineral Sekunder .....................

21 Gambar 2.3. Skema Mineral Liat dalam Tanah ...................

23 Gambar 2.4. Struktur Kaolinit ..............................................

29 Gambar 2.5. Dinamika Kesetimbangan Kation Teradsorpsi

Liat (clay) dan Dalam Larutan Tanah .............

31 Gambar 2.6. Tipe Mineral Liat 1:1 ........................................

31 Gambar 2.7. Tipe Mineral Liat 2:1 (Montmorilonit) ............

31 Gambar 2.8. Kelarutan macam-macam aluminasilikat yang Tidak tersubtitusi dibandingkan dengan Gibbsite (Al(OH) ^{3 amorf ..................................}

41 Gambar 2.9. Kestabilan dari beberapa Na-Aluminosilikat

Dibanding dengan gibbsite, merupakan pengaruh

pH dan aktivitas Na .........................................

43 Gambar 2.10. Kestabilan dari beberapa K-Aluminosilikat

Dibanding dengan gibbsite menunjukkan penga-

⁺

Ruh pH dan aktivitas Na .................................

44 Gambar 2.11. Kestabilan dari beberapa Kalsium Alumina-

Silikat dibandingkan dengan indikator perubahan

₂₊

pH dan Ca ......................................................

Gambar 2.12 . Kestabilan beberapa Magnesium Aluminosilikat -3 -4 Dalam kesetimbangan dengan 10 M K 10

M F dan Fe- tanah pada pe+ pH = 17,0 dengan

₂₊ Pertukaran untuk pH dan Mg sebagai

indikator ...........................................................

47 ₊

Gambar 2.13. Ringkasan diagram beberapa campuran alumino- -3 +

Silikat dalam kesetimbangan dengan 10 M K _{-3 2+}

10 M Mg dan Fe tanah dengan pH dan K

sebagai indikator ..............................................

₃₊

36 Gambar 2.14. Penyanggaan aktivitas Al oleh Mg-montmori-

lonit, kaolinit dan gibsit sebagai pengaruh pH,

₂₊

Silika, oksida besi dan Mg (Lindsay, 1979) ...

51 Gambar 2.15. Hubungan antara Log (K+)/(H+) dengan Log (H ^{4 SiO} ^{4 ) ............................................................}

52 Gambar 3.1. Hubungan Aktivitas Ion dengan Kecepatan

Penjerapan .......................................................

62 Gambar 3.2. Penyebaran muatan dalam keadaan (A) kering

Dan (B) lembab (Supartini, 1978) ....................

71 Gambar 3.3. Kurva Muatan Bergantung pH .........................

75 Gambar 3.4. Adsorpsi ion Na dan Ca oleh mineral Liat .......

80 Gambar 3.5. Model pengaruh dari interlayer Al hidroksi ter- ⁺

Hadap tukar kation K (Huang, 1985) .............

81 Gambar 3.6. Lapisan mengkriting (curling) oleh pertukaran _{+ +} ion Na terhidrasi untuk ion K dalam

belahan permukaan mineral mika (tipe 2:1) yang

terlihat oleh mikroskop elektron (Raman dan

Jackson, 1964) ..................................................

82 Gambar 3.7. Komplek lapisan liat silikat yang representatif Dominan Monmorilonit yang Dibentuk oleh

hasil pelapukan Mika .......................................

83 Gambar 3.8. Pola Difraksi X-ray Magnesium Jenuh, Contoh Liat Terlarut dalam Gliserol dari Tiga Jenis

Tanah ................................................................

84 Gambar 3.9. Skema Komplek liat humus dalam Tanah

(Stevenson dan Ardakani, 1982) ......................

85 Gambar 3.10. Kurva Jerapan P (Adsorpsi P) ..........................

87 Gambar 4.1. Dinamika Kesetimbangan Kimia Fase Cair Dalam

Tanah (Lindsay, 1979) ......................................

89 Gambar 4.2. Dinamika Kesetimbangan Fase Padat dalam

Tanah ................................................................

91 Gambar 4.3. Intensitas, Kuantitas dan Sumber-sumber Unsur

Hara ................................................................

93 Gambar 4.4. Hubungan antara Intensitas, Kuantitas, dan

Kapasitas Buffer ...............................................

94 Gambar 4.5. Dinamika Kesetimbangan Fosfat dalam Tanah

95 Gambar 5.1. Stabilitas Fe dan Mn dalam Hubungan dengan Eh

dan pH (Collins dan Buol, 1970.,Hardjowigeno

,1993) ................................................................

98 Gambar 6.1. Kedudukan Kaolinit, hallosit, gibbsite ............. 106

Gambar 6.2. Reaksi Pupuk Fosfat dalam Tanah ................... 110Gambar 7.1. Hubungan antara tiga bentuk keterikatan Cu di dalam tanah ...................................................... 116Gambar 7.2. Skema Keberadaan Cu di Dalam Tanah ........... 117Gambar 7.3. Skema analisis spesifikasi bahan kimia untuk ion Logam unsur mikro didalam aquades .............. 119Gambar 7.4. Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme Pengambilan logam berat oleh tanaman .......... 121Gambar 7.5. Strategi dalam fitoremediasi ............................ 122Gambar 7.6. Mekanisme Uptake Logam Berat pada tekno- logi Fitoremediasi ............................................. 123Gambar 7.7. Mekanisme ion logam (M) diserap oleh Tana- man .. ................................................................ 126Gambar 7.8. Proses Fitoremediasi tanah tercemar Hg ......... 126Gambar 7.9. Kemungkinan yang terjadi terhadap polutan selama proses fitoremediasi dapat distabilkan,

didegradasi pada lingkungan perakaran, teraku-

mulasi atau terdegradasi pada jaringan tanaman 127

Gambar 7.10. Peningkatan serapan Pb mempergunakan kelat Sintetik.............................................................. 127Gambar 7.11. Skema yang Menunjukan Sistem Transport afini- tas logam-logam berat ...................................... 128

BAB. I

KEMASAMAN DAN KEBASAAN TANAH (pH TANAH)

Mempelajari pH tanah sangat penting dalam bidang pertanian khususnya dan umumnya dalam bidang ilmu-ilmu alam lainnya. Secara umum kemasaman dan kebasaan (pH) tanah dapat menggambarkan beberapa hal penting di bidang pertanian diantaranya dapat menggambarkan ketersediaan unsur-unsur hara (nutrisi) di dalam tanah bagi tanaman, kecocokan untuk hidup mikroorganisme tanah baik yang menguntungkan maupun yang merugikan , kecocokan pertumbuhan tanaman (tanaman pangan, tanaman hias, dan tanaman tahunan), sifat kimia pupuk (pupuk anorganik maupun pupuk organik), serta dapat menggambarkan pula keberadaan logam-logam berat di dalam tanah. pH tanah merupakan singkatan dari Potensial of Hydrogen, pH tanah disebut pula “reaksi tanah”. Nilai pH menunjukkan banyaknya konsentrasi

ion hidrogen (H ) di dalam tanah. Makin tinggi kadar ion H di dalam tanah,

semakin masam tanah tersebut. Di dalam tanah selain H dan ion-ion lain

ditemukan pula ion OH , yang jumlahnya berbanding terbalik dengan

banyaknya H . Pada tanah-tanah yang masam jumlah ion H lebih tinggi

dari pada OH , sedang pada tanah alkalis kandungan OH lebih banyak

daripada H . Bila kandungan H sama dengan OH maka tanah bereaksi netral (Hardjowigeno, 2003).

Konsentrasi H atau OH di dalam tanah sebenarnya sangat kecil.

Sebagai contoh tanah yang bereaksi netral kandungan ion H adalah

sebanyak mol per liter atau 10 mole per liter. Oleh karena itu, untuk memudahkan menyebut nilai-nilai pH, maka telah ditentukan bahwa yang disebut : untuk tanah yang bereaksi netral maka : (netral)

Nilai pH berkisar antara 0 sampai 14 dengan nilai pH 7 disebut netral sedang pH kurang dari 7 disebut masam dan pH lebih dari 7 disebut alkalis. Besarnya kisaran nilai pH tersebut didasarkan atas besarnya konstanta disosiasi air murni yaitu :

HOH H + OH

= 10 = K (konstanta) Walaupun demikian kisaran pH tanah di Indonesia mulai dari pH 3,0 sampai pH 9,0. Di Indonesia tanah-tanah yang ada umumnya bereaksi masam dengan pH 4,0

– 5,5 sehingga tanah dengan pH 6,0 - 6,5 sering dikatakan cukup netral meskipun sebenarnya masih agak masam. Dominannya tanah-tanah bersifat masam di Indonesia seperti ultisol dan oksisol karena sering intensifnya mengalami pencucian unsur-unsur hara dalam profil tanah dengan adanya rata-rata curah hujan yang tinggi.

pH tanah berpengaruh terhadap tingkat ketersediaan unsur-unsur hara di dalam tanah sebagaimana dijelaskan pada Gambar 1.1 di bawah ini. Pada

Gambar 1.1 tampak bahwa pada tanah dengan pH netral (6,5 - 7,0) ketersediaan unsur hara makro seperti N, P, K, S, Ca, Mg dan unsur hara

mikro seperti Mo (Molibdenum) cukup tersedia (available) bagi tanaman. Sedangkan unsur-unsur hara mikro seperti Fe, Mn, B, Cu dan Zn berlimpah pada kondisi pH tanah masam.

Gambar 1.1 Pengaruh pH tanah Terhadap Ketersediaan Hara bagi Tanaman

dari akar dengan kation lain (Kapasitas Tukar Kation Akar).

2. Hujan asam yang memberikan kontribusi berlimpah di alam seperti

dan K

Sering terjadi reaksi kelarutan CO

2 di dalam tanah : CO 2 + H

2 O

HCO

Proses nitrifikasi menguntungkan : NH

2 NO

, Mg

Terjadinya oksidasi sulfur (belerang) di alam dengan reaksi :

2SO + 3O

2 + 2H

2SO

Nelson dan Beaton (1990) dan beberapa informasi lain mnerangkan bahwa

Leaching (Pencucian) unsur-unsur hara seperti terjadi pencucian basa-basa (Ca

Adanya pertukaran ion H

Mineral Processing Companies Mineral Processing of ohio Carey, Ohio * (419) 396-3501 ASC Mineral Proccesing Allerton, Illionis *(217) 834-3301 Iowa Mineral Proccesing Alden, Iowa *(515) 859-7650

Producers Of These Pelletized Products : Hi-Cal

(High Calcium) Dolo (Dolomit) Calcium Sulfate (Gypsum)

With facilities in Ohio, Illinois & Iowa Tools & Charts _{Sumber; Kemasaman di Dalam Tanah (Sources of Soil Acidity)}

Gambar 1.2. Sumber Informasi Mineral pembaik tanah

Berdasarkan sumber dari

beberapa faktor : 1.

) Sumber-sumber kemasaman di dalam tanah berasal dari

2 SO

, HNO

dan H

2 CO

3 3.

) yang intensif.

4. Terjadi erosi 5.

yang menghasilkan asam karbonat dan ion H
6.
H
2O

2 O + 2H

Di dalam tanah menurut beberapa informasi seperti dari Tisdale,

2 O

+
4.
H

2 O HCO

-
+ 2H

SO
Gambar 1.3. Kurva Hubungan antara Pemberian Takaran pupuk N
dengan pH tanah.

2NO

Pembuatan pupuk buatan secara kontinyu

a). (NH

4 )

2 SO 4 + 4O

2NO

2 O +4H

Kg N / ha pH TANAH

4 2-

2 ) 2 + 2H

2 O (NH

4 )

2 CO 3 + 4O 2 + 2NO

2 + 12H

50 100 150 200

CO(NH2)2 (NH4)2SO4

b). CO(NH

2HNO

2 + O

sumber-sumber kemasaman tanah dapat terjadi karena adanya beberapa hal yaitu :

1. Proses pencucian basa-basa/kation-kation basa (daerah tropis).

2. Erosi/ landslide= longsor 3.

Respirasi organisme hidup, mengeluarkan sejumlah CO

2 dalam tanah

Hujan asam yang membawa material-material (H

2 SO

, H

2 CO

, HNO

2 O

3 ).

5. Asam-asam organik/anorganik yang dihasilkan dari pelapukan bahan organik.

6. Proses hidrolisis ion Al

2 O Al(OH)

3 + 3H

Proses oksidasi senyawa sulfida (terutama di daerah pasang surut) 8. Proses nitrifikasi

2NH

2HNO

2 + 2H

3 NaNO3

ZA menghasilkan 2 mol H per mol NH

4 , urea menghasilkan 1 mol H

per mol NH 4 . ⁺ 10.

for nutrient

cation). Bila akar KTK akar (plant root often exchange H tanaman menyerap unsur hara dalam bentuk kation maka dari akar akan

dikeluarkan H dalam jumlah setara, bila bentuk anion yang diserap oleh

akar, maka akar akan mengeluarkan HCO

3 dengan jumlah yang setara pula.

pH di dalam tanah mempengaruhi pertumbuhan tanaman, akan tetapi perubahan pH tanah tidak boleh mengalami perubahan secara mendadak dalam mempengaruhi pertumbuhan tanaman (Gambar 1.4). Akan tetapi pada tanah-tanah yang kaya akan kompleks jerapan seperti humus dan liat serta mikroorganisme maka material itu befungsi sebagai penyangga perubahan pH tanah seperti yang diilustrasikan sebagai berikut :

Penyanga, tidak saja berperan untuk menahan perubahan reaksi tanah, tetapi juga berfungsi menyimpan unsur hara yang dibebaskan dari mineral primer agar tidak mudah hilang (menguap atau tercuci atau presipitasi/pengendapan). pH tanah sangat mempengaruhi terhadap efisiensi pemupukan sebagaimana dapat tergambarkan dalam Tabel 1.1. pemupukan N, P dan K pada tanah-tanah bereaksi ekstrim sangat masam, maka efisiensi pemupukan N hanya 30%, pemupukan Fosfat hanya 23% dan pemupukan K hanya 33% (Universitas Minnesota, 1985) sehingga akan mengurangi keuntungan.

KATION-KATION YANG

PENYANGGA DISANGGA Koloid Liat _{2+ 3+ + + + +}

H , Na ,K , NH , Mg , Al , ₄ dan _{3+ 2+ 4+ 2+}

Fe , Mn , Mn , Ba , dll Humus REAKSI-REAKSI KIMIA

ANION +

DALAM TANAH

2 CO 3 , CaCO 3 , dll ANION-ANION YANG DISANGGA _{3- - 2- -} OH , HCO , NO , SO , ₃ ₄ JASAD _{2- - 3- -} H PO , H PO , PO , CL , ₂ ₄ ₂ ₄ ₄ HIDUP:MIKRO _{3- 3-} MoO , B dll ₃ ORGANISME TANAH

Perubahan pH Tanah bagi Tanaman tidak boleh secara mendadak

Gambar 1.4. Bahan Penyangga dalam Tanah dan Perubahan pH tanah.Tabel 1.1 Efisiensi Pupuk pada Tanah Masam Sampai Netral

Cost

Soil Acidity N P K Fertilizer

Wasted Extreme Acid

30% 23% 33% $ 48.54

4,5 pH

V. Strong Acid 53% 34% 52% $ 37.71

5,0 pH

Strongly Acid 77% 48% 77% $ 25.11

5,5 pH

Medium Acid 89% 52% 100% $ 18.94

6,0 pH

Natural Acid

100% 100% 100%

7,0 pH Sumber : University of Minnesota – 1985.

Demikian pula budidaya tanaman pangan pada tanah-tanah dengan pH ≤ 5,0 efisiensi pemupukan N, P dan K masih < 55%. Akan tetapi manakala pH meningkat akibat adanya input perbaikan pH tanah sampai batas yang diinginkan sampai netral maka efisiensi pemupukan akan lebih maksimal, karena terjadi pemberian pupuk yang optimum dengan pH tanah yang sesuai.

Tanah-tanah potensial masam yang diperuntukan bagi tanaman-tanaman yang toleran tidak dipermasalahkan, akan tetapi pada tanah-tanah kering ber- pH masam dapat dikembangkan tanaman pangan melalui perbaikan dengan input pengapuran.

Kapur pertanian jenis kalsit (CaCO

3 ) dan dolomit (CaMg(CO 3 ) 2 ) dengan

takaran yang tepat dari hasil beberapa kajian dapat membuktikan perannya yang menguntungkan bagi tanaman karena kapur pertanian yang dimaksud,

2+ 2+

selain dapat menetralisir pH masam juga adanya penambahan Ca dan Mg bagi tanaman.

Adapun reaksi-reaksi penetralan oleh kapur pertanian dapat terjadi melalui beberapa reaksi dibawah ini : A.

3 )

Penetralan Dengan Kalsit (CaCO 1.

3 + H

2 O +CO

2 Ca(HCO 3 )

2 CaCO 2+ 3-

Ca(HCO

3 )

2 Ca + 2HCO 2+ 2-

2. Ca + CO

3 CaCO

2-
CO +2HX

2X + H CO

2X + Ca CaX

3. RCOO + H RCOOH

2+ + -

RCOO + H + CaO RCOOCa

4. RCO + H RCOH

RCO + H + CaO RCOCa + OH B.

) )

2 Penetralan dengan kapur pertanian dolomite (CaMg(CO 2+ 2+ 2-

CaMg(CO

3 )

2 Ca + Mg + 2CO

2- -

3 + H

2 O HCO 3 + OH

HCO + H H

2 CO

3 H

2 O +CO

Al +OH Al(OH)

3 C.

Pertukara kation

3+ 2+ 3+

Clay surface - Al + 3Ca + 2Al

Ca D. Reaksi hidrolisis

3+ + 2+

Al + H

2 O Al(OH) + 2H E.

Presipitasi

2+ -

Al(OH) + H

2 PO

4 Al(OH)

2 H

2 PO 4 atau AlPO 4 .2H

2 O

Depperindag mengklasifikasikan kapur pertanian/kaptan dikenal sebagai bahan amelioran (pembenah tanah). Saat ini untuk memperbaiki tanah-tanah masam selain kapur pertanian baik yang bersifat tepung maupun pelet, ada suatu bahan yang disebut dengan Fly Ash (abu terbang) yang merupakan limbah dari hasil pembakaran batubara sebagai sumber energi listrik dari PLTU. Pada Gambar 1.2 tampak bahwa Ag Lime (kapur pertanian) dan fly ash sama-sama dapat meningkatkan tanah masam.

Menurut Kumar (2004) dalam Nunung Sondari (2005) pemberian fly

1 -1+

ash (abu sisa bakaran batubara) 10 t ha sampai 20 t ha pada tanah laterit

dapat meningkatkan pH tanah dari pH 4,5 menjadi 5,8 sehingga dapat meningkatkan pertumbuhan dan hasil padi, kapas millet dan gandum.

pH Tanah

6,5

Ag Lime/Kapur Pertanian

6,0 5,5

Fly Ash / Abu Terbang

5,0 4,5

Pelletized Lime/Kapur Pelet

4,0

10 Juni Juni Juli Juli Juli

Juni

Gambar 1.5. Pengaruh Kapur Pertanian dan Fly AshTabel 1.2. Sifat Kimia Tanah yang dicampurkan dengan Fly Ash

Tanaman Keras

Sungkai/Jati Belanda/Jati Seberang Pulai

Pohon penghasil kayu (Timber)

Nephelium lappaceum Artocarpus heterophylus Durio zibethinus Artocarpus integer Lansium domesticum Garcinia mangostana Syzgium aqueum Psidium guajava Anacardium occidantale Mangifera indica Anona muricata Parkia speciosa Pithecellobium jiringa

Pohon buah-buahan Rambutan Nangka Duren Cempedak Duku Manggis Jambu Air Jambu Biji Jambu Monyet/Jambu Mede Mangga Sirsak Pete Jengkol

Coffea canephora Thea sinensis Camellia sinensis Elaeis guinensis Hevea brassilinensis

Kopi Teh Kelapa Sawit Karet

(“cash crop”)

Arachis hypogea Vigna unguiculata Cajanus cajan

Kriteria Sifat Kimia Tanah Sebelum

Kacang Tunggak Gude

Tanaman Pangan Padi Oryza sativa Palawija Kacang Tanah

Kelompok Nama Lokal Nama Ilmiah

Tabel 1.3. Beberapa Contoh Tanaman yang Toleran terhadap Tingkat Kemasaman Tinggi (pH Rendah).

N (%) Sangat rendah medium P (ppm) Sangat rendah medium K (mg/100g) Sangat rendah medium KTK (me/100g) 12 me/100g 19 me/100g Sumber : Capp and Eagle, 1987; Kumar, 2004; Nunung Sondari, 2005.

Sifat kimia tanah setelah tanah dicampur Fly Ash pH 3,5 5,1

Dicampur Fly Ash (Analisis Awal Tanah Percobaan)

Perunema inerme Alstonia sp.

5,5

Brokoli 6,0

6,0

5,5

4,8

6,0

5,5

5,8

5,5 – 7,5 Kol kembang 5,5

6,0

Bit meja 6,0 – 7,5

Bulangan Sengon putih Mahoni Mangium

Asparagus 6,0 - 8,0

Tabel 1.4. Kisaran pH yang Sesuai dari Tanaman Pilihan Tanaman Sayuran

Chromolaena odorata

Tanaman liar Melastoma Krinyu Melastoma sp.

Crotalaria juncea Calopogonium mucunoides Calopogonium caeruleum Centrosema pubescens Pueraria phaseoloides Mucuna pruriens var. utilis

Tanaman legume penutup tanah (LCC) Oro-orok (jawa) Callopo Callopo Centro Kacang Asu (bhs jawa) Kacang benguk

Peltophorum dasyrrachis Gliricidia sepium Flemingia congesta Leucaena leucoephala

Tanaman pagar Petaian Gemal Flemingia Lamtoro

Gmelina arborea Paraserienthes falcataria Swietenia mahagoni Acacia mangium

– 7,0 Kubis
– 7,5 Wortel
– 7,5 Seledri
– 7,0 Mentimun
– 7,0 Letis
– 7,0 Bawang merah 5,8
– 7,0 Kentang
– 6,5 Rubarti
– 7,0 Bayam
– 7,5 Tomat
– 7,5

Apel asam 6,0

– 7,0 Kranberi besar 4,2
– 5,0

Tanaman Lain

Alfalfa 6,2-7,8

Gandum merah 6,5-7,8 Kara lapangan 6,0-7,5 Bit gula

6,5-8,0 Rumput biru Kentucky 5,5-7,5 Klover merah 6,0-7,5 Klover manis 6,5-7,5 Klover putih 5,6-7,0 Jagung

5,5-7,5 Jali

5,0-7,0 Oat (serealia berbiji kecil) 5,0-7,5 Kacang lapangan 6,0-7,5 Kacang tanah 5,3-6,6 Padi

5,0-6,5 Rye

5,0-7,0 Sorgum

5,5-7,5 Kedelai

6,0-7,0 Tebu

6,0-8,0 Tembakau

5,5-7,5 Gandum putih 5,5-7,5

Tanaman Bunga dan Semak

Violet aafrikah 6,0-7,0 Almon, berbungaan 6,0-7,0 Alyssum

6,0-7,5 Azlea

4,5-5,0 Barberi jepang 6,0-7,5 Begonia

5,5-7,0 Semak merah 5,5-7,5 Kalendula

5,5-7,0 Anyelir

6,0-7,5 Krisan

6,0-7,5 Gardenia

5,0-6,0 Geranium 6,0-8,0

American hooly 5,0-8,0 Jelatang boston 6,0-8,0 Lilak

3,8-5,5 Beech

6,0-7,5 Stagnum

5,0-6,5 Maple gula

5,0-6,0 Larch eropa

4,5-6,0 Hemlock

5,0-6,0 Kerangas

6,0-7,5 Nanas

4,5-5,0 Cemara balsam 5,0-6,0 Cemara douglas 6,0-7,0 Peach

4,5-5,0 Paku ganda

5,0-6,7 Birch eropa (putih) 4,5-6,0 Sedar putih

Tumbuhan ash putih 6,0-7,5 Aspen

6,0-7,5 Lili paskah

Tanaman Hutan

5,5-7,5

6,5-7,5 Sweet william 6,0-7,5 Zinnia

6,0-7,0 Rhododendron 4,5-6,0 Mawar hibrida 5,5-7,0 Bunga mulut singa 6,0-7,5 Bola salju

6,0-7,0 Quince

5,0-6,0 Poinsettia

4,0-5,0 Phlok

5,0-6,0 Anggrek

6,0-7,0 Magnolia

3,5-5,0 Pasangan hitam 6,0-7,0 Pasangan pin 5,0-6,5 Pasangan putih 5,0-6,5 Tusam jarak 4,5-5,0 Tusam lobloli 5,0-6,0 Tusam merah 5,0-6,0

6,0-7,0 Pada tanah potensi masam biasanya kandungan Alumunium dapat ditukar (Al dd) tinggi. Semakin tinggi Al dd pada tanah, maka kejenuhan Al meningkat. Kejenuhan Al mempengaruhi pertumbuhan dan hasil tanaman. Pada tingkat kejenuhan Al tinggi 60

Buah-buahan

5,0-6,5 Semangka

Rasberi merah 5,5-7,0 Strawberi

Sheri manis 6,0-7,5

Sheri asam 6,0-7,0

Beri biru 4,0-5,0

Thuja 6,0-7,5

Apricot 6,0-7,0

Apel 5,0-6,5

6,0-8,0 Tisel kanada 5,0-7,5

Tusam putih 4,5-6,0 Sprus hitam

4,0-5,0 Mustar liar

4,0-6,0 Milkweed

6,0-7,5 Tongkat mas 5,0-7,5 Rumput ketam 6,0-7,0 Rumput kuak 5,5-6,5 Ekor kuda

Tapak liman 5,5-7,0 Gulma geletar 5,5-7,0 Ekor rubah

Gulma

6,0-7,0

5,0-6,5 Walnut hitam 6,0-8,0 Yu jepang

6,0-7,5 Tamarak

4,0-5,0 Sikamor

– 80 % pada pH tanah 4,5 – 5,5 maka

tanaman pangan seperti kedelai atau legum (kacang-kacangan akan mengalami pertumbuhan yang kerdil dan merana). Akan tetapi pada tingkat kejenuhan tersebut untuk komoditas karet, duren, kopi, manggis, jeruk, rambutan dapat hidup karena toleran pada tanah masam.

Tabel 1.5. Prosentase Kejenuhan Alumunium (Al) dan pH dalam Hubungannya dengan pertumbuhan Tanaman.

No. Tanaman % Kej. Al pH Tanah

1 Karet 60-80 4,5-5,5

2 Kopi, Jeruk, Rambutan 40-60 4,5-5,5

3 Jagung 40 4,5-6,0

4 Pologan 20 5,5

5 Sayuran 20-40 5,0-5,5

6 Hermada Rumus kejenuhan Al adalah : KTK efektif = Aldd (ekstrak 1 N KCl) + jumlah basa dapat ditukar (dd)

(NH

4 OAc pH 7,0)

Akan tetapi dari beberapa pendapat menyatakan bahwa pengapuran tanah di daerah tropik sampai mendekati pH netral tidaklah perlu, bahkan dapat meninimbulkan gangguan pada tingkat produksi. Penghambat tumbuh di tanah masam : a. pH tanah rendah b. keracunan Al, Mn, Fe c. kekurangan Ca dan Mg

Dengan keracunan Al perkembangan akar tanaman terhambat. Akar dalam menyerap air dan hara menurun dan tanaman lebih peka terhadap kekeringan. Fungsi Mn : Aktivator enzim

Fungsi Zn : Metabolism auksin Sistesis nuleotida Dehidrogenase

Kekurangan Mn : khlorosis, daun mengeras, bercak nekrotik pada daun di bagian tengah. Kekurangan Zn : Rosset, klorotik Kelebihan Mn : daun menjadi berwarna coklat, bercak-bercak hitam pada gandum pada daun tua

Hubungan pH dengan titik Muatan nol (TMN)

Titik muatan nol (TMN) atau point of zero charge (pzc) (Parfitt, 1980; Bowden et al;., 1980) adalah pH tanah pada kondisi muatan neto permukaan sama dengan nol atau total muatan positif sama dengan total muatan negatif. Beberapa ahli tanah menyebut titik ini sebagai point of zero

charge (pzc) atau titik nol muatan (diantaranya Uehara dan Gilman1981,

dan Sakurai 1989). Istilah yang dikemukakan Parfitt (1980) lebih tepat untuk mengungkapkan sifat tanah ini karena salah satu metoda penetapan TMN adalah menetapkan suatu titik yang menunjukan pH pada kondisi total

jerapan H = OH . Ahli-ahli tanah sepakat pula bahwa pH pada kondisi ini disebut juga pH .

TMN merupakan karakteritikka liat bermuatan variabel. TMN muncul dari sifat amfoter oksida-oksida dan/atau hidroksida besi atau alumunium dan alofan atau mineral ordo kisaran pendek lainnya pada fraksi liat (Uehara dan Gilman, 1981; Tan, 1984). Dengan demikian, salah satu pendekatan untuk mengetahui adanya liat bermuatan variabel dengan teknik yang sederhana ialah menentukan nilai TMN (Sakurai, 1989). TMN dapat menentukan tanda muatan neto permukaan liat. Jika pH aktual sistem tanah kurang dari TMN, muatan permukaan adalah positif. Sebaliknya jika pH tanah aktual lebih besar daripada TMN, muatan netonya adalah negatif

(Bohn et al., 1979). Untuk mendapatkan TMN, dapat digunakan metode titrasi garam (Salt Titration) yang telah dikembangkan oleh Uehara dan Gilman (1981). Penetapan TMN dengan titrasi garam didasarkan pada teori Gouy-Chapman dan Nerst. Dalam hal permukaan liat telah bermuatan neto negatif, muatan akan lebih negatif dengan penambahan garam akibat hidrogen ke dalam larutan tanah yang mengakibatkan turunnya pH dan sebaliknya, pH suspense akan meningkat dengan penambahan garam jika muatan permukaan positif. Jika muatan neto permukaan liat nol, pH larutan tidak akan dipengaruhi oleh penambahan elektrolit.

Semua hasil percobaan menunjukan bahwa semua nilai hasil pengamatan berhubungan satu sama lain sebagai refleksi karakteristika komponen bermuatan variabel. Nilai TMN, koef. Absorpsi Fosfat (KAF), dan permukaan jenis diduga merupakan komponen yang penting untuk analisis parameter oksida atau hidroksida amorf secara kualitatif. Kandungan oksida dan hidroksida yang tinggi telah diketahui meningkatkan TMN, terutama Al oksida amorf memberikan kontribusi yang besar terhadap tingginya nilai TMN sebagai karakterika tanah abu vulkan.

TMN pada Andisol di perkebunan teh Ciater, Sedep, dan Sinumbra berkisar 3,45 sampai 4,98 dan berkolerasi positif dengan kandungan alofan (Mahfud Arifin, 1994). Dengan demikian perbedaan TMN tersebut berkaitan dengan kandungan bahan amorf yang merupakan fraksi-fraksi dapat larut dalam oksalat, yaitu alofan dan bahan-bahan yang menyerupai alofan (Allophane like materials). Parks (1965) mengemukakan bahwa oksida- oksida yang larut dalam oksalat atau dikenal juga sebagai liat amorf mempunyai nilai TMN yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan liat kristalin.

Pada umumnya lapisan atas tanah mempunyai TMN yang lebih rendah daripada horizon dibawahnya. Menurut Uehara dan Gilman (1981), hal ini terjadi karena kandungan bahan organik lapisan atas lebih tinggi dan tanah memperoleh kesempatan retensi kation jika diperlukan. Dengan demikian, penambahan bahan organik pada sistem ini akan menurunkan TMN. Akan tetapi hasil beberapa penelitian mengenai pengaruh bahan organik tersebut berbeda-beda, tergantung pada neto permukaan lainnya. Hasil penelitian Mahfud Arifin (1994) menunjukan bahwa liat dengan permukaan neto positif (∆ pH < 0), dan muatan neto negatif (0 < ∆ pH ≤ 0,5), bahan organik menurunkan TMN, tetapi pada muatan neto negatif dan ∆ pH > 0,5, ternyata bahan organik meningkatkan TMN, karena bahan organik pada kondisi ini akan meningkatkan komponen muatan variabel.

Peningkatan kapasitas retensi kation dapat ditingkatkan dengan menurunkan TMN. Hal ini dapat dilakukan dengan penambahan anion yang mengakibatkan peningkatan muatan neto negatif. Wann dan Uehara (1978)

mengemukakan bahwa peningkatan aplikasi fosfat (0-1500 mg kg ) pada Oxisol menyebabkan penurunan TMN secara linier disertai dengan peningkatan muatan neto negatif.

BAB II. MINERAL DALAM TANAH

2.1 Mineral Tanah dan Manfaatnya bagi Tanaman

Tanah sebagai media pertumbuhan tanaman tersusun dari beberapa komponen yaitu komponen padat, udara, dan air sesuai pada Gambar 2.1

KOMPONEN TANAH AIR PADAT UDARA ANORGANIK ORGANIK (Bahan organik dan Humus) KRISTALIN NONKRISTALIN

Silikat-silikat

KIMIA TANAH PERTANIAN , DR. Ir. NUNUNG SONDARI,MP. , Ir. SUPARMAN, MP. 2015