TUGAS UJIAN TENGAH SEMESTERDASAR ILMU TANAH

SIFAT FISIK DAN KIMIA TANAH

Oleh :

R.Fajar Santoso A1H011009

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIAN

PURWOKERTO

2014

A. Sifat Fisik Tanah

Sifat fisik tanah yaitu sifat yang berhubungan dengan elemen penyusunan massa

tanah yang ada. Dalam keadaan tidak jenuh, tanah terdiri dari 3 (tiga) bagian yaitu butiran

padat (solid), bagian air (water) dan bagian udara (air). Keberadaan materi air dan udara

biasanya menempati pada ruangan antara butiran/pori pada massa tanah tersebut. Ilustrasi

untuk memahami susunan elemen pada massa tanah dapat diasumsikan seperti gambar 1.

berikut (Das, 1998).

(Sumber : Braja M. Das 1988)

Gambar 1. (a) Elemen tanah dalam keadaan asli, (b) Tiga fase elemen tanah

Pada gambar 1. (a) memperlihatkan elemen tanah yang mempunyai volume V dan W,

sedang gambar 1. (b) memperlihatkan hubungan berat dan volume tanah dalam tiga fase yang

dipisahkan (butiran padat, air dan udara). Berat udara dianggap sama dengan nol. Hubungan

volume yang umum dipakai untuk suatu elemen tanah adalah sebagai berikut :

1. Angka pori (e) adalah perbandingan volume rongga (Vv) dengan volume butiran (Vs),

yang dinyatakan dalam bentuk desimal.

2. Porositas (n) adalah perbandingan antara volume rongga (Vv) dengan dengan volume

total (Vt), dinyatakan dalam desimal atau prosen tetapi dalam desimal lebih

diutamakan.

3. Kadar air (Wc) adalah perbandingan antara berat air (Ww) dengan berat butiran (Ws)

dalam tanah tersbut, dinyatakan dalam prosen.

4. Berat volume tanah (γ) adalah perbandingan antara berat tanah total (Wt) dengan

volume tanah total (Vt).

5. Berat volume kering (γd) adalah perbandingan antara berat butiran (Ws) dengan

volume tanah total (Vt).

6. Berat volume butiran padat (γs) adalah perbandingan antara berat butiran padat (Ws)

dengan volume butiran padat (Vs).

7. Derajat kejenuhan (Sr) adalah perbandingan antara volume air (Vw) dengan volume

rongga pori (Vv) yang dinyatakan dalam prosen. Apabila jarak dari derajat kejenuhan

dinyatakan dalam 0% - 100%, maka 0% (tanah tersebut kering) dan 100% (tanah

tersebut jenuh).

8. Specific Gravity (Gs) perbandingan antara berat volume butiran padat (γs) dengan

berat volume air (Vw).

Tabel 1. Nilai Angka Pori, Kadar Air, dan Berat Volume Kering untuk Beberapa Tipe

Tanah.

(Sumber : Braja M. Das 1988)

Lapisan dan Horison

Tanah berkembang kearah vertikal, sehingga terjadi lapisan-lapisan horisontal,

dinamakan lapisan tanah atau horison tanah. Lapisan tanah adalah lapisan horisontal yang

terjadi karena proses geogenesis, sehingga batasnya sangat tegas (abrupt), Horison tanah

adalah lapisan horisontal yang terjadi karena proses pedogenesis, sehingga batasnya tidak

tegas (diffuse).

Warna Tanah

1. Sifat tanah yang paling mudah dilihat dan mudah ditetapkan

2. Tidak banyak berpengaruh langsung pada tanah, tetapi merupakan indikator sifat

tanah

3. Warna tanah merupakan indikasi sbb:

a. Kandungan bahan organik; makin banyak bahan organik, warna makin gelap

b. Warna tanah dan Temperatur: tanah berwarna gelap lebih banyak menyerap

panas, maka cepat panas dengan suhu yang tinggi

c. Warna tanah dan bahan induk: umumnya bahan induk warna gelap akan

membentuk tanah berwarna gelap

Penetapan Warna

1. _ Warna tanah ditetapkan dengan Soil Colour Chart System yang dirancang oleh guru

seni pada thn 1905

2. Suatu warna ditentukan oleh 3 parameter:

Hue = H (spektrum warna dominan)

Value = V (kecerahan-kegelapan; putih-hitam)

Chroma = C (kemurnian atau intensitas warna)

3. Warna tanah dicerminkan sebagai H V/C

Misalnya 10YR 3/2

4. Warna tanah ditetapkan pada kandungan air tanah standar; kering (daerah arid),

lembab (daerah humid)

5. Penetapan warna tanah perlu dibandingkan pada berbagai kondisi intensitas dan

kualitas cahaya

6. Pada suatu horizon dapat dijumpai lebih dari satu warna (warna dominan adalah

warna yang meliput lebih 50% volume tanah)

Warna Tanah

Warna tanah merupakan Sifat tanah yang paling mudah kelihatan Dikuantifikasi dengan

“Munsell color chart”

Hue – warna dasar (merah, kuning 9)

Value – derajat _ terang atau gelap

Chroma – intensitas atau kecerahan

Contoh : 10YR5/6

Hue 10YR - halaman

Value 5 - baris

Chroma 6 – kolom

Value: menunjukkan kecerahan suatu warna, Berkisar dari 0 (hitam) sampai 10

(putih).

Chroma: menunjukkan derajad perubahan warna dari warne netral pada value yang sama,

batas bawah adalah 0, tapi tidak ada batas atas dalam tanah, Chroma jarang melampaui 8

Partikel Tanah

partikel = zarah = separat adalah butiran-butiran tunggal dari bagian mineral tanah.

Pasir – bisa dilihat dengan mata telanjang

Debu – bisa dilihat dengan mikroskop

Liat – hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron

TEKSTUR TANAH

Pengertian kualitatif

Menggambarkan sifat berat atau ringannya tanah apabila diolah : Ditetapkan dengan cara

merasakan (by-feeling)

Pengertian kuantitatif

Perbandingan jumlah (massa) partikel pasir, debu dan liat dalam bagian mineral tanah :

Ditetapkan dengan penentuan ukuran partikel tanah

Pengaruh Tekstur pada Lingkungan Tanah :

1. Pergerakan dan retensi air

2. Pergerakan udara tanah

3. Serapan hara dan bahan pencemar (pollutans)

4. Mudah tidaknya tanah diolah

Struktur Tanah

Struktur tanah adalah susunan partikel tanah dengan ruang pori didalamnya yang dibatasi

oleh bidang belah. Pembentukan struktur : Mikro dan makro, Faktor yang mempengaruhi :

liat, jazad mikro, tanaman, hewan, tanah dan iklim. Bentuk struktur : granuler, lempeng,

kubus, gumpal, prisma dan columnar. Perkembangan struktur : tanpa perkembangan,

perkembangan lemah, sedang dan kuat. Hubungan dengan sifat tanah yg lain yaitu dengan :

peredaran air/udara, kimia tanah dan biologi tanah. Pengelolaan struktur : pengolahan tanah

pada kadar air yg tepat, menambah Bhn Organik, penutup tanah dan menghndari pengolahan

tanah berlebihan. struktur berkaitan dengan susunan partikel tanah primer menjadi gumpalan

yang disebut agregat atau peds

• Agregat, peds, atau clods adalah partikel sekunder

• Struktur dikelompokkan berdasar :

a. Bentuk (gumpal, pipih , kubus, prisma)

b. Ukuran (kasar, sedang, halus)

c. Kemantapan (kuat, sedang, lemah)

Pentingnya struktur tanah

1. Meningkatkan infiltrasi air, jadi mengurangi limpasan permukaan (runoff) dan erosi

serta meningkatkan jumlah air tersedia untuk tanaman

2. Meningkatkan daya perkecambahan biji, pertumbuhan akar, dan kedalaman

perakaran.

3. Meningkatkan pemeabilitas

Mempertahankan Struktur Tanah

1. Olah tanah pada kandungan air yang sesuai

2. Tidak mengolah tanah jika terlalu basah, merusak agregat

3. Menambahkan pupuk dan kapur yang sesuai. Pertumbuhan tanaman yang baik

membantu perkembangan struktur tanah yang baik.

B. Sifat Mekanik Tanah.

Sifat mekanis tanah merupakan sifat perilaku dari struktur massa tanah pada dikenai suatu

gaya atau tekanan yang dijelaskan secara teknis mekanis. Parameter kekuatan tanah tersebut

terdiri dari :

1. Kohesi (Cu), yaitu gaya tarik antara butiran tanah yang tergantung pada jenis tanah

dan kondisi kerapatan butir.

2. Bagian butiran yang bersifat gesekan tergantung pada tekanan efektif bidang geser

terhadap sudut geser dalam (Ø) yang terbentuk.

3. Tegangan air pori negatif (-Uw), ditentukan dengan menggunakan kurva kalibrasi

kertas filter Whatman no. 42.

Modulus elastisitas merupakan perbandingan antara tegangan yang terjadi terhadap

regangan. Nilai ini bias didapatkan dari Triaxial Test , secara empiris dapat ditentukan dari

jenis tanah dan data sondir

C. Sifat Dinamik Tanah.

Perhitungan sifat dinamik dengan alat Elemen Bender, kecepatan gelombang geser, Vs dapat

dihitung. Persamaan berikut di gunakan untuk menghitung Vs.

dimana L adalah jarak efektif atau panjang sampel tanah, sedangkan t adalah waktu tempuh

yang diperlukan oleh gelombang geser untuk merambat di tanah.

Dengan menggunakan persamaan berikut, modulus geser maksimum (G maks) dapat

ditentukan.

dimana :

ρ : kerapatan massa tanah = γ/g (gr.dt2/cm4)

V : kecepatan rambat gelombang geser (cm/dt)

γ : berat volume tanah (gr/cm3)

D. Sifat Kimia Tanah

1. Tanaman butuh:

SMH

Suhu, udara, air, unsur hara tanah

2. Tanah, faktor penyedia tsb diatas kecuali SMH.

3. Pertumbuhan tanaman, dibatasi faktor terjelek(gbr 8), (P faktor pembartas tanaman,

bila tersedia dalam jumlah kecil)

4. Tanaman, tdk saja butuh hara, juga faktor lain (smh, suhu, udara, air, dsb)

.REAKSI TANAH (Ph tanah)

1. Menunjukkan sifat kemasaman tanah/alkalinitas tanah

2. Dinyatakan dengan nilai pH

3. pH, menunjukkan banyaknya konsentrasi ion hidrogen (H+) di dalam tanah

4. Makin tinggi kadar ion H+ di dalam tanah, makin masam tanah

5. SelainH+, ditemukan ion OH-, jumlahnya berbanding terbalik dengan H+

6. Pada tanah masam, jumlah H+ lebih tinggi dari OH-

7. Tanah alkalis, OH- >H+

8. Bila H+ = OH-, tanah bereaksi netral (pH 7)

9. Konsentrasi H+ atau OH- di tanah sangat kecil.

10. Tanah netral, kadar H+ = 1/10.000.000 mole per liter atau 10-7 mole per liter

11. Jadi pH = log 1/[H+] = - log [H+]

12. Tanah reaksi netral, maka : pH = log 1/10-7 = - log 10-7 = 7

13. Nilai pH berkisar 0-14 :

pH 7 = netral

pH < 7 = masam

pH > 7 = alkalis

14. Besarnya kisaran pH didasarkan konstanta disosiasi air murni :

HOH -à H+ + OH-

[H+] [OH-] = 10-14 = K (konstanta)

15. pH tanah umumnya 3,0 – 9,0

16. Di Indonesia : tanah masam , pH 4,0 – 5,5, sehingga bila pH 6,0 -6,5 dianggap cukup

netral, masikipun masih agak masam

17. Rawa-rawa, ditemukan tanah sangat masam, pH < 3,0 (sulfat masam, cat clay) karena

mengandung sulfat

18. Daerah kering/arid, pH tanah sangat tinggi/pH>9,0, karena mengandung Na

Pentingnya pH tanah

1. 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

2. 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

3. 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

4. Untuk mengubah pH masam, dinaikan dgn tambah kapur, dan jika alkalis, diturunkan

dgn penambahan belerang

Koloid tanah

1. Bahan mineral/organik yang sangat halus, mempunyai luas permukaan sangat

tinggi/berat(massa)

2. Berukuran < 1 μ

3. Tidak semua fraksi liat < 1 μ termasuk koloid

4. Bagian sangat aktif dalam reaksi fisikokimia dalam tanah

5. Partikel koloid halis ini disebt micell (micro cell) dan bermuatan negatif

6. ion bermuatan positif/kation tertarikmoleh koloid ini, terbentuk lapisan ganda ion

7. Bagian dalam dari Lapisan ganda ion ini bermuatan negatif(anion)

8. Bagian luar merupakan kerumunan kation

Mineral liat

1. Mineral berukuran < 2 μ

2. Terbentuk karena :

rekristalisasi/sintesis dari senyawa hasil pelapukan mineral primer

Alterasi/perubahan lgs dari mineral primer yang telah ada (misalnya mika

menjadi ilit)

3. Mineral liat dibedakan :

Mineral liat Al-silikat

Oksida-oksida Fe dan Al

Mineral –mineral primer

4. Asal dan urutan perubahan jenis mineral ke jenis mineral lain :lihat gambar 2

Gambar 2. beberapa kemungkinan terhadap asal dan mineral liat silikat

dan oksida

Mineral liat Al-silikat

1. Dibedakan menjadi :

Mempunyai bentuk kristal yang baik(kristalin) misalnya kaolinit, haloisit,

montmorilonit, ilit

Mempunyai bentuk amorf, misalnya alofan

2. 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)

3. Mineral liat Al-silikat, mempunyai struktur berlapis-lapis

FeldsparMikaMineral Feromagnesium

Ilit Montmorilonit Kaolinit Oksida Al dan Fe

Mineral primer(pasir, debu) Mineral sekunder (liat)

alterasi

sintesis

4. Tiap unit terdiri lapisan Si-tetrahedron dan Al-oktahedron

5. 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

6. Mineral liat 1:1, tiap unit terdiri satu lapis Si-tetrahedron dan satu lapis Al-oktahedron

7. Mineral liat 2:1, terdiri dua lapis Si-tetrahedron dan satu lapis Al-oktahedron

8. Mineral liat 2:2, terdiri dua lapis Si-tetrahedron dan dua lapis Al-oktahedron tiap

unitnnya.

Kaolinit (1:1)

1. Unit, satu dgn lain melekat dgn kuat oleh ikatan H, shg tidak mengembang dan

mengerut bila basah/kering

2. Substitusi isomorfik sedkit/tidak ada, kandungan muatan negatif/KTK rendah

3. Muatan negatif hanya pada patahan kristal/akibat disosiasi H bila pH naik

4. Karenanya, muatan negatif meningkat bila pH naik (muatan tergantung pH)

Montmorilonit (2:1)

1. Unit, dihubungkan dgn unit lain oleh ikatan yg lemah (oksigen ke oksigen), shg

mudah mengembang dan mengerut

2. Air dan kation dapat masuk pada ruang antar unit(internal surface)

3. Dalam proses pembentkan montmorilonit banyak Al3+ dalam Al-oktahedron yg

disubstitusi oleh Mg2+, shg kelebihan muatan negatif

4. Internal surface, external surface dan ujung patahan lapisan aktif

5. Karenya mempunyai muatan negatif yang tinggi(KTK tinggi)

6. Pada pH <6,0 mengandung muatan tetap hasil substitusi isomorfik, bila pH >6,0

terjadi muatan tergantung pH

Illit (hidrous mika)

1. Di Indonesia, tidak banyak

2. Tergolong type 2:1

3. 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+

4. Dapat memfiksasi K yg diberikan/dalam tanah

5. Substitusi Si 4+ dari Si-tetrahedron oleh Al 3+ menyebabkan muatan negatif cukup

tinggi (KTK 10-40 cmol (+)/kg

Mineral liat silikat amorf

1. Contohnya alofan

2. Terdapat pada tanah asal abu volkan (andosol)

3. Asal pelapukan gelas vulkanik/feldspar

4. KTK tinggi

5. Memfiksasi P kuat

6. Tanah mengandung alofan terasa licin bila dipirid (smeary)

7. Bulk density (BD) rendah, <0,90 g/cc

Berdasar kelarutan dalam asam/alkali

Humus disusun oleh tiga jenis

a. Asam fulvik, BM paling kecil, warna paling terang, larut dalam asam/alkali, aktif

dalam reaksi-reaksi kimia

b. Asam humik, BM sedang, warna tidak terlalu terang/gelap, larut dalam alkali, tidak

larut dalam asam, aktif dalam reaksi kimia

c. Humin, BM paling besar, warna paling gelap, tidak larut dalam asam/alkali, tidak

aktif dalam reaksi kimia

KTK

1. kation, ion bermuatan +, Ca++,Mg+,K+, Na+, NH4+, H+, Al 3+ dsb

2. Dalam tanah terlarut dalam air /dijerap koloid tanah

3. Kation (dalam miliekivalen) dijerap tanah per satuan berat tanah (biasanya per 100 g)

dan dinamakan KTK (kapasitas tukar kation)

4. Kation terjerap sukar dicuci oleh air gravitasi, tapi dapat diganti kation lain dalam

larutan tanah

5. Disebut pertukaran kation

6. Kation diatas selalu ada dalam kompleks jerapan.

7. KTK, dinyatakan dalam satuan kimia, miliekivalen per 100 g(me/100g)

8. 1 ekivalen= jumlah setara 1 g hidrogen

9. Jumlah atom dalam 1 ekivalen=6,02x1023 (= bilangan Avogadro)

10. Dgn demikian, 1 miliekivalen setara 1 mg hidrogen, dan terdiri 6,02x1020 atom

hidrogen

11. Bila tanah ber KTK 1me/100 g, artinya, setiap 100 g tanah mengandung 6,02x1020

muatan negatif

12. Satuan miliekivalen dapat diubah jadi satuan berat, juga

13. Satuan me/100 g dapat diubah ke ppm (part per milion)

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)

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

1. KTK di lab didasarkan pada pH larutan yang ditentukan (karena adanya muatan

tergantung pH)

2. Dilakukan dgn ekstraksi amonium asetat disangga(dibuffer) pH 7 (NH4OAc pH7).

3. Bila tanah ber pH<7, didapat nilai KTK lebih besar dari sebenarnya

4. Bila tanah ber-pH>7, KTK dgn pH 7 akan didapat nilai lebih rendah dari sebenarnya

Perbandingan KTK tiap koloid tanah

KTK Cmol (+)/kg

Humus 100-300

Chlorit 10-40

Montmorilonit 80-150

Illit 10-40

Kaolinit 3-15

Haloisit 2H2O 5-10

Haloisit 4H2O 40-50

seskuioksida 0-3

5. KTK erat hub dgn kesuburan tanah

6. KTK tinggi mampu menjerap/menyediakan unsur hara

7. TK tinggi didominasi kation basa(Ca,Mg,K,Na)

8. Bila didominasi kation asam(Al,H) mengurangi kesuburan tanah

9. Karena hara dalam kompleks jerapan shg tidak tercuci

10. Tanah dgn bo/liat tinggi, KTK >tinggi~pasir

11. Mineral liat menentukan KTK, montmorilonit>kaolinit

12. Tanah tua/oksisol(seskuioksida) KTK rendah

13. KTK, penciri klasifikasi tanah(oksisol harus<16 cmol(+)/kg

Pertukaran anion

1. Selain pertukaran kation, ditemukan pertukaran anion dalam tanah(jumlah kecil)

2. KTA pada mineral liat amorf dan Al/Fe-oksida, kaolinit

3. Pada silikat, adanya patahan kristal/pergantian gugusan OH oleh anion lain

4. Pada Fe/Al-oksida pergantian gugusan OH oleh anion lain

5. Karena muatan positif, maka terjadi pertukaran anion

KB

1. Kation dalam kompleks jerapan, kation basa dan kation asam.

2. Kation Basa, Ca++, Mg++, K+, Na+

3. Kation Asam, H+, Al+++

4. KB, menunjukkan perbandingan jumlah kation-kation basa dgn jumlah semua kation

(kation basa+asam)

5. Jumlah maks kation dijerap tanah, menunjukkan besar nilai KTK tanah

6. Karenanya KB =jumlah kation basa/KTK x 100%

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)

Sumber :

Bowles, J.E. 1984. Sifat-sifat Fisis dan Geoteknis Tanah, Erlanga, Jakarta. Das, B.M., (translated by Mochtar N.E, and Mochtar I.B.). 1988. Mekanika Tanah (Prinsip-

prinsip Rekayasa Geoteknik) Jilid I. Erlangga, Jakarta.

Hardiyatmo, H.C. 1992. Mekanika Tanah. PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.