Dasar Ilmu Tanahsemester ganjil 2013/2014 (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 (H20)

membentuk ion hidronium, seperti H3O+

Pengukuran Keasaman

Keasaman (atau kebasaan) suatu larutan diukur menggunakan skala pH (karena kecilnya konsentrasi)

Skala pH menunjukkan konsentrasi ion hidrogenium dalam suatu larutan

Skala pH berkisar dari 0 sampai dengan 14, dimana 7 dinyatakan sebagai netral ([H3O+ ] = [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 keasaman 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 Al3+ yang mudah sekali ditukar dengan kation lainnya (ion bermuatan positif) H H H H H+ H+

H Ca++ H+Mg Mg++ H+Ca Ca++ H+ H+

H H H Na

Tanah

Keasamaan CadanganKeasamaan aktif

Sumber keasaman dalam tanah

Kation Hidrogen dan Aluminium penyebabkeasaman tanah

Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada pH 6 dan diatasnya. Di bawah pH 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karenadisosiasi Al dari mineral liat. Aluminum menjadi lebih larut pada pH rendah

Al 3+ + H20 ----> 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 NH4+)

NH4+ + 2O2 ---> NO3

- + H2O + 2 H+

2. Dekomposisi BO

Asam organik di ionisasi:

R-COOH---> R-COO- + H+

respirasi: CO2 + H2O ----> H2CO3 = H + HCO3

-

3. Hujan asam

Hujan asam disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil

Pembakaran minyak, gas dan batubara di pabrik pemangkit listrik melepaskan Sulfur dioksida (SO2) ke atmosfer

Pembakaran bensin pada kendaraan bermotor menempatkan nitrogen oksida (NOX) 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 H20 ---> 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 sulfat asam terbentuk jika pirit* (mineral FeS2) 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

tanaman2. Memperbaiki struktur tanah3. Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg4. Merangsang pertumbuhan mikroorganisme

bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada pH=6.5

5. Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk6. 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+ tersingkir 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 kation

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 ovenBerat ekuivalen = berat atam atau molekul (g)

valensi atau muatan per formula

Milliequivalent (MEQ)

1 meq berat KTK memiliki 6.02 x 10 20 kisi jerapanMEQ o beberapa kation yang umumUnsur Na+ K+ Ca++ Mg++Valensi 1 1 2 2Brt Eq. 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12Brt 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

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 jumlahkan2) 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 = 3-10Lempung = 10 15Lempung berliat = 10-30Liat = > 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 (

Satuan KTK

Satuan : cmol (+) / kg atau meq/100g

Molar muatan = 6 x 1023

Centimole muatan = 6 x 1021

Miliequivalent muatan = 6 x 1020

JADI: 1 meq/100 g = 1 cmol (+)/kg

Mineral Liat Tipe CEC,cmol (+)/ kg

Kaolinit 1:1 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

Aluminium

30-50

Humus 2000-4500

KTK tanah, mineral liat & humus

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.

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

Kejenuhan Basa

Kejenuhan Basa vs pH

% Kejenuhan Basa - meq basa CEC x 100

% Kejenuhan Hidrogen - meq H CEC x100Contoh: 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 = 9.427 x100 = 35%

pH vs. Kejenuhan Basa-

prakiraan hubungan

Kejenuhan Basa

Terdapat dua kelompok kation dalam komplek jerapan koloid yakni

kation asam (H+ dan Al 3+),

kation basa (Ca2+, Mg2+, 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

diisi Al3+ dan H+ (basa), terutama Al3+, racun

bagi tanaman kasus tanah-tanah masam di Indonesia