Ilmu Tanah, dan Kaitannya dengan Ilmu-ilmu
Lain
Matematika
Statistika
Sistem Informasi
Geograf
FISIKA
KIMIA
BIOLOGI
PEDOLOGI
GEOLOGI
KLIMATOLOGI
MINERALOGI
ILMU TANAH
EDAPHOLOGI
KESUBURAN
TANAH
I. PENDAHULUAN
Mengapa Dasar ILmu Tanah perlu dipelajari (untuk Pertanian)
Tanah adalah media tumbuh tanaman, dan tempat hidup jasad hidup tanah, baik makro maupun mikro
Tanaman tumbuh karena ada interaksi antara tanah dan tanaman Akar tanaman menyerap hara dan air dari dalam tanah
Tanaman akan tumbuh dengan baik apabila tanah mempunyai sifat fsik, kimia, dan biologi yang sesuai dengan kebutuhan tanaman.
Ruang lingkup yang dipelajari (untuk Pertanian)
Pedologi ilmu yang mempelajari tanah secara utuh sebagai tubuh alam
Edaphologi ilmu yang mempelajari hubungan tanah, air dan tanaman
Sifat Kimia, Fisika, dan Biologi tanah
1.1. DEFINISI TANAH
Tanah adalah akumulasi tubuh alam bebas, berdimensi tiga, menduduki sebagian (besar) permukaan bumi, yang mampu menumbuhkan tanaman, dan memiliki sifat sebagai akibat pengaruh iklim dan jasad hidup yang bertindak terhadap bahan induk pada kondisi topograf/relief tertentu dan selama waktu tertentu (Donahue, 1970).
Jadi Tanah merupakan fungsi dari iklim, jasad hidup, bahan induk, topograf, dan waktu:
T = f {iklim ,jasad hidup, bahan induk, topografi, waktu}
Gambar. 1. 1. Komposisi Utama Tanah Bertekstur Lempung berdebu 1. 2. SEJARAH PERKEMBANGAN ILMU TANAH
1. Permulaan abad 17.
Percobaan yang dilakukan oleh van Helmont (1577-1644) merupakan era baru dalam penelitian bidang pertanian.
Pada awal percobaan:
Tanaman seberat 2,3 kg ditanam dalam pot berisi 90,8 kg
tanah dan tanaman hanya disiram air hujan selama 5 tahun
Pada akhir percobaan:
Tanaman tumbuh hingga seberat 76,8 kg, dan tanah dalam
pot berkurang 57 g.
Kesimpulan: air merupakan azas tumbuh dari tanaman Alasan bahwa percobaan tersebut tidak benar adalah:
1. 57 g tanah yang hilang ternyata tersusun dari mineral-mineral, misalnya: kalsium, kalium, fosfor yang diabsorbsi oleh tanaman. (Jika tanaman tersebut dibakar, maka akan diperoleh kembali 57 g mineral tanah dalam bentuk abu tanaman tersebut).
2. Tanaman tersebut terutama terdiri dari karbon yang berasal dari karbon dioksida dan oksigen dari atmosfer, bukannya berasal dari air.
2. Pada tahun 1731.
Jethro Tull dari Oxford, menyimpulkan mengolah tanah merupakan salah satu dari pekerjaan utama dalam bercocok tanam karena tanaman mudah menyerap makanan.
3. Pada tahun 1757.
Francis Home, menyatakan bahwa magnesium sulfat, natrium dan kalium nitrat, kalsium sulfat dan olive oil merupakan bahan-bahan yang meningkatkan pertumbuhan tanaman.
4. Pada tahun 1840.
Justus von Liebig, ahli kimia dari Jerman, melaporkan bahwa:
Karbon hara tanaman berasal dari karbon yang terdapat
Nitrogen berasal dari amoniak.
Fosfor dibutuhkan untuk produksi biji dan kalium untuk
perkembangan tanaman rumput-rumputan dan sereal.
Dengan menganalisis abu tanaman, dapat diformulasi pupuk yang akan dipergunakan untuk mensuplai semua unsur esensial untuk tanaman berikutnya.
(dalam hal ini Justus von Liebig gagal).
Hukum minimum (Law of the minimum):
Pertumbuhan tanaman dibatasi oleh unsur esensial yang berada
dalam jumlah yang relatif paling sedikit
5. Pada tahun 1870.
Pasteur di Perancis, mengemukakan bahwa nitrifkasi (konversi ammonium menjadi nitrat) adalah merupakan suatu proses yang dilakukan oleh bakteri.
6. Pada tahun 1890.
S. Winogradsky, berhasil mengisolasi bakteri nitrifkasi.
7. Pada periode yang sama.
H. Hellriegel dan H. Wilfarth, membuktikan bahwa bakteri pada nodula legum mengasimilasi gas nitrogen dan sebagian nitrogen tersebut kemudian dapat tersedia bagi tanaman.
8. Semenjak 1940.
Pengetahuan tentang tanaman telah tumbuh luar biasa. Hal ini sangat menguntungkan sebab:
ada urgensinya dengan kebutuhan bercocok tanam untuk
menghasilkan makanan dan serat untuk kebutuhan manusia. 9. Pada tahun 1825 – 1840.
Edmund Ruffin, ahli pertanian dari Virginia, adalah yang pertama kali menggunakan kapur untuk memperbaiki produktivitas yang rendah dari suatu tanah yang disebabkan oleh kemasaman tanahnya.
10. Pada tahun 1843.
J. B. Lawes dan J.H Gilbert di Rothamsted, Inggris, adalah pembaharu penyelididkan pertanian secara ilmiah, yang membuat Pusat Percobaan pertama kali di dunia.
Dari hasil percobaannya pada 1855, disimpulkan bahwa:
Tanaman membutuhkan garam kalium dan fosfor Tanaman membutukan sumber nitrogen dalam tanah
Penambahan pupuk buatan dapat menjaga kesuburan tanah
11. Pada akhir abad 19.
Dimulai pengkajian tanah dengan tanpa mempertimbangkan peranannya sebagai media untuk pertumbuhan tanaman.
12. Pada tahun 1886.
V. V. Dokuchaiev, mengklasifkasikan tanah ke dalam:
Normal (upland)
Transisional (padang rumput, calcareous, alkali) Abnormal (organik, alluvial, aeolin)
13. Pada tahun 1912.
Coffey mengklasifkasikan tanah ke dalam 5 kategori, yaitu: 1. Arid soil
2. Dark – colored prairie soils 3. Light – colored timbered soils 4. Black swamp soils
1. 3. FAKTOR PERTUMBUHAN TANAMAN
Tanah dapat dipandang sebagai campuran partikel organic dan mineral dengan berbagai ukuran dan komposisi.
Ruang Pori, berfungsi:
1. sebagai saluran untuk pergerakan udara dan air 2. lalu lintas binatang tanah
3. sebagai jalan untuk perluasan dan pertumbuhan akar
Akar tanaman dengan cara mengkait/menjangkar tanah menyangga bagian atas tanaman serta akar tanaman mengabsorbsi air dan hara.
Lingkungan tanah perakaran harus bebas dari faktor penghambat. Tiga hal esensiil dimana tanaman mengabsorbsi dari dalam tanah dan menggunakannya:
1. air dievaporasikan dari daun 2. hara untuk nutrisi
II. PROSES PEMBENTUKAN TANAH
2. 1. Faktor pembentuk tanah:
Tanah = f {Iklim, Jasad hidup, Bahan induk, Topografi, Waktu}
1. Iklim
2. Jasad hidup 3. Bahan induk 4. Topograf/relief
5. Waktu
Proses Pelapukan batuan induk menjadi bahan induk dibedakan dalam dua kategori.
1. Pelapukan fsika disintegrasi
2. Pelapukan kimia dan transformasi dekomposisi
2. 2. Proses pelapukan fisika meliputi:
1. Pembekuan dan pencairan
Gaya yang dihasilkan oleh air saat membeku cukup kuat untuk memisahkan/memecahkan mineral/batu. Tekanannya dapat mencapai 146 kg/cm2.
2. Pemanasan dan pendinginan
Perbedaan temperatur dapat menimbulkan ekspansi dan kontraksi diferensial, yang mampu memecahkan mineral. Perubahan temperatur juga menyebabkan pengelupasan keseluruhan permukaan mineral/batuan.
3. Pembasahan dan pengeringan
Batuan
Tanah
Bahan
Induk
Pelapukan
Genesa
Pembasahan dan pengeringan menyebabkan pengembangan dan pengkerutan, serta abrasi diantara partikel dalam tanah sehingga membuat partikel lebih halus.
4. Tindakan penggosokan (saling berbenturan)
Gesekan (gosokan) batuan atau partikel tanah yang bergerak apakah karena air, angin, atau gravitasi menyebabkan desintegrasi yang efektif.
5. Tindakan organisme (tanaman, binatang, dan manusia)
Gerakan akar cukup mampu untuk memecahkan batuan. Pengerongan/ pelubangan yang terus menerus oleh binatang juga menambah aksi disintegrasi fsik tanah. Sedangkan tindakan manusia mempercepat proses pelapukan fsik dengan pembajakan dan penanaman.
Pelapukan Kimia dan Transformasi (dekomposisi) Perubahan Kelarutan Perubahan Struktur 1. Pelarutan:
NaCl + H2O Na+ + Cl- + H2O
2. Hidrolisis:
KAlSi3O8 + H2O HAlSi3O8 +
KOH
3. Karbonatasi:
CO2 + H2O H+ + HCO3
-CaCO3 + H+ + HCO3-
Ca(HCO3)2
1. Hidrasi:
2Fe2O3 + 3 H2O 2Fe2O3۰ 3
H2O hematite
limonit
2. Oksidasi: (proses pemberian e-)
oksidasi
4FeO + O2 2Fe2O3
reduksi
3. Reduksi:(proses penerimaan e-)
Pelapukan Fisika (Disintegrasi)
Merupakan proses mekanik, dimana batuan-batuan masif pecah menjadi fragmen berukuran kecil namun tanpa perubahan kimia.
Faktor yang sangat dominan berpengaruh adalah suhu dan air. Contoh:
Batuan terdiri dari berbagai mineral dengan sifat berbeda. Jika suhu berubah dengan tiba-tiba, mineral dalam batuan berkontraksi dan berekspansi batuan pecah.
Gerakan akar tumbuhan mempunyai tekanan yang cukup memecahkan batuan.
2. 3. Pelapukan Kimia (Dekomposisi)
Merupakan proses kimiawi dan menyebabkan terjadinya perubahan kimiawi mineral/batuan (dekomposisi).
Terdiri dari proses-proses:
1. Yang menyebabkan perubahan kelarutan
a. Pelarutan
NaCl + H2O Na+ + Cl- + H2O
Garam Air (Ion-ion terlarut dalam air) terlarut
b. Hidrolisis
(yang terpenting dalam pelapukan kimia) tergantung pada disosiasi partial air menjadi H+ dan OH-, dibantu oleh CO
2- dan asam-asam organik.
KAlSi3O8 + H2O HAlSi3O8 + KOH
Ortoklas asam silikat lempung
proses ini dianggap sebagai awal terbentuknya lempung. c. Karbonatasi (persenyawaan dengan asam karbonat)
CO2 + H2O H+ + HCO3
-CaCO3 + H+ + HCO3- Ca(HCO3)2
Kalsit Asam Kalsium bikarbonat Karbonat mudah larut
2. Yang menyebabkan perubahan Struktur a. Hidrasi/Hidratasi
2Fe2O3 + 3 H2O 2Fe2O3۰3H2O
hematite limonit
merah kuning
b. Oksidasi (penambahan oksigen pada mineral) oksidasi
Ferroues Ferric
Oxide oxide
3. Reduksi (pemindahan oksigen)
Terjadi pada kondisi air tergenang redoks potensial rendah reduksi
2Fe2O3 --- 4FeO + O2
Ferric Ferroues
Oxide oxide
(hematit)
III. GENESA TANAH
3. 1. Faktor Pembentuk Tanah:
Lima faktor dominan yang mengendalikan pembentukan tanah adalah:
1. Bahan induk pasif 2. Iklim aktif
PARENT ROCKS (Fragmented)
Organic plant residures
in stagnant water (fresh or salt water) CUMULOSE
RESIDUAL Formed on site (Sedentary) Schist Gneiss Quartzite Marble Heat, presure, chemicals Igneous origin Sedimentary origin Metamorphic Lava
Granite (more Silica) Basalt (less Silica)
Limestone Sandstone Shale Igneous Sedimentary TRANSPORTED Water
Marine: ocean deposit
Lacustrine: lake deposit (during glacial time)
Alluvial: running water deposit
Wind
Loess (small size soil materials deposited following lastglacial period) Eolion (sand dures, material < sands)
Ice (Glacial)
Moraine: lateral & terminal Ground moraine (Till plain ) - stoney Outwash plain (coarsa sand, gravel)
Gravity Colluvial (Talus)---deposites at foot of slope
Gambar 3. 1. Outline Bahan Induk
Kelima faktor tersebut saling berhubungan. Hubungan antara faktor dan sifat tanah oleh Jenny diekspresikan sebagai berikut:
Sifat Tanah = F {Bahan induk, Iklim, Jasad hidup, Topograf, Waktu} Atau
Soil Properties = f {p, cl, b, r, t, …} F = fungsi atau ketergantungan pada
p = parent material cl = climate
r = relief (position or landform) t = time
1. Bahan Induk dan Pembentukan Tanah
Lumut mati pembusukan peningkatan bahan organik asam-asam organik mempercepat penghancuran batuan.
Contoh: batuan granit melapuk melepaskan hara-hara rendah, dan pasiran
2. Iklim dan Pembentukan Tanah
Faktor iklim yang dominan terhadap pembentukan tanah adalah curah hujan dan suhu.
Pengaruh langsung Iklim terhadap Pembentukan tanah (1) akumulasi kapur
(2) tanah masam (di wilayah humid) (3) erosi
(4) pengendapan bahan-bahan tanah ke lapisan bagian bawah
(5) pelapukan, pelindian dan erosi
Pengaruh tidak langsung Iklim terhadap Pembentukan tanah
(1) Hutan (vegetasi dominan daerah humid) profl berkembang banyak horison.
(2) Padang rumput (daerah arid, semi arid) profl tanah
sedikit berkembang horison sedikit
Hutan banyak B.O aktivitas organisme banyak horison Lumut Batuan melapuk sampai
cukup mensuplai
elemen/hara bagi hidupnya lumut dan jenis jenis
Padang lapisan permukaan aktivitas org. horison Rumput kurang terdekomposis kurang sedikit
3. Organisme (Biosfer) dan Pembentukan Tanah
Aktivitas: tanaman dan binatang, serta dekomposisi bahan organik Yang dominan berperan adalah:
(1) akar tanaman
(2) binatang penggali tanah (cacing, serangga tanah, tikus, kelinci) (3) manusia (kegiatan manusia merubah struktur tanah)
(4) mikro organisme (jamur, bakteri)
PEDOTURBASI: proses bercampurnya tanah secara fsik. ARGILI – PEDOTURBASI: by shrinking and swelling to clay.
CRYO: by growth of ice crystal followed by freezing and thawing SEISMI: by earth quake
ANTHRO: by human activity (plowing and cultivation).
4. Relief dan Pembentukan Tanah
Relief mempengaruhi pembentukan tanah melalui terutama yang berhubungan dengan hubungan air dan suhu. Tanah-tanah yang berada dalam area iklim yang sama, dibentuk dari bahan induk yang sama dan berkembang pada tebing yang curam umumnya memiliki horison A dan B yang tipis, karena sedikitnya air yang meresap ke dalam profl (sebagai akibat dari runoff yang cepat dan karena permukaan tanah tererosi dengan cepat).
Tanah yang terdapat pada tebing yang landai memiliki kemampuan meloloskan air ke proflnya lebih banyak. Profl tanah umumnya lebih dalam, lebih banyak variasi vegetasinya, dan kandungan bahan organik juga lebih tinggi dibandingkan dengan yang terdapat pada tebing yang lebih curam.
Dalam daerah geografk tertentu, sifat-sifat tanah berikut umumnya berhubungan dengan relief.
(1) kedalaman solum tanah
(2) ketebalan dan kandungan bahan organik dalam horison A (3) kebasahan (kelengasan) profl tanah
(4) warna profl
Air
Horison tipis
Runoff
(6) reaksi tanah(7) kandungan garam-garam terlarut (8) macam dan tingkat perkembangan pan (9) suhu tanah
Gambar 3. 2. Relief dan Pembentukan Tanah.
Air
Horison lebih dalam
Kemiringan
sedang
5. Waktu dan Pembentukan Tanah
Lamanya waktu yang dibutuhkan suatu tanah untuk mengembangkan lapisan-lapisan yang disebut horison bergantung pada beberapa faktor yang saling berkaitan. Faktor-faktor tersebut adalah iklim, sifat bahan induk, organisme, dan relief.
Horison cenderung berkembang pesat pada kondisi: (a) hangat/panas; (b) humid/lembab; (c) kondisi hutan dimana tersedia cukup air untuk memindahkan koloid dan menyebabkan bahan organik mudah dirombak.
Pada kondisi yang ideal, profl tanah yang lengkap dibentuk dalam kurun waktu 200 tahun. Pada kondisi yang kurang mendukung, waktu tersebut dapat diperpanjang sampai ribuan tahun.
Faktor-faktor yang menghambat perkembangan profl tanah: (1) curah hujan rendah pelapukan lambat, sedikit pencucian
(2) kelembaban relatif rendah sedikit lumut, jamur, dan algae (3) kandungan kapur (Ca, Mg) atau Na bikarbonat bahan induk, tinggi (4) Tanah didominasi oleh pasir kuarsa dengan sedikit debu dan
lempung yang mudah dilapukkan pelapukan lambat, sedikit koloid dapat dipindahkan
(5) Kandungan lempung yang tinggi aerasi buruk, pergerakan air lambat
(6) Bahan induk yang resisten (tahan lapuk), seperti granit
pelapukan lambat
(7) Kemiringan lereng yang curam hilangnya tanah karena erosi, sedikit air yang masuk ke dalam tanah, mengurangi pencucian
(8) Muka air tanah yang tinggi daya pencucian rendah, kecepatan
pelapukan rendah
(9) Temperatur rendah/dingin proses kimia diperlambat
(10) Akumulasi bahan tanah secara konstan oleh deposisi bahan selalu baru untuk membentuk tanah baru
(11) Erosi angin dan air yang hebat terhadap bahan tanah
memunculkan bahan baru
IV. MORFOLOGI TANAH
Pembentukan tanah identik dengan (merupakan) perkembangan horison secara alami.
Pengkajian bentuk dan sifat profl tanah dan horison-horisonnya disebut morfologi tanah.
Umumnya horison dapat dikenali karena mereka berbeda dalam kandungan lempung, warna tanah, kandungan bahan organik, dan jenis serta jumlah berbagai garam.
Penamaan Horison (Simbol Horison)
Oi,Oe
Horison organik (20-30% BO) umumnya merupakan bagian tanaman (daun, ranting, dahan, akar) terdapat pada
permukaan tanah sebagai lapisan paling atas. Oa,Oe
Horison organik, mengalami perombakan ekstensif bentuk
bahan asal tidak dikenali. Umumnya terdapat di atas lapisan tanah mineral di bawah Oi,Oe
A1 Horison mineral paling atas. Permukaan tanah terolah (Ap), agak berwarna gelap karena kandungan BO
E
Horison mineral. Warna lebih cerah dari A1. Lempung halus dan sedikit bahan organik terlindi ke bawah oleh hujan. Umum terdapat pada daerah curah hujan tinggi hutan AB/EB Horison transisi. Lebih mirip A2 daripada B di bawahnya.
BA/BE Horison transisi. Lebih mirip dengan B2 daripada A1 atau E di atasnya.
B/Bw
Horison mineral lebih dalam, di bawah A1 atau A2. Partikel halus yang tercuci dari A1 dan A2 terakumulasi di sini, karena fltrasi, pelonggokan, kekurangan air. Kandungan lempung sering > dari A1, dan selalu > dari A2.
BC/CB Horison transisi ke horison C atau R
C Bahan mineral lepas-lepas tanpa perkembangan horison
R Batuan padat terpadu.
i = fbrik, e = hemik, a = saprik
Simbol Indeks Horison
Indeks tambahan dapat ditambahkan pada penamaan horison untuk mencirikan sifat horison lebih tepat/rinci. Indeks ini selalu ditulis dengan huruf kecil.
a bahan organik melapuk lanjut (sangat lapuk) digunakan dengan horsion O. Kandungan BO mentah < 17% dari volume.
b Horison genetik tertimbun digunakan bagi tanah mineral untuk menandakan horison-horison dengan kenampakan genetik utama yang terbentuk sebelum penimbunan. Sedangkan horison pada tanah penimbun, dapat atau tidak terbentuk. Simbol ini tidak berlaku untuk tanah organik atau untuk memisahkan lapisan organik dari lapisan mineral.
c konkresi (concretions) atau nodul diperkaya mineral mengandung Fe, Al, Mn, dan Ti, dan selain dolomit, kalsit, atau garam-garam mudah larut.
e bahan organik setengah melapuk menandakan bahan organik hemik yang melapuk sedang dipadukan dengang horison O
f tanah beku menandakan horison yang mengandung es permanen.
g gleisasi kuat, pengudaraan yang jelek dalam waktu lama akibat air berlebih. Warna tanah kelabu hingga biru dan hijau.
Misal: B1g
h akumulasi (illuvial) humus
i bahan organik sedikit melapuk menandakan bahan organik yang paling sedikit melapuk.
j jarosit (K. Na, Fe-SO4 mineral,-kekuningan), ada dan diyakini dibentuk
dalam horison oleh proses asam Sulfat.
k akumulasi Ca, Mg-Karbonat kapur (lime)Misal: B2k
m sementasi kuat (pengerasan, seperti batuan lunak) beberapa lapisan keras (padas)
n akumulasi Na tertukar
o akumulasi residual sesquioksida
p pembajakan (plowing) atau pengadukan yang lain, umumnya pada A1 q sementasi oleh silika terlarut dalam alkali (hanya pada horison C) s akumulasi illuvial sesquioksida dan bahan organik
t pengendapan/akumulasi (illuvial) lempung silika, umumnya pada B2. v plinthite menandakan adanya bahan berwarna merah, sedikit
humus, kaya Fe yang keras atau sangat keras jika lembab, dan mengeras terus jika terkena udara serta pembasahan–pengeringan bergantian.
x sifat dan ciri Fragipan (keras dan rapuh) y akumulasi gipsum, (CaSO4)
z akumulasi garam yang lebih mudah larut daripada CaSO4
Horison dalam Profl Tanah
Tanah dapat saja memiliki sedikit atau banyak horison. Deposit dataran banjir (floodplains) yang baru mungkin hanya memiliki horison C, atau horison A1 yang tipis di atas C. Daerah padang rumput yang tua mungkin memiliki A1, A3, B1, B2t, B3, C, dan R. Tanah pegunungan dengan
vegetasi hutan mungkin mempunyai O1, O2, suatu A1 tipis, A2 yang dalam, B1, B2, B3, C, dan R (batuan kapur, limestone, pada kedalaman 183 cm).
Taksonomi Tanah
Berasal dari kata Yunani, taxis, berarti pengaturan/penyusunan/ pengelompok-an, adalah pengelompokan barang yang sama/mirip secara sistematik.
Taksonomi tanah merupakan pengelompokan tanah-tanah yang mirip/sejenis secara ilmiah.
Semua tanah dimasukkan ke dalam 12 Order, terdiri atas > 54 suborder, >> 200 great-group, >> dari 1000 sub-group, >> 4500 famili, dan >> 10 500 seri tanah.
Gambar 4. 3. Diagram Ideal Profil Tanah Jutan di Maryland
(Typic Fragiudult), menunjukkan kategori horizon
HORISON DESKRIPSI
O Terdiri/tersusun atas bahan organik tanah Oi (florik), Oe (hemik); Oa (saprik)
A
Terbentuk dari bahan mineral tanah, tetapi digelapkan oleh bahan organik tanah terhumifkasi yang tercampur dengan mineral tanah
E
Horison mineral dengan lempung silikat, Fe, Al, atau
kombinasinya tercuci dan tereluviasi, meninggalkan horison berwarna cerah yang didominasi oleh mineral tanah lapuk (kuarsa berukuran pasir dan debu)
AB Horison transisi antara A dan B, tetapi lebih menyerupai A dari pada B
EB Horison transisi antara E dan B, lebih meyerupai E dari pada B
A/B
Horison transisi yang lebih cocok sebagai horison A, kecuali untuk inklusi yang < 50 % volume material yang cocok sebagai B
E/B Horison transisi yang lebih cocok sebagai E, kecuali untuk inklusi < 50 % volume bahan yang cocok sebagai B.
BA Horison transisi antara A & B, lebih menyerupai B dari pada A BE Horison transisi antara B dan E, lebih menyerupai B dari pada
E.
B/A Horison transisi yang lebih cocok sebagai B, kecuali inklusi < 50 % volume materi yang cocok sebagai A
B/E Horison transisi yang cocok sebagai B, kecuali untuk inklusi < 50 % volume materi yang sesuai sebagai E
B
Horison yang terbentuk dibawah A, E dan O, dan didominasi oleh adanya struktur batuan asalnya, dan oleh adanya: (1) konsentrasi illuvial silica; (2) bukti hilangnya karbonat; (3) konsentrasi residu sesquioksida; (4) pembungkusan
sesquioksida, meyebabkan horison memiliki value rendah, chroma tinggi, atau hue lebih merah daripada horison
diatasnya maupun dibawahnya tanpa illuviasi Fe; (5) alterasi yang membentuk lempung silikat, dan yang membentuk struktur granuler, gumpal atau prismatik; (6)
gabungan/kombinasi semuanya.
CB Horison transisi antara B dan C, lebih menyerupai C dari pada B
C Horison mineral, relatif tidak dipengaruhi oleh proses
pedogenik dan tidak memiliki sifat-sifat horison O, A, E, atau B R Lapisan terdiri dari batuan induk yang padat/keras, tidak dapat
dihancurkan/digali dengan cangkul/skop. Diskripsi 12 Order Tanah (USDA)
Taksonomi
Tanah Diskripsi
Histosols Tanah Organik Berbagai kedalaman akumulasi sisa tanaman di air tergenang dan rawa
Andisols Tanah abu volkan Bagian permukaan tanah mineralnya berketebalan 30-60 cm dan memiliki sifat andic
Alfsols Pedalfers (Al-Fe)
Beriklim subhumid. Umumnya pada vegetasi hutan. Akumulasi lempung pada B2, sedang A2 umumnya tebal
Spodosols Tanah berabu
Pasiran, tanah hutan dingin koniferus terlindi. Hor O sangat masam, A2 terlindi. Akumulasi BO dan/ Fe, Al – oksida pada hor B2.
Oxisols Tanah oksida Tanah melapuk lanjut, dalamnya > 3m, kesuburan rendah, didominsai lempung Fe & Al oksida dan asam.
Ultisols Tanah pelindihan
Sangat asam, tanah tropika dan
subtropik yang melapuk lanjut. Hor A2 dalam. Dicirikan dengan akumulasi lempung di B2
Vertisols Tanah membalik
Kandungan lempung (mengembang – mengkerut) tinggi. Membutuhkan musim basah dan kering untuk berkembang. Umumnya hanya memiliki hor A1 mencampur sendiri yang dalam.
Mollisols Tanah lunak Tanah padang rumput, hor A1 berwarna gelap, mungkin memiliki B2 dan akumulasi kapur.
Inceptisols Tanah muda
Tanah dengan pembentukan horison lemah. Seperti Entisols, dengan cukup waktu membentuk hor A1 yang tegas dan B2 lemah. Tanah tergenang menghambat pengembangan hor.
Entisols Tanah baru berkembang
Taksonomi
Tanah Diskripsi
Aridosols Tanah Arid (Pedocals)
Tanah daerah beriklim kering/arid. Ada perkembangan akumulasi
kapur/gipsum, lapisan garam, dan/ hor A1 dan B2.
Gelisols Tanah Beku Tanah daerak kutub utara/selatan
Sifat tanah Andic:
Pedalfter: pedon with accumulation of Al dan Fe
V. SIFAT FISIK TANAH
5. 1. Pendahuluan
Sifat fisik tanah meliputi:
Tekstur (Texture)
Struktur (Structure)
Kerapatan (Density)
Konsistensi (Consistency)
Porositas (Porosity)
Warna (Color)
Temperatur (Temperature)
Sifat fsik tanah sangat mempengaruhi: pertumbuhan tanaman dan produksi tanaman. Sebab, sifat fsik tanah menentukan:
Retensi/penahanan air mobilitas air dalam tanah Drainase
Aerasi/pengudaraan tanah ketersediaan O2
Nutrisi tanaman
Sifat fsik tanah juga mempengaruhi sifat kimia dan biologi tanah. Sifat fsik tanah bergantung pada:
Macam dan jumlah bahan organik tanah.
Volume dan ukuran pori-porinya, serta perbandingan air: udara yang menempatinya.
5. 2. Tekstur Tanah (Distribusi Ukuran Partikel Tanah)
Tekstur tanah secara khusus menyatakan perbandingan relatif berbagai ukuran partikel (separasi/fraksi) dalam tanah, dinyatakan dalam %.
Separasi Tanah: pengelompokan ukuran partikel tanah.
Pasir (Sand) |
Debu (Silt) | gabungan proporsionil ketiganya disebut
Lempung (Clay) | geluh Loam
Ukuran separasi tanah yang umum dipakai untuk keperluan pertanian (termasuk ilmu tanah) adalah separasi tanah berdasarkan sistem klasifkasi partikel tanah oleh USDA (Departemen Pertanian Amerika Serikat), yiatu:
Separasi Tanah Kisaran Diameter (mm)
Kerikil (Gravel) 2.0
Pasir sangat kasar
Sand
1.0 - 2.0
Pasir kasar 0.5 – 1.0
Pasir sedang 0.25 – 0.5
Pasir halus 0.10 – 0.25
Pasir sangat halus 0.05 – 0.10
Debu Silt 0.002 – 0.05
Lempung Clay < 0.002
5. 3. Peranan Tekstur
Tekstur tanah mempengaruhi beberapa karakter (ciri) tanah seperti:
Tingkat penyerapan air
Penyimpanan/penahanan air
Pengudaraan tanah
Kemudahan pengolahan tanah
Kesuburan tanah Contoh:
Tanah Lempungan Tanah Pasiran
partikel halus - mudah diolah
pori makro < - pori makro dominan pori mikro dominan - mudah dibasahi
sulit dibasahi - mengering secara cepat sulit diatuskan - terdrainase secara cepat
- mudah kehilangan hara
5. 4. Kelas Tekstur Tanah
Sebagaimana tanah tersusun dari pertikel dengan banyak variasi ukuran dan bentuknya, istilah khusus dibutuhkan untuk membawa beberapa ide pembentukan teksturnya dan memberikan beberapa penandaan sifat dan ciri fsikanya.
Penamaan tekstur tanah diberikan berdasarkan perbandingan relatif (dalam %) fraksi pasir, debu, dan lempung.
Penamaan kelas tekstur diberikan berdasarkan pembacaan pada diagram segitiga tekstur.
Contoh: jika tanah memiliki kandungan
- lempung tinggi kelas tekstur lempung - debu tinggikelas teksturnya debu - pasir tinggi kelas tekstur pasir
Gambar 5. 1. Klasifikasi partikel tanah menurut ukuran berdasarkan empat
Contoh lebih spesifk: jika suatu tanah mengandung pasir 30%, debu 40%, dan lempung 30% maka kelas teksturnya adalah geluh (loam).
Analisis Distribusi Ukuran Partikel
Analisis distribusi ukuran partikel dilakukan untuk menentukan kelas tekstur tanah.
(a) Metode Perasaan (Feeling Method)
Umumnya dilakukan di lapangan. Dikenal pula sebagai metode lapangan.
Dilakukan dengan meraba/merasakan (rubbing) tanah diantara ibu jari dan jari-jari lain. Umumnya tanah dibasahi lebih dulu untuk diperkirakan plastisitasnya secara lebih tepat.
Jika tanah digenggam dan diperas, mengeluarkan bentuk menyerupai pita kontinyu diantara ibu jari dan sela-sela jari, itu menandakan adanya sejumlah lempung. Kandungan lempung yang tinggi ditandai dengan makin lengketnya tanah basah. Partikel pasir dapat dirasakan dari kekasarannya. Sedangkan debu memiliki rasa rabaan yang licin seperti tepung atau bedak jika kering, dan hanya sedikit plastik dan lekat jika basah.
(b) Metode Laboratorium
(1) metode pipet dilakukan dengan pemipetan sedimen tanah dalam tabung sedimentasi pada jarak dan waktu tertentu menunjukkan kecepatan yang menentukan diameter partikel tertentu.
Gambar 5. 2. Segitiga Kelas Tekstur Didasarkan pada Perbandingan Kadar Pasir, Debu, dan Lempung, yang Dikembangkan oleh USDA
Kedua metode di atas berdasarkan pada hukum Stokes kecepatan jatuhnya partikel butiran (bulat) dalam larutan yang diketahui kerapatan dan kekentalannya.
2 g r2 (D 1 – D2)
V = ---9
V = kecepatan jatuh partikel (cm/detik) g = percepatan gravitasi (cm/detik2)
r = dengan jari-jari partikel (cm) D1 = kerapatan partikel (g/cm3)
D2 = kerapatan jenis larutan (g/cm3)
= kekentalan (viskositas) larutan (dyne-detik/cm2)
5. 5. Struktur Tanah (Pengelompokan/pengaturan partikel tanah kedalam agregat atau kumpulan yang mantap)
Agregat: unit sekuder/granula yang tersusun dari ikatan/sementasi partikel tanah oleh bahan penyemen (oksida besi, karbonat, lempung/silika, humus)
Ped: agregat alami
Clod: agregat yang terbentuk karena aktivitas manusia (peng-olahan tanah).
Kelas Struktur Tanah
9 ) ( 2 2 L P gr t h
V
Unit struktur tanah (ped) dapat dijelaskan dengan3 macam ciri: tipe, kelas, dan derajat struktur.
(1) Tipe Struktur
(a) Lempeng (platy)
(b) Prisma dan kolum (prismtatic & columnar)
(c) Gumpal menyudut dan gumpal membulat (angular blocky & subangular blocky)
(d) granular dan remah (granular & crumb)
(2) Kelas Struktur
(a) Sangat halus atau sangat tipis (very fne or very thin) (b) Halus atau tipis (fne or thin)
(c) Sedang (medium)
(d) Kasar atau tebal (coarse or thick)
(e) Sangat kasar atau sangat tebal (very coarse or very thick) (3) Derajat Struktur
(a) Tidak berstruktur (structureless) (b) Lemah (weak)
Gambar 5. 3. Tipe (bentuk dan susunan), Kelas (ukuran), dan
[image:31.595.90.513.77.483.2]Gambar 5. 4. Bermacam Tipe Struktur pada Tanah-tanah Mineral
Genesa Struktur Tanah
Ped terbentuk karena adanya kombinasi kembang kerut dan sementasi.
Tanah basah mengembang |
kering mengkerut | garis-garis lemah terbentuk
Kembang kerut ke arah vertikal tidak membentuk retakan struktur prismatik
Ped membulat granuler, remah, sementasi oleh BO pencampuran
oleh cacing, tikus, dll. semua sisinya membulat dan berukuran kecil.
Ion tunggal yang menyebabkan perubahan struktur secara cepat Na
[image:35.595.83.506.93.555.2]ion terhidrasi > dalam larutan dengan muatan yang rendah tidak menetralkan secara efektif.
Gambar 5. 5b. (Kiri) Contoh struktur tanah yang baik untuk pertumbuhan tanaman. Tipe: granular; kelas: medium; derajad: moderat. (Kanan) Contoh struktur tanah yang tidak baik untuk pertumbuhan tanaman. Tipe: subangular blocky; kelas: kasar; derajad: kuat.
Hasilnya penolakan partikel yang berdampingan sebab muatan sama terjadi destruktif terhadap struktur.
5. 6. Berat Jenis Volume = Kerapatan Isi (=BV) (Bulk Density = BD)
ρ
b(Kerapatan Ruah/Kerapatan Jenis Volume)
[image:36.595.90.492.178.530.2]Kerapatan isi merupakan perbandingan antara massa total tanah kering (padatan) dengan volume total tanah.
Gambar 5. 6. Contoh Tipe Struktur dan Pengkerasan. (a) pembentukan struktur lempeng; (b) dan (c) adalah lempeng: (b) dengan tebal lempeng 1.3 cm pada jangka olah dalam geluh berpasir, (c) pada 122 cm,
disebabkan oleh fluktuasi muka air; (d) dan (e) gumpal menyyudut: (e) dengan gumpal prisma lemah (diantara tanda panah); (f) 10-23 cm prisma dari geluh berlempung; (g) 12.5 cm prisma; (h) tanah geluh berdebu lahan kering: tanah memiliki struktur permukaan yang lepas-lepas dan
Nilai BV (BD) sangat dipengaruhi oleh tekstur tanah (ukuran dan kepadatan jenis partikel), struktur tanah (ruang pori), dan kandungan bahan organik tanah. Nilai BV tanah-tanah pertanian bervariasi antara 1.1-1.6 g/cm3.
5. 7. Berat Jenis Partikel (=BJP) (Particle Density)
ρ
p (Kerapatan Jenis Partikel)Berat jenis partikel (BJP) merupakan perbandingan antara massa tanah kering (padatan) dengan volumenya (volume padatan).
Berat jenis partikel merupakan fungsi perbandingan antara komponen bahan mineral dan bahan organik. BJP untuk tanah-tanah mineral berkisar antara 2.6 - 2.7 g/cm3, dengan nilai rata-rata 2.65 g/cm3, sedang BJP tanah
organik berkisar antara 1.30 – 1.50 g/cm3.
[image:37.595.90.521.173.548.2]5. 8. Konsistensi Tanah
Menerangkan daya tahan tanah pada berbagai kandung-an lengas (kelembaban) terhadap tekanan atau manipulasi mekanik.
Menyatakan/merupakan ekspresi gabungan gaya-gaya kohesi dan adhesi yang menerangkan kemudahan suatu tanah dapat diubah bentuknya atau hancur.
Umumnya diukur dengan perasaan, dan manipulasi tanah dengan tangan
(1) Tanah Basah
Untuk tanah basah konsistensi didiskripsikan dalam istilah berikut: (a) kelekatan (stickiness)
Derajat kelekatan dibedakan sebagai berikut: tidak melekat (non sticky)
melekat sedikit (slightly sticky) melekat (sticky)
[image:38.595.92.517.208.483.2]sangat melekat (very sticky) (b) plastisitas (plasticity)
kapasitas tanah dapat di bengkok-kan (molded) berubah bentuk sebagai respons terhadap gaya dan mempertahankan bentuk tersebut walaupun gayanya dihilangkan.
Derajat plastisitas dinyatakan sebagai berikut: tidak plastik (non plastic)
sedikit plastik (slightly plastic) plastik (plastic)
sangat plastik (very plastic) (2) Tanah Lembab
Konsistensi tanah lembab sangat penting karena mene-rangkan keadaan tanah terbaik di lapangan kapan untuk diolah. Dalam praktik, itu merupakan ukuran umum daya tahan tanah bila dihancurkan antara ibu-jari dan telunjuk. Dibedakan dalam istilah-istilah berikut mulai dari yang paling tidak koherens sampai yang saling melekat kuat (bertahan) terhadap gaya hancur ibu-jari dan telunjuk.
Lepas-lepas (loose: noncoherent)
Sangat mudah hancur (very friable: coherent but very easily crushed) Mudah hancur (friable: easily crushed)
Kuat (frm: crushable under moderate pressure)
Sangat kuat (very frm: crushable only under strong pressure)
Sangat-sangat kuat (extremely frm: resistant to crushing between thumb and forefnger)
Karena konsistensi tanah lembab sangat bergantung pada tingkat kelembaban tanah. Ketepatan pengukuran karakteristik tanah ini di lapangan bergantung pada pendugaan tingkat kelembaban tanah. Tanah kasar pasiran diharapkan memiliki konsistensi lepas-lepas. Loams dan silt loams yang berganulasi baik diharapkan sangat mudah hancur, atau mungkin kuat. Clays, silty clays dan silty clay loams diharapkan memiliki konsistensi kuat atau sangat kuat, khususnya jika rendah kandungan bahan organiknya. Namun, generalisasi di atas harus disertai kehati-hatian karena konsistensi tanah bergantung pada banyak faktor seperti jenis lempung, dan macam serta banyaknya humus.
(3) Tanah Kering
tarikpertikel satu dengan lainnya dan dinyatakan dalam istilah kekakuan (rigidity) dan kemudahan hancur (brittleness).
Lepas-lepas (loose: noncoherent)
Lunak (soft: breaks under slight pressure between thumb and forefnger)
Agak keras (slightly hard: breaks under moderate pressure) Keras (hard: breaks with difficulty under pressure)
Sangat keras (Very hard: very resistant to pressure, cannot be broken between thumb and forefnger)
Sangat-sangat keras (extremely hard: extreme resistant to pressure; cannot be broken in the hand).
5. 9. Tetapan atau Angka ATTERBERG
Atterberg, Cassagrande, Puchner, dan Mohr telah me-nguji dan menetapkan tetapan konsistensi tanah yang dikenal dengan istilah sebagai berikut.
Batas Cair (BC) kadar lengas yang menyebabkan tanah dapat menggelincir terhadap pengaruh getaran standar atau ketukan tertentu. Disebut juga batas alir atau batas plastisitas tanah tertinggi.
Batas Gulung (BG) kadar lengas yang memungkinkan tanah dapat digulung-gulung menjadi batang kecil berdiameter 3mm, dan mulai retak-retak serta pecah. Disebut pula batas plastisitas terendah. Batas Lekat (BL) kadar lengas yang memungkinkan tanah dapat melekat
pada alat pengukur tertentu.
Batas Berubah Warna (BBW) kadar lengas yang menunjukkan keadaan tanah mulai berubah warnanya.
Kisaran nilai antara dua batas tetapan menghasilkan: Indeks Plastisitas (IP) = BC -BG
Jangka Olah (JO) = BL - BG Surplus (S) = BL – BC
Persedian Air Maksimum (PAM) = BC - BBW
5. 10. WARNA TANAH
- Menunjukkan perbedaan asal mineral tanah (bahan induk) atau dalam perkembangan tanah.
- Warna putih menunjukkan adanya endapan garam atau karbonat (kapur). - Bercak (mottles) umumnya warna karat menunjukkan tanah mempunyai
periode pengudaraan yang tidak cukup dalam setiap tahun.
- Warna kebiruan, kelabu dan kehijauan, (gleisasi) menunjukkan adanya periode panjang keadaan tergenang dan pengudaraan yang tidak mencukupi.
- Warna yang lebih gelap menunjukkan kandungan bahan organik tanah yang lebih banyak. Makin tua warna tanah makin tinggi kandungan bahan organiknya.
- Warna terang umumnya disebabkan oleh adanya/banyaknya kandungan mineral yang tidak bernilai gizi (kandungan haranya sedikit).
Untuk mencapai suatu kesepakatan atau obyektiftas, dipergunakan suatu warna standar yang dinyatakan dalam sistem numerik. Salah satu contoh yang terkenal dan dipakai untuk membedakan warna tanah adalah Munsell Soil Colour Charts.
Parameter yang digunakan pada Munsell Soil Colour Charts adalah: HUE spektrum warna atau warna pelangi yang dominan (merah, kuning,
biru, dan hijau).
Menggambarkan warna yang dominan suatu berkas panjang gelombang cahaya, atau kualitas yang membedakan antara merah dan kuning.
Misal: 5R; 7.5 R; 10R; 2.5YR; 5YR; 7.5YR; …
VALUE Kehitaman atau (ke) putih (an) relatif, banyaknya cahaya yang direfleksikan.
Menggambarkan nisbah (warna kecerahan) : (warna putih mutlak). Atau, kisaran berangsur-angsur dari putih ke hitam.
1/ .. (hitam) 2/..
9/.. (putih)
CHROMA Kemurnian (purity) warna, yang meningkat bila kekelabuan menurun.
Dalam Musell:
../1 ../2 ../3 ... ../8
Contoh: Menuliskan suatu warna dengan Munsell Chart 7.5YR 3/2 m Dark brown, moist
[image:42.595.92.492.159.416.2]7.5YR 6/4 d Light brown, dry
5.11 AIR TANAH
I. Fungsi Air Tanah
(1) sebagai penyusun utama protoplasma (85-95%)
(2) sebagai bahan esesnsial untuk proses fotosintesa dan konversi karbohidrat menjadi gula.
(3) sebagai pelarut hara ke dalam dan melewati bagian-bagian tanaman.
(4) memberi ketegaran tanaman (turgidity), yang memberikan bentuk dan posisi bagian tanaman yang pas untuk menangkap sinar matahari.
25%
25%
50%
II. Prinsip Kapilar dan Air Tanah
Kapilaritas terjadi karena dua gaya:
(1) gaya adhesi oleh dinding (permukaan) padatan pada rongga , dan (2) tegangan permukaan air, yang disebabkan oleh gaya tarik
molekul-molekul air satu dengan yang lain (kohesi).
Mekanisme Kapilar
Molekul-molekul air ditarik oleh dinding tabung oleh gaya adhesi dan bergerak naik. Gaya kohesi antara molekul-molekul air juga menyebabkan air yang tidak berkontak dengan dinding tabung naik. Tinggi naiknya air
Udara
Air tersedia
Air tak tersedia
[image:43.595.88.522.108.590.2]Padatan tanah
dalam tabung sama dengan beratnya untuk mengimbangi gaya-gaya adhesi dan kohesi.
Naiknya kapilar dapat diekspresikan sebagai:
2T 2 T Cos
h = --- h =
---rdg rdg
h = tinggi naiknya kapilar dalam tabung, T = tegangan permukaan, r = jari-jari tabung, d = densiti (kerapatan) larutan, dan g = percepatan gravitasi. Untuk air, persamaan di atas menjadi:
r
h0.15 cm
h r 0.15103
Naiknya Air dalam Tanah
[image:44.595.92.521.136.426.2]Gaya kapilar juga bekerja untuk semua tanah basah. Tetapi, kecepatan dan ketinggian naiknya air lebih lambat dalam pori tanah, karena pori tanah tidak lurus dan tidak seragam. Belum lagi adanya udara yang terperangkap dalam pori yang menyebabkan lambatnya gerakan kapilar.
Gambar 5. 11. Tampilan dua dimensi molekul air. Sudut HOH =105° menghasilkan susunan yang asimetri. Satu sisi (dengan dua H) bermuatan elektro
Umumnya, tingginya kenaikan kapilar lebih besar pada tanah bertekstur halus, tetapi tidak terlalu halus atau kompak.
Konsep Energi Air Tanah
Beberapa fenomena yang berhubungan dengan energi adalah: retensi (penambatan) dan pergerakan air dalam tanah, pengambilan dan translokasi dalam tanaman, serta hilangnya air ke atmosfer. Berbagai macam energi terkait termasuk energi potensial, kinetik, dan elektrik. Tetapi, istilah energi bebas digunakan untuk mencirikan status energi air. Energi bebas merupakan gabungan (penjumlahan) semua bentuk energi tersedia.
Gerakan air dalam tanah terjadi dari zona (kedudukan) dengan energi bebas air tinggi ke kedudukan dengan energi bebas air lebih rendah.
Gaya-gaya yang mempengaruhi Energi Bebas
(1) Adhesi, atau penarikan oleh padatan (matriks) tanah terhadap air, memberikan gaya matriks (menyebabkan kapilaritas).
[image:45.595.98.517.147.414.2](3) gravitasi, gaya gravitasi cenderung menarik air tanah ke bawah.
5. 11. Potensial Air Tanah Total
Perbedaan energi bebas dari suatu tempat ke tempat lain merupakan pengetahuan praktik yang penting. Perbedaan ini sering disebut sebagai potensial air tanah total (t).
t = w + z
t = potensial total; w = potensial air; z = potensial gravitasi
(sering ditulis g). Sedang w merupakan gabungan dari p, m, dan
s.
[image:47.595.88.525.82.469.2]w = p + m + s
Gambar 5. 14. Hubungan antara enerji bebas air murni dan air tanah, dan pengaruh elevasi terhadap enerji bebas untuk mengilustrasikan potensial gravitasi. Catatan: pengaruh osmotic dan tarikan padatan tanah (matriks) terhadap air keduanya mengurangi enerji bebas air tanah. Tingkat penurunan ini menunjukkan potensial osmotic dan matriks. Pengaruh gravitasi meningkatkan enerji bebas, jika titik referensi standard pada air bebas berada pada elevasi lebih rendah daripada air tanah dalam profil. Catatan: potensial osmotic dan matriks negatip, menerangkan mengapa keduanya sering disebut sebagai
p = potensial tekanan; m = potensial matriks; s = potensial
larutan (osmotik). Jadi potensial total:
t = p + m + s + z
5. 12. Potensial Gravitasi (z atau g)
Gaya gravitasi bekerja terhadap air sama seperti terhadap benda lainnya, yaitu penarikan ke pusat bumi. Dinyatakan sebagai.
z = gh
h, ketinggian (jarak air tanah dari kedudukan referensi)
Berat merupakan salah satu metod yang paling mudah untuk menspesifkasi satuan air. Jadi dalam hal z, merupakan perbedaan
jarak-vertikal/ketinggian suatu titik/kedudukan yang ditanyakan dengan titik/kedudukan referensi. Jika titik tersebut berada di atas titik referensi, maka z positif (+), dan jika berada di bawah titik referensi, maka z negatif
(-).
Catatan:
Potensial = = usaha = gaya * jarak = F * h sedang F = m*a (dimana a = percepatan = g)
[image:48.595.92.520.276.545.2]jadi jika unit potensial dinyatakan dalam satuan berat, maka Gambar 5. 15. Dasar
kapileritas dan Air Tanah. (a) keadaan sebelum tabung kapiler
dimasukkan ke dalam muka air; (b) jika tabung dimasukkan ke dalam air/cairan, air akan naik dalam tabung,
= (F * h)/berat = (F * h)/(F) = h (satuan jarak)
5. 13. Potensial Matriks
Potensial matriks, m, dihubungkan dengan gaya-gaya adsorpsi
matriks tanah. Jika kuantitas satuan air dinyatakan dalam berat, maka m
pada suatu titik, adalah jarak vertikal titik tersebut dalam tanah terhadap permukaan air dalam manometer yang dihubungkan dengan titik tersebut melalui mangkuk keramik.
Potensial matriks merupakan ciri tanah yang dinamik. Pada tanah jenuh, m
= 0.
5. 14. Potensial Tekanan (p)
Pada kondisi lapangan , potensial tekanan, p, berlaku terutama untuk
tanah yang jenuh air. Jika satuan kuantitas air dinyatakan dalam berat, maka p adalah jarak vertikal dari titik yang ditanyakan (dalam tanah)
terhadap permukaan air dalam piezometer ( permukaan air tanah) yang dihubungkan ke titik tersebut.
Di lapangan p = 0 jika berada di atas atau pada permukaan air
dalam piezometer. Di bawah level tersebut p selalu positif, dan bertambah
besar dengan bertambahnya kedalaman dibawah permukaan air.
5. 15. Potensial Osmotik
Potensial osmotik muncul dengan adanya bahan larutan dalam larutan tanah. Bahan larutan mungkin ionik atau non-ionik, tetapi pengaruhnya adalah mengurangi energi bebas air. Hal itu terjadi terutama karena molekul-molekul bahan larutan menarik molekul-molekul air.
Gambar 5. 16. (A) Potensial matriks air tanah pada mangkkuk keramik adalah jarak vertical pada titik tengah mangkuk terhadap muka air pada manometer. Untuk ilustrasi (A), m= -15 cm.
(B) Suatu tensiometer dibuat dengan menghubungkan mangkuk keramik dengan manometer air raksa melalui tabung penuh air. Simbol-simbol mengacu pada persamaan m= - 13.6 ZHg + Z dan m= - 12.6 ZHg + Z0,
yang dapat digunakan untuk menghitung potensial matriks, C.
(C) Tabung Piezometer yang digunakan untuk menentukan batas muka air tanah dan juga menentukan potensial tekanan air tanah. Potensial tekanan pada sembarang titik dalam tanah adalah jarak antara titik tersebut dengan batas air dalam tabung piezometer. Jadi, potensial tekanan pada titik A, P = 10 cm.
[image:50.595.94.519.442.705.2]A B C
Gambar 5. 17. Menunjukkan tenaga yang
5. 16. Pengukuran Kelangasan/Kelembaban Tanah
[image:51.595.90.514.80.287.2]Beberapa metod untuk mengukur kelengasan tanah (kandungan air tanah).
1. Metode Gravimetri
Menyatakan kandungan air dalam tanah (kelengasan tanah) dalam persen berat air (dalam tanah tersebut) terhadap berat tanah kering (kering oven, 100-105 s.d 110oC).
2. Metode Daya Hantar Listrik (metod Tahanan, Resistance Method) Kenyataannya bahwa bahan porous seperti gipsum, nilon, dan fberglas memiliki tahanan listrik yang berhubungan dengan kandungan airnya.
Jika blok bahan tersebut dihubungkan dengan elektroda, dan kemudian ditempatkan tanah basah di atasnya, maka blok bahan tersebut akan menyerap air sampai mencapai kesetimbangan. Tahanan listrik blok ditentukan oleh kandungan air. Hubungan antara pembacaan tahanan dan kandungan air dapat ditentukan melalui kalibrasi. Akurasi pembacaan kelengasan dalam kisaran 1-15 bars.
3. Metode Tegangan
Tensiometer lapangan mengukur tegangan dimana air diikat/dipegang oleh matriks tanah. Kisaran kemampuannya untuk mengukur kelengasan tanah antara 0 –0.8 bar.
Ada pula yang disebut tension plate untuk kondisi di laboratorium. Tanah ditempatkan pada piring porus kemudian dilakukan penghisapan (suction). Kisaran ukurannya 0-1 bar.
4. Metode Neutron Probe (Metode Radioaktif Neutron)
Gambar 5. 19. Mekanisme pengukur kelembaban neutron. Alat tersebut, yang memiliki sumber neutron cepat dan detector neutron lambat, diturunkan melalui lubang tabung yang dibuat. Neutron di emisikan oleh sumber neutron (missal: radium, atau americium-beryllium) pada
5. 17. Pergerakan Air dalam Tanah
1. Pergerakan Air Jenuh
Rumus: V = K f (cm/jam)
V = total volume air yang dipindahkan (digerakkan) per satuan waktu; K = konduktivitas hidraulik (cm/jam); f = gaya penggerak air (gaya yang menyebabkan air bergerak) f = ∆/L f = ∆h/L
Faktor-faktor yang mempengaruhi konduktivitas hidraulik (K) tanah jenuh. Semua faktor yang mempengaruhi ukuran dan konfgurasi pori tanah akan mempengaruhi konduktivitas hidraulik.
2. Pergerakan Air Tak Jenuh
Pada kondisi lapangan pergerakan air tanah terjadi terutama pada kondisi dimana pori tanah tidak jenuh air.
Pada tegangan rendah K > pada tanah pasiran daripada tanah lempungan, sebaliknya pada tegangan tinggi K > pada tanah lempungan daripada pasiran. Hal itu karena pada tanah bertekstur kasar pori-pori besar mendorong terjadinya aliran jenuh. Sebaliknya tanah dengan pori-pori kecil mendorong terjadinya aliran tak jenuh.
Faktor-faktor yang mempengaruhi Aliran Tak Jenuh
Terjadinya aliran tak jenuh juga sama dipengaruhi oleh faktor-faktor yang mempengaruhi aliran air jenuh, yaitu perbedaan tegangan/hisapan lengas/air perbedaan potensial.
[image:55.595.90.509.78.356.2]Perbedaan tegangan disebabkan oleh perbedaan kandungan lengas. Kandungan air yang lebih tinggi menyebabkan perbedaan tegangan (perbedaan potensial) lebih besar aliran lebih cepat.
Gambar 5. 20. Perbandingan kecepatan pergerakan air irigasi ke dalam tanah geluh berpasir dan geluh berlempung. Catatan:
5. 18. Retensi Kelengasan Tanah di Lapangan
1. Kapasitas Menahan Air Maksimum 2. Kapasitas Lapangan
3. Titik Layu Permanen
[image:56.595.91.513.242.534.2]4. Koefsien Higroskopik (air higroskopik) 5. Kelengasan vs tegangan.
Pengambilan Air oleh Tanaman
Tampaknya ada dua fenomena yang mempelajari pengambilan air oleh tanaman, yaitu: (a) pergerakan kapilar air tanah menuju akar tanaman, dan (b) pertumbuhan akar tanaman ke arah lengas tanah.
1. Kecepatan Pergerakan Kapilar. 2. Kecepatan Perkembangan Akar. 3. Distribusi Akar.
4. Kontak Akar-Tanah.
Faktor-Faktor yang Mengendalikan Kecepatan Air ke dalam Tanah
% pasir, debu, lempung (Clay) Tektur tanah
Struktur tanah
Jumlah bahan organik dalam tanah
Kedalam tanah terhadap lapisan padas, batuan induk dan lapisan kedap lain
Jumlah air dalam tanah Temperatur tanah
[image:59.595.87.515.77.383.2]Kecepatan infltrasi diklasifkasikan: sangat rendah, rendah, sedang, tinggi Hara-hara yang sering hilang oleh pelindian:
1. Ca Jumlah yang besar 2. Mg, S,K Terbesar berikutnya 3. N NO3
-4. P
Mekanisme absorpsi air 1. Absorpsi pasif
2. Perluasan perakaran
3. Absorpsi aktif
Adanya akumulasi garam pada perakaran Jeluk pengambilan air
Pada umumnya diambil pada jeluk dangkal
Pada daerah kering akar mencari air sp pada zona + 3m
Saat tanaman membutuhkan air
Air
Transpirasi
Layu sementara
Layu permanen Evapotranspirasi?
Air yang diserap
+ air
+ air
tanah
tanah
tanah
Penggunaan air konsumtif
Jumlah kehilangan air oleh evapotranspirasi (ET) + yang terkandung dalam jaringan tanaman
(a) Evapotranspirasi (ET)
(b) Efsiensi penggunaan air
Jumlah kebutuhan air (transpirasi, pertumbuhan, evapotranspirasi, drainase) untuk menghasilkan unit bahan berat ukuran efsiensi
penggunaan air.
Evapotranspiras i
5. 19. AERASI TANAH
Dua reaksi biologi paling penting yang melibatkan gas/udara yang terdapat dalam tanah adalah:
(1) respirasi tanaman tingkat tinggi
(2) proses dekomposisi residu organik oleh mikroorganisme.
Walaupun berbeda dalam beberapa hal, kedua proses tersebut sama-sama merupakan proses oksidasi komposisi/rangkaian organik. Reaksi umumnya dapat digambarkan sebagai berikut:
[C] + O2 CO2
Komposisi Organik
Jadi, setiap proses di atas menggunakan O2 dan menghasilkan CO2.
Masalah aerasi tanah di lapangan (1) Kelebihan kelembaban
Kondisi air tanah yang jenuh dapat menyebabkan mala-petaka terhadap tanaman tertentu hanya dalam waktu singkat, terutama tanaman yang sebelumnya sudah tumbuh pada kondisi aerasi yang baik.
Untuk pencegahan, dibutuhkan pembuangan air yang cepat baik dengan drainase atau dengan aliran permukaan (run-off) terkendali.
(2) Pertukaran gas
Ketidak-cukupan pertukaran gas antara tanah dengan atmosfer bebas diatasnya bergantung terutama pada dua faktor yaitu:
(a) kecepatan reaksi biokimia yang mempengaruhi gas tanah. (b) kecepatan aktual gas bergerak masuk ke- dan keluar
dari-tanah.
Makin cepat penggunakan O2 dan dengan sendirinya pelepasan CO2,
makin besar pula pertukaran pertukaran gas yang dibutuhkan. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi biologi ini, seperti temperatur, residu organik, dll, sangat penting dalam menentukan status udara tanah.
Pertukaran gas a dalam tanah dengan atmosfer difasilitasi oleh faktor yaitu: (a) aliran masa (mass flow) perbedaan tekanan , dan (b) difusi.
tekanan parsialnya.
Pengkarakteran Aerasi Tanah
(1) kandungan O2 dan gas lainnya dalam atmosfer tanah,
(2) kecepatan difusi O2 (oxygen diffusion rate, ODR),
(3) potensial oksidasi-reduksi (redox)
(1) Oksigen (O2) Tanah
Jumlah O2 dalam tanah ditentukan oleh banyaknya pori berisi udara
dan proporsi dari pori tersebut yang terisi O2. Kedua parameter ini saling
berhubungan, karena apabila jumlah pori berisi udara terbatas, maka banyaknya O2 yang sedikit dalam ruang tersebut akan cepat dikonsumsi
oleh akar tanaman, dan mikrobia tanah, serta CO2 dilepaskan.
Dalam atmosfer di atas tanah mengandung 21% O2, 0.03% CO2 , dan
hampir 79% N2. Sebagai perbandingan udara tanah mengandung sama
atau sedikit lebih tinggi N2, tetapi mengandung O2 yang selalu lebih rendah
dan CO2 yang lebih tinggi. Kandungan O2 sedikit < 20% pada lapisan
permukaan tanah dengan struktur yang mantap dan banyak pori makronya. Kandungan O2 akan turun cepat sampai <5% atau bahkan 0% dalam tanah
lapisan bawah (subsoil) yang berdrainase jelek dengan sedikit pori makro. Terdapat hubungan yang berbalikan antara kandungan O2 dan CO2
dalam udara tanah, yaitu kandungan O2 berkurang bila kandungan CO2
meningkat.
Kandungan CO2 dalam udara tanah larut dalam air tanah membentuk
asam karbonat (H2CO3). Asam ini secara umum berguna, khususnya dalam
hubungannya dengan pH dan kelarutan mineral-mineral tanah.
(2) Kecepatan Difusi Oksigen
Pengukuran status udara tanah yang terbaik, mungkin dinyatakan dalam kecepatan difusi oksigen (ODR), yang menyatakan/menentukan kecepatan O2 dapat diganti/diisi ulang apabila telah terpakai oleh respirasi
akar tanaman atau oleh mikroorganisme tanah, atau diganti oleh air.
ODR berkurang seiring dengan kedalaman tanah. Walaupun sampai menggunakan udara atmosfer bebas dengan kandungan 21% O2, ODR pada
97 cm < dari ½ kali ODR pada 11 cm. Apabila konsentrasi O2 yang
digunakan lebih rendah, maka ODR akan berkurang lebih cepat lagi.
kacang-kacangan (legume). Gula bit dan alfalfa membutuhkan ODR lebih tinggi daripada cengkih ladino (ladino clover).
(3) Potensial Oksidasi-Reduksi (Redox) (Eh)
Jika suatu tanah memilki aerasi baik, maka tanah didominasi oleh bentuk/keadaan teroksida Fe-ferik (Fe3+), Mn manganik (Mn4+), nitrat (NO
3-),
dan sulfat (SO42-). Dalam kondisi tanah berdrainase dan beraerasi buruk,
maka elemen-elemen tersebut didapatkan dalam bentuk tereduksi, yaitu: Fe-fero (Fe2+), Mn-mangano (Mn2+), amonium (NH
4+), dan sulfda (S2-).
Indikasi status oksidasi-reduksi dari suatu sistem (termasuk dalam tanah) dinyatakan dengan potensial oksidasi-reduksi (redox potential) (=Eh), yang memberikan pengukuran kecenderungan suatu sistem untuk
mereduksi atau mengoksidasi senyawa kimia, dan umumnya dinyatakan dalam volts (v) atau milivolts (mv). Jika nilainya positif dan tinggi, menunjukkan kondisi oksidasi yang kuat. Sebaliknya jika nilainya rendah dan bahkan negatif, maka elemen-elemen atau senyawa kimia akan didapatkan dalam bentuk tereduksi.
Aerasi tanah mempunyai pengaruh yang nyata terhadap terdapatnya unsur-unsur kimia khusus dalam tanah dan tentunya juga berkaitan dengan ketersediaan dan tingkatan keracunan spesies-spesies kimia tersebut.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aerasi Tanah
Komposisi udara tanah sangat bergantung pada banyaknya pori udara tersedia, bersama-sama dengan reaksi bio-kimia, dan pertukaran gas.
Porositas total tanah ditentukan oleh BD-nya. Dan itu berhubungan dengan tekstur dan struktur tanahnya, dan bahan organik tanah.
Konsentrasi O2 dan CO2 dalam udara tanah sangat berhubungan
dengan aktivitas biologi dalam tanah. Komposisi mikrobial dari residu organik sangat menentukan porsi utama CO2 yang terbentuk. Pemberian
pupuk kandang (manur), residu tanaman, atau lumpur pembuangan kotoran (sewage sludge) dalam jumlah banyak, khususnya apabila kelembaban dan temperaturnya optimum, akan merubah komposisi udara tanah. Pengaruhnya digambarkan pada Figure 4.5.
Tanaman (tingkat tinggi) sangat dipengaruhi oleh aerasi tanah yang buruk dalam 4 cara, yaitu:
(a) pertumbuhan tanaman, khususnya akar, terhambat. Lihat Tabel 4.3.
(b) penyerapan (absorpsi) nutrien/hara berkurang. Lihat Tabel 4.4. (c) penyerapan air juga terhambat, dan
(d) pembentukan senyawa anorganik yang meracuni tanaman umumnya terjadi pada kondisi aerasi yang buruk.
(2) Pengaruhnya terhadap Mikroorganisme
Dalam sebagaian besar tanah. Metabolisme mikrobial sangat berperan pada respirasi, walaupun ketika tanaman tumbuh dengan cepat/sehat. Karena respirasi membutuhkan O2 dan melepaskan CO2,
mikroorganisme tanah sangat dipe-ngaruhi oleh aerasi tanah.
Bukti nyata pengaruh aerasi tanah terhadap aktivitas mikrobial adalah perombakan residu tanaman yang lambat pada daerah rawa (swampy areas).
Aerasi tanah juga menentukan macam mikroorganisme yang ada dalam tanah. Jika O2 tersedia, terdapat mikroorga-nisme aerobik yang
menggunakan O2 untuk mengoksidasi bahan organik. Pada kondisi
sebaliknya, mikroorganisme anaerobik menjadi dominan dan akan mengkonsumsi O2 dalam senyawa-senyawa NO3, Fe2O3, dan SO4, sehingga
menimbulkan bentuk tereduksi dari senyawa tersebut.
(3) Pemadatan Tanah dan Aerasi
Semua efek negatif pemadatan tanah tidak disebabkan oleh aerasi yang buruk. Lapisan-lapisan tanah menjadi begitu padat sehingga menghambat pertumbuhan akar walaupun jika kandungan O2 nya
5. 20. TEMPERATUR TANAH
Temperatur tanah sangat mempengaruhi proses-proses fsika, kimia, dan biologi yang terjadi dalam tanah. Dalam tanah yang dingin, kecepatan proses kimia dan biologi lambat. Dekomposisi biologi mendekati tidak berubah, sehingga menghambat kecepatan beberapa nutrien seperti N, P, S, dan Ca menjadi tersedia.
Pertumbuhan terbaik tanaman sangat bervariasi dalam hubungannya dengan temperatur tanah. Sebagai contoh:
- perkecambahan jagung 7-10oC dan optimumnya ≈ 380C, walaupun ini
bervariasi pada kondisi temperatur udara dan kelembaban tanah yang berbeda.
- ubi kentang berkembang baik pada temperatur tanah 16-210C.
- Oats juga tumbuh baik pada temperatur tanah 210C, tetapi akar tanaman
ini tumbuh lebih baik jika temperatur tanahnya ≈ 150C.
- Pertumbuhan vegetatif apel dan peach yang optimum tercapai pada temperatur tanah ≈ 180C, sedang untuk citrus ≈ 250C. Pada daerah
dingin, hasil beberapa sayuran dan tanaman buah-buahan meningkat dengan penghangatan tanah (Figure 4.10). Siklus hidup tanaman bunga dan ornamen juga dipengaruhi oleh temperatur tanah. Umbi bunga Tulip membutuhkan pendinginan untuk pembentukan kuncup bunga di awal musim dingin, walaupun perkembangan bungannya terhambat sampai tanah menghangat pada musim semi berikutnya.
Penyerapan dan Kehilangan Energi Matahari
Banyaknya panas yang diserap tanah ditentukan terutama oleh banyaknya radiasi efektif yang mencapai bumi. Hanya sebagian dari radiasi solar yang mencapai tanah. Sisanya, sebelum mencapai bumi, dikembalikan kembali ke atmosfer oleh awan, diserap oleh gas-gas atmosfer, atau disebarkan ke atmosfer.
Pada daerah arid yang relatif bebas awan, 75% radiasi solar mencapai bumi/tanah. Sebaliknya, pada daerah humid hanya 35-45% yang mencapai tanah. Rata-rata umum ≈ 50%.
Apakah suatu tanah dibiarkan terbuka atau ditutupi dengan vegetasi atau mulsa merupakan faktor lain yang juga menentukan banyaknya radiasi soalr mencapai tanah. Pengaruh hutan yang rapat/padat juga dapat diketahui. Tanah-tanah gundul/terbuka akan menghangat dan mendingin lebih cepat daripada tanah-tanah yang ditutupi vegetasi atau oleh mulsa tambahan/buatan.
Panas Spesifk Tanah
Faktor lain yang mempengaruhi temperatur tanah adalah panas spesifk tanah atau kapasitas thermalnya dibandingkan dengan kapasitas thermal air.
Panas spesifk dinyatakan sebagai perbandingan kuantitas panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur subtansi 10C (dari 150C ke
160C) dengan panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur yang
sama dari air. Sifat tanah ini sangat penting dalam mengontrol temperatur tanah. Penyerap-an sejumlah panas yang diberikan oleh tanah tidak menjamin kecepatan naiknya temparaturnya. Jika semuanya sama, suatu tanah dengan panas spesifk tinggi menunjukkan perubahan temperatur lebih lambat daripada tanah dengan panas spesifk rendah.
Kelembaban merupakan penyangga tanah dari perubahan temperatur yang cepat. Dalam kondisi lapangan aktual, kandungan lengas tanah merupakan faktor penentu (daripada faktor lainnya) energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur tanah.
Panas Penguapan
Kelembaban tanah juga merupakan faktor yang penting dalm menentukan jumlah panas yang digunakan dalam proses evaporasi air tanah. Penguapan terjadi karena meningkatnya aktivitas molekul air tanah yang menyerap panas dari sekeli-lingnya. Ini menghasilkan efek pendinginan, khususnya dipermukaan tanah dimana evaporasi terjadi.
Penguapan 1 g air pada 200C membutuhkan ≈ 40 kalori.
Pergerakan Panas Dalam Tanah
udara. Jiak kandungan air dalam tanah meningkat, udara berkurang dan hambatan transfer panas juga berkurang.
Terjadinya perubahan-perubahan hampir selalu lebih kecil dalam tanah bagian bawah, (subsoil). Di daerah sedang, permukaan tanah cenderung lebih hangat selama musim panas, dan lebih dingin selama musim dingin daripada tanah bagian bawah, khususnya horison bawah dari subsoil.
Pengendalian Temperatur Tanah
Terapat dua macam praktik manajemen tanah yang mempengaruhi temperatur tanah, yaitu:
(a) yang mempertahankan macam penutup atau mulsa pada tanah, dan (b) yang mengurangi kelebihan air tanah.
Efek dari keduanya memberikan implikasi biologi yang berarti. (a) Mulsa dan Pengolahan Tanah.
Temperatur tanah dipengaruhi oleh penutup tanah dan khususnya oleh residu organik dan mulsa macam lainnya yang ditempatkan pada permukaan tanah. Efek penggunaan mulsa juga dipelajari terutama yang dikaitkan dengan praktik pengolahan tanah yang mengikutinya. Praktik pengolahan tanah telah menyebabkan terakumulasinya hampir semua residu tanaman di dekat permukaan. Pengaruh dari pengolahan konservasi terhadap temperatur tanah digambarkan pada Figure 4.17.
Pengendalian Kelengasan Tanah
Tanah berdrainase buruk mempunyai panas spesifk yang tinggi, oleh karenanya dibutuhkan sejumlah besar energi radiasi untuk menaikkan temperaturnya di awal musim semi. Dan, karena kelebihan air tidak berperkolasi melalui tanah yang berdrainase buruk ini, maka harus dibuang dengan cara pe-nguapan, suatu proses yang mahal dalam pengertian penggunaan energi.
VII. Bahan Organik dan Jasad Hidup (Tanah)
Bahan organik (BO) mempengaruhi sifat fisik (memperbaiki struktur, meningkatkan porositas, memperbaiki hubungan air dan udara), dan kimia tanah (meningkatkan KTK. sumber hara N, P [5-60%], S [80%], B, dan Mo), walaupun terdapat dalam jumlah sedikit.
Umumnya mempengaruhi sedikitnya setengah dari KTK permukaa
