Universitas Gadjah Mada 1 BAB 3. KOMPONEN FISIKA-KIMIA TANAH
Merupakan sifat gabungan antara peristiwa fisika dan kimia, dapat jugs dipandang sebagai sifat peralian atau sifat antara dari sifat fisika ke sifat kimia. Sifat ini berasal dari hasil pelapukan mineral atau dekomposisi bahan organik yang menghasilkan butir baik primer ataupun sekunder yang sangat halus yang dapat
membentuk larutan koloid. Butir halus yang terbentuk oleh pelapukan batuan adalah debu (0,5 - 0,002 mm) dan lempung ( < 0,002 mm atau 2 mikron). Benda-benda koloid mempunyai diameter 0,1 mikron - 1 m mikron, tetapi kenyataannya lempung dengan diameter 2 mikron masih bersifat kolloid.
Dikenal ada koloid mineral dan koloid organik. Koloid mineral dapat berupa butir tanah primer atau senyawa unsur-unsur kimia, seperti garam-garam atau oksida-oksida yang membentuk senyawa kimia. Koloid organik berupa gugusorganik yang ukurannya sebesar komponen larutan koloid. Koloid organik lebih rumit dari pada koloid mineral dan biasanya lebih tidak mantap.
Pelapukan merupakan proses pembongkaran batuan dan mineral kemudian penyusunan kembali hasil bongkarannya. Proses ini berlangsung karena batuan
menyesuaikan dengan lingkungan yang baru, terutama karena perbedaan tekanan dan suhu. Secara fisika terlihat adanya pengembangan dan pengkerutan yang berakibat terjadi retakan-retakan dan pemecahan-pemecahan. Secara kimiawi terlihat adanya reaksi kimia yang eksotermis antara mineral dengan air, oksigen dan karbon dioksida yang berupa proses pelapukan kimia yang utama adalah hidratasi, oksidasi dan karbonatasi.
Ukuran mineral akibat peran dari pemukaan spesifiknya merupakan faktor penting yang mempengaruhi laju pelapukan mineral. Tetapi yang merupkan faktor utama adalah ion yang ada di dalam mineral. Natrium dan khlorida terdapat dalam mineral halit yang berupa ion-ion. Di permukaan kristal ion-ion natrium dan kiorida, berturut-turut menarik kutub negatif dan positif dari molekul air yang dipool. Adsorpsi molekul air mengeluarkan Na dan klor dari kristal dan meningkatkan daya larut mereka. Dikatakan mineral halit mudah larut dalam air dan tercuci dari tanah. Hal ini menyebabkan kelangkaan mineral halit di dalam tanah di daerah basah.
Salah satu contoh susunan mineralogi beberapa jenis batuan terlihat di dalam tabel dibawah ini. Pelapukan di dalam tanah menyebabkan mineral-mineral di dalam tanah rusak, kemudian terjadi sintesis mineral-mineral yang baru antara lain mineral lempung (clay mineral). Akibat yang penting dari pelapukan adalah status unsur hara tanaman berubah menjadi lebih tersediakan bagi tanaman dan hara yang penting menjadi lebih berguna bagi kehidupan baik di daratan maupun di lautan. Komposisi mineral batuan beku dan sedimen sbb
Universitas Gadjah Mada 2 Tabel dibawah menunjukkan ukuran atom oksigen yang besar ditambah dengan keadaannya yang melimpah menyebabkan oksigen menduduki lebih dari 90 % volume kerak bumi. Di alam oksigen bergabung dengan kation-kation logam yang ukurannya lebih kecil. Agar terbentuk susunan (kristal) yang netral kation-kation tersusun berdasarkan ukuran dan valensinya. Semakin besar kation semakin banyak jumlah okasigen yang mengelilingi yang dinyatakan dalam
Universitas Gadjah Mada 3 Ukuran, Persen volume pada kerak bumi dan Nomor koordinasi
Universitas Gadjah Mada 4 Besar atom silikon sesuai sekali dengan celah-celah yang terbentuk oleh empat oksigen. Ikatan kovalen antara oksigen dan silikon sudah tertentu dan menyebabkan oksigen dan silikon membentuk tetrahedron (lihat gambar I). Tetrahedron silikon-oksigen merupakan satuan dasar dalam mineral silikat (mineral lempung). Berbagai macam mineral lempung yang berbeda-beda tergantung pada can tetrahedron-tetrahedron tersebut terkait bersama-sama. Tabel dibawah ini dapat menunjukkan cara penyusunan tersebut dan beberapa contoh mineralnya. Pembagian oksigen dalam deretan dari Olivin-piroksen-amfibol-biotit ke kuarsa makin meningkat, sehingga nisbah oksigen-silikon menurun dari 4 pada alovin menjadi 2 pada kuarsa. Penurunan nisbah oksigen-silikon berkaitan dengan peningkatan ketahanannya terhadap pelapukan, makin kecil makin tahan. Oleh karena itu kuarsa yang bernisbah 2 semua atom oksigen dinetralisasi oleh silikon dan kuarsa cenderung bertahan dalam banyak tanah, sementara mineral-mineral yang mudah lapuk menghilang.
Universitas Gadjah Mada 5 Perbedaan dalarn ketahanan mineral terhadap pelapukan digunakan oleh Jackson dan Sherman untuk menyusun 13 tahap pelapukan, yang menghubungkan komposisi mineral tanah dengan intensitas pelapukannya. Tabel dibawah ini menunjukkan wakil-wakil mineral dan tanah yang khan berhubungan dengan tahap pelapukannya. Tanah dengan wakil mineral tahap 1 sampai dengan 5 dianggap berada pada tahap pelapukan dini. Tanah ini merupakan tanah muda di dunia dan tanah di daerah kering yang airnya terbatas sehingga pelapukan kimianya terbatasi. Tahap pelapukan menengah diwakili oleh pelapukan tahap 6 sampai dengan tahap 9 dan pelapukan tahap yang lebih tinggi mencakup pelapukan tahap 10 sampai engan tahap 13
Universitas Gadjah Mada 7 Telah diketahui bahwa fraksi lempung cenderung tersusun dari mineral-mineral sekunder berukuran halus yang terbentuk dalam tanah yang disebut mineral lempung. Ada dua kelompok utama dari mineral lempung yaitu lempung silikat (ilit, montmorilonit, vemikulit dan kaolinit) dan lempung oksida yang mencakup terutama oksida besi dan oksida aluminium. Dinah lempung yang didominasi oleh lempung silikat mewakili tahap pelapukan 7 sampai dengan 10
dan tersebar lugs di dunia. Tanah lempung yang didominasi lempung oksida merupakan wakil tahap pelapukan 11 sampai dengan 13 dan umumnya dijumpai di daerah tropika basah.
Lempung Silikat
Mineral lempung sekunder terbentuk dari peruhahan mineral yang ada atau dengan sintesis. Pembentukannya ditentukan oleh macam mineral yang dapat diubah serta jumlah dan macam konstituen yang dapat berkombinasi kembali. Oleh karena prosesnya remit maka penjelasan mengenai asai usulnya yang pasti tidak dapat dibeberkan. Mineral lempung silikat terdiri atas dua komponen dasar yaitu
ltetrahedron silikon-oksigen (silkon dengan empat koordinasi dengan oksigen) dan oktahedron aluminium (mempunyai delapan sisi dengan aluminium dalam enam koordinasi dengan oksigen dan / atau hidroksil). Tetrahedron silikon-oksigen dalam lempung silikat tersusun dalam saw lembaran (gambar 8-6 pada biotit). Oksigen di bagian atas atau ujung dari lembaran tetrahedron mempunyai saw ikatan yang penuh dengan silikon dan satu ikatan oksigen yang tidak penuh. Rumus untuk lembaran tetrahedron : (Si205)--
Oksigen ujung dari lembaran tetrahedron dapat menarik kationkation yang selanjutnya dikelilingi oleh anion-anion yang cukup sehingga menetralkan semua muatan kation. Pada struktur kaolinit terdiri atas saw lembar tetrahedron yang
bersatu dengan satu lembar oktahedron sehingga disebut mineral lempung 1 : 1. Pada oktahedron, setiap Al menetralkan setengah ikatan valensi dari enam anion yang di sekelilingnya yang mengakibatkan struktur ini netral. Sifat kaolinit yang berasal dari struktumya dapat dikemukakan sebagai berikut. Lapisan-lapisan yang terbentuk tersususn atas lembaran-lembaran tersebut yang mencapai lebih dari 50 lembar. Hidroksil-hidroksil dari lembaran oktahedron aluminium terletak berdekatan dengan oksigen-oksigen dari lembaran diatasnya. Hal ini mengakibatkan ada ikatan hidrogen yang mengikat erat lembaran-lembaran tersebut bertingkat-tingkat. Akibatnya ada dua pengaruh, pertama cenderung membentuk partikel yang besar. Banyak partikel kaolinit yang berdiameter 2 mokron atau lebih dan tanah dengan lempung ini memiliki permeabilitas yang tinggi. Kedua, air tidak dapat menembus satuan yang berupa lapisan yang bertingkattingkat ini untuk menyebabkan pengembangan-pengkerutan dalam pembasahan dan pengeringan.
Universitas Gadjah Mada 8 Pada Montmorilonit lapisan dasarnya berupa lembaran oktahedron
Aluminium yang terselip diantara dua lembaran tetrahedron silika, sehingga memiliki struktur 2 : 1. Penyusunan lapisan ini secara bertumpuk-tumpuk mengakibatkan atom-atom oksigen tersusun secara berdampingan dari lembaran tetrahedron yang bersebelahan sehingga tidak terdapat ikatan hidrogen antar lapisan. Secara alami kedua atom ini sating menolak, sehingga dengan pembasahan lapisan-lapisan ini akan lebih mudah mengembang dan dengan pengeringan akan
mengkerut kembali. Partikel-partikel juga cenderung berada dalam keadaan yang lebih kecil dari pada kaolinit. Karena itu tanah dengan kadar lempung ini yang tinggi akan retak waktu kering dan impermiabel waktu basah. Namun tanah ini baik secara interior maupun eksterior siap menyerap air dan hara. Kadangkala selama pembentukan montmorilonit beberapa aton aluminivam di dalam celah-celah oktahedron digantikan oleh magnesium. (gambar 8-12). Hal ini antara lain karena kelimpahan magnesium dalam lingkungan pembentuakan montmorilonit dan kedua atom tersebut mempunyai ukuran yang hampir sama. Penggantian semacam ini
disebut sebagai substitusi isomorf
Dari segi valensinya atom aluminium bervalensi tiga, sedang magnesium bervalensi dua, maka setiap penggantian memberi saw muatan negatif yang belum penuh. Pada kenyataan ada seperenam atom aluminium yang tergantikan oleh magnesium akibatnya terjadi pola geometris yang bermuatan sangat negatif. Muatan negatif ini permanen, yang berasal dari dalam pola geometris (lembaran oktahedron) serta dipenuhi dengan kation yang dihidrasi yang tetap berada di permukaan atau dekat dengan permukaan. Oleh karena itu lempung ini cukup kuat menahan unsur hara dari pelindian dan pencuian, tetapi tersediakan bagi tanaman. Oleh tanaman kation hara ini dapat ditukar dengan ion-ion hidrogen.
Pada Illit beberapa ion Si++++ tetrahedron digantikan oleh A1+++. Oleh karena itu seperti pada Montmorilonit dihasilkan pola geometris yang bermuatan negatif. Tetapi pada illit sebagian besar muatan geometris dinetralkan oleh kalium yang berada di dalam "lubang heksagon" (lihat gambar 8-8: nomor7) pada permukaan datar unit yang bersebelahan. Kalium membentuk mekanisme pengikatan yang disebut "jembatan kalium" (O-K-O), yang memegang lapisanlapisan yang bersebelahan dan menghasilkan pola geometris yang tidak meluas (gambar 8-13). Beberapa diantara Al tetrahedron disekeliling-tepian partikel tidak terlibat dalam pembentukan jembatan kalium dan bertindak sebagai tempat pertukaran kation. Muatan pertukaran kationnya adalah sepertiga montmorilonit. Kadang-kadang selama pelapukan, semua atau sebagian besar kalium hilang dari posisi
antar-Universitas Gadjah Mada 9 lapisan, sehingga menjadi mineral lempung dan kapasitas pertukaran kationnya sangat meningkat karena tidak satupun muatan geometris dinetralkan oleh jembatan K.
Pada semua mineral lempung tempat pertukaran kation berasal dari: disossiasi H dari OH yang terletah di sepanjang pinggiran partikel. Dan di tempat yang oksigen terendahnya terikat pada silikon dan masih mempunyai satu ikatan "bebas".
Pada montmorilonit substitusi isomorf menyebabkan sekitar 80 % tempat pertukaran kation dan ikatan pinggiran sekitar 20 %. Pada kaolinit sebagian besar atau bahkan semua tempat pertukaran ditimbulkan oleh adanya ikatan-ikatan pinggiran yang tersedia. Tabel dibawah ini menyajikan ringkasan kapasitas pertukaran kation dan sifat-sifat lain dari mineral lempung yang berlapis silikat yang menyebabkan tanah mempunyai sifat mengembang-mengkerut, plastisitas dan kohesi.
Universitas Gadjah Mada 11 Mineral lempung yang mengembang seperti montmorilonit dapat menampung air beberapa kali volume lempung itu sendiri. Lapisan air diantara partikel-partikel lempung ini yang menyebabkan tanah mempunyai sifat mengembang-mengkerut, retak-retak, plastisitas dan kohesif
Air yang terdapat di sekitar partikel-partikel lempung berkaitan dengan kation yang dapat dipertukarkan. Kation yang dapat dipertukarkan menarik molekul air lebih kuat dari pada atom-atom oksigen terbuka yang tertahan dalam partikel lempung. Molekul air yang paling dalam mungkin terdapat dalam keadaan kristal "semu" (quasi). Air tersebut pada partikel lempung, debu dan pasir halus tidak dapat digunakan oleh tumbuhan dan masih ada dalam keadaan tanah kering angin. Pada partikel debu dan pasir halus air yang berada dekat permukaan partikel sebgian besar terikat hidrogen (gambar 8-15). Pada paratikel ini KPK nya sedikit atau tidak ada. Lebih jauh dari permukaan partikel tanah, kation berada dalam jumlah yang lebih sedikit dari pada yang ada dipermukaan lempung dan air berada dalam keadaan "bebas". Air ini berisi kation yang terhidratasi dalam kadar yang cukup rendah dan dapat dianggap ekuivalen dengan larutan tanah.
Lempung Oksida
Sebagian besar tanah mengandung sejumlah partikel kecil yang berukuran koloid dari oksida besi dan aluminium. Contoh lempung oksida adalah gibsit, Al(OH)3 yang tahap pelapukannya 11 dan hematit, Fe203 dengan tahap pelapukan 12. Tanah dengan sifat yang didominasi oleh lempung oksida dan kaolinit denga tahap pelapukan 10 termasuk dalam tahap pelapukan lanjut (tabel diatas) dan biasanya terdapat di daerah tropika basah. Tanah tersebut ditandai dengan adanya agregat tanah yang sangat stabil dan derajat plastisitas yang rendah. Hal ini disebabkan karena lempung ini cenderung menetralkan diri satu dengan yang lain. Misalnya Kaolinit mempunyai muatan netto negatif, sedangkan lempung oksida mempunyai muatan netto positif (dalam tanah asam). Hal ini akan mendorong terjadi penjonjotan (flokulasi).Gel-gel oksida juga dapat menyumbangkan sifat kekerasan agregat-agregat yang membuat tahan terhadap penghancuran. Misalnya bila dibasahi dan digosok-gosok pada telapak tangan akan menyerupai "pasir", walaupun kandungan lempungnya 100 %. Tekstur di lapangan yang berdasarkan rabaan sering berupa geluh debuan atau gekuh lempung debuan berlumpur halus atau geluh lempung pasiran.Karena perembesan air dapat berlangsung cepat maka tanah ini tahan terhadap erosi. Plastisitasnya rendah sehingga mudah dibajak (dibalik). Penyerapan dan pelepasan air untuk tumbuhan sebagian besar terjadi ketika tegangan airnya rendah (pF rendah).
Universitas Gadjah Mada 12 KPK dan KPA tanah
Lempung dan humus dalam keadaan koloid menunjukkan luas permukaan yang relatif luas bagi penyerapan air dan ion. Unsur hara tanaman hasil pelapukan yang sangat terbatas jumlahnya cenderung terserap di permukaan humus dan lempung. Diharapkan penyerapan dan penyimpanan hara dalam bentuk yang dapat dipertukarkan di permukaan koloid.
Sifat Pertukaran Kation dalam Tanah
Penyerapan kation oleh inti koloid atau I misel I dan pelepasannya dari misel disebut 1 pertukaran kation l. Contoh : misal setengah dari misel diisi oleh ion Ca, seperempatnya oleh K dan seperempatnya lagi oleh ion H (lihat diagram dibawah ini). Kalau di larutan koloid tadi diperlakukan dengan larutan KCl yang kuat, maka pada satu saat ion K dari KCl akan mengganti semua ion pada
misel, sehingga terbentuk misel yang kalium, sedang kalsium dan hidrogen akan berada di larutan tanah sebagai Khlorida.
Efisiensi pertukaran ion-ion ditentukan oleh 3 fakator : a. kadar relatif atau jumlah ion
b. jumlah muatan ion dan
c. kecepatan gerak atau aktivitas ion
Yang pertama makin besar kadar atau jumlah ion makin efisien dan yang kedua semakin besar jumlah muatan makin efisien. Kecepatan dan aktivitas ion pada dasarnya merupakan fungsi ukuran, tetapi derajat hidrasi mempengaruhi ukuran ion. Oleh karena itu hal ini juga berperan dalam kecepatan dan aktivitas ion. Tabel dibawah ini berisi sifat beberapa ion yang berkaitan dengan hal diatas.
Universitas Gadjah Mada 13 Tabel : Radius Ion, Hidrasi dan Efisiensi Pertukaran beberapa
Menurut ukuran ion urutan efisiensinya adalah Li-Na-K-Rb, Li yang relatif paling efisien dan Rb yang paling tidak efisien. Tetapi kenyataannya terbalik karena peranan hidrasinya. Selama hidrasi ion Li berasosiasi sendiri dengan begitu banyak molekul air sehingga kecepatannya banyak berkurang. Karena radius hidrasinya yang besar ion Li tidak dapat mendekati misel seperti ion yang lain. Begitu pula ion Na lebih banyak terhidrasi dari pada ion K dan seterusnya. Hasilnya urutan penggantian menjadi terbalik berturut-turut dari Rb, K, Na ke Li.
Menurut kation yang paling umum terdapat di dalam tanah, deretan yang dapat dipertukarkan adalah Al>Ca>Mg>K>Na. Ion H yang dapat dipertukarkan sulit untuk diletakkan di dalam deretan diatas karena ketidakpastian sifat-sifat hidratasinya. Tetapi biasanya dianggap cukup mudah digantikan seperti ion monovalen yang lain.
KPK Tanah
Butiran koloid membawa muatan positif dan negatif, tetapi muatan negatifnya lebih besar ukurannya dan lebih penting bai pertumbuhan tanaman di dalam kebanyakan tanah. KPK (=CEC) merupakan ekspresi jumlah tempat penyerapan kation persatuan bobot tanah. Kapsitas ini didefinisikan sebagai jumlah keseluruhan kation terserap yang dapat dipertukarkan (me/100 g tanah kering oven). Bobot ekuivalen adalah jumlah secara kimia sama dengan 1 gram hidrogen. Jumlah atom hidrogen dalam bobot ekuivalen adalah bilangan Avogadro (6,02 x 1025). Bobot miliekuivalen sama dengan 0,001 g hidrogen. Jika ada 1 bobot miliekuivalen kapasitas pertukaran
Universitas Gadjah Mada 14 kationdalam satu sendok teh tanah, akan mengandung 6,02 x 1020 tempat penyerapan yang bermuatan negatif.
Keseluruhan kapasitas pertukaran kation tanah adalah jumlah keseluruhan tempat pertukaran koloid-koloid organik dan mineral. Kapasitas pertukaran kation untuk beberapa mineral lempung tertihat pada tabel di depan. Kapasitas pertukaran oksida-oksida besi dan aluminium yang berair jauh lebih sedikit dari kapasitas pertukaran mineral lempung lainnya. Untuk kebanyakan tanah di daerah beriklim sedang, KPK rata-rata fraksi lempung secara keseluruhan mungkin lebih kurang
50 mili-ekuivalen per 100 g tanah, karena fraksi lempungnya merupakan campuran mineral lempung. Dalam kondisi semacam ini KPK 100 g tanah adalah 0,5 me bagi setiap persen lempung dan 2 me bagi setiap persen bahan organik. Jadi tanah dengan 3 % bahan organik dan 24 % lempung akan mempunyai KPK lebih kurang 18 me per 100g (2 x 3 + 0,5x 24 = 18).
Contoh lain, tanah padang rumput di Kanada bagian barat mempunyai rata-rata kapasitas pertukaran untuk lempung dan bahan organik berturut 57 dan 250 me per 100 g. Jadi KPK tanah ini diperkirakan dengan persamaan sbb.
KPK = % bahan organik x 2,5 + % lempung x 0,57
Jumlah kation yang dapat dipertukarkan untuk tanah prairi pada setiap horison tercantum dalam daftar dibawah ini. Dari tabel tersebut dapat diperhitungkan jumlah tiap-tiap unsur yang dapt dipertukarkan di setiap-tiap lapisan dan selanjutnya untuk tebal lapisan tanah tertentu guna keperluan praktek pemupukan.
Basa-basa yang dapat dipertukarkan adalah Ca, Mg, K dan Na. Secara teknis basa adalah proton akseptor seperti ion OH sedang asam adalah proton donor seperti ion H. Walaupun kation-kation Ca, Mg, K dan Na semuanya berkaitan dengan senyawa-senyawa dalam tanah seperti CaCO3, MgCO3, K2CO3 dan Na2CO3 namun reaksinya lebih basa dari pada asam. Dengan alasan ini maka mereka pada secara umum dinyatakan sebagai basa-basa yang dapat dipertukarkan untuk ion H secara umum disebut sebagai asam yang dapat dipertukarkan.
Universitas Gadjah Mada 15 Dalam daftar dibawah unsur-unsur disusun menurut kelimpahannya.
Daftar Kation-kation yang dapat dipertukarkan, KPK, % Penjenuhan Basa, pH horison lempung debu pasiran
===========================================================
Dari tabel tersebut dapat diperhitungkan jumlah dan besar unsur yang tersediakan di dalam tanah, baik untuk lapisan olah maupun untuk seluruh solum tanah. Hal ini penting sebagai panduan untuk menentukan macam dan dosis pupuk yang hams diberikan pada tanah. Sebagai kation yang dapat dipertukarkan ion-ion ini bereaksi dalam pembentukan hidroksil sbb.
MISEL-K + H20 <---> MISEL-H + K+ + OH-
(misel = inti koloid)
Dikenal ada Penjenuhan Basa ialah persen KPK yang telah dijenuhi oleh kation-kation. Sisa yang belum atau tidak dijenuhi diisi oleh ion H+ agar misel (inti koloid) menjadi netral.Dalam hubungan dengan pertumbuhan tanaman ada 2 hal yang penting:
a. jumlah sluruh hara yang tersedia sebagai kation-kation yang dapat dipertukarkan b. derajat penjenuhan tempat pertukaran kation dengan basa-basa sebagai pengganti hidrogen.
Wilde (cit Foth 1978) mengambil contoh-contoh tanah dari berbagai jenis tanaman yang tumbuh secara alami hutan dan yang cukupproduktif, dengan dalih bahwa sifat-sifat tanah tersebut secara alami merupakan tanah yang baik untuk pembibitan. Ada 3 tingkat kesuburan yang masing-masing dikehendaki oleh sekelompok jenis tanaman, lihat tabel dibawah ini. Ternyata untuk kelompok yang memerlukan tingkat kesuburan yang tinggi tidak hanya memerlukan jumlah ion yang dapat dipertukarkan yang besar saja. Disamping hal itu juga perlu KPK, derajat penjenuhan basa (dan pH) yang lebih besar untuk persyaratannya, bila dibandingkan dengan yang bertingkat kesuburan yang sedang dan rendah. Kebanyakan tanaman perkebunan dan pertanian tumbuh paling baik jika penjenuhan basanya lebih dari 80 % atau pH 6 atau lebih.
Universitas Gadjah Mada 16 Pertukaran Anion Tanah
Pertukaran anion walaupun jumlahnya sangat sediki tetapi diketahui memang terjadi. Anion mungkin menggantikan gugus OH dalam mineral lempung. Gugus ini lebih banyak terdapat di dalam mineral kaolinit dari pada montmorilonit. Mineral kaolinit dianggap menjadi wadah terjadinya sebagian besar pertukaran anion didaerah iklim sedang dan daerah kering.
Di daerah tropika basah beberapa tanah yang paling lapuk mengandung sedikit kaolinit atau tidak ada sama sekali. Mineral lempungnya hampir seluruhnya dari oksida besi dan aluminium kadang-kadang ada juga mangan dan titanium. Mineral ini mungkin memiliki muatan netto positif. Muatan tersebut yang ditimbulkan oleh mineral lempung, melebihi muatan negatif bahan organik. Seharus nya terjadi penyerapan Khlorida dan nitrat yang sangat mobil dan mudah terkena pencucian, tetapi hal ini tidak terjadi.Contoh adalah dalam lempung Gibbsit yang terdiri atas aluminium dalam enam koordinasi yang dikelilingi oleh enam hidroksil (aluminium dalam posisi oktahedron). Dalam lingkungan asam normal di tanah tropika yang sangat lapuk hidroksil mengambil atom-atom hidrogen (proton) atau diprotonkan sbb.
Bila horison tanah bermuatan netto positif, maka hubungan antara tanahnutrisi tanaman menjadi terbalik. Tanah yang koloid-koloidnya bermuatan netto positif akan :
a. menyerap anion seperti nitrat dan Khlorida.
b. kation-kation seperti Ca, Mg, K akan ditolak dan tetap ber ada di dalam larutan tanah yang sangat rentan terhadap pencucian. Di samping itu istilah penjenuhan base menjadi tidak berarti.
c. Ion-ion fosfat dan sulfat terfiksasi secara ketat melalui pergantian hidroksil dan mempunyai kapasitas memfiksasi fosfor yang sangat tinggi dan tentunya taraf ketersediaan fosfor sa ngat rendah. Ini merupakan eatu alasan untuk beberapa kegagalan dalam penggunaan cara-cara yang berlaku di daerah iklim sedang untuk produksi tanaman di tanah tropika; disebabkan oleh kurang pemahaman perihal koloid tanah yang bermuatan positif. Perlu dijelaskan lebih lanjut.
Muatan yang tergantung pH
Lempung silikat membawa muatan negatif yang permanen yang tidak dipengaruhi oleh pH lingkungan tanah. Contoh yang baik adalah muatan pola geometric montmorilonit yang berasal dari substitusi isomorf aluminium oleh magnesium. Telah diketahui bahwa KPK atau tempat-tempat yang bermuatan negatif timbul dalam humus melalui disosiasi ion-ion hidrogen dari hidroksil gugusan karboksil. Kadar ion-ion hidrogen yang berkurang di dalam larutan, seperti yang terjadi bila pH meningkat, mendorong lebih banyak disosiasi
Universitas Gadjah Mada 17 hidrogen dari hidroksil dan dengan demikian menghasilkan lebih banyak tempat yang bermuatan negatif atau kapasitas pertukaran kation. Sampai batas tertentu, hal yang sama terjadi untuk hidroksil mineral lempung silikat yang terbuka. Hubungan KPK dengan pH untuk kaolinit dan montmorilonit ternyata mempunyai beberapa muatan yang tergantung pada pH setelah pH diatas 6.
Untuk humus KPK tergantung pH di semua nilai pH dan kenaikannya secara Tinier terhadap kenaikan pH. Muatan lempung oksida sepenuhnya terpengaruh pH. Bila dalam satu lempung oksida asam akan ditingkatkan pH-nya dengan pemberian kapur, maka dapat terjadi perubahan muatan.
deprotonisasi
Lemp.-oks. asam (-) + OH --- > Lemp.-oks. netral +H20 permukaan oksida OH- dari kapur permukaan oksida bermuatan positif netral
(titik isoelektrik)
Jika terjadi lebih banyak pengapuran, maka proses deprotonisasi akan berlangsung lebih lanjut sbb.
deprotonisasi
Lemp.-oks. netral + OH ---> Lemp.-oks.(-) + H20
permukaan oksida OH- dari kapur permukaan oksida
netral bermuatan negatif
Ada dua hal yang penting yang perlu dicatat ialah : a. muatan pada koloid tanah tergantung pada pH
b. tempat-tempat pertukaran dapat bersifat negatif dan positif.
Tempat muatan positif penting pada tanah tropika yang tinggi kandungan lempung oksidanya. Dalam beberapa kasus, horison lapisan bawah tanah yang kadar bahan organiknya rendah mempunyai muatan netto positif pada pH rendah. Bila pH meningkat maka jumlah tempat pertukaran kation (muatan negatif) meningkat dan akan mencapai suatu keadaan yang muatan jumlah tempat pertukaran yang bermuatan positif sama de-ngan yang bermuatan negatif. Keadaan ini disebut titik muatan nol (zero point of charge = ZPC).
