Universitas Gadjah Mada 1
BAB III TEKSTUR TANAH
III.1. Pengertian tentang tekstur
Setelah memperkenalkan konsep tanah sebagai suatu sistem berfase tiga, kits akan melihat lebih dekat pada fase padat, yang merupakan komponen tetap tanah dan merupakan komponen utama bagi seluruh tubuh tanah. Barangkali orang dapat mempunyai tanah tanpa udara, atau tanpa air, dan di dalam ruang Nampa dapat diperoleh tanah tanpa udara maupun air (sebagaimana kasus bagi "tanah" yang ditemukan di bulan). Tetapi nampaknya sangat mustahil menunjukkan dalam kondisi apapun suatu tanah tanpa fase padat.
Bahan yang menyusun fase padat tanah terdiri atas partikel-partikel mineral yang terpisah satu terhadap yang lain dengan berbagai ukuran, maupun dari senyawa-senyawa amorfus, yang umumnya menempel atau kadangkala menyelimuti partikel-partikel (zaeah-zarah) tersebut. Karena kandungan bahan amorfus, seperti misalnya oksida besi terhidrasi dan humus, umumnya rendah, maka sebagian besar fase padat terdiri atas zarahzarah yang terpisah-pisah, diantaranya yang terbesar dapat dilihat dengan biasa dan yang terkecil yang berbentuk koloid dan hanya dapat dilihat dengan bantuan mikrokop elektron.
Istilah tekstur tanah (soil texture) bermakna kisaran ukuran zarahzarah di dalam tanah, yakni apakah zarah-zarah tersebut tersusun dari partikel terutama berukuran besar, kecil, atau ukuran sedang atau kisaran ukuran. Istilah ini mumpunyai dua makna balk
kualitatif maupun kuantitatif. Secara kualitatif, tekstur mewakili "rasa" dari bahan tanah,
apakan kasar dan "ngeres" atau halus dan lembut. Seorang yang berpengalaman dapat membedakan tanah dengan cara menguli atau meraba tanah yang lembab dengan jari-jari tangannya, apakah tekstur tanah tersebut kasar atau halus dan dapat pula menentukan secara semikuantitatif masuk mana di antara beberapa kelas tekstur yang ada. Tetapi , dalam arti yang lebih kuantitatif terinci istilah tekstur menunjukkan sebaran (agihan) ukuran zarah atau proporsi (kesebandingan) kisaran berbagai ukuran zarah yang terjadi di dalam suatu tanah tertentu.
Untuk membedakan tekstur tanah, umumnya zarah-zarah tanah dipilahkan menjadi ukuran-ukuran yang umumnya dinamakan kisaran ukuran pisahan yang dikenal sebagai fraksi tekstur atau pisahan, yakni pasir (sand), debu (silt), dan lempung (clay). Porsedur untuk memisahkan fraksi-fraksi ini dan untuk mengukur kesebandingan ketiganya
Universitas Gadjah Mada 2 dinamakan analisis mekanik. Hasil dari analisis ini disebut komposisi mekanik tanah tersebut, suatu istilah yang seringkali digunakan secara campur aduk dengan tekstur tanah.
Ada beberapa cara pemberian nama (klasifikasi) terhadap suatu jenis tekstur tanah, ini menurutkan konsep dari negara atau lembaga penggunanya. Gambar 3.1. menunjukkan hal ini.
Gambar 3.1 Beberapa cara klasifiakasi fraksi tanah menurut kisaran garistengah partikel.
Walaupun terdapat perbedaan cara klasifikasi, yang menarik dari itu adalah adanya kesepakatan batas tertinggi ukuran lempung serta batas tertinggi ukuran pasir. Ada beberapa cara memberikan klasifikasi lebih jauh terhadap fraksi debu dan ada yang terhadap fraksi pasir, misalnya BSI, MIT dan USDA, DIN. Semacam ada suatu kesepakatan untuk menerima istilah bahan tanah sebagai zarah-zarah berukuran < 2 mm. Ukuran yang lebih besar dinamakan kerikil, dan yang berukuran lebih besar daripada pecahan batu, beberapa cm garistengahnya, seringkali disebut batu, kerakal, atau bila sangat besar disebut bom (boulder). Bila fraksi kerikil dan batu mendominasi tanah dan dapat mengganggu proses-proses fisika tanah, maka persen volumenya perlu dilaporkan selain untuk mencirikan bahan tanah halos.
Kelompok terbesar zarah umumnya dikenal sebagai pasir, yang didefinisikan sebagai zarah dengan kisaran garistengah daro 2000 mikron (2 mm) turun hingga 50 mikron (menurut klasifikasi USDA) atau hingga 20 mikron (klasifikasi ISSS). Fraksi ini seringkali dipilahkan lagi menjadi sub-selanjutnya dipilah lebih lanjut menjadi tipe yang dapat mengembang (membengkak) dan yang tidak dapat mengembang. Akhirnya,
masing-Universitas Gadjah Mada 3 masing tipe ini memasukkan sejumlah mineral khas yang dapat diidentifikasi berdasarkan sinar X, elektron mikroskop, atau teknik analisis termal.
Mineral tipe 1:1 yang paling umum adalah kaolinit. Mineral yang lain yang dalam kelompok yang sama adalah halloysit dan dickit. Lapisan dasar di dalam struktur kristal adalah sepasang lembaran silika-alumina, dan lapisan-lapisan ini melekat satu sama lain secara bergantian dan terikat bersama-sama oleh ikatan hidrogen (hydrogen bonding) ke dalam suatu kisi lapisan ganda yang kaku, yang seringkali membentuk suatu lempengan heksagonal. Karena air dan ion-ion tidak dapat masuk di antara lapisanlapisan dasar tersebut, sehingga ikatan ini tidak dapat dibelah atau dipisahkan. Dan , karena hanya permukaan luar dan ujung-ujung dari lempengan ini yang terbuka, maka kaolinit mempunyai
permukaan jenis yang agak rendah. Kristal-krsital kaolinit umumnya mempunyai kisaran
garis tengah antara 0,1-2 mikrondengan ketebalan berlisar kira-kira antara 0,02-0,05 mikron. Akibat ukuran zarahnya yang nisbi besar dan permukaan jenisnya nisbi rendah, maka kaolinit menunjukkan kurang hat (plastis), kurang kohesif, dan kurang membengkak dibandingkan mineral-mineral lempung lainnya. Rumus lapisan unit kaolinit adalah Al4Si4O10(OH)8.
Bertolak belakang dengan kaolinit adalah montmorillonit, suatu mineral 2:1 yang masuk tipe dapat mengembang (membengkak), yang juga termasuk di dalamnya
vermiculit dan beidelit. Lamellae (lidah-lidah) montmorillonit terikat dalam ikatan yang longgar yang disebut taktoid. Air dan ion-ion dapat ditarik masuk ke dalam bidang-bidang
belch antara lidah-lidah (lamellae), dan karena kristal tersebut mengembang seperti layaknya akordion, dia dapat mudah terpisah menjadi unit-unit pipih yang tipis dan akhimya menjadi individu-individu lamellae, yang tebalnya hanya 100A. Karena kristal-kristal montmorillonit mengembang, maka permukaan dakhil maupun luarnya sangat berperan, sehingga meningkatkan permukaan jenis efektifnya sebesar beberapa kali lipat. Karena kecenderungan nya untuk mengembang dan terceraiberai besar, montmorillonit menunjukkan kelakuan kembang-kerut yang nyata, begitu pula sifat plastis dan kohesinya yang tinggi. Pada proses pengeringan, tanah-tanah montmorillonitik, terutama jika terdispersi, akan cenderung menjadi retak dan biasanya membentuk bongkahan yang keras. Rumus lapisan unit montmorillonit adalah Al3,5 Mgo,5Si8O20(OH)4.
Universitas Gadjah Mada 4 Mineral-mineral lempung yang lain antara lain, illit, chlorit (tipe 2:2), attapulgit, atau palygorskit, dan lain-lain. fraksi-sub-fraksi seperti pasir kasar, medium, dan halus. Butir pasir umumnya tersusun dari kuarsa, tetapi juga dapat dari feldspar, mika, dan kadangkala mineral-mineral berat seperti zirkon, tourmalin, dan hornblende, walaupun yang terakhir ini sangat jarang. Dalam banyak hal butri pasir mempunyai ukuran yang kurang lebih seragam, dan dapat dikatakan bulat, walaupun mereka tidak selalu halus permukaanya tetapi justru kasar dan jika digabungkan dengan kekerasannya mereka mempunyai sifat mengikis.
Debu terdiri atas zarah-zarah berukuran tengah-tengah antara pasir dan lempung (yang merupakan ukuran terkecil dari fraksi). Secara mineralogi dan fisik, zarah debu (silt) umumnya mirip dengan zarah pasir, tetapi karena mereka lebih kecil dan mempunyai permukaan yang lebih besar per satuan massa dan sering dilapisi oleh lempung yang menempel kuat, maka debu menunjukkan, hingga batas-batas tertentu menunjukkan sifat seperti lempung.
Fraksi lempung (clay) dengan ukuran zarah < 2 mikron, merupakan fraksi koloidal. Zarah-zarah lempung dicirikan oleh bentuknya yang pipih atau seperti jarum dan umumnya termasuk ke dalam kelompok mineral mineral yang disebut alumino-silikat. Ini merupakan
mineral sekunder, yang terbentuk di dalam tanah sendiri selama proses evolusinya dari mineral-mineral primer yang dikandung oleh batuan induk (asal). Namun, dalam
beberapa hal, fraksi lempung juga tersusun dari sejumlah zarah-zarah halus yang tidak termasuk kategori lempung alumino-silikat, misalnya oksida besi atau kalsium karbonat. Karena luas permukaan per satuan massanya jauh lebih besar dibandingkan pasir dan debu, maka kegiatan fisiko-kimianya sangat menentukan watak tanah. Fraksi lempung menyerap air dan hidrasi, sehingga menyebabkan tanah dapat membengkak saat basah dan mengkerut pada saat mengering.
III. 2. Sifat-sifat zarah lempung
Karena zarah lempung merupakan pusat kegiatan watak tanah maka akan dibahas secara khusus dalam sub-bab ini.
- Struktur lempung
Mineral-mineral lempung biasanya diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yakni berstruktur dan amorfus. Lempung-lempung yang terstruktur disubklasifikasi menurut struktur kristal dakhil (internal)nya, (yakni susunan lapisan lembaran-lembaran tetrahedra dan oktahedranya) menjadi dua tipe mineral pokok 1:1 dan 2 :1. Mineral-mineral tipe 2:1
Universitas Gadjah Mada 5 Fraksi lempung mungkin juga mengandung sejumlah mineral nonkristalin (amorfus). Misalnya, allophan merupakan kombinasi secara acak dari komponen silika dan alumina yng terstruktur buruk yang rumusnya ditunjukkan sebagai A1203.2Si02.H20. Dalam kelompok ini nisbah mol fosforus dan besi oksidanya berkisar antara 0,5-2,0. Watak lempung amorfus ini mirip dengan lempung-lempung kristalin, misalnya dalam hal jerapan, pertukaran ion, dan kelenturannya (plastisitasny).
Penyusun fraksi lempung yang adalah kelompok oksida terhidrasi dari besi dan
alumunium atau yang sering disebut seskuioksida-seskuioksida, yang banyak
mendominasi terutama tanah-tanah di daerah tropis dan bertanggungjawab terhadap terjadinya warns (hue) tanah yang kemerahan atau kekuningan. Komposisi kimianya dapat diperikan sebagai Fe203.nH2O dan A1203.nH2O, yang nisbah hidrasinya n dapat sangat bervariasi. Contohcontoh khas tipe oksida besi terhidrasi ini antara lain, limonit dan
goethit, dan contoh oksida aluminium adalah gibsit. Lempung-lempung seskuioksida ini
sebgaian terkristal tetapi seringkali amorfus.
III.3. Humus
Kita akan membahas dalam sub-bab ini bahan padat selain yang berasal mineral di dalam tanah, yakni humus. Bahan ini umumnya berwarna gelap, dijumpai terutama pada zone permukaan tanah (horizon A), yang didefinisikan sebagai fraksi yang kurang lebih stabil dari bahan organik tanah yang tetap tinggal setelah bagian besar sisa-sisa tumbuhan dan hewan yang ditambahkan telah mengalami perombakan (dekomposisi).
Sebagaimana halnya lempung, humus bermuatan listrik negatif. Selama hidrasi (bergabung dengan air), tiap partikel humus membentuk sebuah micelle dan berperan seperti gabungan anion raksasa yang mampu menjerap bayak ion. Namun demikian, kapasitas pertukaran kation humus jauh lebih besar, per unit massa, dibandingkan dengan lempung. Tidak seperti umumnya lempung, humus tidak berbentuk kristalin tetapi
amorfus. Karena sebagian besar tersusun dari karbon, oksigen, dan hidrogen, muatan
pada permukaanya lebih disebabkan oleh disosiasi kelompok karboksilik (--COOH) dan fenolik (--A--OH) daripada oleh penyulihan isomorfis kation. Karena proses pertukaran kation bergantung pada pendesakan hidrogen dalam kelompok ini, maka humus bergantung kepada pH, dengan kapasitas pertukaran kation (KPK) umumnya meningkat pada nilai pH lebih tinggi. Peranan penting humus tidak hanya pada pengaruhnya terhadap jerapan kation atau bahkan terhadap hara tanaman, tetapi juga seringkali membantu dalam proses koagulasi (penjendalan) bersama lempung
Universitas Gadjah Mada 6 dan berperan sebagai bahan semen (perekat), pengikat, dan pemantap agregat-agregat tanah.
III.4. Lapisan ganda baur
Karena pada umumnya permukaan lempung bermuatan listrik negatif, maka kalau di sekeliling sebuah mecelle lempung dikerubungi larutan air yang mengandung ion-ion, maka ion-ion tersebut akan terpilah menjadi dua kelompok yakni kelompok bermuatan positif yang mendekati permukaan micelle dan semakin jauh dari permukaan micelle larutan akan didominasi oleh kelompok ion bermuatan negatif. Jadi kedua kelompok ion yang bermuatan berbeda ini akan membentuk lapisan ganda (double leyers) yang batas kekuasaannya tidak jelas (baur).
Bayangan lapisan ganda ini dapat dilihat pada Gambar 3.2., 3.3, 3.4, 3.5, dan 3.6.
Gambar 3.2 melukiskan suatu bentuk lapisan ganda baur (diffuse double layer) di dalam suatu micelle yang (a) dalam keadaan kering dan (b) dalam keadaan terhirasi. Dalam gambar tersebut diumpamakan bahwa larutan luar hanya terdiri atas ion-ion bermuatan positif. Kumpulan kation yang dijerap dapat dianggap sebagai terdiri atas suatu lapisan yang kurang lebih terjerap pada posisi dekat dengan permukaan partikel dan dikenal sebagai lapisan Stem dan suatu kelompok baur kation melebar hingga jarak tertentu menjauhi permukaan partikel dan secara berangsur konsetrasinya semakin menurun.
Ganbar 3.2. Pembentukan sebuah lapisan ganda baur di dalam sebuah mecelle yang terhidrasi, (a) menunjukkan keadaan kering, dan (b) menunjukkan keadaan terhidrasi.
Universitas Gadjah Mada 7 Gambar 3.3. Agihan ion-ion positif dan negatif di dalam larutan dengan jarak dari
permukaan sebuah micelle lempung yang mengandung muatan negatif. di sini
no merupakan konsentrasi ion di dalam larutan di luar lapisan listrik ganda.
Gambar 3.4. Perbandingan agihan kation (Na) monovalen yang terhidrasi kuat dengan kation divalen (Ca) yang juga terhidrasi kuat di dalam lapisan ganda baur. akibat muatannya yang lebih besar kation divalen tertarik lebih kuat dan terikat lebih dekat terhadap permukaan zarah. Areal di bawah setiap kurve melukiskan rniliekuivalen kation-kation per unit permukaan, yang sama besarnya.
Universitas Gadjah Mada 8 Gambar 3. 5. Pengaruh perubahan konsentrasi larutan n1, n2) terhadap ketebalan
lapisan ganda baur. Kurve-kurve utuh menggambarkan kation-kation dan kurve-kurve titik-titik melukiskan ananion. Peningkatan konsentrasi ion-ion pada larutan luar telah menenkan lapisan ganda.
Gambar 3.6. Laukisan secara skematik meningkatnya konsentrasi kation di dalam lapisan ganda sebagai akibat interaksi nya dengan zarah-zarah di sekelilingnya. Kurve patah-patah menunjukkan agihan hipotetis kation kation bagi masing-masing kedua zarah bila diseduh sendiri-sendiri di kisaran larutan yang sama.
