LAPORAN PENELITIAN DASAR UNIVERSITAS LAMPUNG

1

LAPORAN PENELITIAN DASAR UNIVERSITAS LAMPUNG

DISTRIBUSI DAN SUMBANGAN MUATAN TERGANTUNG pH DARI ASAM ORGANIK PADA AWAL PELAPUKAN TANAH VULKANIK

MELALUI PEDOMETRIK

TIM PENGUSUL

NAMA PENGUSUL : NIDN

ASTRIANA RAHMI SETIAWATI, S.P., M.Si. : 0024019002 SEPTI NURUL AINI, S.P., M.Si. : 0002029202

PROGRAM STUDI ILMU TANAH FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG

2021

2

3

DAFTAR ISI

hal

RINGKASAN ……….. 1

BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………. 2

1.2 Rumusan Masalah ……… 5

1.3 Tujuan penelitian ………. 7

1.5 Urgensi Penelitian ……… 7

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Muatan Tergantung pH (variable charge) Tanah Vulkanik dan Pedometrik ……….. 8

2.2 Hasil Penelitian Terdahulu Laju Pedogenesis Gunung Anak Krakatau ………. 9

2.3 Road Map Penelitian ……… 9

BAB 3. BAHAN DAN METODE 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ……….. 11

3.2 Bahan dan Alat di Laboratorium ……….. 11

3.3 Metode penelitian ………. 12

3.4 Pelaksanaan Penelitian ………. 3.4.1 Pengambilan sampel tephra dan persiapan ……… 12

3.4.2 Analisis laboratorium ………. 13

3.4.3 Pengolahan data ………. 14

3.4.4 Alur tulang ikan penelitian ………. 15

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Tekstur dan Kharakteristik Kimia Tephra Gunung Anak Krakatau ……… 17

4.2 Leaching Experiment Tephra Gunung Anak Krakatau …….. 27

4.3 Kharakteristik Kimia Tanah Setelah Leaching Experiment … 34 4.4 Sumbangan Muatan (-)/Muatan Tergantung pH Asam Organik ………. 44 REFERENSI

LAMPIRAN

4

BAB 1. PENDAHULUAN

1. 1 Latar Belakang

Pedometrik merupakan penerapan metode matematika dan statistika (geostatistik) serta pemetaan dalam bersamaan sebagai upaya melihat dan memodelkan distribusi karakteristik tanah dan genesis tanah (Heuvelink, 2003) yang didukung dengan analisis spasial. Melalui pendekatan ini, maka distribusi perubahan karakteristik tanah (termasuk muatan tanah) pada suatu profil dan spasial dapat dipetakan. Pedometrik merupakan spesifikasi ilmu yang mendukung pembahasan pemodelan proses pembentukan tanah (pedogenesis model). Model pedogenesis merupakan suatu tools ataupun formula yang berguna untuk memahami sistem tanah yang sangat kompleks (Stockmann et al., 2011). Namun, pendekatan pedometrik tidak hanya memberikan hubungan matematis antara proses yang terjadi dalam suatu sistem tanah, namun juga menjelaskan distribusi karakteristik tanah tersebut baik dalam suatu pedon (profil tanah) maupun secara spasial. Pemodelan genesis dapat dibagi menjadi dua: yang berfokus pada skala lanskap (misalnya Dietrich et al., 1995; Minasny dan McBratney, 1999, 2001;

Schoorl et al., 2002; Samouëlian dan Cornu, 2008) dan yang berfokus pada skala pedon (misalnya Mayer et al., 2002; Goddéris et al., 2006; Finke dan Hutson, 2008; Sommer et al., 2008; Finke, 2012).

Penelitian mengenai karakteristik tanah vulkanik di Indonesia telah banyak

dilakukan (Pulau Jawa dan Sumatera) (Tan and van Schuylenborgh, 1959; Tan,

1965; Supriyo et al., 1992; Van Ranst et al., 2002, 2004, 2008; Fiantis et al.,

2010, 2010, 2016, 2019; Utami et al., 2019; Setiawati et al., 2020; Fiantis et al.,

2020; Setiawati et al., 2021), yang melaporkan bahwa terdapat hubungan yang

kuat antara sifat fisika-kimia tertentu (bulk density, kejenuhan basa, fiksasi fosfat)

dengan komposisi mineral tanah. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa

perkembangan tanah (soil development) dipengaruhi oleh bahan induk tanah dan

kondisi iklim. Karakteristik tanah yang terbentuk ini akan mempengaruhi sifat

fisika-kimia koloid tanah, tempat berlangsungnya semua reaksi kimia dalam tanah

yang dikenal dengan muatan tanah (soil surface charge: permanent charge dan

variable charge).

5

Karakteristik sifat muatan tanah telah banyak diteliti pada tanah dengan tingkat pelapukan lanjut diberbagai daerah (Gillman, 1979), dimana disimpulkan bahwa karakteristik muatan tanah tersebut sangat erat hubungannya dengan bahan induk tanah (Gillman and Sinclair, 1987) dan komposisi mineral tanah (Tessens and Zauyah, 1982; Van Ranst et al., 1998; Qafoku et al., 2000; Van Ranst et al., 2019; Utami et al., 2019). Namun sebaliknya, hampir tidak ada penelitian yang melihat sifat muatan tanah pada tanah muda yang berada pada tahap awal proses pedogenesis dan seberapa besar sumbangan asam organik terhadap sifat muatan tanah tersebut, mengingat bahan organik juga merupakan koloid dan menjadi sumber muatan tanah. Bahan induk segar dengan tingkat pelapukan yang rendah memberikan karakteristik yang berbeda dibandingkan dengan tanah yang memiliki bahan induk yang sama dengan tingkat pelapukan yang tinggi. Hal ini sangat penting mengingat sifat muatan tanah (dan juga merupakan sifat koloid tanah) sangat menentukan reaksi yang terjadi di dalam koloid tanah.

Sifat muatan permukaan Andisol dikendalikan oleh jumlah relatif dari short range order mineral (terutama alofan dan ferihidrit), bahan organik (terutama kompleks Al dan Fe-humus), oksida Fe kristal, gibbsite, dan lapisan lempung silikat (misalnya, smektit, halloysite, kaolinite) (Dahlgren et al., 2004;

Qafoku et al., 2004; Theng dan Yuan, 2008; Parfitt, 2009; McDaniel et al., 2012;

Xu et al., 2016; Van Ranst et al., 2017, 2019). Salah satu faktor kunci yang mempengaruhi sifat tanah selama proses pedogenesis adalah muatan permukaan tergantung pH (variable charge), baik yang terkait dengan fraksi liat maupun yang bersumber dari bahan organik.

Muatan listrik pada permukaan partikel tanah vulkanik fraksi liat, dapat

berupa positif atau negatif, dan dapat berubah karena fungsi pH. Alofan, yang

memiliki ikatan Si-O-Al, membawa muatan permukaan negatif pada pH tinggi

melalui disosiasi ion H

⁺

dari gugus siloksan (Si-OH), sedangkan pada pH rendah

ia membawa muatan permukaan positif karena penerimaan proton oleh aluminol

kelompok (Al-OH) (Zhang dan Zhao, 1997). Humus mengandung sejumlah besar

gugus asam dan merupakan sumber muatan variabel yang penting. Diperkirakan

bahwa jumlah muatan negatif yang dibawa oleh humus berkisar antara 200

sampai 500 cmol kg

^{− 1}

(Zhang dan Zhao, 1997). Muatan negatif ini terutama

6

berasal dari gugus karboksil (CO-OH), dengan nilai konstanta keasaman (pKa) dari 4 hingga 5. Permukaan tepi dari partikel silikat lapisan juga dapat menjadi situs di mana muatan variabel berasal, melalui disosiasi atau adsorpsi proton yang terpapar. Kelompok OH ikatan putus. Namun, karena lapisan silikat, terutama mineral jenis 2:1, biasanya membawa muatan permanen dalam jumlah besar, komponen muatan variabel semacam ini umumnya tidak terwujud dengan kuat.

Namun sebaliknya, pada tanah muda yang baru mengalami pelapukan muatan tergantung pH dari asam organik ini sangat menentukan reaksi kimia yang akan terjadi. Oleh karena itu, jumlah atau sumbangan muatan dari asam organik pada tanah muda ini sangat penting diketahui, sehingga perhitungan tepat mengenai sumbangan muatan tergantung pH dari asam organik dapat dilakukan.

Andisol terdiri dari mineral muatan tergantung pH dan mineral muatan permanen, bersama dengan senyawa yang membawa kedua jenis muatan. Titik nol muatan tergantung pH (pHo) adalah pH di mana jumlah muatan permukaan bersih (netto) dari komponen muatan variabel dalam sistem campuran sama dengan nol. Sebaliknya, the Point of Zero Net Charge (PZNC) adalah pH di mana jumlah muatan permanen (σp) dan muatan variabel (σv) sama dengan nol, yang bergantung pada konsentrasi elektrolit (Uehara dan Gillman, 1980, 1981; Gillman dan Uehara, 1980; Zhang dan Zhao, 1997; Qafoku et al., 2004).

Gunung Anak Krakatau merupakan laboratorium alam untuk proses

pedogenesis. Sejak letusan besar pertama gunung ini pada tahun 1883, hanya

sedikit penelitian yang mengamati perkembangan tanah di wilayah ini. Tanah di

kepulauan Krakatau tergolong muda karena baru berkembang selama 134 tahun

dan letusan Desember 2018 telah membawa kembali Anak Krakatau ke dalam

kondisi nol (kondisi nol) proses pedogenesis. Bahan induk gunung ini terdiri dari

kurang lebih 90% riodasit, 4% dasit mafik, dan 1% andesit (Mandeville, Carey,

dan Sigurdsson, 1996). Fiantis et al., (2020) melaporkan bahwa kandungan Ca

pada sampel tanah Anak Krakatau lebih tinggi dari pada sampel tanah di pulau

Panjang, Rakata dan Sebesi yaitu mencapai 6,4%, Mg 5%, dan P 1%, dan tingkat

belerang juga lebih tinggi dari pada di daerah sekitarnya. Selain itu, tanah Anak

Krakatau juga memiliki indeks pelapukan yang lebih rendah dibandingkan dengan

sampel tanah di Kepulauan Panjang, Rakata, dan Sebesi. Studi terbaru

7

menunjukkan bahwa laju pelapukan sampel tanah Anak Krakatau sebelum erupsi pada Desember 2018 tergolong rendah dengan kadar lempung 0,41% - 0,60%; pH sekitar 4,95 - 6,09; Retensi P <85% (82.10 - 84.74%) (Setiawati et al., 2020).

Penelitian terbaru Setiawati et al., (2021) melaporkan nilai index pelapukan Anak Krakatau setelah erupsi Desember 2018 < 1, dan mendekati bahan segar. Sebelum erupsi Desember 2018, sepertiga gunung ini telah ditutupi oleh tumbuhan yang memberikan sumbangan terhadap C organik tanah. Fiantis et al., (2019) melaporkan bahwa kandungan C organik tanah dari sampel tanah Anak Krakatau yang diambil pada tahun 2015 adalah 1.3 – 1.7 %. Sementara itu, Setiawati et al., (2020) kandungan C organik tanah pada sampel Gunung Anak Krakatau yang diambil pada Juli 2018 adalah 0.06 – 1.28 %. Nilai C organik gunung Anak Krakatau setelah erupsi Desember 2018 adalah 0.03 – 0.28 %, kandungan liat berkisar 0.28 – 0.37% (Setiawati et al., 2021). Oleh karena itu, penelitian mengenai distribusi dan sumbangan muatan tergantung pada pH asam organik penting dilakukan. Pada saat ini belum ada yang melihat pemodelan dan distribusi karakteristik pembentukan tanah terutama yang berhubungan dengan sifat muatan tanah pada Gunung Anak Krakatau (tahap awal pelapukan atau pembentukan tanah).

1.2 Rumusan Masalah

Kajian mengenai pedogenesis Gunung Anak Krakatau telah dilakukan secara intensif oleh tim peneliti sejak tahun 2018 sebagaimana tanah ini merupakan laboratorium hidup dalam proses pedogenesis tanah. Saat ini, telah diketahui laju pelapukan tephra Anak Krakatau yang mencerminkan pedogenesis berada pada tahap awal pelapukan. Oleh karena itu, pengembangan penelitian perlu dilakukan pada substansi yang lebih kecil dan kompleks yaitu koloid tanah (nano properties) penting untuk dilakukan (interaksi antara partikel koloid skala mikro dan nano bermuatan (McCarthy dan Zachara, 1989)). Hal ini akan menginterpretasikan seluruh reaksi kimia yang akan terjadi didalam sistem tanah yang akan terbentuk.

Andisol merupakan tanah yang berkembang dari material vulkanik dan

memiliki sifat yang unik. Tanah ini memiliki muatan permanen dan muatan

8

tergantung pH secara bersamaan. Muatan tergantung pH pada tanah ini diakibatkan oleh keberadaan short range order mineral seperti alofan dan immogolit dan juga C organik tanah. Muatan tergantung pH yang diakibatkan oleh short range order mineral merupakan fungsi dari proses pelapukan bahan induk tanah, sementara itu muatan tergantung pH dari C organik pada tanah merupakan hasil dekomposisi dari bahan organik yang berasal dari hasil metabolisme dan juga sumbangan dari lingkungan. Hal ini sangat menarik, karna tanah yang berkembang dari material vulkanik (andisol) memiliki kandungan bahan organik yang cukup tinggi. Oleh karena itu, sumbangan nilai muatan tergantung pH dari bahan organik wajib diperhitungkan. Namun, pada saat ini belum ada yang memperhitungkan sumbangan nilai muatan tergantung pH dari asam organik pada tanah vulkanis muda.

Pada penelitian sebelumnya yaitu laju pegogenesis pada tephra Gunung

Anak Krakatau setelah erupsi Desember 2018 melalui leaching experiment, telah

dilakukan pencucian tephra selama tiga bulan dengan akuades yang mewakili air

hujan dan asam sitrat serta asam oxalat yang mewakili hasil metabolit

mikroorganisme dan eksudat akar. Leaching eksperiment tersebut merupakan

suatu percobaan untuk melihat faktor pelapukan kimia pada tephra Anak Krakatau

dan memulai proses pelapukan pada kondisi 0 pedogenesis tanah. Berdasarkan

penelitian tersebut diketahui asam sitrat melepaskan kation lebih cepat

dibandingkan asam oksalat dan aquades (Setiawati et al., 2021). Adanya kation

yang telah dilepaskan dan adanya lumut, menunjukkan bahwa proses pelapukan

telah berlangsung dan pedogenesis telah dimulai. Oleh karena itu, penting untuk

mengetahui karakteristik geokimia selanjutnya dari tephra ini setelah mengalami

pelapukan. Hal yang paling utama harus diketahui adalah sifat koloid yang di

interpretasikan oleh muatan tanah dan juga sumbangan bahan organik dalam sifat

muatan tanah ini. Sehingga pada penelitian ini kita mencoba membandingkan

muatan tanah dari tephra Gunung Anak Krakatau setelah erupsi Desember 2018

sebelum leaching experiment dan setelah leaching experiment dengan

menambahkan asam humat sebagai koloid organik tambahan. Informasi mengenai

sumbangan asam organik terhadap muatan tanah, terutama pada tanah vulkanik

muda belum diketahui, sehingga penelitian ini penting untuk dilakukan.

9

Pedometrik dapat diartikan sebagai penerapan metode matematika dan statistika (geostatistik) dalam melihat distribusi karakteristik tanah dan genesis tanah (Heuvelink, 2003) yang didukung dengan analisis spasial. Melalui pendekatan ini maka, distribusi perubahan karakteristik muatan tanah pada suatu profil dan spasial dapat dipetakan. Oleh karena itu, saat ini penting untuk melanjutkan penelitian kepada substansi yang lebih kecil yaitu koloid tanah (nano scale) dan memodelkannya secara pedon dan spasial dengan pendekatan pedometrik. Hal ini akan memudahkan kita dalam melihat hubungan antar sifat tanah dalam suatu profil tanah dan bagaima penyebaran sifat tanah ini secara spasial. Pedometrik ini dapat dilakukan dengan didukung oleh penelitian yang telah dilakukan secara jangka panjang sehingga sifat tanah lainnya yang berhubungan telah diketahui (yang terangkum dalam Setiawati et al., 2020 dan Setiawati et al., 2021).

1.3 Tujuan penelitian Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Menghitung sumbangan muatan tergantung pH dari asam organk pada awal pelapukan tanah vulkanik

2. Memetakan distribusi muatan tanah tergantung pH dari asam organik pada setiap lapisan profil tanah dan spasial melalui pendekatan pedometrik.

1.4 Urgensi penelitian

Penelitian mengenai pedogenesis Gunung Anak Krakatau merupakan

penelitian jangka panjang yang telah dimulai dari tahun 2018. Penelitian ini

bertujuan untuk mengamati proses pedogenesis yang terjadi, sebagaimana

Gunung Anak Krakatau merupakan laboratorium alami bagi proses pembentukan

tanah. Penelitian terdahulu telah menemukan sifat fisika dan kimia tanah Gunung

Anak Krakatau sebelum erupsi Desember 2018 (Setiawati et al., 2020) dan laju

pedogenesis tephra Gunung Anak Krakatau melalui percobaan leaching

experiment (Setiawati et al., 2021) dan juga telah mulai menyusun biogeochemichal fringerprinting Gunung Anak Krakatau. Oleh karena itu,

penelitian lebih lanjut mengenai sifat muatan (colloidal-nano scale) penting untuk

10

dilakukan. Tanah vulkanik memiliki muatan tergantung pH yang diakibatkan oleh keberadaan short range order mineral dan asam organik. Hal ini didukung dengan belum adanya informasi mengenai sumbangan asam organik terhadap muatan tergantung pH pada tanah vulkanik muda. Oleh karena itu, penelitian ini

bertujuan untuk menghasilkan informasi mengenai sumbangan asam organik pada muatan tergantung pH pada tanah vulkanik muda dan distribusinya dengan pendekatan pedometrik.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Muatan tergantung pH (variable charge) tanah vulkanik dan pedometrik

Studi tentang karakteristik elektrokimia muatan tergantung pH (variable charge soils) telah dilakukan di seluruh dunia selama 70 tahun terakhir dan banyak waktu dan upaya saat ini dihabiskan untuk menyelidiki sistem tanah yang menakjubkan ini (Qafoku et al., 2004). Komponen liat yang sangat penting dalam muatan tergantung pH adalah alofan dan imogolit (Yoshinaga dan Aomine, 1962a,b). Mineral liat penting lainnya adalah besi hidroksida non kristal, dan kemungkinan lainnya adalah ferihidrit (Parfittet et al., 1988; Childs et al., 1991).

Selain itu, tanah vulkanik juga mengandung mineral tipe 2: 1 dan 2: 1: 1 dan integrasinya, halloysite, gibbsite, opaline dan silica yang biasanya tersedia dalam jumlah kecil tetapi kadang-kadang dalam jumlah yang besar atau dominan (Wada, 1985; Van Ranst et. al., 1993). Filosilkat (1: 1–2: 1) yang terstratifikasi juga dapat ditemukan (Herbillon et al., 1981; Wada et al., 1987; Delvaux et al., 1990; Fiantis et al., 1998).

Studi dalam 30 tahun terakhir telah menetapkan bahwa muatan tanah

tergantung pH dicirikan oleh pembentukan short range order minerals, seperti

alofan dan imogolit, dan material terkait dari abu vulkanik (Parfitt et al., 1983,

1984; Wada, 1987; Parfitt dan Kimble, 1989). Keberadaan imogolit berdampingan

dengan alofan, tetapi kandungannya umumnya lebih rendah (Wada dan Harward,

1974; Shoji et al., 1988; Wada, 1989). Namun, di lingkungan yang kaya bahan

organik, pembentukan mineral ini dibatasi dan dihambat oleh pembentukan

kompleks Al-humus yang stabil yang terakumulasi di horizon permukaan dan

merupakan karakteristik lain dalam perkembangan tanah ini (Shoji et al., 1982;

11

Shoji dan Fujiwara, 1984; Saigusa dan Shoji, 1986; Parfitt dan Kimble, 1989).

Pembentukan alofan dan imogolit pada horizon permukaan volcanic ash soil (tanah vulkanik) dapat terhambat pada tanah yang kaya bahan organik karena Al akan membentuk kompleks yang kuat dengan bahan organik yang mengakibatkan penurunan aktivitasnya pada fase air tanah (Dahlgren dan Ugolini, 1989).

Dalam dekade terakhir, komunitas ilmu tanah telah merumuskan berbagai model statistik dalam kerangka pemetaan tanah digital (DSM- Digital soil Mapping) untuk memprediksi distribusi spasial karakeristik tanah (misalnya, Grimm et al., 2008; Viscara Rossel dan Behrens, 2010). Pendekatan statistik ini didasarkan pada pengamatan tanah empiris yang dikorelasikan dengan kovariat lingkungan melalui berbagai teknik, seperti Regression Kriging, Generalized Linear Model (GLM) (Poggio et al., 2013), Generalized Addictive Model (GAM) (Scull et al., 2003), Cubist (Henderson et al., 2005; Ma et al., 2017), Random Forests (Hengl et al., 2015).

2.2 Hasil penelitian terdahulu laju pedogenesis Gunung Anak Krakatau

Tekstur tanah Anak Krakatau sebelum erupsi pada Desember 2018

berpasir dengan persentase pasir 98,82 - 99,59%; lanau 0 - 0,59%; dan tanah liat

0,41 - 0,74%. Sifat kimia tanah Anak Krakatau adalah pH (H

2

O) 4,95 - 6,27; pH

(KCl) 4,75 - 5,89; Kapasitas Tukar Kation 0,41 - 2,02 cmol (+) kg-1; Saturasi

Dasar 117,24 –514,63%; CaO 2,63 - 6,34%; MgO 3,06 - 6,13%; K

2

O 0,019 -

0,034%; Na

2

O 0,035 - 0,080%; P-retensi 82,10 - 84,74%; dan karbon organik 0,06

- 0,72%. Analisis SEM-EDX menunjukkan bahwa jumlah Mg dan Na lebih dari

1% dan terdapat beberapa trace element yang terdapat pada tanah Anak Krakatau,

yaitu Sb (Stibium), Nb (Niobium), Y (Yttrium), F (Flour), Co (Cobalt), dan Ba

(Barium) (Setiawati et al., 2020). Studi terbaru yang dilakukan pada tepha Anak

Krakatau setelah erupsi Desember 2018 adalah ukuran fraksi tephra Anak

Krakatau setelah erupsi disominasi oleh pasir sedang. Nilai Kapasitas Tukar

Kation, C organik, Anak Krakatau setelah erupsi lebih rendah bila dibandingkan

nilai KTK dan C organik Anak Krakatau sebelum erupsi Desember 2018. Kation

(Ca, Mg, K, dan Na) Anak Krakatau setelah erupsi lebih tinggi bila dibandingkan

dengan kation KAK sebelum erupsi Desember 2018. Pedogenesis Anak Krakatau

12

masih berada pada tahap awal dengan indek pelapukan yaitu < 1. Pelindihan oleh asam sitrat melepaskan kation lebih tinggi dibandingkan dengan asam oksalat dan aquades, dan laju pelepasan kation semakin berkurang dengan bertambahnya waktu (Setiawati et al., 2021).

2.3 Road Map Penelitian

Penelitian mengenai “Distribusi dan sumbangan muatan tergantung pH dari extrak asam humat pada awal pelapukan tanah vulkanik muda dalam perspektif pedometrik”, merupakan penelitian tingkat lanjut dari dua penelitian sebelumnya yang bertujuan untuk menentukan laju pedogenesis tephra Gunung Anak Krakatau. Road map penelitian disajikan pada Gambar 1

*GAK = Gunung Anak Krakatau Tahun 2019:

Analisis fisika, kimia, dan mineralogi GAK Sebelum Erupsi Desember 2018

Tahun 2019:

Pengambilan sampel tephra GAK Setelah Erupsi Desember 2018 (set 0 waktu genesis)

Tahun 2020:

Leaching

experiment tephra GAK Sebelum dan sesudah erupsi Desember 2018 (Dapat

dibandingkan).

Tahun 2020: Analisis fisika, kimia, dan biologi tephra GAK setelah erupsi Desember 2018

2020 : Pengamatan Pedogenesis (Fisika, kimia, mineralogi, biologi) dengan leaching experiment

2021:

geochemical fingerprinting

GAK

Dilakukan dengan dana Penelitian Dosen Pemula DIPA BLU Unila 2020

Dilakukan dengan dana Penelitian Dosen Pemula DIPA BLU Unila 2019

Distribusi dan sumbangan muatan tergantung pH dari asam organik

pada awal pelapukan tanah vulkanik muda melalui pedometrik (Perhitungan muatan asam organik

penting dalam pemodelan pedogenesis)

2021:

dilanjutkan dengan pengamatan koloidal.

MODELLING PROSES PEDOGENESIS Pengamatan juga akan dilakukan pada tanah

dengan pelapukan lanjut

2022 – 2025. Menjadi fokus penelitian studi PhD peneliti dan ranah pengembangan ilmu setelah studi

Perhitungan sumbangan nilai muatan tanah dari asam organik ini penting dalam modelling

Penelitian dan publikasi tentang genesis Gunung Anak Krakatau diselesaikan tahun 2021. Dan pengamatan lebih lanjut tentang modeling pedogenesis pada gunung ini, pulau sekitarnya dan lokasi dengan pelapukan lanjut (Ranau tuff dan Gunung Tanggamus) di lanjutkan pada program PhD di tahun 2022.

13

Gambar 1. Road map penelitian

Gambar 1 menjelaskan bahwa penelitian ini telah dilakukan dari tahun 2018 dan merupakan penelitian jangka panjang yang akan menjadi fokus kajian ilmu peneliti. Pada tahun 2018 penelitian telah dimulai dengan mengamati tanah anak Krakatau sebelum erupsi Desember 2018 melalui dana BLU Penelitian Dosen Pemula pada Tahun 2019. Setelah laju pedogenesis ditentukan, maka perlu dilakukan penelitian pada tingkat yang lebih detail (koloidal-nano scale) bagaimana melihat sifat muatan koloid tanah vulkanik dan sumbangan muatan dari bahan organik pada tanah vulkanik muda, dimana belum ada laporan mengenai hal ini

BAB 3. BAHAN DAN METODE

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini telah dilaksanakan pada Bulan Maret – Agustus 2021.

Pengambilan sampel tephra telah dilakukan secara toposequens di lereng tenggara Gunung Anak Krakatau pada 13 Agustus 2019. Pengambilan sampel dilakukan secara satelit yaitu melalui pengamatan profil di lapang. Leaching experiment pada sampel tephra telah dilakukan pada 2020. Analisis sifat kimia yang berhubung dengan sifat muatan tanah akan dilaksanakan di Laboratorium Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Pengamatan morfologi interaksi koloid tanah (klei) dengan asam humat dengan SEM-EDX akan dilaksanakan di UPT. Laboratorium Terpadu dan Sentra Inovasi Teknologi Universitas Lampung.

3.2 Alat dan Bahan di Laboratorium

Alat yang digunakan antara lain adalah neraca analitik (KERNALS: max=

250 g; d= 0.1 mg), Oven tanah (INNOTECH BJPX-Summer), Sentrifuse (Hemle

Z 366), Flamephotometer (pFp7 Flame photometer), spektrofotometer (HALO

VIS-10 VISIBLE SPECTROFOTOMETER), AAS (Atomic Absorption

Spectrophotometry-Thermo Scientific iCE 3000 SERIES AA Spectrometer),

SEM-EDX (ZEISS/EVO MA 10), hotplate (WiseTherm HP-20A), Pengocok

horizontal (ORBITAL SHAKER SO1), pH meter (HORIBA F-51), ayakan (2 mm

14

dan 50 µm), nampan, gelas piala (100 ml, 250 ml, dan 500 ml), labu ukur (50 ml, 250 ml, 500 ml, dan 1 L), pipet takar (1 ml, 10 ml, dan 20 ml), cawan porselin, tabung sentrifuse (50 ml dan 100 ml), tabung plastik (50 ml dan 100 ml), kertas saring, tabung reaksi, kotak kardus hitam, volumetric flask 50 ml, dan kertas label.

Bahan kimia yang digunakan adalah asam humat, aquades, ammonium asetat pH 7, NaCl 1 N, H

3

BO

3

1%, NaOH 50 %, CaCl

2

0.1 M, CaCl

2

0.002 M, CaCl

2

0.006 M, H

2

SO

4

pekat, K

2

Cr

2

O

7

1 N, NaF 4 %, [(NH

4

)

2

.Fe(SO

4

)

2

] 0.5 N, H

₃

PO

₄

pekat.

3.3 Metode Penelitian

Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari Leaching experiment tephra Gunung Anak Krakatau yang telah dilakukan di Tahun 2020. Pada penelitian ini difokuskan untuk melihat sumbangan asam organik terhadap muatan tergantung pH tanah vulkanik muda dan data pendukung seperti fraksi tanah dan keberadaan alofan akan merujuk pada Setiawati et al., 2021. Analisis muatan tanah akan menggunakan “charge fringerprint” sementara itu untuk distribusi dan dinamikadari muatan tanah tersebut akan menggunakan pendekatan pedometrik yaitu kringging dengan menggunakan Arc.GIS 10.30 dan regresi linear hubungan antar sifat tanah.

3.4 Pelaksanaan Penelitian 3.4.1 Pengambilan sampel tephra dan persiapan

Peta lokasi pengambilan sampel tepha Gunung Anak Krakatau sesudah

erupsi Desember 2018 disajikan pada Gambar 2. Sampel tephra Gunung Anak

Krakatau setelah erupsi Desember 2018 telah diambil pada tanggal 13 Agustus

2019 di lereng utara gunung ini secara toposequence pada selang empat

ketinggian (P1 (± 10 m dpl); P2 (± 25 m dpl); P3 (± 40 m dpl); P4 (± 47 mdpl))

dan telah dilakukan leaching experiment pada tahun 2020.

15

Gambar 2. Lokasi pengambilan sampel tephra Gunung Anak Krakatau sesudah

erupsi Desember 2018

3.4.2 Analisis laboratorium

Analisis dilakukan pada tephra Gunung Anak Krakatau sebelum dan sesudah leaching experiment. Jumlah sampel tephra sebelum dan sesudah leaching experiment masing masing adalah 19 sampel (total 38 sampel). Sebanyak 10 gram setiap sampel akan di inkubasikan dengan 1 ml asam humat selama 1 bulan. Oleh karena itu total sampel menjadi 76 sampel.

Analisis yang dilakukan yaitu pH (pH H

2

O, pH KCl, pH NaF dan pH CaCl

2

), Kapasitas Tukar Kation dengan NH

4

OAc dan CaCl

2

, C organik, dan interaksi asam organik dengan partikel liat dengan SEM EDX. Analisis tanah di laboratorium dilakukan secara triplo (tiga kali ulangan untuk menghindari bias yang besar pada analisis laboratorium).

pH tanah akan ditentukan secara potensiometri dengan air deionisasi

(H

2

O) dan 1 M kalium klorida (KCl) dengan rasio 1: 2,5 (padatan / larutan)

dengan menggunakan kombinasi elektroda gelas kalomel (Tan, 2005). Kapasitas

Tukar Kation (KTK) dilakukandengan dua cara yaitu : (1) pencucian dengan

ammonium asetat pH 7 (Anda, 2012) yang bertujuan untuk mengetahui kapasitas

tukar kation buffer dan (2) pencucian dengan CaCl

₂

(

Gilman, 1980; Inglethorpe et al., 1993)

untuk mengetahui KTK unbuffer dan pengukuran Ca dilanjutkan dengan

menggunakan AAS. Pengukuran kadar C-organik tanah dilakukan dengan

metode Walkey and Black

(Allison, 1965)

dengan mengoksidasi bahan organik

16

dengan menggunakan K

2

Cr

2

O

7

. SEM (Scanning Electro Microscopy). Sampel disiapkan dengan menempelkan butir tephra ke pemegang sampel Al dengan pita dua sisi yang kemudian dilapisi dengan emas (Fiantis et al., 2016). Pengamatan SEM ini dilakukan pada lapisan pertama saja. Data tekstur, BV, kation basa, dan keberadaan alofan disitir dari Setiawati et al., (2021).

3.4.3 Pengolahan data dengan Charge Fingerprint dan Pedometrik

Charge Fingerprint

Karakteristik muatan tanah ditentukan oleh prosedur "sidik jari muatan".

Sebuah 'sidik jari muatan' tanah merupakan representasi grafis dari perubahan kation tanah dan kapasitas pertukaran anion versus pH. Ini memberikan penilaian yang jelas tentang sifat kimiawi yang melekat pada tanah, yang sangat penting dalam menentukan strategi pengelolaan (Gillman, 2007). Hasil yang diperoleh antara lain: (1) kurva karakteristik yang menunjukkan variasi muatan negatif (σ−) dan muatan positif (σ +) pada rentang pH yang relevan, (2) titik muatan nol komponen tanah muatan variabel secara keseluruhan ( pHo), (3) titik muatan bersih nol (PZNC) dari total tanah, dan (4) jumlah relatif muatan permanen (σp).

Singkatnya, alikuot tanah dijenuhkan dengan Ca menggunakan larutan 0,1M CaCl2. Kekuatan ionik kemudian diturunkan dengan 0,002M CaCl2 ke nilai yang terkait dengan kondisi medan (0,006), dan pH diatur ke serangkaian nilai antara 3,5 dan 7,0 menggunakan 0,1M HCl atau larutan Ca (OH) 2 jenuh. Ketika kondisi kesetimbangan tercapai, Ca, Al dan Cl yang teradsorpsi dihilangkan dengan larutan NH4NO3 1M dan konsentrasinya ditentukan untuk estimasi kapasitas pertukaran kation dasar (CECB = Ca teradsorpsi), total kapasitas pertukaran kation (CECT = Ca + Al teradsorpsi = σ−), dan kapasitas pertukaran anion (AEC

= Cl teradsorpsi = σ +) pada setiap titik pH. Representasi grafis dari nilai

kapasitas pertukaran diplot terhadap pH merupakan sidik jari muatan. PZNC

adalah nilai pH di mana σ− = σ +. PHo ditentukan dengan mengidentifikasi titik di

mana perubahan kekuatan ionik larutan tidak menghasilkan perubahan pH larutan

yang sesuai. Perbedaan antara CECT dan AEC pada pHo disebabkan oleh muatan

permanen bersih, yang bisa menjadi negatif atau positif.

17 Modelling dan Digital Soil Mapping - Pedometrik

Pemetaan distribusi muatan tergantung pH Gunung Anak Krakatau menggunakan fungsi prediksi spasial dengan menggunakan peta dasar DEM SRTM. Nilai muatan tergantung pH dihubungkan dengan nilai KTK, kandungan C organik dan partikel liat tanah serta pH dengan menggunakan model regresi linear dan koefisien determinasi (R

²

) antar sifat tanah. Dinamika dalam kapasitas tukar kation tanah (KTK) (misalnya karena migrasi tanah liat dan variasi kandungan bahan organik) disimulasikan menggunakan model KTK 2-domain.

Total KTK awal dibagi menjadi dua: (1) bagian yang dikaitkan dengan fraksi mineral dan (2) bagian yang dikaitkan dengan karbon organik (asam organik) dengan menggunakan persamaan regresi menurut Foth dan Ellis (1996).

CEC = f *(32 + 36.7*OC + 1:96*Clay)

CEC adalah KTK, OC adalah carbon organik (fokus pada asam organik

dan Clay dalah fraksi liat < 2 µ (ditanah vulkanik muda ini juga dikaitkan dengan

keberadaan alofan). Dan Selanjutnya nilai KTK yang didapatkan dari fungsi

persamaan diatas juga di korelasikan dengan nilai KTK yang didapatkan dari nilai

perhitungan langsung dilaboratorium dan juga nilai pH (pH0 dan PZNC). Hal ini

akan menggambarkan muatan tanah, dimana muatan tergantung pH (dari asam

organik dan keberadaan mineral alofan) dan juga muatan permanen dari

keberadaan phyllosilicate clay minerals.

18

3.4.4 Alur tulang ikan penelitian

Alur penelitian untuk pemecahan permasalahan disajikan pada diagram tulang ikan pada Gambar 3.

Gambar 4. Diagram Tulang Ikan Alur Penelitian

Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari penelitian dua penelitian sebelumnya (Setiawati et al., 2020 dan Setiawati et al., 2021). Penelitian ini mencoba melihat dinamika dan sumbangan asam organik terhadap muatan tergantung pH tanah vulkanik muda dan memetakannya melalui pendekatan pedometrik. Oleh karena itu, ini merupakan penelitian dengan melihat aspek koloid (nano-scale).

Muatan tanah dari asam organik (penambahan asam humat)

Modelling-Digital Soil Mapping (Pedometrik)

Muatan tanah dari fraksi liat

Charge fringerprint

Erupsi Gunung Anak Krakatau : Set nol proses pedogenesis Kajian pedogenesi tanah Gunung Anak Krakatau sebelum erupsi Desember (2019) . Artikel di publish di S2 tahun 2020

Kajian pedogenesis tephra Gunung Anak Krakatau setelah erupsi Desember 2018 melalui leaching experiment (2020).

Artikel dalam draf, rencana terbit di Q3 di tahun 2021

Geochemical Fingerprint

DISTRIBUSI DAN SUMBANGAN MUATAN TERGANTUNG pH DARI ASAM ORGANIK PADA AWAL PELAPUKAN TANAH VULKANIK DALAM PERSPEKTIF PEDOMETRIK

Fraksi < 2 µ KTK ammonium asetat dan CaCl2

C organik KTK ammonium asetat dan CaCl2

pHo PZNC

DSM dan R² value Peta distribusi muatan permukaan tanah

FOCUS PENELITIAN : MODELLING PROSES PEDOGENESIS

Krigging

17

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Tekstur dan Kharakteristik Kimia Tephra Gunung Anak Krakatau Sebelum Leaching Experiment

4.1.1 Tekstur dan berat volum tephra Gunung Anak Krakatau

Tekstur merupakan perbandingan relatif antara fraksi pasir, debu dan liat.

Tekstur atau ukuran partikel tanah memiliki hubungan yang kuat dengan laju pembentukan tanah atau proses pelapukan. Semakin lanjut pelepukan, maka persentase fraksi liat yang terbentuk akan semakin tinggi. Daerah sekitar gunung berapi (dekat dengan sumber erupsi) akan didominasi oleh partikel yang berukuran lebih kasar (pasir volkan). Liat yang terbentuk dari hasil pelapukan pasir volkan akan menentukan kharakteristik kimia dan mineralogi dari tanah yang terbentuk. Liat akan memberikan muatan (-/+) kepada tanah sehingga akan meningkatkan kemampuan tanah dalam menjerap dan mempertukarkan kation ataupun anion. Berat volum (BV) tanah merupakan bobot tanah persatuan volum (g/cm

³

). Berat volum digunakan dalam evaluasi volum tanah karena proses pembentukan tanah sebagai fungsi dari pelapukan. Data ukuran partikel/ besar butir tephra Gunung Anak Krakatau dan berat volumnya disajikan pada Tabel 1.

Berdasarkan analisis yang telah dilakukan, tephra Gunung Anak Krakatau didominasi oleh fraksi berukuran pasir halus (0.25 – 0.1 mm) dengan kecendrungan nilai persentase fraksi semakin berkurang dengan bertambahnya kedalaman. Nilai fraksi pasir halus pada P I adalah 26.21 – 32 %; PII (11.49 – 25.97 %); PIII (16.46 – 24.20 %); dan PIV (17.98 – 21.97 %). Fraksi pasir kasar (1 – 0.5 mm) memiliki nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan fraksi pasir halus, namun dengan kecendrungan peningkatan persentase fraksi dengan bertambahnya kedalaman. Nilai fraksi pasir kasar pada PI adalah 16.55 – 23.33

%; PII (21.21 – 30.41 %); PIII (22.10 – 30.12 %); PIV (26.16 – 27.92 %). Selain itu, persentase fraksi pasir berukuran sangat kasar (2 – 1 mm) cukup rendah bila dibandingkan dengan ukuran lainnya pada fraksi pasir yaitu sekitar 4.95 – 30.46

% namun memiliki nilai yang sangat fluktuatif: PI (4.95 – 11.50 %); PII (10.78 –

30.46%); PIII (9.66 – 21.70%); dan PIV (14.86 – 22.54 %). Namun, hal ini

berbanding terbalik dengan persentase fraksi berukuran 0.10 – 0.05 mm (pasir

18

sangat halus) dimana secara umum nilai persentase cukup fluktuatif dan hanya terjadi sedikit perbedaan persentase fraksi antar lapisan: PI (4.95 – 11.50 %); PII (10.78 – 30.46 %); PIII (9.66 – 21.70 %); dan PIV (14.86 – 22.54 %). Oleh karena itu, berdasarkan hasil ini dapat diprediksi bahwa proses pelapukan tephra Gunung Anak Krakatau akan lebih cepat karna ukuran fraksi pasir yang lebih kecil lebih tinggi. Distribusi fraksi pasir halus dan fraksi kasar disajikan pada Gambar 1.

(b)

(c)

Gambar 5. Distribusi persentase pasir kasar (a), pasir halus (b), dan (c) liat pada profil pengamatan tephra Gunung Anak Krakatau

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40

Profile depth (cm)

pasir kasar (cm)

Profil I Profil II

Profil III Profil IV

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40

Profile depth (cm)

Pasir halus (mm)

Profil I Profil II Profil III Profil IV

0

50

100

150

200

250

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Profile depth (cm)

Clay fraction (µm)

Profil I Profil II Profil III Profil IV

19

Table 1. Ukuran fraksi dan berat volum (BV) Tephra Gunung Anak Krakatau setelah erupsi Desember 2018

Profile number

Elevation (m asl)

Depth

(cm) Soil fraction (%) BV

2 - 1 mm

1 - 0.5 mm

0.5 - 0.25 mm

0.25 – 0.1 mm

0.1 - 0.05 mm

50 – 20 µm

20 – 10 µm

10 - 2 µm

2 - 0 µm

Depht (cm)

g/cm³ P. I ± 10 m

dpl – 46 m dari bibir pantai

0 – 35 11.50 22.59 19.27 27.71 15.37 2.33 0.45 0.47 0.31 0 – 20 1.58

35 – 65

5.08 17.70 20.30 32.93 20.66 2.23 0.42 0.36 0.30

65 – 88

4.95 16.55 19.57 32.26 23.30 2.18 0.43 0.40 0.37 21 – 40 1.50

88 – 100

11.06 23.33 20.02 26.21 16.03 2.24 0.41 0.40 0.30

P.II ± 20 m dpl – 75 m dari bibir pantai

0 – 56

17.55 24.45 16.80 18.96 18.04 2.85 0.51 0.47 0.37 0 – 20 1.61

56 – 85

14.51 25.46 16.48 22.29 17.50 2.54 0.45 0.43 0.35

85 – 106

10.78 21.21 18.20 25.97 20.48 2.33 0.39 0.36 0.28 21 – 40 1.54

106 – 143

30.46 30.41 12.44 11.49 11.72 2.38 0.43 0.39 0.28

143 – 170

19.48 29.82 17.16 16.93 12.97 2.51 0.44 0.40 0.28

P.III ± 30 m dpl – 85 m dari bibir pantai

0 – 50

11.77 22.10 16.59 25.10 15.61 7.76 0.42 0.38 0.28 0 – 20 1.55

50 – 67

16.46 28.56 17.63 19.56 14.28 2.41 0.42 0.39 0.29

67 – 103

10.24 27.26 20.33 24.20 14.40 2.42 0.46 0.39 0.29 21 – 40 1.50

103 – 125

9.66 24.50 19.84 24.09 18.30 2.46 0.43 0.40 0.30

125 – 139

19.29 27.48 15.85 17.52 16.15 2.43 0.47 0.43 0.39

139 – 200

21.70 30.12 14.92 16.46 13.31 2.27 0.45 0.42 0.36

P.IV ± 47 m dpl – 132 m dari bibir pantai

0 – 23

14.86 26.16 18.46 21.97 15.44 1.99 0.40 0.37 0.35 0 – 20 1.53

23 – 47

16.37 26.71 16.90 21.01 16.05 1.88 0.38 0.37 0.33

47 – 87

22.54 27.92 14.88 17.98 13.39 2.12 0.43 0.39 0.35 21 – 40 1.43

87 – 100

18.87 26.75 16.38 19.53 14.96 2.30 0.46 0.41 0.35

(1) 2 – 1 mm : pasir sangat kasar, (2) 1 – 0.5 mm : pasir kasar, (3) 0.5 – 0.25 : pasir sedang, (4) 0.25 – 0.1 mm : pasir halus, (5) 0.1 – 0.05 mm : pasir sangat halus, (6) 50 – 20 µm: debu kasar, (7) 20 – 10 µm: debu sedang, (8) 10 – 2 µm :debu halus, (9) 2 - 0 µm : liat.

20

Berdasarkan kedekatan pada pusat erupsi, fraksi pasir akan yang berukuran besar akan banyak ditemukan di sekitar pusat erupsi atau mendekati pusat erupsi (Hardjowigeno, 2000). Namun, pada Gunung Anak Krakatau, lokasi tempat dari pusat erupsi tidak mempengaruhi distribusi ukuran fraksi, dimana persentase fraksi berukuran pasir sangat kasar tidak ditemukan di lokasi profil yang dekat dengan pusat erupsi (P4) melainkan di PII yang lokasinya cukup jauh dari sumber erupsi. Hal ini diduga diakibatkan oleh tipe erupsi yang sangat eksploratif pada Desember 2018.

Berdasarkan Gambar 5 (c). dapat dilihat bahwa semakin bertambahnya kedalaman tanah pada setiap profil, terjadi sedikit peningkatan fraksi liat. Hal ini diduga diakibatkan karna telah terjadinya proses pencucian oleh air hujan setelah erupsi Desember 2018.

4.1. 2 Kharakteristik kimia tephra Gunung Anak Krakatau sebelum leaching

experiment

1. Kharakteristik kimia umum yang berkaitan dengan proses pedogenesis

Sifat kimia tanah dalam pengamatan proses pedogenesis penting untuk

dilakukan, terutama sifat kimia yang berhubungan dengan proses pedogenesis

sebagai fungsi dari pelapukan tanah. Pada penelitian ini dilakukan analisis sifat

kimia tanah yang berkaitan dengan sifat kimia umum yang berhubungan dengan

proses pedogenesis seperti ; pH H

2

O, pH KCl, C organik tanah, kejenuhan basa,

dan kation basa yang dapat dipertukarkan. Sifat kimia tanah umum yang

berhubungan dengan proses pedogenesis disajikan pada Tabel 2.

21

Tabel 2. Sifat kimia tanah umum tephra Gunung Anak Krakatau yang berkaitan dengan proses pedogenesis

Profil Number

Position Elevation (m asl)

Depth (cm)

pH KTK Amonium asetat extract KB C-

organik K-dd Na-dd Ca-dd Mg-dd

H₂O KCl Δ pH ^cmolc

Kg^-1

cmolc Kg^-1 % %

P.I 06°05ʹ33 ʺ S, 105°25ʹ3 6,2ʺ E

± 10 & 46 m dari bibir pantai

0 – 35 4.53 3.95 - 0.58 0.25 0.00047 0.013 0.22 0.008 96.74 0.27

35 – 65 4.18 4.03 - 0.15 0.26 0.00045 0.015 0.24 0.009 103.82 0.18 65 – 88 4.49 3.99 - 0.50 0.27 0.00027 0.016 0.26 0.008 108.40 0.32 88 – 100 4.84 3.99 - 0.85 0.29 0.00045 0.014 0.25 0.010 95.62 0.13 P.II 06°05ʹ32,

1ʺ S 105°25ʹ3 5,9ʺ E

± 20 & 75 m dari bibir pantai

0 – 56 4.67 3.98 - 0.69 0.33 0.00037 0.008 0.35 0.009 111.86 0.21

56 – 85 4.54 3.96 - 0.58 0.35 0.00047 0.009 0.38 0.008 114.68 0.16 85 – 106 4.73 4.13 - 0.60 0.38 0.00024 0.012 0.40 0.005 110.43 0.18 106 – 143 4.74 4.02 - 0.72 0.27 0.00019 0.013 0.46 0.004 177.58 0.19 143 – 170 4.98 4.36 - 0.62 0.46 0.00024 0.013 0.47 0.008 105.95 0.21 P.III 06°05ʹ36,

6ʺ S 105°25ʹ3 6,6ʺ E

± 30 & 85 m dari bibir pantai

0 – 50 4.83 4.16 -0.67 0.42 0.00042 0.013 0.48 0.009 120.26 0.21

50 – 67 4.80 4.34 -0.46 0.63 0.00034 0.016 0.37 0.011 62.97 0.21

67 – 103 4.92 4.42 -0.50 0.56 0.00029 0.014 0.38 0.008 71.22 0.24

103 – 125 4.55 4.34 -0.21 0.69 0.00024 0.013 0.39 0.009 59.11 0.08 125 – 139 4.99 4.36 -0.63 0.65 0.00024 0.012 0.42 0.010 67.07 0.25 139 – 200 4.95 4.72 -0.23 0.61 0.00045 0.014 0.42 0.011 71.85 0.06 P.IV 06°53ʹ37,

3ʺ S 105°25ʹ3 6,6ʺ E

± 47 & 132 m dari bibir pantai

0 – 23 4.49 3.92 -0.57 0.56 0.00037 0.014 0.29 0.006 55.43 0.21

23 – 47 4.47 3.95 -0.52 0.57 0.00032 0.012 0.35 0.009 65.35 0.21

47 – 87 4.53 4.49 -0.04 0.63 0.00050 0.011 0.49 0.008 80.33 0.14

87 – 100 4.52 4.31 -0.21 0.70 0.0048 0.013 0.49 0.010 73.63 0.18

22

Berdasarkan hasil analisis sifat kimia yang telah dilakukan (Tabel 2.).

Secara umum, nilai pH H

2

O pada setiap profil memmiliki kecendrungan semakin tinggi dengan bertambahnya kedalaman tanah. pH H

2

O pada PI yaitu 4.18 – 4.84;

PII (4.54 – 4.98); PIII (4.55 – 4.99); PIV (4.47 – 4.53). Hal ini sedikit berbeda jika dibandingkan dengan pH KCl, dimana nilai lebih berfluktuatif bila dibandingkan dengan pH H

2

O. Nilai pH KCl pada PI adalah 3.95 – 4.03; PII (3.95 – 4.36); PIII (4.16 – 4.72); dan PIV (3.92 – 4.49). Nilai pH H

2

O lebih tinggi dari pH KCl, sehingga hal ini akan mengakibat selisih (Δ) pH memiliki nilai (-). Selisih nilai ini menandakan bahwa muatan tanah memiliki muatan (-) (………). Distribusi nilai pH H

₂

O pada setiap lapisan pada setiap profil disajikan pada Gambar 6.

(a) (b)

Gambar 6. pH H

₂

O (a) dan pH KCl (b) tehra Gunung Anak Krakatau pada setiap profil

Berdasarkan Gambar 6.terlihat bahwa semakin bertambahnya kedalaman, maka nilai pH cendrung meningkat. Hal ini kemungkinan diakibatkan dengan bertambah tingginya kosentrasi liat dengan meningkatnya kedalaman tanah.

Selain itu, proses pencucian juga telah mengakibatkan sebagian kation lepas ke permukaan koloid sehingga mengakibatkan nilai pH juga semakin meningkat.

Namun demikian, nilai pH ini lebih rendah bila dibandingkan dengan nilai pH pada tanah vulkanis pada umumnya. Fiantis (2010) melaporka bahwa nilai pH abu vulkanis Gunung Talang, Sumatera Barat sebelum mengalami pencucian adalah

0

50

100

150

200

250

4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2

Profile depth (cm)

pH H2O

Profil I Profil II Profil III Profil IV

0

50

100

150

200

250

3 3.5 4 4.5 5

Profile depth (cm)

pH KCl

Profil I Profil II Profil III Profil IV

23

(….). Anda (2020) melaporkan pH H

2

O tanah vulkanik pada lereng tenggara Gunung Tangkuban Perahu adalah 4.4 – 6.1 dan pH KCl adalah 4.2 – 5.6. Nilai pH yang rendah pada tephra Gunung Anak Krakatau diduga diakibatkan oleh material yang dilepaskan selama erupsi yang diduga banyak mengandung sulfur.

Selain itu, tanah yang masih berada pada tahap awal proses pelapukan mengakibatkan belum banyak kation basa yang dilepaskan.

KTK (Kapasitas Tukar Kation) tanah merupakan kemampuan tanah untuk menahan dan mempertukarkan kation (Hardjowigeno, 2000). KTK penting dalam pengamtan proses pedogenesis tanah karna akan menjadi indikator proses pelapukan tanah. Pada tanah dengan bahan induk pasir vulkanis, mula-mula nilai KTK akan rendah karna belum adanya (masih sedikit) persentase liat tanah yang berperan sebagai kompleks jerapan atau koloid tanah. Namun, dengan semakin meningkatnya laju pelapukan tanah, maka nilai KTK akan semakin tinggi seiring dengan meningkatkatnya kadar liat. Nilai KTK tanah Gunung Anak Krakatau setelah erupsi Desember 2018 dan sebelum dilakukan leaching experiment adalah:

0.25 – 0.70 cmol

_c

Kg

^-1_.

Nilai ini sangat kecil yang menandakan bahwa proses pembentukan tanah masih berada pada tahap awal pelapukan. Distribusi nilai KTK pada setiap profil disajikan pada Gambar 7 (a).

(a) (b)

Gambar 7. Distribusi KTK tanah (a) dan C organik (b) pada tephra Gunung Anak Krakatau

0

50

100

150

200

250

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Profile depth (cm)

KTK (cmolcKg^-1)

Profil I Profil II Profil III Profil IV

0

50

100

150

200

250

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Profile depth (cm)

% C organik

Profil I Profil II Profil III Profil IV

24

Berdasarkan Gambar 7. Terlihat bahwa semakin bertambahnya kedalaman tanah maka nilai KTK tanah semakin meningkat. Pola ini mirip dengan distribusi liat dalam. Nilai KTK juga akan menentukan keberadaan mineral liat. Selain liat, nilai KTK tanah dapat dipengaruhi oleh keberadaan asam –asam organik dari bahan organik tanah yang juga berperan sebagai koloid (-) tanah. Namun, karna tanah ini merupakan tanah baru, maka nilai asam organik tidak terlalu mempengaruhi (nilai C organik berkisar antara 0.08 – 0.32 %, Tabel 2). Slain itu, sebaran nilai C organik pada setiap lapisan cukup bervariasi. Distribusi nilai C organik pada setiap lapisan disajikan pada Gambar 7 (b).

Kejenuhan Basa (KB) merupakan jumlah persentase kation dapat dipertukarkan per KTK tanah. Kejenuhan basa menggambarkan jumlah kation basa yang yang dapat dipertukarkan oleh koloid tanah ke larutan tanah. Kejenuhan basa menggambarkan tingkat laju pembentukan tanah. Pada pasir volkan yang kaya akan mineral primer, namun memiliki kadar liat yang cukup rendah, nilai kejenuhan akan besar bahkan bisa mencapai ≥ 100 %. Distribusi nilai total kation yang dapat dipertukarkan dan kejenuhan basa pada setiap profil disajikan pada Gambar 8.

(a) (b)

Gambar 8. Jumlah total kation (a) dan kejenuhan basa (b) tephra Gunung Anak Krakatau

0

50

100

150

200

250

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Profile depth (cm)

Total kation dapat dipertukarkan (cmolc Kg^-1)

Profil I Profil II Profil III Profil IV

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200

Profile depth (cm)

KB (%)

Profil I Profil II Profil III Profil IV

25

Berdasarkan Gambar 8. dapat dilihat bahwa nilai total kation basa memiliki kecendrungan meningkat dengan bertambanya kedalaman profil tanah. Namun nilai kejenuhan basa memiliki kecendrungan berkurang semakin berkurang dengan bertambahnya kedalam tanah. Hal ini berbanding terbalik dengan persentase liat dan jumlah KTK tanah.

2. Kharakteristik kimia umum yang berkaitan dengan penciri tanah vulkanik

Analisis sifat kimia tanah yang berhubungan dengan sifat penciri khusus pada tanah vulkanik (mengingat jika terjadi pelapukan maka tanah ini akan berkembang menjadi tanah vulkanik), yaitu: retensi posport (P-retensi), kation basa yang di ekstrak dengan HCl 25 %, Al dan Fe yang di ekstrak dengan ammonium oxalate, Al dan Fe yang di ekstrak dengan Natrium phyrofosfat. dan sifat kimia tanah yang berhubungan dengan sifat khusus penciri tanah tertentu disajikan pada Tabel 3. Berdasarkan Tabel 3 diketahui nilai P retensi sangat bervariasi yaitu PI (83.71 – 90.79 %); PII (84.86 – 87.17 %); PIII (83.32 – 89.29);

PIV (85.75 – 87.23 %). Tanah vulkanis merupakan tanah yang memiliki sifat tanah andic yaitu P retensi ≥ 85 %, Alo + ½ Feo ≥ 2, dan berat volum ≤ 0.93 g/cm

³

. Berdasarkan syarat tersebut, beberapa lapisan telah memiliki P retensi ≥ 85 %. Namun, untuk nilai Alo + ½ Feo belum memenuhi kriteria sifat tanah andik yaitu nilai berkisar 0.030 – 0.854 %. Sementara itu persentase ferrihidrid adalah sekitar 0.066 – 1.992 %. Hal yang menarik dari sifat tanah andik ini adalah nilainya yang berfluktuatif dan tidak menunjukkan pola keteraturan persentasi dengan bertambahnya kedalaman tanah. MgO merupakan kation basa yang paling banyak terekstrak oleh HCl 25 % (0.47 – 0.71 %), kemudian CaO (0.30 – 0.65 %), Na

2

O (0.083 – 0.743%), dan K

2

O (0.008 – 0.03%).

Kapasitas P-retensi yang tinggi merupakan karakterisyik yang unik dari tanah Andisol yang terbentuk dari abu vulkanis (Shoji et al., 1993). Gunung Anak Krakatau di dominasi oleh pasir vulkanis, namun demikian penting untuk mengetahui soil andic properties untuk mengetahui sejauh mana abu vulkanis itu sendiri memberikan karakteristik kepada tanah Gunung Anak Krakatau.