Dasar Ilmu Tanah semester ganjil 2011/2012 (EHN & SIN) Materi 08: Sifat Kimia (1): ph, KTK, KB

Dasar Ilmu Tanah

semester ganjil 2011/2012 (EHN & SIN)

Materi 08: Sifat Kimia (1): pH, KTK, KB

pH tanah

pH tanah



pH tanah sifat kimia tanah yang amat penting (sifat fisik yang amat penting adalah tekstur tanah)



Mengetahui pH tanah akan dengan cepat mengetahui apakah tanah sesuai untuk pertumbuhan tanaman dan unsur hara apa yang akan menjadi pembatas



Ion hidrogen adalah proton yang di alam selalu bereaksi dengan air (H

₂

0)

membentuk ion hidronium, seperti H

₃

O

⁺

Pengukuran Keasaman



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



Skala pH menunjukkan konsentrasi ion hidronium dalam suatu larutan



Skala pH berkisar dari 0 sampai dengan 14, dimana 7 dinyatakan sebagai netral ([H

₃

O

⁺

]

= [OH

^-

]),

pH



Larutan asam jika pH < 7.0



Larutan alkalin jika pH > 7.0



Asam dapat didefinisikan sebagai donor proton, senyawa kimia yang

meningkatkan konsentrasi ion H dalam larutan



Sebaliknya, basa adalah

akseptor proton, senyawa

kimia yang menurunkan

konsentrasi ion H dalam

larutan

pH tanah- ukuran H+ dalam larutan tanah



pH – log negatif dari konsentrasi ion hidrogen (H

⁺

) dalam larutan tanah



pH = - log [ H

⁺

]



Skala pH adalah bagaimana mengukur keasamaan dan alkalinitas larutan ---netral (pH =7), jumlah H

⁺

= OH

^-



Catatan



Pada pH 6 terdapat 10x lebih banyak ion H

⁺

dibanding pada pH 7



Terdapat 100x lebih banyak ion H

⁺

antara pH 7 & 5

pH tanah

Keasaman Aktif – akibat aktivitas ion

H

⁺

dalam larutan tanah pada waktu tertentu

Keasaman Cadangan- ditunjukkan oleh H

⁺

dan Al

³⁺

yang mudah sekali ditukar dengan kation lainnya (ion bermuatan positif)

H H H H H+ H+

H Ca++ H+

Mg Mg++ H+

Ca Ca++ H+ H+

H H H Na

Tanah

Keasamaan Cadangan

Keasamaan aktif

Sumber keasaman dalam tanah



Kation Hidrogen dan Aluminium penyebab keasaman tanah

 Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada pH 6 dan di atasnya. Di bawah pH 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karena disosiasi Al dari mineral liat. Aluminum menjadi lebih larut pada pH rendah

Al

³⁺

+ H

₂

0 ----> Al(OH)

⁺⁺

+ H+

Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH)

₂⁺

+ H+

Al(OH)

₂⁺

+ H20 ---> Al(OH)

₃

+ H+

Sumber keasaman tanah

1. Nitrifikasi: Amonium menjadi Nitrat (oksidasi NH

₄⁺

) NH

₄⁺

+ 2O

₂

---> NO

₃^-

+ H

₂

O + 2 H

⁺

2. Dekomposisi BO

Asam organik di ionisasi:

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

⁺

respirasi: CO

₂

+ H

₂

O ---->

H

₂

CO

₃

= H + HCO

₃^-

3. Hujan asam



Hujan asam disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil



Pembakaran minyak, gas dan batubara di pabrik pemangkit listrik melepaskan Sulfur dioksida (SO

₂

) ke atmosfer



Pembakaran bensin pada kendaraan bermotor menempatkan nitrogen oksida (NO

_X

) ke

atmosfer



Gas tersebut bercampur dengan butir-butir air di atmosfer menghasilkan larutan asam lemah nitrat dan sulfat



Ketika terjadi hujan, larutan tersebut jatuh

menjadi hujan asam

Sumber keasaman dalam tanah



4. Serapan kation basa oleh tanaman ^.

Kation-kation basa

merupakan sumber OH

^-

untuk larutan tanah



Ca

⁺⁺

, Mg

⁺⁺

, K

⁺

, =



Kation basa yang diserap tanaman tidak lagi

berkuntribusi OH

^-

untuk larutan tanah



Ion H

⁺

dilepaskan ke

larutan tanah

Pencucian / Pelindian (Leaching)

5. Pencucian kation-kation basa -

karena kation basa hilang dari larutan tanah oleh

pencucian, kation tersebut tidak lagi berkontribusi ion OH- untuk menetralkan

peningkatan jumlah ion H

⁺

Ca

⁺⁺

+ 2 H

₂

0 ---> Ca(OH)

₂ ⁺

2H

⁺

---> Ca

⁺⁺

+ 2OH

^-

Keasaman Tanah dan Pertumbuhan tanaman



Keasaman tanah merupakan faktor cekaman lingkungan yang utama yang membatasi pertumbuhan tanaman



Tanah-tanah asam tersebar luas di dunia mendominasi hampir 40% lahan pertanian



Selain itu, hujan asam juga mempercepat pemasaman tanah



Ion Aluminum (Al) terlarut dari tanah pada pH rendah.

Ini merupakan faktor toksik yang utama untuk

pertumbuhan tanaman pada tanah dengan pH rendah

Tanah sulfat asam



Tanah surlfat asam terbentuk jika pirit*

(mineral FeS

₂

) sedimen pantai dalam lapisan tanah bawah terekspos ke udara, mengalami oksidasi membentuk asam sulfat



Berbagai tanah mineral bereaksi dengan asam dan melepaskan

aluminium bebas yang toksik untuk kehidupan tanaman dan pantai

Air yang berwarna

kemerahan disebabkan oleh oksidasi besi

*Pirit adalah mineral besi disulfida dalam batuan; sering dijumpai pada batuan sedimen dan metamorfik sebagai mineral primer atau halus



Tanah sulfat asam bersifat sangat asam (pH bisa < 3), horizon tanah merupakan hasil aerasi partikel tanah yang kaya besi sulfida (FeS)



Tanah sulfat masam berpengaruh pada pekerjaan sipil, produktivitas pertanian, dan kualitas air di daerah

pesisir

Pengapuran untuk menaikkan pH

tanah

Mengapa perlu pengapuran?

1.

Meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk tanaman

2.

Memperbaiki struktur tanah

3.

Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg

4.

Merangsang pertumbuhan mikroorganisme

bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada pH=6.5

5.

Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk

6.

Mengurangi kelarutan daya meracun logam terhadap

tanaman

Kapasitas Penyangga



Kemampuan tanah untuk bertahan karena perubahan pH.



Jumlah H+ dalam larutan tanah sangat kecil dibanding “H

⁺

, Al

³⁺

” yang

dijerap pada koloid tanah (cadangan)



Netralisasi (penambahan basa) H+

larutan tanah

(H+ terseingkir dari sistem)

menghasilkan pergantian cepat ion H+ dari H+ dapat

dipertukarkan pada koloid tanah



CaCO3 jika ditambahkan ke tanah akan menetralisasi H+.

CaCO3 = kapur



dolomit = MgCO3 & CaCO3

Pertukaran Kation

Kapasitas Tukar Kation



Kapasitas Tukar Kation

(KTK) adalah jumlah kation dapat ditahan tanah



Makin tinggi KTK tanah, makin tinggi kemampuan tanah menyimpan hara tanaman



Kation adalah ion bermuatan

“+ “ = Ca++, Mg++, K+, NH4+,



KTK meningkat karena

 Meningkatnya jumlah liat

 Meningkatnya jumlah bahan organik

 Meningkatnya pH tanah

Pertukaran Kation Tanah

 Pertukaran Kation

– kemampuan tanah untuk menahan unsur hara dan mencegahnya hilang karena

pencucian



Kation adalah ion

bermuatan“+ “ = Ca++,

Mg++, K+, NH4+,



Makin banyak katiaon

dipertukarkan maka

tanah lebih subur

Pertukaran Kation



Pergantian antara suatu kation dalam

larutan dengan kation lain pada permukaan bahan bermuatan negatif seperti LIAT

atau BAHAN ORGANIK

Pertukaran Kation dipengaruhi oleh:

1) Kekuatan jerapan / adsorpsi:

Al+3 > Ca2+ > Mg2+ > K+ =NH4+ > Na+ >H+

Diikat kuat ---> mudah diganti

2) konsentrasi relatif kation dalam Larutan Tanah

Kapasitas Pertukaran Kation

1) jumlah kisi jerapan kation per satuan berat tanah atau

2) jumlah kation yang dapat dipertukarkan yang dapat dijerap tanah

* KTK dinyatakan dalam milliequivalent (meq) per 100 g tanah kering oven

Berat ekuivalen = berat atam atau molekul (g) valensi atau muatan per formula

Milliequivalent (MEQ)

1 meq berat KTK memiliki 6.02 x 10

²⁰

kisi jerapan MEQ o beberapa kation yang umum

Unsur Na+ K+ Ca++ Mg++

Valensi 1 1 2 2

Brt Eq. 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12

Brt MEQ 0.023 0.039 0.02 0.012

Soil Cation Exchange Capacity

 In most soils, 99% of soil cations can be found attached to micelles (clay particles & organic matter) and 1% can be found in solution.

 Cations in the soil (mainly Ca++, Mg++, K+ and Na+) maintain an equilibrium between adsorption to the negative sites and solution in the soil water.

 This equilibrium produces exchanges -- when one cation detaches from a site (leaving it free), another cation attaches to it.

 Therefore the negatively charged sites are called cation exchange sites.

 The total number of sites is the Cation Exchange Capacity or CEC

Cation Exchange Capacity

1) the number of cation adsorption sites per unit weight of soil or

2) the sum total of exchangeable cations that a soil can adsorb.

* CEC is expressed in milliequivalents (meq) per 100 g of oven dry soil.

Equivalent weight = molecular or atomic wt (g)

valence or charges per formula

Milliequivalent (MEQ)

1 meq wt. of CEC has 6.02 x 10

²⁰

adsorption sites

MEQ of Common Cations Element Na+ K+ Ca++ Mg++

Valence 1 1 2 2

Eq. Wt

23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12

MEQ wt .023 .039 .02 .012

Perhitungan KTK dengan % liat dan % BO

Jika Rerata KTK untuk % BO = 200 meq/100g Jika Rerata KTK untuk % Liat = 50 meq/100g

KTK = (% BO x 200) + (% Liat x 50)

Dari data tanah: tanah dengan 2% BO dan 10% liat

200 x 0.02 + 50 x 0.1 = 4 + 5 = 9 meq/100 g

Memprediksi KTK

1) jumlah kation : analisis semua kation dan jumlahkan

2) Penjenuhan NH4+: tanah dijenuhi

dengan NH4+ - NH4+ diganti oleh Ca++

dan NH4+

3) Estimasi berdasarkan tekstur

Pasir = 0-3 meq/100 g

Pasir berlempung-lempung berdebu = 3-10 Lempung = 10 – 15

Lempung berliat = 10-30

Liat = > 30 (tergantung jenis liat)



Nilai KTK tinggi (>25), indikator bahwa tanah

mempunyai kandungan liat dan/atau bahan organik yang tinggi dan dapat menahan

banyak kation



Nilai KTK rendah (<5), indikator bahwa tanah

berpasir dengan sedikit atau tidak ada bahan organik

yang tidfak dapat menahan

banyak kation

Satuan KTK



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



Molar muatan = 6 x 10

²³



Centimole muatan = 6 x 10

²¹



Miliequivalent muatan = 6 x 10

²⁰



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

Mineral Liat Tipe CEC,cmol (+)/

Kaolinit 1:1 30-150 kg

Haloisit 1:1 60-100

Hidrous mika 2:1 200-400

Montmorilonit 2:1 800-1200

Vermikulit 2:1 1000-1500

Hidroksida besi dan Aluminium

30-50

Humus 2000-4500

KTK tanah, mineral liat & humus

Mengapa KTK Penting?



Kation dilepaskan salama proses mineralisasi



Kation dapat dipertukarkan (misal K

⁺

, aplikasi pupuk KCl) dapat melepaskan kation lain ke larutan tanah



Penyangga (buffer) hara  mengurangi kehilangan hara akibat pencucian



Indikasi kapasitas tanah menahan hara



Menentukan berapa banyak / sering diperlukan pengapuran



Menentukan bagaimana cara aplikasi pupuk untuk

tanaman, dibenam, atau disebarkan.

Kategori Ca Mg K Na KTK ---cmol (+)/kg---

Sangat Tinggi >200 >80 >12 >20 >400

Tinggi

^100-200

30-80 6-12 7-20

^250-400

Sedang

^50-100

10-30 3-6 3-7

^120-250

Rendah 20-50 3-10 2-3 1-3 60-120

Sangat Rendah <20 <3 <2 <1 <60

Tingkat Kesuburan Tanah berdasar KTK

Kejenuhan Basa

Kejenuhan Basa vs pH

% Kejenuhan Basa - meq basa ÷ ^{CEC x 100}

% Kejenuhan Hidrogen - meq H ÷ ^{CEC x100}

Contoh: horizon Ap

kation-- H+Ca++ Mg++ K+ Na+

9.4 14 3 0.5 0.1 KTK = 27 meq/100g (jumlah kation)

% kejenuhan basa = 17.6 ÷ 27 x 100 = 65%

% kejenuhan hidrogen = 9.4 ÷ 27 x100 = 35%

pH vs. Kejenuhan Basa-

prakiraan hubungan

Kejenuhan Basa



Terdapat dua kelompok kation dalam komplek jerapan koloid yakni



kation asam (H

⁺

dan Al

³⁺

),



kation basa (Ca

²⁺

, Mg

²⁺

, K

⁺

dan Na

⁺

)



Kejenuhan basa (KB) adalah perbandingan antara jumlah kation basa dengan jumlah semua kation

(kation asam dan basa) dalam komplek jerapan koloid

Kejenuhan Basa



Kation basa merupakan hara yang diperlukan tanaman, tanah subur  KB tinggi (karena kation basa tidak banyak tercuci)



KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam KB lebih rendah dibanding tanah alkalis.



Pada tanah KB rendah komplek jerapan banyak disi Al

³⁺

dan H

⁺

(basa), terutama Al

³⁺

, racun

bagi tanaman kasus tanah-tanah masam di

Indonesia