DASAR ILMU TA AH 0 2: : K

(1)

DASAR ILMU TAAH

Materi 02: Komponen Tanah

(2)

Penyusun/ Komponen Tanah

• Bahan Padat (50%) :

• bahan mineral (45%),

• bahan organik (5%)

• Ruang antar bahan padat (50%):

• air (25%),

• udara (25%)

(3)

(4)

Komponen

Bahan Organik

Tanah

Komponen

Biomasa Hidup

dalam Tanah

(5)

Bahan Mineral

Bahan mineral berasal dari

Pelapukan

Pelapukan in situ

in situ bahan geologi (utama)

bahan geologi (utama)

Bahan yang diangkut dari luar

Bahan yang diangkut dari luar (kadang

(kadang--kadang)

kadang)

Bahan terbawa aktivitas angin

Bahan terbawa aktivitas angin (kadang

(kadang--kadang).

kadang).

Mineral primer

Mineral primer berasal dari bahan induk

berasal dari bahan induk

dan biasanya telah mengalami 1 siklus

pelapukan

Pelapukan mineral menghasilkan unsur

hara tersedia bagi tanaman

(6)

Mineral tanah dan unsur penyusun

utamanya

Mineral

Unsur

hara

Mineral

Unsur hara

Kuarsa

Si

amfibol ((hornbelnde))

Ca, Mg, Fe,

Na

Kalsit

Ca

Piroksin (hiperstin,

augit)

Ca, Mg, Fe

augit)

dolomit

Ca, Mg

Olivin

Mg, Fe

feldspar: ortoklas

plagioklas

K

Na, Ca

Apatit

P

mika: muskovit

biotit

K

Mg, Fe

Leusit

K

(7)

Mineral Primer

(8)

Pasir (sand) dan Debu (silt)

Ditentukan oleh komposisi mineral bahan induk dan

tingkat pelapukan (mineral primer)

Mineral yang paling umum: kuarsa (Si0

2

)

Pada tanah tua (sangat terlapuk) feldspar dan mika

dominan banyak dijumpai ilmenit, zirkon dan

haematit.

Pengaruh utama pada sifat fisik tanah retentsi air

rendah dan drainase cepat jika pasir kasar dominan;

ruang pori sedikit, aliran air terhamat, akar

terhambat, tergenang jika jika debu dominan

Sedikit pengaruhnya terhadap sifat kimia, walau

feldspar dan mika dapat melepaskan Ca, Mg dan K

akibat pelapukan.

(9)

Liat (clay)

• Mempengaruhi sifat fisik dan kimia tanah jerapan

kation, anion dan pestisida

• Karena ukurannya kecil (Φ < 2 µm) penyifatan

dengan XRD atau mikroskop elektron

• Mineral sekunder– hasil pelapukan kimia mineral primer

atau sintesis dari beberapa hasil pelapukan mineral

primer

• Mineral Sekunder

• Mineral sekunder Non SIlikat - kalsit, hematit

• Mineral Sekunder Silikat (mineral liat) – Kaolinit

(1:1), montmorilonit /smektit (2:1 –memuai), Illite

(2:1 tidak memuai

(10)

Mineral sekunder Non silikat

(11)

MINERAL

LIAT

Ukuran liat ≤ 2 mikron

Ukuran partikel koloid ≤ 1 mikron

Tidak semua liat bersifat koloidal

LIAT SILIKAT

:

Berbentuk pipih-laminer, lapisan lempengan Berstruktur kristal = kristalin

Umumnya bersifat koloidal

Luas permukaannya sangat besar

Permukaannya bermuatan elektronegatif shg Permukaannya bermuatan elektronegatif shg mampu menjerap kation-kation

Liat Fe dan Al-hidrous-oksida:

Tidak mempunyai struktur kristal, amorf

Banyak dijumpai di daerah tropika

ALOFAN: Si dan Al seskui-oksida

(12)

STRUKTUR

LIAT SILIKAT

Ukuran kecil , KRISTALIN

Tersusun atas unit-unit kristal

Susunan mineralogik dari unit kristal ini tgt pada tipe liat

Struktur Dasar LIAT SILIKAT:

Silikat-alumina = alumino-silikat:

Lempengan tetrahedra-silika bertumpukan dg lempengan oktahedra alumina

Tetrahedra silika Tetrahedra silika Oktahedra alumina Kedua lempengan ini berikatan satu-sama lain dalam kristal liat melalui atom oksigen …….. “Jembatan oksigen”

Tetrahedra Oktahedra SiO4

(13)

Tipe

Berdasar susunan lempeng dlm unit kristal:_{1. Tipe mineral 1:1 (Silika : Alumina)}

2. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya memuai

3. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya tdk memuai 4. Tipe mineral 2:2

Tipe Mineral 1:1

Kaolinit, Haloisit, Anauksit, Dikit

• Unit kristal terdiri atas satu lempeng silika & satu alumina Kisi kristalnya 1:1

• Kedua kisi dlm unit kristal diikat oleh atom oksigen yg dipegang • Kedua kisi dlm unit kristal diikat oleh atom oksigen yg dipegang

bersamaan oleh atom Si dan Al dlm masing-masing kisi

• Unit-unit kristal diikat bersama secara kuat oleh ikatan hidrogen sehingga tidak dapat memuai (mengembang-mengkerut)

• Permukaan efektif terbatas di permukaan luar saja • Hampir tidak ada substitusi isomorfik

• Nilai KTK-nya rendah

• Kristal Kaolinit berbentuk heksagonal, diameternya 0.1-5 mikron • Sifat plastisitas dan kohesinya rendah

(14)

KAOLINIT

(1:1)

1. Paket lapisan mineral tersusun atas lempeng aluminium-hidroksida yg bergabung dg

lempeng silika

2. Salah satu ion oksigen menjadi mata rantai (jembatan) di antara kedua lempengan

3. Seluruh kristal merupakan tumpukan dari paket-paket lapisan seperti di atas

O Si 3 O tetra- 2 Si hedra O-OH-O Al OH O-OH-O 2 Al Okta-hedra 3 OH

Pd kondisi kemasaman alamiah (pH 4 - 8), kaolinit tdk begitu aktif.

Hidroksil permukaan yang terikat pada Al, bersifat asidoid pd pH > 8.1, bersifat basidoid pd pH < 8.1. Shg pd kondisi pH tinggi, permukaan liat ini akan bermuatan negatif, KTK nya tinggi

(15)

HALOISIT

(1:1)

1. Seringkali mengiringi kaolinit, formulanya Al2O3.2SiO2.4H2O

2. Lempeng-lempeng Si dan Al tidak diikat oleh ion-ion oksigen milik bersama

3. Seluruh kristal terdiri atas lempeng Si2O5H2 bergantian dg lempeng Al2(OH)6

O Si Al 3 O tetra- 2 Si hedra 2 OH 3 OH Al OH 3 OH 2 Al Oktahedra 3 OH

Kisi kristal tidak tahan terhadap pemanasan

Pada suhu 40oC air telah lenyap dan lambat laun terbentuk suatu persenyawaan meta-haloisit

(16)

Tipe 2:1

Tipe mineral • Unit kristalnya tersusun atas lempeng alumina Memuai 2:1 yang dijepit oleh dua lempeng silika

• Dua Kelompok yang terkenal:

1. Montmorilonit : Montmorilonit, Beidelit, Nontronit, Saponit

2. Vermikulit

MONTMORILONIT

• Unit-UNIT kristal diikat bersama melalui ikatan oksigen yang lemah, sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basah lemah, sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basah • Diameter montmorilonit 0.01 - 1 mikron

• Permukaannya sangat luas: Permukaan luar dan permukaan dalam

• Muatan listrik negatif pada permuakaannya sangat besar, terdiri atas muatan permanen dan muatan yang tergantung pH.

• Muatan permanen terbentuk melalui proses substitusi isomorfik • Mg menggantikan sebagian Al dalam lempeng Oktahedron • Al menggantikan sebagian Si dalam lempeng Tetrahedron • Sifat plastisitas dan kohesinya tinggi, mengembang & mengkerut • Sifat koloidalnya sangat intensif

(17)

SERISIT

(2:1)

1. Muskovit yg bersisik halus dg formulanya K2O. 3Al2O3. 6SiO2. 2H2O atau KAl2(AlSi3)O10(OH)2 2. Mg mengganti sebagian Al (Substitusi isomorfik) 3. Paket Al2(AlSi3)O10(OH)2 dirangkaikan bersama

oleh ion kalium

K Si

6 O

…………. K ………... 6 O

tetra- Al, 3Si

Si OH

Al

O

tetra- Al, 3Si hedra

2O-2OH-2O

4 Al oktahedra

2O-2OH-2O

Al, 3Si tetrahedra 6 O

(18)

Tipe 2:1

VERMIKULIT

• struktur serupa Montmorilonit

• Mg dominan, mengganti Al dlm lempeng alumina. • _{Pd lempeng silika sbgian Si diganti Al timbul}

MUATAN NEGATIF sangat besar

• Kapasitas jerapan (KTK) sangat besar.

• Molekul air bersama dg kation Mg dijerap kuat di antara unit kristal, sehingga derajat memuainya tidak terlalu intensif (MEMUAI TERBATAS)

Tipe mineral 2:1 Tidak Memuai (ILLIT)

• Ukurannya berada di antara montmorilonit dan kaolinit • Muatan negatifnya terutama pd lempeng silika

tetrahedra, karena sekitar 15% dari Si diganti oleh Al. • Kalium diikat kuat di antara unit-unit kristal, sehingga

(19)

Liat

Silikat

KLORIT: Tipe mineral 2:2

• Mineral liat Magnesium-silikat yg mengandung Fe dan Al.

• Satu unit kristal tersusun atas LAPISAN TALK (spt montmorilonit) dan LAPISAN BRUSIT [ Mg(OH)2 ]

• Atom Mg mendominasi lempeng oktahedron lapisan TALK.

• Sehingga unit kristal terusun atas dua lempeng tetrahedron silika dan dua lempeng oktahedron magnesium (Tipe 2:2)

• Mineral liat ini bersifat mudah memuai

CAMPURAN LIAT SILIKAT

• Susunan unit kristalnya berbeda-beda, spt misalnya:

1. Klorit - Illit

2. Ilit-Montmorilonit

(20)

Ciri-ciri Tipe Liat

Montmorilonit Ilit Kaolinit

Ukuran (mikron) 0.01 - 1 0.1 - 2 0.1 - 5

Bentuk Serpih tak menentu Serpih tak menentu Heksagonal Permukaan jenis (m2_{/g) 700-800} _100-200 _{5 - 20}

Permukaan luar Luas Sedang Sempit

Permukaan dalam Sgt luas Sedang Tdk ada Kohesi / Plastisitas Tinggi Sedang Rendah

Kapasitas Memuai Tinggi Sedang Rendah

KTK (me/100 g) 80-100 15 - 40 3 - 15

(21)

Mineral

Koloidal

selain

Silikat

HIDRUS OKSIDA BESI & ALUMINIUM

• Penting karena Sangat dominan di daerah tropika • Molekul air berasosiasi dengan oksida :

• Fe2O3.xH2O : Limonit dan Goetit • Al2O3.xH2O : Gibsit

• Muatan negatifnya sedikit

• Sifat plastisitas, lengket, dan kohesinya rendah • Tanah yg kaya mineral ini sifat fisiknya baik

ALOFAN & MINERAL AMORF

• Bersifat koloidal non-kristalin • Alofan:

• Gabungan antara silikon dan aluminium seskuioksida • Susunannya mendekati Al₂O₃.2SiO₂.H₂O

(22)

SIFAT Koloidal MINERAL LIAT

• Karakteristik bahan koloid: penyebaran cahaya, osmotik

dan muatan listrik

• Bersifat amfotir, diduga terkait dg gel-gel Fe, Al, Mn yang

menyelimuti inti kristalin.

• Menjerap kation dengan kekuatan yang berbeda-beda,

tergantung pada ukuran, muatan (valensi) dan hidratasi

kation.

• Penjerapan kation oleh mineral liat berhubungan erat

dengan tipe mineral liat

• Kaolinit dan Haloisit: muatan listrik terdapat pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan disosiasi H dari gugusan OH permukaan

• Ilit dan Khlorit; muatan listrik pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan muatan permanen akibat substitusi atom inti kristal

• Montmorilonit dan Vermikulit: muatan listriknya terutama akibat dari substitusi atom inti kristal.

(23)

Sumber

muatan

negatif liat

Silikat

SUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal PINGGIRAN KRISTAL YANG TERBUKA

Dua mekanisme:

1. Ada valensi dari atom inti (Si atau Al) yg tidak

dijenuhi yg terdapat pd pinggiran patahan lempeng silika dan alumina

2. Permukaan luar yg datar (pd Kaolinit) mempunyai gugusan oksigen dan hidroksil (OH-) yg tersembul dan merupakan titik-titik yg bermuatan negatif. Muatan ini sifat dan besarannya tergantung pH

SUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal O = Si = O O = Al O

-(tidak bermuatan) (bermuatan negatif satu)

OH OH OH OH OH OH - 1 Al Al Mg Al

(24)

Bahan Organik Tanah

Definisi

Bahan tanaman atau hewan yang hidup atau mati di dalam Bahan tanaman atau hewan yang hidup atau mati di dalam

tanah. Berkisar dari bahan yang belum terdekomposisi sampai tanah. Berkisar dari bahan yang belum terdekomposisi sampai yang sudah sangat terdekomposisi

yang sudah sangat terdekomposisi

Komponen

Biomasa (sisa tanaman, akar tanaman, organisme)Biomasa (sisa tanaman, akar tanaman, organisme)

Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi)Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi)

Bahan lain: terlapuk dan resintesis, Humus, terlarut (fase Bahan lain: terlapuk dan resintesis, Humus, terlarut (fase

liquid), 0

liquid), 0 -- 6% (berat) di horizon A, <1% (berat) di horizon bawah6% (berat) di horizon A, <1% (berat) di horizon bawah

Fungsi

•

• sebagaisebagai granulatorgranulator--membentukmembentuk strukturstruktur •

• sebagaisebagai sumbersumber unsurunsur hara,hara, N,N, PP dandan SS •

• tanahtanah dapatdapat menahanmenahan airair •

• tanahtanah dapatdapat menahanmenahan unsurunsur harahara •

(25)

Bahan Organik Tanah (BOT)

Humus

_{(Fraksi ringan)}

Fraksi Aktif

Stabil

(Fraksi berat)

Labil

(Fraksi sedang)

•Asam fulvik •Asam Humik •Humin

(26)

Karakterisasi bahan organik tanah

analisis kimia, total C dan total N (metode

termudah),

fraksionasi fisik, berdasar ukuran dan berat

jenis, atau

penggunaan isotop:

13

13 C (isotop stabil, bukan

C (isotop stabil, bukan

radioaktif) dan

(27)

Air tanah bukan air murni, tetapi ‘larutan’

((solution

solution), jumlahnya bervariasi dengan jumlah

), jumlahnya bervariasi dengan jumlah

udara tanah

Perubahan air/udara tanah penting untuk sifat fisik

tanah dan aliran air

Ada di dalam tanah karena

ditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritas

Air Tanah

ditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritas

tertahan oleh lapisan kedap air, atau

keadaan drainase yang kurang baik

Kegunaan bagi tanaman

sebagai unsur hara tanaman

sebagai pelarut unsur hara

(28)

AIR berada di 2222222 dalam ruangan PORI

(diantara MATRIKS tanah)

Partikel Tanah

Ruangan Pori

(29)

Tipe Air Tanah

Air Gravitasi

Air Gravitasi: air bebas yang bergerak dalam tanah

: air bebas yang bergerak dalam tanah

akibat gaya gravitasi

Bergerak cepat pada tanah berdrainase baik, dan bukan air Bergerak cepat pada tanah berdrainase baik, dan bukan air

tersedia bagi tanaman. tersedia bagi tanaman.

Tekuras dari tanah dalam 2Tekuras dari tanah dalam 2--3 hari3 hari

Air Kapiler

Air Kapiler: air dalam pori

: air dalam pori--pori mikro

pori mikro

, larutan

Air Kapiler

Air Kapiler: air dalam pori

: air dalam pori--pori mikro

pori mikro

, larutan

tanah.

Sebagian besar tersedia untuk tanamanSebagian besar tersedia untuk tanaman

Air Higroskopik:

air yang membentuk film tipis air yang membentuk film tipis

menyelimuti partikel tanah menyelimuti partikel tanah

Sangat kuat ditahan tanah oleh gaya adesi, tidak tersedia Sangat kuat ditahan tanah oleh gaya adesi, tidak tersedia