TINJAUAN PUSTAKA Debu Vulkanik
Letusan gunung berapi skala besar dapat melepaskan partikel debu ke stratosfer yang menyebabkan bahaya yang signifikan di lingkungan baik dekat maupun jauh dari gunung berapi. Partikel kasar (> 1 mm) bahan piroklastik yang dilepaskan ke atmosfer oleh letusan tersebut jatuh dalam satu jam, tetapi sisa halus partikel (<10 mm) dapat tetap bertahan selama beberapa hari bahkan sampai berbulan-bulan. Partikel halus ini dapat terbang hingga jarak yang jauh dan jumlah yang tidak teratur dari sumber vulkanik. Jarak perpindahan oleh partikel debu tergantung pada beberapa faktor termasuk bentuk partikel yang mempengaruhi aerodinamis dan sifat partikel (Riley, dkk., 2003).
Bahan letusan gunung api yang berupa padatan dapat disebut sebagai bahan piroklastik (pyro = api, klastik = bongkahan). Bahan padatan ini berdasarkan diameter partikelnya terbagi atas debu vulkan (< 0.26 mm) yang berupa bahan lepas dan halus, pasir (0.25 – 4 mm) yang lepas dan tumpul, lapilli
atau little stone (4 – 32 cm) yang berbentuk bulat hingga persegi dan bom (> 32 mm) yang bertekstur kasar. Batuan hasil erupsi gunung api berdasarkan
kadar silikanya dapat dikelompokkan menjadi batu vulkanis masam
(kadar SiO2 > 65%), sedang (35 – 65%) dan basa / alkali (<35%)
(McGeary dkk.,2002 dalam Fiantis, 2006).
vulkanik Gunung Sinabung mengandung Cu, Pb dan B tertinggi berturut-turut 12,59 ppm Cu, 61,01 ppm Pb, dan 10,73 ppm B.
Berdasarkan hasil penelitian Andhika (2011), diketahui bahwa debu vulkanik Gunung Sinabung berpengaruh nyata dalam meningkatkan BD tanah 0,17 g/cm3, PD 0,27 g/cm3, persentase fraksi debu 4,5%. Namun, menurunkan porositas 1,31%, persentase fraksi pasir 4,5% dan persentase fraksi liat 0,5%. Perbedaan atau peningkatan nilai BD dan PD tanah diakibatkan karena ukuran debu vulkanik yang kecil atau berukuran 0.002–0.05 mm sehingga mampu
mengisi pori-pori tanah dan mampu meningkatkan bulk densiti dan partikel densiti tanah.
Debu vulkanik mengandung mineral yang dibutuhkan oleh tanah dan tanaman dengan komposisi total unsur tertinggi yaitu Ca, Na, K, dan Mg, unsur makro lain berupa P dan S, sedangkan unsur mikro terdiri dari Fe, Mn, Zn, dan Cu. Mineral tersebut berpotensi sebagai penambah cadangan mineral tanah,
memperkaya susunan kimia dan memperbaiki sifat fisik tanah sehingga dapat digunakan sebagai bahan untuk memperbaiki tanah-tanah
miskin hara atau tanah yang sudah mengalami pelapukan (Sediyarso dan Suping, 1987 dalam Rostaman, dkk., 2010).
Sebaran Tanah Andisol
Rica, Panama, Colombia, Peru, Cili, Argentina, dan Bolivia), dan di Asia (Hawai, Jepang, Korea, Pilipina, Indonesia, Papua New Guinea, dan New Zealand). Tanah Andisol tersebar hampir 124.000.000 ha atau 0,84% dari daratan dunia dan 60% berada pada daerah tropis (Takahashi dan Shoji, 2002).
Tanah Andisol di Indonesia diperkirakan luasnya ± 5.395.000 ha atau ± 2,9% dari luas daratan di Indonesia. Andisol terluas terdapat di provinsi Sumatera Utara dengan luas ±1.062 ha atau sekitar ± 19,86 % dari luas seluruh Andisol di Indonesia, diikuti provinsi Jawa Timur 0,73 juta ha, Jawa Barat 0,50 juta ha, Jawa Tengah 0,45 juta ha, dan Maluku 0,32 juta ha. Tanah Andisol di Sumatera menyebar pada dataran tinggi sepanjang Bukit Barisan yang ada gunung vulkaniknya (Mukhlis, 2011; Musa dkk., 2006).
Tanah Andisol terbentuk dari endapan debu vulkanik yang telah mengalami pelapukan sehingga menghasilkan tanah yang subur. Jenis tanah ini berwarna cokelat kehitaman. Tersebar di pulau-pulau yang memiliki gunung api aktif seperti Sumatera bagian barat, Jawa, Bali, dan sebagian Nusa Tenggara. Umumnya terdapat pada ketinggian >600 m dpl pada wilayah yang berbukit sampai bergunung (Ariyanto, 2012).
kacang merah), bunga, dan juga tanaman perkebunan (teh, kopi, cengkeh, vanili) (Mukhlis, 2011).
Andisol merupakan tanah yang didominasi oleh alumunium silikat amorf dan/atau kompleks Al-humus. Biasanya memiliki sekuen horizon A-Bw-C. Mineral sekunder non-kristalin dan sedikit mengkristal mempengaruhi sifat fisika tanah Andisol. Akumulasi sejumlah besar humus membuat agregat yang sangat porous (Mukhlis, 2011).
Sifat Fisik Tanah Andisol
Sifat fisik tanah sangat perlu diketahui karena mempengaruhi pertumbuhan dan produksi tanaman, menentukan penetrasi akar di dalam tanah, retensi air, drainase, aerasi, dan nutrisi tanaman serta mempengaruhi sifat kimia dan biologi tanah. Sifat-sifat fisika tanah diantaranya adalah tekstur, struktur, bulk density, warna, konsistensi, kadar air tanah, plastisitas, dan laju infiltrasi.
Andisol memiliki porositas, permeabilitas, dan stabilitas agregat yang tinggi. Umumnya berkapasitas penyimpan air yang tinggi dan kaya akan unsur hara jika tidak tercuci berat. Mineral sekunder non-kristalin dan sedikit mengkristal mempengaruhi sifat fisika tanah Andisol. Rendahnya bulk densiti Andisol sebagian disebabkan oleh tingginya bahan organik dan rendahnya partikel densiti yaitu 1,4 – 1,8 g/cm3. Rendahnya PD debu vulkanik 2,4 g/cm3 juga menyumbang rendahnya bulk densiti Andisol. Rendahnya bulk densiti Andisol utamanya merupakan refleksi dari porositas yang tinggi (Mukhlis, 2011).
yang bertekstur liat dan berstruktur granular mempunyai bulk densiti antara 1,0-1,3 g/cm3 sedangkan yang bertekstur kasar antara 1,3-1,8 g/cm3 (Hanafiah, 2005). Bulk densiti merupakan salah satu sifat fisik tanah yang sering ditetapkan karena berkaitan erat dengan perhitungan penetapan sifat-sifat fisik tanah lainnya, seperti retensi air (pF), ruang pori total (RPT), coefficient of linier extensibility (COLE) dan kadar air tanah. Nilai bulk densiti tanah sangat bervariasi antara satu titik dengan titik lainnya karena perbedaan kandungan bahan organik, tekstur tanah, kedalaman tanah, jenis fauna tanah, dan kadar air tanah (Djunaedi, 2008).
Semakin tinggi bulk densiti semakin sulit ditembus air atau ditembus oleh akar tanaman dan memiliki porositas yang rendah, juga sebaliknya. Bulk densiti merupakan petunjuk kepadatan tanah, semakin padat suatu tanah semakin tinggi bulk densiti. Selain itu, bulk densiti berperan terhadap infiltrasi, permeabilitas, struktur, dan porositas tanah (Achmad, 2003 dalam Manfarizah dkk., 2011).
Partikel densiti berhubungan langsung dengan berat volume tanah. Volume udara tanah, serta kecepatan sedimentasi partikel didalam zat cair. Penentuan tekstur tanah dengan metode sedimentasi, perhitungan-perhitungan perpindahan partikel oleh angin dan air memerlukan data berat jenis partikel. Untuk tanah mineral partikel densiti sering diasumsikan sekitar 2,65 g/cm3. Akan tetapi, sebernarnya partikel densiti tanah sangat bervariasi tergantung kepada komposisi mineral tanah tersebut (Blake, 1986 dalam Kurnia dkk.,2006).
pori total. Berat jenis partikel berhubungan langsung dengan berat volume tanah, volume udara tanah serta kecepatan sedimentasi partikel didalam zat cair. Berat jenis partikel tanah sangat tergantung kepada komposisi mineral tanah tersebut (Kurnia dkk.,2006).
Porositas dinyatakan dalam persen. Porositas yang terbaik terdapat pada struktur yang baik (lempung) dibanding tekstur kasar (pasir). Porositas lebih besar pada tanah berpasir dibanding tanah berliat. Jika bulk densiti dan partikel densiti diketahui, porositas dapat diketahui melalui hubungannya. Meskipun porositas total tanah adalah penting, distribusi ukuran pori adalah sama pentingnya. Pori-pori individu dapat dikategorikan secara umum sebagai Pori-pori makro, yang besar dari pori-pori mikro. Pori-pori makro memungkinkan gerakan bebas udara dan air. Pori-pori mikro mempertahankan lebih banyak air dan membatasi pergerakan udara dan air. Pembatasan aerasi tanah menyebabkan pertumbuhan tanaman berkurang karena akar membutuhkan oksigen. Beberapa reaksi biologi dan kimia dihambat oleh aerasi rendah (Dingus, 1999).
Dalam masalah porositas per satuan volume tanah ada tiga fenomena yang perlu diperhatikan, yaitu:
a. Dominasi fraksi pasir akan menyebabkan terbentuknya sedikit pori-pori makro (dari 5.700 partikel per gram tanah terbentuk sekitar 1.400 pori makro), luas permukaan sentuh sangat sempit (45 cm2 per gram tanah) sehingga daya pegang air sangat lemah.
permukaan sentuh sangat luas (8 juta cm2 per gram tanah) sehingga daya pegang air sangat kuat.
c. Dominasi fraksi debu akan menyebabkan terbentuknya pori-pori meso dalam jumlah sedang (dari 5.776 juta partikel tanah terbentuk 1.250 pori meso), luas permukaan sentuh menjadi cukup luas (454 cm2 per gram tanah) sehingga menghasilkan daya pegang air yang cukup kuat.
(Hanafiah, 2005).
Tekstur tanah menggambarkan kandungan relatif (%) butir pasir, debu, dan liat. Tanah mineral terdiri dari tiga bahan utama yaitu pasir, debu, dan liat. Ketiganya dengan komposisi yang berbeda-beda menentukan tekstur tanah. Kandungan bahan organik tanah yang mempengaruhi aspek kimia, fisika, dan biologi tanah tidak menentukan tekstur tanah. Ukuran yang sangat kecil dan fraksi tanah adalah koloid tanah, memilki luas permukaan besar. Koloid ini menentukan kemampuan tanah memegang unsur-unsur hara juga berperan dalam menyimpan air (Musa dkk.,2006).
Dari hasil analisis Yuinafatmawita dkk.,(2007), tanah andisol memiliki tekstur lempung liat berdebu dengan persentase pasir 4,46%, debu 61,68%, dan liat 33,86% yang menunjukkan jumlah pori makro dan mikro yang cukup bagi
retensi dan transmisi air. Selain itu, tanah Andisol memiliki bulk densiti 0,64 g/cm3 dan porositas 74,85% yang menunjukkan bahwa tanah Andisol tidak
padat.
mikro (tidak porous). Tanah yang baik dicerminkan oleh komposisi ideal ketiga fraksi, sehingga tanah bertekstur debu dan lempung akan mempunyai ketersediaan yang optimum bagi tanaman, namun dari segi nutrisi tanah lempung lebih baik dibanding tanah bertekstur debu (Hanafiah, 2005).
Sifat Kimia Tanah Andisol
Andisol atau Andosol berasal dari kata 'Ando' yang berarti hitam atau gelap, dan 'Sol' yang berarti tanah, sehingga Andisol atau Andosol berarti juga tanah hitam. tidak semua jenis Andisol berwarna hitam, di beberapa tempat dijumpai dengan warna kecokelatan. Tanah-tanah Andisol pada umumnya mempunyai karakteristik utama yaitu memiliki sifat andik, yaitu satu sifat tanah yang mengandung jumlah mineral Al (aluminium) ditambah Fe (ferum/besi) lebih dari atau sama dengan 2 %, dan berat jenisnya kurang dari 9 gr/cc, serta memiliki retensi fosfat lebih dari 85%; atau memiliki paling sedikit 30% fraksinya berukuran 0,002 - 2 mm, serta memiliki kandungan gelas vulkanik antara 5% sampai lebih dari 30% (tergantung kandungan jumlah Al dan Fe-nya) (Rizalmahdi, 2009).
Nilai pH tanah dapat juga digunakan sebagai indikator kesuburan kimiawi tanah karena dapat mencerminkan ketersediaan hara dalam tanah. pH optimum untuk ketersediaan unsur hara adalah 7,0 karena pada pH ini semua unsur makro tersedia secara maksimum sedangkan unsur hara mikro tidak maksimum sehingga kemungkinan terjadinya toksisitas unsur mikro tertekan (Hanafiah, 2005).
Unsur hara sulfur (S) termasuk unsur hara esensial. Suplai unsur sulfur bagi tanah dan tanaman dapat berasal dari atmosfir (gas sulfur dari gunung berapi, asap dari pabrik industri, bensin, dan minyak residu) dan mineral tanah (batuan beku). Dalam kondisi aerobik, sulfur akan dioksidasikan menjadi asam sulfat. Asam sulfat akan mengalami reaksi kembali menjadi ion H+ dan sulfat. Berikut merupakan reaksinya : 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4
2H2SO4 4H+ + 2SO42-
(Damanik, dkk., 2011).
subur (secara kimiawi) dibandingkan tanah Andisol yang memiliki epipedon Umbrik (Rizalmahdi, 2009).
Tanaman membutuhkan unsur hara yang cukup pada pertumbuhannya. Unsur hara yang dibutuhkan yaitu unsur hara makro dan mikro yang saling mendukung untuk pertumbuhan yang didapat dari alam ataupun dengan penambahan pupuk kedalam tanah. Pada Andisol terjadi retensi P yang tinggi atau >85% sehingga ketersediaan P bagi tanaman cukup rendah. Fiksasi fosfat (P) yang besar pada Andisol merupakan masalah penting yang perlu diperhatikan (Chairunnisa, dkk., 2013).
Logam Berat Pada Tanah
Logam berat adalah elemen/unsur logam atau metaloid yang memiliki massa jenis atau densitas yang tinggi dan bersifat sangat toksik meski pada konsentrasi sangat rendah. Logam berat merupakan penyusun utama pada kerak bumi yang tidak dapat didegradasi maupun dihancurkan. Logam berat meliputi tembaga (Cu), timbal (Pb), kadmium (Cd), seng (Zn), raksa (Hg),
arsenik (As), perak (Ag), kromium (Cr), besi (Fe) dan kelompok logam platina (Pt) (Duruibe dkk.,2007 dalam Ghifari, 2011).
Kadmium adalah suatu logam putih, mudah dibentuk, lunak dengan warna kebiruan. Titik didih relatif rendah (76ºC) membuatnya mudah terbakar, membentuk asap kadmium oksida. Kadmium dan bentuk garamnya banyak
Ketersediaan logam berat di dalam tanah dipengaruhi oleh (1) KTK (Kapasitas Tukar Kation), (2) Reaksi pengkompleksan, (3) pH larutan, (4) Anion dalam larutan tanah, (5) Potensial redoks tanah (Notohadiprawiro, 2006).
Kadmium dan Timbal merupakan mineral yang tergolong mikro elemen, merupakan logam berat dan berpotensi menjadi bahan toksik. Jika terakumulatif dalam tubuh, maka berpotensi menjadi bahan toksik pada makhluk hidup. Masuknya unsur Pb dan Cd ke dalam tubuh makhluk hidup dapat melalui saluran pencernaan (gastrointestinal), saluran pernafasan (inhalasi) dan penetrasi melalui kulit (topikal) (Sudarwin, 2008).
Logam Tembaga, Seng, dan Kadmium merupakan bahan pencemar tanah. Bahan pencemar tanah dapat dipilah menjadi dua, yakni bahan anorganik dan bahan organik. Bahan anorganik terutama logam berat seperti seng, tembaga, timbal dan arsenikum. Bahan – bahan tersebut cenderung berada didalam tanah dalam waktu yang lama, meskipun status kimianya kemungkinan berubah menurut waktu (Hanafiah, 2005).
Timbal termasuk logam berat ”trace metals” karena mempunyai berat jenis lebih dari lima kali berat jenis air. Senyawa Pb yang masuk ke dalam tubuh melalui makanan kan mengendap pada jaringan tubuh, dan sisanya akan terbuang bersama bahan sisa metabolisme (Sudarwin, 2008).
padi-padian dapat mengandung Pb, penelitian yang dilakukan di USA kadarnya berkisar antara 0,1 -1,0 µg/kg berat kering (Sudarmaji dkk.,2006).
Berpengaruh langsung terhadap kelarutan unsur logam berat adah pH tanah. Kenaikan pH menyebabkan logam berat mengendap. Pengaruh tidak langsung adalah pengaruh KTK. Sebagian KTK berasal dari muatan tetap dan sebagian lagi berasal dari muatan terubahkan (variable charge). Muatan terubahkan bergantung pda pH yang meningkat sejalan dengan peningkatan pH (Notohadiprawiro, 2006).
Masuknya logam berat secara berlebihan pada tumbuhan, misalnya Pb akan mengurangi asupan Mg dan Fe, sehingga menyebabkan perubahan pada volume dan jumlah kloroplas. Perubahan kandungan klorofil akibat meningkatnya konsentrasi logam berat terkait dengan rusaknya struktur kloroplas. Pembentukan struktur kloroplas sangat dipengaruhi oleh nutrisi mineral seperti Mg dan Fe (Widowati, 2011).
Logam berat masuk ke lingkungan oleh sumber-sumber alam dan antropogenik kecuali tanah yang berasal dari pelapukan fisik dan kimia dari bahan induk yang mengandung logam berat. Faktor-faktor yang mempengaruhi ketersediaan logam berat yang dapat diserat tanaman antara lain adalah pH tanah, kapasitas tukar kation, kandungan bahan organik, tekstur tanah, dan interaksi antara unsur-unsur (Jung, 2008).
terhadap logam berat juga ditentukan oleh jenis logam beratnya. Sebagian besar logam berat diakumulasikan tanaman di akar. Struktur tanah juga telah dianggap sangat penting yang mempengaruhi tingkat logam diambil oleh tanaman. Kelarutan logam dalam tanah secara dominan dipengaruhi oleh pH, jumlah logam
kation, kapasitas tukar, kandungan karbon organik dan oksidasi (Kabata-Pendias dan Pendias, 1984 dalam Malik, dkk., 2010).
Ketersediaan logam berat dalam tanah sangat di pengaruhi oleh reaksi pengkompleksan. Ion logam berat berikatan pada senyawa organik, terutama asam-asam humat dan fulvat membentuk kelat.
COO COO
R L R O O
Dimana L adalah kation logam yang terkelat, R adalah radikal hidrokarbon, dan COO serta O adalah kelompok fungsional yang telah mendisosiasikan H+. Dalam hal ini mobilitas logam berat meningkat sehingga logam berat lebih mudah terlindi (leached). Kelasi juga menurunkan toksisitas larutan logam berat. Selain itu, pH juga berpengaruh langsung atas keterlarutan unsur logam berat. Kenaikan pH menyebabkan logam berat mengendap (Notohadiprawiro, 2006).
kompleks di mana molekul yang mengandung atom donor yang melekat satu sama lain dan juga dengan ion logam. Sebuah molekul yang bertindak sebagai pengkelat harus memiliki minimal dua kelompok fungsional, misalnya gugus asam yang telah kehilangan proton. Stabilitas pengkelatan meningkat ketika cincin menyatu, yaitu dimana ion logam berikatan pada gugus organik lain menutup siklus pengompleksan. Berikut contoh reaksi pengkelatan logam oleh asam humat :
(Falck, 1990).
Persyaratan Iklim dan Media Tumbuh Tanaman Jagung
Iklim yang dikehendaki oleh tanaman adalah daerah-daerah beriklim sedang dan daerah beriklim subtrpopis/tropis yang basah. Jagung dapat tumbuh didaerah yang terletak antara 0-500 LU – 0-400 LS. Pada lahan yang tidak
berigasi, pertumbuhan tanaman ini memerlukan curah hujan ideal sekitar 85-200 mm/bulan dan harus merata. Pada fase pembuangan dan pengisian biji
tanaman jagung perlu mendapatkan cukup air (Rubatzky dan Yamaguchi, 1998). Tanaman jagung membutuhkan air sekitar 100-140 mm/bulan. Oleh karena itu waktu penanaman harus memperhatikan curah hujan dan
Macam tanah yang baik bagi pertumbuhan tanaman jagung adalah tanah alluvial atau lempung yang subur, terbebas pengairannya karena tanaman jagung tidak toleran pada genangan air (Kartasapoetra, 1988).
