LAPORAN AKHIR PENELITIAN PROFESOR

(1)

LAPORAN AKHIR PENELITIAN PROFESOR

IDENTIFIKASI KOMPOSISI MINERAL LIAT DAN MUATAN KOLOID TANAH PADA LAHAN KERING SUBOPTIMAL UNTUK PENGEMBANGAN

SISTEM PERTANIAN BERKELANJUTAN DI ACEH BESAR

Tim Peneliti

Prof. Dr. Ir. Sufardi, M.S. (NIP. 196211171987021001) Dr. Ir. Teti Arabia, M.S. (NIP. 196109141986022001) Ir. Khairullah, M.Agric Sc. (NIP. 196505201992031007)

Dibiayai oleh:

Universitas Syiah Kuala, Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi, Sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian Profesor

Tahun Anggaran 2018 Nomor: 287 /UN11/SP/PNBP/2018 Tanggal 29 Januari 2018

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA

NOVEMBER 2018

(2)

LAPORAN AKHIR PENELITIAN PROFESOR

IDENTIFIKASI KOMPOSISI MINERAL LIAT DAN MUATAN KOLOID TANAH PADA LAHAN KERING SUBOPTIMAL UNTUK PENGEMBANGAN

SISTEM PERTANIAN BERKELANJUTAN DI ACEH BESAR

Tim Peneliti

Prof. Dr. Ir. Sufardi, M.S. (NIP. 196211171987021001) Dr. Ir. Teti Arabia, M.S. (NIP. 196109141986022001) Ir. Khairullah, M.Agric Sc. (NIP. 196505201992031007)

Dibiayai oleh:

Universitas Syiah Kuala, Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi, Sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian Profesor

Tahun Anggaran 2018 Nomor: 287 /UN11/SP/PNBP/2018 Tanggal 29 Januari 2018

FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA

NOVEMBER 2018

(3)

(4)

iii RINGKASAN

Komposisi mineral liat dan karakteristik muatan koloid tanah merupakan sifat intrinsik tanah yang sangat penting, kerena kedua informasi ini sangat erat kaiannya dengan kualitas tanah. Banyak persoalan fisikokimia tanah pada lahan kering berhubungan dengan komposisi mineral liat ini terutama pada tanah-tanah di zona iklim tropika. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis komposisi mineral dan mengidentifikasi jenis tanah serta karakteristik fisikokimia tanah pada lahan kering suboptimal di Kabupaten Aceh Besar Provinsi Aceh dalam rangka mengembangkan sistem pertanian berkelanjutan.

Penelitian ini telah dilaksanakan pada lahan kering suboptimal di Kabupaten Aceh Besar. Metode penelitan yang digunakan adalah metode deskriptif yaitu melalui pengamatan lapangan untuk identifikasi profil/jenis tanah dan analisis mineral serta karakteristik muatan koloid tanah di Laboratorium. Lokasi pengamatan difokuskan pada lahan kering suboptimal Aceh Besar pada beberapa ordo tanah yang merepresentasi lahan kering Kabupaten Aceh Besar Provonsi Aceh, Indonesia. Sembilan lokasi (site) telah dipilih untuk pengamatan dan identifikasi profil tanah pada lahan kering suboptimal Aceh Besar, yaitu: Data Gaseu Kecamatan Seulimum (P1), Buket Meusara Kecamatan Kota Jantho (P2), Desa Jalin Atas Kecamatan Jantho (P3), Saree/BBI Kecamatan Lembah Seulawah (P4), Saree Bawah Kecamatan Lembah Seulawah (P5), Uteun Sira Kecamatan Blang Bintang (P6), Lamreh (Krueng Raya) Kecamatan Mesjid Raya (P7), Desa Jantho/Jalin Kecamatan Jantho (P8), dan Cucum Kecamatan Jantho (P9).

Penelitian dilaksanakan menggunakan metode deskriptif melalui pengamatan tanah di lapangan dan analisis di laboratorium. Pengamatan lapangan bertujuan untuk mengidentifkasi ordo tanah (subgroup) melalui pembuatan profil tanah (pedon) dan pengamtan morfologinya serta sifat-sifat fisika tanah. Setiap lapisan horizon dari profil selanjutnya diambil sampel tanah sebanyak 1,0 kg dan 5 kg untuk dibawa ke laboratorium untuk analisis sifat-sifat fisika, kimia, dan mineralogi. Analisis fisika dan kimia tanah serta karakteristik muatan koloid dilakukan di Laboratorium Penelitian Tanah dan Tanaman Fakultas Pertanian Unsyiah, Darussalam Banda Aceh, sedangkan analisis komposisi mineral dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Tanah, Bogor dan Laboratorium Geofisika Fakultas Teknik Unsyiah. Sifat-sifat tanah yang dianalisis di laboratorium meliputi: tekstur tanah tiga fraksi (pasir, debu, dan liat), pH (H2O dan KCl), C organik dan N total (Walkley & Black), P2O5 dan K2O cadangan (ekstraksi HCl 25%), P tersedia (Bray II), kation basa tertukar (Ca-dd, Mg-dd, K-dd, dan Na-dd) (ekstraksi 1N NH4OAc pH7), KTK potensial (metode ammonium asetat), Al- dan H-dapat ditukar (Al-dd dan H- dd) ekstrak 1N KCl, dan daya hantar listrik (DHL).

Identifikasi mineral tanah (liat) dilakukakn dengan menggunakan dua metode, yaitu metode fisik melalui analisis difraksi sinar-x (XRD) dan metode kimia melaui pelarut kimia selektif (selective chemical method = SCM) dengan menggunakan larutan: (a)

(5)

iv

dithionit-sitrat, (b) ammonium-oksalat asam, dan (c) natrium pirofosfat untuk ekstraksi fraksi-fraksi Fe, Si, dan Al (Buurman et al, 1996). Ciri muatan koloid tanah diidentifikasi dengan melakukan analisis muatan titik nol (point of zero charge = PZC), muatan variable (VC), KTK efektif, KTK liat, dan KTK humus (Gillman, 1984). Identifikasi jenis tanah (subgroup) dilakukan dengan membuat profil dan mengamati sifat-sifat morfologinya dengan menggunakan sistem Klasifikasi Tanah USDA (Soil Survey Staff, 2014). Dari hasil analisis mineralogis, dan sifat-sifat fisikokimia tanah ini selanjutnya ditetapkan rekomendasi pengelolaan tanah yang sesuai dengan tipe koloid tanah atau komposisi mineralogi (Uehara dan Gillman, 1981).

Berdasarkan hasil pengamatan lapangan dan identifikasi horizon penciri maka menurut Soil Survey Staff (2014) ke sembilan profil tanah (P1 sampai P9) dapat diklasifikasi ke dalam sembilan ordo yaitu P1 = Inceptisol (Data Gaseu), P2 = Inceptisol (Buket Meusara), P3 = Entisol (Jalin Atas), P4 = Andisol (Saree), P5 = Oxisol (Saree Bawah), P6 = Inceptisol (Uteun Sira), P7 = Mollisol (Lamreh/Krueng Raya), P8 = Ultisol (Jantho/Jalin), dan P9 = Inceptisol (Cucum). Ke Sembilan ordo tanah tersebut memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang berbeda pada setiap kedalaman. Hasil evaluasi status kesuburan menunjukkan bahwa ordo Entisol, Inceptisol, Ultisol, dan Oxisol termasuk ke dalam tanah dengan status kesuburan yang rendah karena memiliki pH tanah yang masam, kandungan C dan N total rendah, ketersediaan kation (kejenuhan basa) rendah, dan memiliki KTK efektif yang rendah sedangkan ordo Andisol dan Mollisol tergolong tanah dengan status kesuburan sedang yang ditunjukkan oleh rekasi tanah agak masam hingga netral, mengandung bahan organik tinggi, ketersediaan kation dan KTK tinggi.

Kandungan P2O5 dan K2O cadangan pada profil tanah secara umum sedang tetapi P tersedia rendah, sehingga memerlukan penambahan bahan amandemen organik dan pemupukan yang berimbang.

Berdasarkan analisis secara kimia, kandungan fraksi-fraksi Fe, Al, dan Si yang diekstrak dengan metode kimia selektif (selective chemical methods) menunjukkan bahwa pada setiap ordo tanah cukup bervariasi dan distribusi di dalam profil tanah juga berbeda menurut kedalaman. Sebagian besar ordo tanah mempunyai susunan mineral liat campuran dari fraksi bebas (bentuk kristalin), fraksi amorf, dan kompleks humus. Adapun hasil identifikasi jenis mineral-jenis mineral dengan menggunakan XRD menunjukkan bahwa tanah-tanah dari beberapa ordo yang terdapat di lahan kering Kabupaten Aceh Besar mempunyai susunan mineral campuran yang terdiri atas mineral primer dan sekunder. Mineral primer yang dominan antara lain kalsit, feldspar dan kuarsa, sedangkan mineral sekunder (liat) antara lain kaolinit, metahaloysit, gibsit, lepidokrosit, goethite, dan lain-lain. Mineral sekunder yang mendominasi tanah secara komposisi kimia sangat miskin unsur hara sehingga menghasilkan kualitas tanah yang rendah. Hasil analisis muatan koloid menunjukkan bahwa koloid tanah secara umum bermuatan negative dan didominasi oleh muatan variabel terutama pada Inceptisol, Andisol, Ultisol, dan Oxisol, sedangkan muatan permanen mendominasi ordo Mollisol. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kualitas tanah secara mineralogis dan fisikokimia pada

(6)

v

beberapa ordo tanah seperti Inceptisol, Ultisol, Oxisol, dan Entisol (orthents) tergolong sangat rendah. Ordo tanah yang relatif memiliki komposisi mineral dan sifat fisikokimia yang agak baik ditemukan pada Mollisol dan Andisol meskipun pada Andisol ini terdapat satu kendala yaitu tingginya mineral alofan yang diindikasi dengan tingginya adsorpsi fofat. Dengan kualitas tanah yang rendah, maka untuk dikembangkan menjadi lahan pertanian berkelanjutan, tanah-tanah yang terdapat di lahan kering suboptimal Kabupaten Aceh Besar ini memerlukan ameliorasi dengan penambahan soil amendment berupa bahan organik, biochar, pupuk kandang, fosfat, sulfat dan silikat yang jika diaplikasi ke dalam tanah dapat menurunkan status titik muatan nol (PZC) tanah. Pengaruh bahan-bahan ini terhadap fisikokimia tanah dan hasil tanaman perlu dikaji lebih lanjut.

(7)

vi PRAKATA

Syukur kehadhirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, tim penulis telah dapat menyelesaikan Laporan Akhir Penelitian Profesor yang berjudul “Identifikasi Komposisi Mineral Liat dan Muatan Koloid Tanah pada Lahan Kering Suboptimal untuk Pengembangan Sistem Pertanian Berkelanjutan di Aceh Besar”. Penelitian ini terlaksana atas dukungan dana dari Program “Hibah Profesor 2018” dari Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat Universitas Syiah Kuala dengan nomor kontrak:

287/UN11/SP/PNBP/2018 tanggal 29 Januari 2018.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Rektor Universitas Syiah Kuala yang telah memberi kesempatan kepada kami untuk mendapatkan Hibah Professor 2018 sehingga dengan dukungan dana tersebut, penelitian ini dapat terlaksana dengan baik. Ucapan yang sama juga kami sampaikan kepada Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (LPPM) Unsyiah atas petunjuk dan pengarahannya sehingga penelitian ini terlaksana sesuai jadwal yang telah ditetapkan. Kepada Kepala Balai Benih Induk Hortikultura Saree Provinsi Aceh, kami juga mengucapkan terima kasih atas segala bantuan yang telah diberikan selama pelaksanaan survai di lapangan. Terima kasih juga kami sampaikan kepada Kepala Pusat Penelitian Tanah Bogor dan Kepala Laboratorium Geofisika Fakultas Teknik Unsyiah beserta staf analisisnya yang telah membantu dalam analisis sampel tanah khususnya analisis mineral.

Kepada Dr. Ir. Hairul Basri, M.Sc., selaku Ketua Jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala yang telah memberi izin untuk menunjuk mahasiswa terlibat dalam penelitian ini kami menghaturkan terima kasih. Kami juga menyampaikan terima kasih kepada para mahasiswa Program Studi Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Unsyiah yang telah ikut serta dalam kegiatan penelitian ini, dan kami juga mengucapkan terima kasih atas kerjasama yang telah diberikan dalam pelaksanaan identifikasi profil tanah di lapangan, persiapan sampel, dan analisis laboratorium, sehingga berkat kerja sama ini penelitian ini dapat diselesaikan tepat waktu. Kepada Kepala Laboratorium Penelitian Tanah dan Tanaman Fakultas Pertanian Unsyiah beserta staf laborannya, kami mengucapkan terima kasih atas segala bantuan dan fasilitas labortarium yang telah diberikan kepada kami.

Kami menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu, kami dengan tulus menerima segala bentuk kritikan dan saran serta koreksi untuk perbaikan.

Semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu, publikasi, dan pengembangan teknologi pertanian khususnya di bidang ilmu tanah.

Banda Aceh, 25 Oktober 2018

Penulis

(8)

vii DAFTAR ISI

RINGKASAN iii

PRAKATA vi

DAFTAR ISI vii

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR LAMPIRAN xii

BAB 1. PENDAHULUAN 1

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1. Lahan Kering Suboptimal dan Permasalahannya 4 2.2. Konsep Pengelolaan Lahan Kering Suboptimal 5 2.3. Hubungan Muatan Koloid dan Komposisi Mineral 8

2.4. Rekomendasi Pengelolaan Tanah 9

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 11

3.1. Tujuan Penelitian 11

3.2. Manfaat Penelitian 11

BAB 4. METODE PENELITIAN 12

4.1. Tempat dan Waktu 12

4.2. Bahan dan Alat 13

4.3. Metode Penelitian 13

4.3.1. Identifikasi Ordo Tanah 14

4.3.2. Analisis Sifat Fisika dan Kimia Tanah 15 4.3.3. Identifikasi Ciri Muatan Koloid dan Sifat Fisikokimia 15

4.3.4. Identifikasi Komposisi Mineral 16

BAB 5. HASIL LUARAN YANG DICAPAI 18

5.1. Morfologi dan Klasifikasi Tanah 18

5.2. Sifat-Sifat Fisika Tanah 20

5.3. Sifat-Sifat Kimia Tanah 21

5.4. Kandungan Fraksi Fe, Al, dan Si Bebas 24

5.4.1. Kandungan Fe-bebas 24

5.4.2. Kandungan Al-bebas 28

5.4.3. Silika (Si) Bebas 31

5.5. Distribusi Fe, Al, dan Si Bebas 34

5.5.1. Distribusi Fe-bebas 34

5.5.2. Kandungan Al-bebas 36

5.5.3. Distribusi Si-bebas 38

5.6. Kandungan Fraksi Fe, Al, dan Si Amorf 40

(9)

viii

5.6.1. Kandungan Fe-amorf 41

5.6.2. Kandungan Al-amorf 43

5.6.3. Kandungan Si-amorf 45

5.7. Distribusi Fe, Al, dan Si Amorf 47

5.7.1. Distribusi Fe-amorf 47

5.7.2. Kandungan Al-amorf 48

5.7.3. Distribusi Si-amorf 49

5.8. Kandungan Fe-humus, Al-humus, dan C-organik 51

5.8.1. Fe-humus 52

5.8.2. Al-humus 55

5.8.3. Nisbah Al/Fe-humus 58

5.8.3. Kandungan C-organik 59

5.9. Distribusi Fe-humus, Al-humus, dan C-organik Tanah 62

5.9.1. Distribusi Fe-humus 62

5.9.2. Distribusi Al-humus 63

5.9.3. Distribusi C-organik 66

5.10. Komposisi Mineral Tanah 68

5.10.1. Analisis Difraksi Sinar-X 68

5.10.2. Analisis Kimia Selektif 69

5.11. Muatan Koloid dan Sifat Fisikokimia 71

5.12. Implikasi dan Rekomendasi Pengelolaan Tanah 73

BAB 6. SIMPULAN DAN SARAN 74

6.1. Simpulan 74

6.2. Saran 75

DAFTAR PUSTAKA 77

LAMPIRAN-LAMPIRAN 83

(10)

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Lokasi pengamatan profil dan pengambilan sampel tanah pada lahan

kering Kabupaten Aceh Besar 12

Tabel 2. Sifat-sifat fisika dan kimia tanah yang dianalisis di laboratorium dan

metodenya 15

Tabel 3. Nama ordo tanah pada setiap profil tanah di lahan kering suboptimal

Kabupaten Aceh Besar 18

Tabel 4. Sifat-sifat fisika tanah pada setiap lapisan horizon pada beberapa

ordo tanah di lahan kering suboptimal Aceh Besar 20 Tabel 5. Nilai pH tanah, kandungan C dan N serta P tanah pada setiap lapisan

horizon pada beberapa ordo tanah di lahan kering suboptimal Aceh

Besar 22

Tabel 6. Kandungan kation basa tertukar, KTK, KB, Al-dd, H-dd, dan DHL tanah pada setiap lapisan horizon pada beberapa ordo tanah di

lahan kering suboptimal Aceh Besar 23

Tabel 7. Kandungan Fe, Al, dan Si-bebas (ekstrak dithionite-sitrat) pada setiap lapisan horizon pada beberapa ordo tanah di lahan kering

suboptimal Aceh Besar 25

Tabel 8. Kandungan Fe, Al, dan Si-amorf (ekstrak ammonium oksalat) pada setiap lapisan horizon pada beberapa ordo tanah di lahan kering

Tabel 9. Kandungan Fe- dan Al-humus tanah (ekstrak Na-pirofosfat) pada setiap lapisan horizon pada beberapa ordo tanah di lahan kering

Tabel 10. Hasil identifikasi mineral tanah dengan analisis difraksi sinar-X (XRD) pada beberapa ordo tanah di lahan kering suboptimal

Kabupaten Aceh Besar 70

Tabel 11. Karakteristik muatan koloid pada setiap lapisan horizon pada

beberapa ordo tanah di lahan kering suboptimal Aceh Besar 72

(11)

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Penampang Profil Tanah pada beberapa lokasi lahan kering

suboptimal di Kabupaten Aceh Besar 19

Gambar 2. Kadar Fe-bebas tanah pada beberapa ordo tanah di lahan kering

suboptimal Kabupaten Aceh Besar 27

Gambar 3. Kadar Al-bebas tanah pada beberapa ordo tanah di lahan kering

Gambar 4. Kadar Si-bebas tanah pada beberapa ordo tanah di lahan kering

Gambar 5. Distribusi Fe-bebas tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

kering suboptimal Kabupaten Aceh Besar 35

Gambar 6. Distribusi Al-bebas tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 7. Distribusi Si-bebas tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 8. Kandungan Fe-amorf tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 9. Kandungan Al-amorf tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 10. Kandungan Si-amorf tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 11. Distribusi Fe-amorf tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 12. Distribusi Al-amorf tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 13. Distribusi Si-amorf tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 14. Kandungan Fe-humus tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 15. Kandungan Al-humus tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

(12)

xi

Gambar 16. Grafik Kandungan C-organik tanah pada beberapa ordo tanah

di lahan kering suboptimal Kabupaten Aceh Besar 53 Gambar 17. Distribusi Fe-humus tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 18. Distribusi Al-humus tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

Gambar 19. Distribusi C-organik tanah pada beberapa ordo tanah di lahan

(13)

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Deskripsi profil Inceptisol Data Gaseu (P1) 84 Lampiran 2. Deskripsi profil Inceptisol Buket Meusara (P2) 85 Lampiran 3. Deskripsi profil Entisol Jalin Atas (P3) 86

Lampiran 4. Deskripsi profil Andisol Saree (P4) 87

Lampiran 5. Deskripsi profil Oxisol Saree Bawah (P5) 88 Lampiran 6. Deskripsi profil Inceptisol Uteuen Sira, Blang Bintang (P6) 89 Lampiran 7. Deskripsi profil Mollisol Lamreh/Krueng Raya (P7) 90 Lampiran 8. Deskripsi profil Ultisol Jantho/Jalin (P8) 91 Lampiran 9. Deskripsi profil Inceptisol Cucum (P9) 92 Lampiran 10. Artikel International Workshop and Seminar in Surakarta

18-22 September 2018 93

Lampiran 11. Artikel pada Seminar Seminar Nasional FKPTPI di Banda

Aceh 2-5 Oktober 2018 93

Lampiran 12. Foto dan Gambar Kegiatan Penelitian 111

Lampiran 13. Biodata Ketua/Anggota Tim Peneliti 116

Lampiran 14. Biodata Anggota Peneliti I 124

Lampiran 15. Biodata Anggota Peneliti II 130

Lampiran 16. Defraktogram hasil analisis difraksi sinar-X dari beberapa sampel tanah dan liat pada bebrapa ordo tanah di lahan

kering Kabupaten Aceh Besar 134

Lampiran 17. Sertifikat Seminar 143

(14)

BAB 1. PENDAHULUAN

Sebagai negara tropis, Indonesia memiliki lahan kering suboptimal yang masih cukup luas untuk dikembangkan sebagai sasaran perluasan areal pertanian. Pengertian lahan kering adalah lahan yang dalam pengelolaannnya tidak pernah digenang melebihi dua bulan berturut-turut dan sebagai sumber airnya hanya bertumpu pada curah hujan (Notohadiprawiro, 1986). Lahan kering ini tersebar di seluruh kepulauan di Indonesia terutama di Sumatera, Kalimantan, Sulawesi, Papua, Nusa Tenggara, dan sebagian Pulau Jawa, namun seiring dengan perkembangan laju penduduk dan perkembangan sistem pertanian, lahan kering tersebut semakin berkurang luasnya karena telah digunakan sebagai lahan perkebunan, tegalan, dan keperluan lainnya, sehingga saat ini luasnya diperkirakan tinggal sekitar 122,05 juta hektar (Mutilaksono dan Anwar, 2014). Di Provinsi Aceh, luas lahan kering yang belum digarap dengan baik diperkirakan mencapai 89.227,34 hektar (Pusat Data Informasi Pertanian, 2013).

Khusus di Kabupaten Kabupaten Aceh Besar potensi lahan kering diperkirakan mencapai 530.638 hektar, dan yang telah digarap oleh masyarakat hanya sekitar 2.563 hektar (BPTP Aceh, 2015). Selebihnya merupakan lahan terlantar atau lebih dikenal dengan lahan tidur.

Berdasarkan data Badan Pertanahan Nasional (BPN) Kabupaten Aceh Besar (2014), lahan kering di Kabupaten Aceh Besar terdiri atas beberapa jenis tanah seperti, Podsolik, Litosol, Regosol, Latosol, Andosol, Aluvial, Hodromorf Kelabu, dan Litosol-Renzina. Tanah Aluvial di dataran rendah yang subur, lahan kering ini telah digunakan untuk penanaman padi sawah, tegalan, kebun campuran dan tanaman pekarangan, sementara yang berada di wilayah perbukitan dan pergunungan, lahan kering umumnya belum dimanfaatkan dengan baik karena memiliki banyak kendala untuk pengembangan pertanian (Agus et al., 2001). Hambatan utama dalam mendayagunakan lahan kering untuk pertanian adalah tingkat kesuburan tanah rendah disebabkan oleh kendala kimia yang membatasi pertumbuhan tanaman (Sanchez, 2004; Sufardi et al., 2017), sehingga lahan ini diidentikasi sebagai lahan suboptimal (Lakitan, 2013).

Hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan pada lahan kering menunjukkan bahwa rendahnya tingkat kesuburan tanah pada lahan kering suboptimal disebabkan

(15)

karena rendahnya KTK, kejenuhan basa (KB) dan kandungan bahan organik tanah (Abdurrahman et al., 2008; Sufardi et al., 2016; Sufardi et al; 2017), serta sistem koloid tanah yang kurang baik (Gillman, 1984; Sposito, 2010). Koloid tanah di lahan kering suboptimal umumnya didominasi oleh sistem muatan variabel karena tersusun atas oksida-hidoksi Fe dan Al sebagai komponen mineral liat yang dihasilkan dari pelapukan tanah yang telah terjadi secara intensif (Bohn et al, 2007; Sposito, 2010).

Di samping itu, secara alami kadar bahan organik tanah di daerah tropis cepat menurun, mencapai 30-60% dalam waktu 10 tahun (Suriadikarta et al. 2002).

Akibatnya, tanah-tanah dilahan kering suboptimal diperkirakan memiliki potensial muatan yang rendah yang diindikasi dengan titik muatan nol (PZC) yang tinggi (Gillman, 1984). Menurut Uehara dan Gillman (1981), tanah-tanah yang memiliki PZC tinggi (PZC >6,0) membutuhkan penanganan tersendiri yang tidak dapat diperlakukan sama dengan tanah-tanah dengan sistem muatan tetap. Pemahaman terhadap komposisi mineral dan ciri koloid menjadi dasar dalam penerapan sistem pertanian berkelanjutan (Sufardi, 2010).

Mengatasi kendala fisikokimia tanah pada lahan kering suboptimal, selama ini hanya diatasi dengan pemberian pupuk yaitu dengan pemberian Urea, SP-36 dan KCl masing-masing sebagai sumber nitrogen (N), fosfor (P), dan kalium (K) atau dengan memberikan pupuk NPK secara majemuk. Tindakan seperti ini dinilai kurang efektif karena belum mengatasi persoalan yang mendasar pada sifat koloid tanah dan fisikokimianya. Hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Tim peneliti ACIAR Universitas Syiah Kuala pada lahan kering di Kabupaten Aceh Besar selama ini hanya sebatas melihat efek pemberian amelioran terhadap sifat kimia, fisika dan hasil tanaman pangan, namun belum ada kajian secara mineralogis sehingga informasi terhadap komposisi mineral dan sistem koloid tanah belum tersedia (Sufardi et al., 2016). Oleh karena itu, untuk mengembangkan sistem pertanian yang berkelanjutan pada lahan kering suboptimal, diidentifikasi komposisi mineral, sifat fisikokimia, dan jenis tanah menjadi hal yang sangat penting untuk mengetahui tipe dari sistem koloid tanah yang menjadi dasar dalam pengelolaan tanah.

Berdasarkan uraian di atas, dalam penelitian ini akan dianalisis komposisi mineral tanah dengan menggunakan instrument difraksi sinar-x (XRD), analisis diferensial termal (DTA), dan analisis secara kimia untuk menyusun rekomendasi

(16)

pengelolaan tanah yang didasarkan pada tipe koloid tanah sebagai dasar pengembagan sistem pertanian berkelanjutan.

Informasi terbaru dari penelitian ini adalah komposisi mineral dan sistem koloid (sifat fisikokimia) tanah pada lahan kering suboptimal di Aceh Besar, dan peta jenis tanah yang diproduksi secara digital yang dilengkapi dengan data spasial.

Informasi komposisi mineral dan jenis tanah sangat penting (urgent) sebagai dasar perencanaan pengelolaan tanah secara berkelanjutan, karena karakteristik tanah pada dasarnya sangat erat kaitannya dengan sifat dari penyusun/komponen tanah yaitu jenis mineral dan tipe koloid.

(17)

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Lahan Kering Suboptimal dan Permasalahannya

Di Indonesia, lahan kering dianggap sebagai lahan potensial untuk ekspansi pertanian, namun secara biofisik, lahan ini banyak permasalahannya sehingga sering disebut sebagai lahan suboptimal yang dulu dijuluki dengan lahan marjinal (Lakitan, 2013). Jika lahan kering dapat dikelola dengan baik, peningkatan produksi pertanian pada lahan tersebut menjadi harapan besar pada masa mendatang. Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat (2004) telah memetakan lahan kering Indonesia pada sekala tinjau.

Hasil pemetaan menunjukkan bahwa sebagian besar lahan kering Indonesia didominasi oleh ordo Ultisol, Inceptisol, Oxisol, Spodosol, Alfisol, dan Andisol, sedangkan selebihnya adalah Entisol dan Vertisol.

Menurut Theng (2012), komposisi mineralogis Ultisol, Inceptisol, Oxisol, Spodosol, dan Alfisol biasanya didominasi oleh mineral liat 1:1 dan oksida-hidrat dari Al dan Fe dan campuran antara mineral tipe 2:1 dengan gibbsit yang mempunyai muatan koloid tidak tetap, sedangkan pada Andisol didominasi oleh mineral liat jenis alofan, imogolit, dan ferihidrit. Tanah-tanah tersebut menurut Uehara dan Gillman (1981) termasuk ke dalam tanah-tanah bermuatan variabel (soil with variable charge), karena sistem muatan koloidnya tergantung pada pH dan faktor-faktor yang mempengaruhi kerapan muatan permukaan (Bohn et al., 2005). Tanah ini mempunyai faktor pembatas ganda bagi pertumbuhan tanaman, yaitu terbatasnya ketersediaan air, kelangkaan bahan organik, bereaksi masam hingga sangat masam (pH<5,5), keracunan Al dan Mn, tingginya fiksasi fosfat (P), defisiensi unsur hara N, P, K, Ca, Mg, dan Mo, kapasitas tukar kation (KTK) rendah, kapasitas tukar anion (KTA) tinggi, dan stabilitas agregat yang rendah sehingga mudah tererosi (Sanchez, 2012; Tim ACIAR, 2015; Sufardi et al., 2016). Berbagai kendala tersebut baik secara langsung maupun tidak langsung akan mempengaruhi hasil tanaman sehingga produksi tanaman pada tanah-tanah tersebut relatif rendah (Sufardi 2002); Tim ACIAR, 2015).

Ditinjau dari konsepsi tanah muatan berubah, kendala-kendala yang terdapat pada lahan kering dapat dibagi menjadi dua kendala utama, yaitu: (i) kendala kemasaman tanah dan keracunan Al, dan (ii) kendala tingginya adsorpsi P dan nilai pHo lebih besar dari pH tanah. Adsorpsi P yang tinggi antara lain karena permukaan

(18)

koloid tanahnya seringkali mempunyai muatan negatif yang rendah dan mempunyai titik muatan nol (pHo) yang tinggi sehingga terjadi adsorpsi anion (Alva et al., 1991, Sufardi dan Ali, 2002). Adsorpsi anion semakin tinggi pada keadaan pH tanah masam (Sposito, 2010). Konsentrasi aluminium yang tinggi pada kompleks pertukaran juga dapat mengikat P sehingga tidak mudah tersedia bagi tanaman (Fageria et al., 2008).

Berdasarkan hasi-hasil kajian menunjukkan bahwa berbagai kendala tanah yang ada pada lahan kering di wilayah tropika sangat terkait dengan komposisi mineral dan sistem muatan koloid, sehingga identifikasi jenis dan komposisi mineral sangat penting untuk diteliti dan dianalisis.

2.2. Konsep Pengelolaan Lahan Kering Suboptimal

Kriteria indikator kualitas tanah terutama berhubungan dengan: (i) utilitas, kegunaan tanah dalam mendefinisikan proses ekosistem, (ii) ability, kemampuan tanah untuk mengintegrasikan status fisik, kimia dan biologi, dan (iii) sensitivity, potensi tanah untuk dikelola dengan baik pada ruang dan waktu (Katyal et al, 2000).

Berpegang pada definisi ini, dan mempertimbangkan capaian hasil penelitian yang telah dilakukan, maka pengelolaan lahan-lahan suboptimal harus didasarkan pada sifat intrinsik tanah yaitu dengan melihat komposisi mineral liat atau sistem koloid tanah.

Koloid tanah merupakan partikel tanah yang berukuran sangat halus (<0,001 mm) yang mempunyai muatan permukaan (Sposito, 2010). Dengan adanya muatan pada permukaan partikel, maka koloid dapat berfungsi sebagai penjerap ion, air, dan senyawa- senyawa organik yang sangat penting di dalam tanah (Bohn et al., 2005). Lebih lanjut Bohn et al. (2005) menyatakan bahwa muatan dalam tanah dapat dibagi menjadi muatan tetap dan muatan berubah. Muatan tetap ialah muatan yang tidak terpengaruh oleh perubahan pH tanah dan muatan ini umumnya bersumber dari mineral liat tanah tipe 2:1 dan 1:1 yang ditimbulkan melalui proses substitusi isomorfik (Greenland dan Mott, 2003).

Muatan berubah (tidak tetap) adalah muatan tanah yang berasal dari disosiasi oksida- hidroksida Al dan Fe dan ionisasi gugus fungsional bahan organik sehingga muatan ini sangat dipengaruhi oleh perubahan pH dan faktor-faktor yang menentukan kerapatan muatan koloid (Gillman, 1987).

Konsep muatan berubah ini dikembangkan oleh Uehara dan Gillman (1980) dengan memadukan teori Gouy-Chapman dengan teori Nernst. Teori Gouy-Chapman ini

(19)

dikenal dengan teori “lapisan rangkap baur” (diffuse double layer) yang menyatakan bahwa distribusi muatan pada permukaan koloid dianggap merata pada keseluruhan permukaan dan kepekatan muatan dipengaruhi oleh jarak (Greenland dan Mott, 2003).

Kerapatan muatan permukaan koloid menurut Gouy-Chapman dinyatakan sebagai berikut (Uehara dan Gillman, 1981):

2kT ^1/2

v = --- Sinh (ze/2kT ) o (1) 

dengan v kerapatan muatan permukaan koloid (esu cm^-2),  konsentrasi ion pengimbang (counterion) elektrolit dalam larutan keseimbangan (ion cm^-3),  tetapan dimuatan (esu² dyne^-1), k tetapan Boltzman (ergs degree^-1), z valensi ion lawan, e muatan elektron, o potensial permukaan (esu), dan T temperatur mutlak (^oK).

Persamaan (4) tersebut menunjukkan bahwa muatan partikel bergantung pada perbedaan potensial dalam lapisan rangkap, konsentrasi elektrolit, tetapan elektrolit, dan temperatur.

Persamaan Gouy-Chapman ternyata mempunyai keterbatasan karena tidak dapat memperkirakan ukuran sebenarnya dari ion pengimbang yang diperlakukan sebagai titik muatan-muatan. Oleh karena itu, pada tahun 1924, Stern memodifikasi teori Gouy- Chapman ini dengan menyatakan bahwa ion-ion dengan ukuran berhingga tidak dapat mendekati permukaan koloid lebih dekat daripada yang dimungkinkan oleh radius efektifnya (Tan, 1995). Muatan di dalam lapisan Stern ini dinyatakan dalam persamaan berikut (Uehara dan Gillman, 1981):

Nze

1 =  (2)

1+ (NA/M) exp  (ze d  s )/kT 

dengan 1 kerapatan muatan dalam lapisan rangkap Stern, N jumlah situs adsorpsi yang tersedia per cm² permukaan, z valensi ion lawan, e muatan elektron, NA bilangan Avogadro, M berat molekul pelarut, d potensial adsorpsi ruang tak bermuatan, s

potensial adsorpsi spesifik, k tetapan Boltzman, dan T temperatur mutlak.

Muatan-muatan berlawanan pada permukaan koloid dan dalam fase cair dapat menimbulkan potensial antar permukaan fase padat-cair yang disebut sebagai potensial

(20)

permukaan (o) (Tan, 1995). Ion-ion penentu potensial ini terdiri atas H⁺ dan OH^- (Sposito, 2010). Potensial permukaan ini dinyatakan oleh persamaan Nernst, yaitu:

o = RT/F ln (H⁺/Ho)

(3)

o = (2,303 kT ) /e (pHo- pH)

(4)

dengan pH adalah aktivitas ion H⁺ dalam larutan (pH aktual) dan pHo adalah aktivitas ion H⁺ pada saat muatan koloid sama dengan nol.

Dengan menggabungkan persamaan Gouy-Chapman (4) dan persamaan Nernst (10), Uehara dan Gillman (1981), mengemukakan suatu konsep untuk menjelaskan ciri-ciri muatan berubah, melalui persamaan berikut:

v = 2kT ^{1/ 2}sinh 1,15 z (pHo - pH) (5) 

dengan v adalah kerapatan muatan berubah pada permukaan koloid (e.s.u.cm^-2).

Berdasarkan persamaan di atas, parameter (pHo-pH) merupakan petunjuk untuk tanda muatan berubah dari komponen-komponen tanah. Jika pH aktual<pHo, koloid tanah bermuatan positif, sebaliknya, jika pH aktual>pHo,koloid tanah bermuatan negatif, dan jika pH aktual sama dengan pHo, muatan tanah adalah nol (Uehara dan Gillman, 1981). Pada titik pHo tersebut, jumlah anion sama dengan jumlah kation atau dengan kata lain tidak ada muatan (jumlah muatan berubah sama dengan nol). Muatan total sistem tanah yang tersusun atas muatan tetap (p) dan muatan berubah (v) sehingga

1/ 2

T = p + 2kT sinh 1,15z (pHo - pH) (6) 

dengan T adalah muatan total dan p adalah muatan tetap. Menurut Uehara dan Gillman (1981), jika muatan total pada permukaan koloid mempunyai nilai nol, adsorpsi kation dan anion pada sistem campuran sama dengan nol. Titik ini dikenal dengan titik muatan bersih nol atau PZNC (point of zero net charge). Dengan mengganti PZNC untuk parameter pH pada persamaan (22) untuk T = 0, persamaannya menjadi:

0 = p + 2kT ^{1/ 2}sinh 1,15 z (pHo - PZNC) (7) 

(21)

Berdasarkan teori-teori di atas maka dapat disimpulkan bahwa sistem muatan koloid tanah sangat tergantung pada komposisi mineral dan komponen penyusun tanah. Muatan pada permukaan koloid akan mencerminkan sifat dan kualitas tanah, sehingga informasi tentang jenis dan komposisi mineral dan sistem muatan pada permukaan koloid sangat penting dalam melihat berbagai permasalahan pada tanah- tanah tropika khususnya pada lahan kering.

2.3. Hubungan Muatan Koloid dengan Komposisi Mineral

Berdasarkan bahan penyusunnya, koloid tanah dapat dibedakan atas koloid mineral atau disebut juga koloid liat, dan koloid organik atau koloid humus. Bahan koloid mempunyai permukaan bermuatan listrik atau mempunyai kelebihan atau kekurangan elektron (Uehara dan Gillman, 1981) sehingga sejumlah reaksi kimia dan biologi dapat terjadi antarmuka padat-cair, misalnya proses adsorpsi dan desorpsi (Sposito, 2010). Menurut Greenland dan Mott (2003), permukaan koloid liat dapat dibedakan atas dua tipe, yaitu: siloksana dan oksida-hidrat. Tipe siloksana merupakan permukaan-permukaan basal dari mika dan kisi mineral 2:1 (termasuk smektit dan vermikulit atau interstratifikasinya), sedangkan tipe oksida-hidrat terjadi pada sisi partikel liat yang rusak dari semua oksida kristal dan amorf, alofan, dan imogolit kristal.

Mineral kaolinit dan klorit bisa mempunyai kedua sistem permukaan tersebut (siloksana dan/atau oksida-hidrat), tergantung pada posisi belahan kristal. Tan (1995) membagi permukaan kolid liat atas tiga tipe, yaitu: (i) permukaan yang terbentuk oleh rangkaian “Si-O-Si” dari tetrahedral silika, (ii) permukaan yang terbentuk oleh rangkaian “O-Al-OH” dari oktahedral alumina, dan (iii) permukaan yang terbentuk oleh

“Si-OH (silanol) atau Al-OH (aluminol)” dari senyawa-senyawa amorf. Menurut Greenland dan Mott (1983), kategori terakhir ini dimasukkan dalam kelompok oksida- hidrat. Koloid organik sangat berbeda dengan koloid mineral (liat). Muatan pada koloid organik ditimbulkan dari ionisasi gugus-gugus fungsional senyawa organik (humus) yang mempunyai afinitas yang tinggi terhadap molekul air dan dapat berperan sebagai penyumbang proton (OH) dan penerima proton (C=O) sehingga di dalam tanah lebih stabil (Bohn et al., 2007; Sposito, 2010).

(22)

2.4. Rekomendasi Pengelolaan Lahan

Berdasarkan paparan tentang teori atau konsepsi tanah bermuatan variabel yang menjadi ciri utama lahan kering suboptimal, maka penentuan rekomendasi pengelolaan tanah idealnya harus memperhatikan komposisi mineral dan tipe koloid. Selama ini, tindakan yang sering dilakukan oleh petani dalam pengelolaan lahan kering suboptimal hanya dengan pemberian pupuk atau ameliorasi. Ameliorasi tanah adalah tindakan yang dilakukan untuk memperbaiki tanah-tanah yang telah mengalami kerusakan, baik secara fisika, kimia, maupun bilogis dengan pemberian bahan-bahan tertentu (Tisdale et al., 2014). Tindakan tersebut meliputi pemupukan, pengapuran, pemberian bahan organik, dan lain-lain dengan harapan agar beberapa kendala yang ada pada tanah dapat dikurangi atau dihilangkan. Berdasarkan konsep muatan berubah, ameliorasi tanah merupakan fenomena yang dapat mengakibatkan terjadi perubahan pada sistem koloid tanah muatan berubah (Fine dan Mingelgrin, 1996), yang dapat memberikan pengaruh negatif pada tanah. Oleh karena itu, setiap bahan amelioran yang dipilih perlu dilihat bagaimana efeknya terhadap karakteristik muatan koloid tanah.

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa nilai pHo tanah-tanah yang telah berkembang lanjut relatif tinggi sehingga terjadi adsorpsi anion seperti fosfat, molibdat, dan sulfat dalam kapasitas yang tinggi pula (He et al., 1996). Oleh karena itu, meningkatkan muatan negatif pada permukaan koloid tanah dapat dilakukan dengan pemberian bahan amelioran yang mampu menurunkan titik muatan nol tanah atau menyumbangkan muatan negatif ke dalam tanah. Bahan-bahan yang mempunyai titik muatan nol rendah antara lain adalah senyawa organik dan silikat oksi-tetrahedral (Uehara dan Gillman, 1981). Menurut Greendland dan Mott (1983), titik muatan nol bahan organik berkisar pada pH 2,0. Bukti lain rendahnya titik muatan nol dari bahan organik adalah adanya temuan yang menunjukkan nilai pHo tanah lapisan atas kaya humus lebih rendah daripada nilai pHo pada lapisan di bawahnya (Sufardi, 1998).

Sebaliknya, sistem oksida-hidrat Al dan Fe tanah seperti gibbsit dan goethit relatif mempunyai titik muatan nol tinggi sehingga dianggap sebagai penyebab tingginya titik muatan nol tanah. Su dan Harsh (1996) juga melaporkan bahwa mineral alumina-silikat amorf seperti alofan juga mempunyai titik muatan nol yang tinggi, namun nilai tersebut sangat bergantung pada nisbah Si dan Al. Uraian di atas menunjukkan bahwa setiap bahan amelioran akan memberikan pengaruh yang beragam

(23)

pada karakteristika muatan koloid tanah yang berkaitan dengan proses adsorpsi dan desorpsi ion dalam tanah serta penyerapan hara oleh tanaman (Sposito, 2010) dan hal ini sangat terkait dengan komposisi mineral liat.

(24)

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1. Tujuan Penelitian

Penelitian ini secara umum bertujuan untuk mengkaji komposisi mineral liat tanah pada setiap profil tanah dan mengidentifikasi jenis tanah serta sifat-sifat fisikokimia tanah dan menetapkan rekomendasi pengelolaan lahan kering suboptimal secara berkelanjutan di Kabupaten Aceh Besar untuk mendukung pengembangan tanaman pangan.

Tujuan khusus yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:

(1) Memberikan nama jenis tanah berdasarkan hasil pengamatan profil tanah di lapangan pada setiap satuan lahan kering suboptimal Kabupaten Aceh Besar, (2) Mengetahui efektifitas beberapa metode dalam analisis komposisi mineralogi

tanah dan fraksi-fraksi Fe, Al, dan Si menggunakan larutan kimia selektif (selective dissolution methods)

(3) Mengidentifikasi jenis mineral tanah (liat) yang mendominasi beberapa ordo tanah dengan menggunakan XRD (x-ray diffraction),

(4) Mengetahui tipe koloid tanah dan sifat fiskokimia pada beberapa ordo tanah, (5) Menetapkan rekomendasi pengelolaan tanah sementara berdasarkan komposisi

mineral atau tipe koloid tanah.

3.2. Manfaat Penelitian

Manfaat utama dari penelitian ini adalah menjadi informasi dasar tentang komposisi mineral tanah dan jenis tanah, serta kendala fisikokimia tanah yang dapat digunakan sebagai dasar bagi penyusunan rekomendasi pengelolaan tanah (soil management) dalam pengembangan lahan kering suboptimal di Kabupaten Aceh Besar. Dari aspek keilmuan, hasil penelitian akan diperoleh data tentang komposisi mineral dan fisikokimia tanah sehingga dengan informasi ini akan memberi kontribusi terhadap pengembangan ilmu kimia tanah dan mineralogi liat, khususnya pada tanah- tanah yang berkembang di kawasan iklim tropika basah.

(25)

BAB 4. METODE PENELITIAN

4.1. Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilaksanakan di lahan kering suboptimal di Kabupaten Aceh Besar yang meliputi Kecamatan Jantho, Kecamatan Seulimum, Kecamatan Blang Bintang, Kecamatan Lembah Seulawah, dan Kecamatan Mesjid Raya. Kelima kecamatan tersebut dipilih karena memiliki penyebaran lahan kering suboptimal yang masih luas dan berpotensi dikembangkan untuk areal pertanian (BPS Aceh Besar, 2014). Fokus lokasi penelitian adalah lahan-lahan kering yang terlantar dan representasi beberapa ordo tanah yang meliputi Entisol, Inceptisol, Ultisol, Oxisol, Mollisol, dan Andisol. Adapun lokasi pengambilan sampel tanah dan pengamatan profil disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Lokasi pengamatan profil dan pengambilan sampel tanah pada lahan kering Kabupaten Aceh Besar

No. Desa/Kecamatan Tinggi tempat Titik Koordinat Ordo Tanah 1 Data Gaseu

Kec. Seulimum

88 m dpl. 05⁰20’16,1” LU;

95º34’05,8” BT

Inceptisol 2 Buket Meusara

Kec. Jantho

154 m dpl. 05º16’50,4” LU 95°43’42,2” BT

Inceptisol 3 Jalin Atas

Kec. Jantho

156 m dpl. 05º15’55,0”LU

95º39’02,6” BT Entisol 4 BBI/Saree

Kec. Lembah Seulawah

453 m dpl. 05°27’03,2” LU 95°43’45,2” BT

Andisol 5 Saree Bawah

Kec. Lembah Seulawah

339 m dpl. 05º27’19,4” LU

95º46’19,2” BT Oxisol 6 Uteun Sira

Kec. Blang Bintang

143 m dpl. 05º34’48,2” LU

95°42’35,1” BT Inceptisol 7 Lamreh/Kr. Raya

Kec. Mesjid Raya

15 m dpl. 05º36’36,6” LU

95º35’12,2” BT Mollisol 8 Jalin/Jantho

Kec. Jantho

139 m dpl. 05º16’58,4” LU

95°43’45,2” BT Ultisol 9 Cucum

Kec. Jantho

188 m dpl. 05º17’3814” LU 95°42’38,5” BT

Inceptisol

Analisis tanah dilakukan di Laboratorium Penelitian Tanah dan Tanaman Fakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, sedangkan analisis mineral dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Tanah di Balai Besar Penelitian Sumberdaya Lahan Pertanian (BBSDLP), Bogor dan Laboratorium Teknik Geofisika

(26)

Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala. Penelitian ini dilaksanakan selama 2 (dua) tahun yaitu 2018 dan 2019. Penelitian untuk tahun pertama dilaksanakan sejak Maret 2018 hingga November 2018.

4.2. Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian meliputi sampel-sampel tanah yang diambil dari berbagai lapisan horison dari beberapa ordo tanah, peta jenis tanah sekala 1:250.000, bahan kimia untuk pengamatan lapangan yaitu HCl 10 % untuk pengujian kapur, peroksida (H2O2) untuk pengujian humus tanah, dan akuades. Bahan kimia (reagen chemicalia) yang digunakan di laboratorium untuk identifikasi mineral meliputi asam sitrat, Na-sitrat, Na-dithionit, NH4-oksalat, asam oksalat, Na-pirofosfat, dan bahan kimia lainnya untuk analisis rutin.

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi bor tanah, meteran, abney level, Munsell soil colour chart, pH-meter, shaker, N-destilation unit, hoteplate, centifuge, oven, EC-meter, GPS, Spektofotometer, AAS (atamic absorption spectrophotemeter), timbangan analitik, tabung sedimentasi 1000 mL, pipet volumetrik, pipet digital (micropipette 100 µL, 5 mL), ayakan 50 µ, mikroskop polarisasi, SEM (scanning electrone microscopy), XRD (X-ray diffraction), dan DTA (differential thermal analizer).

4.3. Metode Penelitian

Penelitian dilaksanakan dengan menggunakan metode deskriftif yaitu dengan melakukan observasi ke lapangan dan analisis laboratorium. Observasi lapangan bertujuan untuk mengumpulkan data primer dan sekunder serta pengamatan profil tanah untuk mengidentifikasi jenis tanah yang terdapat pada lahan kering suboptimal di Kabupaten Aceh Besar. Kriteria lahan kering suboptimal yang dipilih sebagai titik pengamatan profil dan pengambilan sampel tanah adalah lahan darat (upland) yang terdapat pada kemiringan 0-25 % dengan elevasi antara 40-500 meter di atas permukaan laut, dan berpotensi digunakan sebagai areal pertanian lahan kering yang dapat dikembangkan untuk budidaya tanaman pangan. Mengingat areal lahan kering Aceh Besar yang sangat luas, maka pemilihan lokasi kajian dalam penelitian ini berbasis pada kergaman dari ordo tanah. Penetapan lokasi ini dilakukan secara perposif mewakili beberapa kecamatan dengan mempertimbangkan aspek luas dan sebaran

(27)

ordo tanah serta keragaman jenis tanah dan wilayah. Selanjutnya ditetapkan titik sampling untuk pengamatan profil dan pengambilan sampel liat untuk keperluan analisis komposisi mineral dan sifat fisikokimia tanah. Setiap jenis tanah dilakukan satu titik pengamatan profil. Identifikasi jenis tanah dengan menggunakan Keys to Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 2014). Setiap titik pengamatan profil dan pengambilan sampel dicatat letak koordinatnya dengan GPS.

4.3.1. Identifikasi Ordo Tanah

Identifikasi ordo tanah dilakukan melalui observasi lapangan dengan penagamatan morfologi profil tanah dan analisis beberapa sifat tanah untuk mengetahui horison penciri. Pembuatan profil tanah dilakukan dengan cara membuat penampang tanah pada permukaan tebing perbukitan yang lebarnya 100 m dengan kedalaman 125-150 cm atau hingga mencapai bahan induk (lapisan C). Jika titik pengamatan profil yang ditetapkan ternyata tidak terdapat tebing, maka penampang/profil tanah dibuat dengan cara menggali tanah dalam dimensi 100 m x 150 m x 150 m atau hingga mencapai bahan induk. Setiap profil tanah yang telah dibuka selanjutnya diamati sifat-sifat morfologi, fisika, dan uji bahan organik (uji dengan larutan peroksida), dan uji kandungan kapur (uji dengan larutan HCl 10%).

Sifat-sifat morfologi yang diamati meliputi batas horison, simbol horison, bentuk horison, dan ketebalannya. Selanjutnya pada setiap lapisan horison ini diamati sifat-sifat fisika seperti: warna tanah dengan menggunakan Buku Munsell, tekstur tanah, struktur tanah yang mencakup tipe struktur, ukuran, dan tingkat perkembangannya, kosistensi dalam kondisi lembab (tingkat kegemburan), kering (keteguhan) dan atau basah (plastisitas), dan ciri khusus lainnya seperti kandungan bahan kasar beserta ukurannya, serta ada tidaknya konkresi, tiksotropi, cermin sesar, dan sebagainya. Kalsifikasi ordo tanah didasarkan pada sifat-sifat morfologi hasil pengamatan lapangan dan analisis laboratorium serta informasi wilayah seperti iklim, bentuk wilayah (lereng), vegetasi, pola penggunaan lahan, dan jenis tanah. Penamaan tanah dilakukan hingga serie tanah dengan urutan paling tinggi: ordo, subordo, greatgroup, subgroup, famili, dan serie yang didasarkan kepada Sistem Klasifikasi Tanah menurut Soil Survey Staff (2014) atau sistem USDA Amerika Serikat (USA).

Selanjutnya disepadankan dengan sistem Klasifikasi Tanah Nasional Indonesia (2014) dan Sistem Legenda Peta Tanah FAO/Unesco (revised) tahun 1997.

(28)

4.3.2. Analisis Sifat Fisika dan Kimia Tanah

Bersamaan dengan identifkasi jenis tanah dilakukan pengambilan sampel tanah pada setiap lapisan horizon dan pengambilan sampel komposit pada lahan sekitar profil pada kedalaman 0-20 cm untuk mengetahui sifat-sifat fisikokimia tanah dan status titik muatan nol (point of zero charge = PZC). Karakteristik tanah yang dianalisis adalah tekstur tiga fraksi, pH (H2O), C organik, N total, cadangan P2O5 dan K2O, P tersedia, kapasitas tukar kation (KTK) dan kejenuhan basa, KTK efektif dan Al dapat ditukar (Al-dd) serta daya hantar listrik (DHL). Adapun metode analisis tiap- tiap parameter fisika dan kimia tanah dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Sifat-sifat fisika dan kimia tanah yang dianalisis di laboratorium dan metodenya

No Karakteristik Tanah Metode Analisis

1 Tekstur tanah (3 fraksi) USDA (2014)

2 Distribusi partikel (pasir, debu, liat) (%) Penyaringan dan pemipetan 3 pH (dalam H2O dan 1M KCl) pH meter (electrometrik)

5 C-Organik (%) Walkley and Black

Metode Pengabuan

6 N total (%) Kjeldahl/destilasi & Titrasi

7 P tersedia (mg kg^-1) Metode Bray II

8 P2O5 Total (mg hg-1) Ekstraksi HCl 25 %

9 K2O Total (mg ha-1) Ekstraksi HCl 25 %

10 Kation Tertukar (Ca, Mg, K, dan Na) (cmol kg^-1) Ekstraksi 1N NH4COOCH3pH 11 KTK (cmol kg^-1) 7 Ekstraksi 1N NH4COOCH3pH 12 Kejenuhan Basa (%) 7 Kation basa/KTK* 100%

13 Al-dd dan H-dd (cmol kg^-1) Ekstraksi 1M KCl 14 Daya Hantar Listrik (DHL) (dS m^-1) EC-meter

Sumber: Laboratorium Penelitian Tanah dan Tanaman (2018)

Interpretasi sifat-sifat kimia tanah didasarkan pada kriteria penilaian sifat kimia tanah menurut Pusat Penelitian Tanah (1985), sedangkan status kesuburan tanah dinilai dengan menggunakan kriteria yang dikembangkan oleh P3MT Bogor (1983) yaitu dengan menggunakan parameter : Kapasitas Tukar Kation (KTK), Kejenuhan Basa (KB), P2O5 total, K2O total, dan kandungan C organik tanah.

4.3.3. Identifikasi Ciri Muatan dan Fisikokimia

Identifkasi ciri muatan koloid tanah dan sifat fisikokimia dilakukan dengan menganalisis bebeberapa penciri dan sifat kimia tanah khusus yaitu: (1) status titik

(29)

muatan nol (point zero of charge = PZC), (2) analisis kapasitas tukar kation (KTK) potensial dan KTK efektif (jumlah kation basa Ca+Mg+K+Na+Al+H), (3) perhitungan jumlah kation tertukar [∑(Ca+Mg+K+Na)], (4) analisis KTK liat dan humus, dan (5) perhitungan jumlah muatan variabel dan nilai pH (pH KCl-pH H2O). Jumlah muatan variabel dihitung dari selisih KTK-potensi (metode 1N NH4OAc pH7) dengan nilai KTK Efektif (Sumpner, 1987).

4.3.3. Identifikasi Komposisi Mineral

Identifikasi komposisi mineral tanah dilakukan dengan menggunakan dua metode analisis, yaitu: (a) metode analisis fisik yaitu menggunakan teknik analisis defraksi sinar-X (XRD = X-ray defraction), dan (b) metode analisis kimia yaitu dengan menggunakan sistem ekstraksi kimia selektif (SDM = selective dissolution methods).

Untuk keperluan analisis komposisi mineral ini, maka diambil sampel tanah pada setiap lapisan horison pada setiap profil tanah sebanyak 2,0 kg dan 5,0 kg, kemudian dimasukkan ke dalam kantong plastik yang telah diberi lebel sesuai dengan simbol horison dan ketebalan. Sampel tanah 2,0 kg ini digunakan untuk analisis sifat-sifat fisika dan kimia di laboratorium, sedangkan sampel tanah 5,0 kg digunakan untuk analisis mineral.

Analisis mineral dilakukan pada dua fraksi tanah yaitu tanah halus (<0,5 mm), dan fraksi liat tanah (<0,002 mm) dengan menggunakan analisis defraksi sinar-x (XRD) dan analisis kimia selektif. Liat diambil dari setiap lapisan horison profil tanah dengan menggunakan analisis mekanis dan pemipetan, kemudian dikeringkan untuk ukur.

Jenis mineral diidentifikasi berdasarkan ciri puncak (peak) defraktogram yang dibuat dalam empat perlakuan, yaitu: penjenuhan K⁺, penjenuhan K⁺ dan pemanasan 550 ^oC, penjenuhan Mg⁺⁺, serta penjenuhan Mg⁺⁺ dan perlakuan dengan gliserol. Penentuan komposisi mineral secara kimia dilakukan dengan metode disolusi selektif (selective dissolution methods) yaitu menganalisis fraksi-fraksi Fe, Al, dan Si untuk penentuan bahan-bahan kristal dan amorf tanah. Caranya adalah dengan mengekstrak tanah dengan:

0,1 M natrium pirofosfat (Alp, Fep), 0,2 M asam amonium oksalat (Alo, Feo, Sio), dan 17% natrium sitrat + 1,7% natrium ditionit (Na2S2O3) (ISRIC, 1987). Kadar Fe, Al, dan Si dalam ekstrak ditentukan dengan AAS. Data karakteristik kimia tanah di setiap jenis tanah diolah dengan menggunakan metode statistik deskriptif dan disajikan

(30)

dalam bentuk tabel dan grafik sedangkan data analisis mineral disajikan dalam bentuk kurva difraktogram.

Analisis titik muatan nol (PZC) dilakukan dengan menggunakan metode Gillman (1984). Prosedur penetapan PZC dilakukan dengan cara memasukkan 4 g tanah (ayakan 0,5 mm) ke dalan tabung plastik kapasitas 50 ml, buat sebanyak 5-8 tabung. Masing-masing tabung diatur pH-nya dengan cara menambah CaOH 0,01 M atau HCl 0,01 M sehingga didapat 5-8 tabung kisaran pH yang diharapkan (penambahan asam dan basa tidak melebihi 15 ml). Selanjutnya ditambah 0,5 ml larutan 0,1 M CaCl2 lalu dijadikan 20 ml dengan menambahkan aquades dan didiamkan selama 4 hari, dengan setiap kali dilakukan pengadukan. Setelah diaduk, diukur pH-nya sebagai pH 0,002 M, kemudian ditambahkan 0,5 ml larutan 2 M CaCl2

lalu dikocok selama 3 jam dengan mesin pengocok (shaker) dan pH-nya kemudian diukur sebagai pH 0,05 M. Perhitungannya adalah masing-masing tabung dicari selisih pH-nya yaitu: pH dari selisih pH 0,05 M-pH 0,002M, kemudian dibuat grafik hubungan antara pH dengan pH 0,002 M, sehingga didapatkan titik yang menyatakan dimana pH=0 dan pH semula untuk titik ini merupakan pH0 atau nilai PZC.

(31)

BAB 5. HASIL LUARAN YANG DICAPAI

5.1. Morfologi dan Klasifikasi tanah

Hasil pengamatan lapangan terhadap profil-profil tanah pada beberapa lokasi lahan kering suboptimal di Kabupaten Aceh Besar disajikan pada Lampiran 1-9. Hasil identifikasi morfologi dan jenis tanah menunjukkan bahwa dari sembilan profil tanah yang diamati di lapangan menunjukkan bahwa jenis tanah pada lahan kering suboptimal Kabupaten Aceh Besar ternyata sangat bervariasi. Adapun klasifikasi tanah menurut Soil Survey Staff (2014) pada setiap profil disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Nama ordo tanah pada setiap profil tanah di lahan kering suboptimal Kabupaten Aceh Besar

No.

Profil Lokasi/Desa Kalsifikasi Tanah (Soil Suvery Staff, 2014) P-01 Data Gaseu Inceptisol (Oxyaquic Drytrudepts, berlempung,

isohiperthermik)

P-02 Buket Meusara Inceptisol (Lithic Dystrudepts, campuran berlempung isohipertemik)

P-03 Jalin Atas Entisol (Typic Udorthent, campuran, berliat, isohiperthermik)

P-04 Saree Andisol (Eutric Hydrudand, medium, alofanik, isohiperthermik)

P-05 Lembah Seulawah

Oxisol (Plinthic Kandiudox, berliat, verritic, isohiperthermik)

P-06 Blang Bintang Inceptisol (Oxic Haplustepts, berliat, campuran, ferritic, isohiperthermik)

P-07 Lamreh Mollisol (Typic Calciaquolls, berlempung, campuran, isohiperthermik

P-08 Jantho Ultisol (Typic Kandiaqult, berliat, kaolinitik, isohiperthermik)

P-09 Cucum Inceptisol (Oxic Distrudepts, berdebu, campuran, isohiperthermik

Sumber: Hasil pengamatan lapangan (2018)

Tabel 3 memperlihatkan bahwa dari Sembilan profil tanah yang diidentifikasi dari beberapa lokasi menunjukkan bahwa jenis tanah (sub group) ternyata sangat variatif.

Variasi juga terlihat dari komposisi mineral dan morfologi profil tanah, meskipun ditinjau dari aspek rezim temperatur mempunyai satu rezim yaitu isohiperthermik.

Berdasarkan hal ini maka yang menjadi factor pembentukan tanah pada areal lahan kering di Aceh Besar sangat beragam pula. Yenny (1941) menyatakan bahwa ada lima

(32)

faktor yang mempengaruhi pembentukan tanah yaitu iklim, bahan induk, vegetasi, topografi, dan waktu. Keragaman faktor ini akan mempengaruhi pula terhadap perkembangan suatu tanah. Adapun penampang profil tanah dari beberapa ordo tanah di lahan kering suboptimal yang diamati disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Penampang Profil Tanah pada beberapa lokasi lahan kering suboptimal di Kabupaten Aceh Besar

(33)

5.2. Sifat-sifat Fisika Tanah

Hasil analisis sifat-sifat fisika tanah pada setiap horizon tanah dapat dilihat pada Lampiran 10. Dari data pada lampiran 10 memperlihatkan bahwa sifat-sifat fisika tanah ternyata cukup bervariasi antara ordo tanah dan lapisan horizon.

Tabel 4. Sifat-sifat fisika tanah pada setiap lapisan horizon pada beberapa ordo tanah di lahan kering suboptimal Aceh Besar

No Profil Horison Kedalaman (cm)

Pasir Debu Liat Tekst ur

Tipe Struktur

Konsistensi (Lembab) (%) (%) (%)

P-01 Ap 0 - 15 31 48 21 G Gumpal Agk gembur

Inceptisol AB 15 - 26 31 40 29 D Gp bersudut Agak teguh BA 26 - 45 16 39 45 A Gp Bersudut Agak teguh Bw 45 - 70 11 45 44 C Gp Bersudut Agak teguh BC1 70 - 105 5 69 26 H Gp Bersudut Teguh