Bab II. Dasar-Dasar Hubungan Tanah Dan Tanaman Pendahuluan Tanah: Pertukaran Ion dalam Tanah: a. Pertukaran Kation b. c. d. e. f. g.
Perhit ungan KTK dan KT Perhitungan KTA A Penentuan KTK Keje Ke jenu nuha han n Ba Basa sa Pert Pe rtuk ukar aran an An Anio ion n Kapa Ka passit itas as Pen Penya yang ngga ga Kapasi Kap asitas tas Pertu Pertukar karan an Kation Kation Aka Akarr
Kelarutan Mineral M ineral dalam Tanah Tanah Suplai Hara dari Bahan Organik Pergerakan Ion dari Tanah Tanah ke Akar Serapan Ion oleh Tanaman
Pendahuluan •
•
•
•
Interaksi antara sifat-sifat fisik, kimia, dan biologi dalam tanah akan mengendalikan ketersediaan hara tanaman. Proses interaksi dan bagaimana sifat-sifat tanah tersebut dipengaruhi oleh keadaan lingkungan selama musim tanam memungkinkan optimalisasi ketersediaan hara dan produktivitas tanaman perlu dipahami. Suplai hara ke akar tanaman adalah proses yang dinamis (Gambar 1). Unsur hara tanaman (bentuk kation dan anion) diserap dari larutan tanah; dan dalam jumlah yang kecil ion-ion H+, OH-, dan HCO3- dilepas kembali ke dalam larutan tanah (reaksi 1 dan 2).
Pendahuluan •
•
•
•
Interaksi antara sifat-sifat fisik, kimia, dan biologi dalam tanah akan mengendalikan ketersediaan hara tanaman. Proses interaksi dan bagaimana sifat-sifat tanah tersebut dipengaruhi oleh keadaan lingkungan selama musim tanam memungkinkan optimalisasi ketersediaan hara dan produktivitas tanaman perlu dipahami. Suplai hara ke akar tanaman adalah proses yang dinamis (Gambar 1). Unsur hara tanaman (bentuk kation dan anion) diserap dari larutan tanah; dan dalam jumlah yang kecil ion-ion H+, OH-, dan HCO3- dilepas kembali ke dalam larutan tanah (reaksi 1 dan 2).
•
•
•
Sejalan dengan penyerapan hara oleh tanaman, maka konsentrasi hara di dalam larutan tanah berkurang secara proporsional. Selanjutnya beberapa reaksi kimia dan biologi akan menyangga atau mensuplai kembali ke dalam larutan tanah. Reaksi spesifik itu terjadi tergantung spesifik kation atau anion. Ion dijerap (adsorbed ) ke permukaan mineral tanah kemudian dilepaskan kembali (desorb) dari permukaan ini menjadi tersedia kembali dalam larutan tanah (reaksi 3, Gambar 1). Tanah juga mengandung mineral dapat larut (dissolve) yang mensuplai kembali (resupply) ketersediaan hara ke dalam larutan tanah (reaksi 6, Gambar 1).
•
•
•
•
•
•
Tanah juga mengandung mineral dapat larut (dissolve) yang mensuplai kembali (resupply) ketersediaan hara ke dalam larutan tanah (reaksi 6, Gambar 1). Tambahan hara atau ion melalui pemupukan atau masukan lain akan meningkatkan konsentrasi ion dalam larutan tanah. Sisa-sisa ion dalam larutan, ada yang dijerap ( adsorbed ) ke permukaan mineral (reaksi 4, precipitated d ) sebagai mineral padat (reaksi 5, Gambar 1). Gambar 1) atau diendapkan ( precipitate Mikroorganisme tanah menguraikan sisa-sisa tanaman dan dapat menyerap ion dari larutan tanah ke dalam jaringan tubuhnya (reaksi 7 pada Gambar 1). Ketika mikroba atau organisme lain mati, mereka melepaskan kembali hara tanaman ke larutan tanah (reaksi 8, Gambar 1). Reaksi mikrobiologi penting bagi ketersediaan hara tanaman, seperti sifatsifat lain yang berhubungan dengan produktivitas tanah. Aktivitas mikroba tergantung pada kemampuan mensuplai enerji dari C-organik (seperti: sisa-sisa tanaman), ketersediaan ion anorganik, dan keadaan lingkungan. Akar tanaman dan organisme tanah menggunakan O 2 dan respirasi CO2 dalam aktivitas metabolisme (reaksi 9 dan 10, Gambar 1). Hasilnya, konsentrasi CO2 di udara tanah lebih besar daripada di atmosfer. atmosfer. Diffusi gas dalam tanah berkurang secara dramatis dengan meningkatnya kandungan air tanah yang menempati pori tanah. Faktor lingkungan dan aktivitas manusia dapat mempengaruhi konsentrasi ion dalam larutan tanah, yang berhubungan dengan interaksi proses mineral dan biologi dalam tanah (reaksi 11 dan 12 pada Gambar 1). Sebagai contoh, penambahan penambahan pupuk P pada tanah, tanah, awalnya konsentrasi H2PO4- meningkat dalam dalam larutan tanah. Sejalan dengan waktu, konsentrasi H2PO4- akan menurun karena diserap oleh tanaman (reaksi 1 pada Gambar 1), H2PO4- dijerap pada permukaan mineral mineral (reaksi 4,Gambar 1), dan P-mineral diendapkan (reaksi 5, Gambar 1).
Pengangkutan Unsur hara Udara tanah
10
i s b r o 1 s b a
9
n a s a2 p e l e p
3
Larutan Tanah
8
7
12
n a i c u c n e p
n a h a b m11 a n e p
4 5
6
Hujan, evaporasi, drainase
Gambar Gambar 2.1. Diagram Diagram macam komponen tanah yang yang mem mempengaruh pengaruhii konsentrasi hara tanaman dalam larutan tanah.
•
•
•
PERTUKARAN ION DALAM TANAH Pertukaran kation dan anion dalam tanah terjadi pada permukaan mineral liat, senyawa anorganik, bahan organik, dan akar (Gambar 2.2). Ion dipertukarkan merupakan proses bolak-balik dimana kation dan anion dijerap pada permukaan pertukaran dengan kation atau anion lain dalam fase cair. Peranan KTK lebih besar dari KTA pada sebagian besar tanahtanah pertanian.
Gambar 2.2. Diagram Permukaan pertukaran organik dan mineral dalam tanah.
Udara Tanah
Liat
Bahan Organik
Udara Tanah
Batu Kapur
Udara Tanah
Permukaan Akar
a. Pertukaran Kation •
•
• •
•
•
Bahan padat tanah ± 50% dari volume tanah, sisanya ditempati oleh air dan udara. Perbandingan bagian mineral anorganik dan bahan organik bervariasi, keduanya bergantung pada tingkat pelapukan dan humifikasi. Fraksi anorganik terdiri atas partikel pasir, debu, dan liat. Fraksi liat terdiri dari mineral aluminosilikat yang tersusun dari lempeng lapisan silika (Si) tetrahedral dan aluminium (Al) oktahedral. Struktur Si tetrahedral : satu kation Si+4 berikatan dengan empat anion O-2, dimana struktur Al oktahedral adalah satu kation Al+3 berikatan dengan 6 anion OH-. Lempengan atau lapisan memanjang dari tetrahedral atau oktahedral berikatan bersama-sama membentuk alumino silikat atau mineral liat.
•
Mineral liat ada dalam bentuk : - 1 : 1 → Kaolinit : Tersusun dari satu lapisan Si & satu lapisan Al - 2 : 1 → mika, montmorillonit, dan vermikulit : tersusun dari lapisan Al oktahedral antara dua lapisan Si tetrahedral - 2 : 1 : 1 → Khlorit : Aluminosilikat 2 : 1 : 1 yang lazim terdapat dalam tanah. Terdiri dari suatu lapisan antar Al (tanah masam) atau lempeng hidroksida Mg (tanah basa) berhubungan dengan lapisan pada struktur 2 : 1.
•
•
•
Mineral liat : muatan permukaan negatif (KTK) dan positif (KTA). Sumber utama muatan negatif : Pergantian kation Si+4 tetrahedral atau Al+3 oktahedral dengan kation bermuatan lebih rendah. Pergantian kation dalam mineral disebut substitusi isomorfik dan terutama terjadi pada mineral 2 : 1, sedangkan pada mineral 1 : 1 substitusi sangat kecil.
•
•
•
•
•
Mika : Substitusi Al+3 menggantikan kation Si+4, sehingga melepas satu muatan positif dari lapisan tetrahedral yang meningkatkan satu muatan negatif (-). Montmorillonit : Substitusi Mg+2 atau Fe+2 pada Al+3 oktahedral, meningkatkan satu muatan negatif untuk setiap substitusi. Substitusi isomorfik mineral 2 : 1 → Mika dan montmorillonit (Gambar 2.5). Nonsubstitusi mineral 2 : 1 → Pyrophylit (Gambar 2.4). Substitusi vermikulit 2 : 1 → isomorfik terjadi pada kedua lapisan tetrahedral dan oktahedral.
Lempeng Tetrahedral
Gambar 2.3. Struktur kimia dari Si tetrahedral, Al octrahedral, lempeng tetrahedral dan octrahedral (disadur dari Sposito, 1989, Chemistry of the Soil)
Lempeng Octrahedral
Al-octahedral
Si-tetrahedral Kaolinit
Gambar 2.4. Struktur mineral 1 : 1, kaolinit, dan mineral 2:2, pirophehillit tidak terjadi substitusi isomorfik dalam lapisan tetrahedral atau octahedral ( Bear [Ed.l],
Gambar 2.5. Struktur mika, montmorillonit, dan vermikulit semua mineral 2:1. Terjadi substitusi isomorfik dalam lapisan tetrahedral dan oktahedral (Bear [Ed.l],
Tabel 2.1. Mineral Aluminosilikat dalam Tanah Secara Umum
Mineral liat
Tipe Lapisan
Lapisan bermuatan
Jarak Muatan (A)
KTK (me/100g)
pHbergantung muatan
Kaolimit Mika (Illite) Vermikulit Montmorillonit Terikat* Bahan Organik
1:1 2:1 2:1 2:1 2:1:1
0 1,0 0,8 0,4 1,0
7,2 10 10-15 Tidak tetap 14
1-10 20-40 120-150 80-120 20-40 100-300
Tinggi Rendah Rendah Rendah Tinggi Tinggi
*terikat mineral 2:1:1 dengan antar Lapisan mg atau Al Hidroksida
Gambar 2.6. Muatan begantung pH dan permanen dihubungkan dengan mineral liat. ) g 0 0 1 / e m ( n a t a u M
Bergantung pH
Bergantung pH
Masam
pH netral
Basa
Gambar 2.7. Muatan bergantung pH dihubungkan dengan tepi patahan dari kaolinit
Gambar 2.8. Dianjurkan struktur untuk humik masam dalam tanah. Grup COOH dan OH adalah tempat bergantung pH, dimana meningkatkan tempat pH meningkat (-) atau KTK dan mengurangi tempat meningkatkan pH (+) atau KTA.
b. Penentuan KTK dan KTA •
•
•
•
KTK satu bagian penting sifat kimia tanah yang mempengaruhi ketersediaan hara dan retensi dalam tanah. Bobot atom (BA)
= gram/6 x 1023 ion atau molekul
Bobot ekuivalen (BE) = gram/6 x 1023 muatan (-) atau (+) = g/mol muatan = g/ek Dalam reaksi, BA dan BE berkaitan. Contoh : tanah mengandung 1 mol kation K + 1 mol K+ = 6 x 1023 K+ = 6 x 1023 atau 1mol muatan (+) BA K+ = 39 g/mol K+ Jadi, BE K+ = 39 g/mol muatan (+) atau 39 g/ek. Karena jumlah ion dan muatan sama, atau bervalensi 1, maka BA K = BE K.
Untuk ion bivalen seperti Ca : 1 mol Ca+2 = 6 x 1023 Ca+2 = 2 x (6 x 10 23) muatan (+) = 2 mol muatan (+) BA Ca+2 = 40 g/mol Ca+2. Jadi BE Ca+2 = 40 g/2 mol muatan (+) atau 20 g/1 mol muatan (+) = 20 g/ek. Untuk ion trivalent, seperti Al+3 : 1 mol Al+3 = 6 x 1023 Al+3 = 3 x (6 x 1023) muatan (+) = 3 mol muatan (+) BA Al+3 = 27 g/mol Al+3 Jadi BE Al+3 = 27g/3 mol muatan (+) atau 9 g/1 mol muatan (+) = 9 g/ek. Kegunaan BE dalam kesuburan tanah untuk menghitung semua kation dan anion dalam reaksi pertukaran (Gambar 2.2.).
Contoh : - JIka K+ menggantikan tempat Ca+2 pada permukaan pertukaran, maka diperlukan 2 mol K+ untuk menempati atau menukar 1 mol Ca+2 {2 muatan (+) ditukar dengan 2 muatan (+)}. - Jika Ca+2 menggantikan Al+3, maka 3 mol Ca+2 menggantikan 2 mol Al+3 {6 muatan (+) ditukar dengan 6 muatan (+)}. Karena itu, 1 mol muatan (+) menggantikan 1 mol muatan (+) tanpa memperhatikan ion-ion yang terlibat dapat diturunkan : 1 ekuivalen A = 1 ekuivalen B Di mana A dan B adalah ion-ion atau senyawa-senyawa yang terlibat dalam reaksi.
•
Bobot ekuivalen suatu senyawa ditentukan oleh reaksi yang terlibat. Contoh : CaCO3 + 2H+
•
•
< == > Ca+2 + CO2 + H2O
Bobot ekuivalen CaCO3 ditentukan dari Tabel Periodik, jadi : Bobot 1 mol CaCO 3 (100g/mol) menetralkan atau bereaksi dengan 2 mol 2H+; ingat 1 mol H+ = 1 ekuivalen H+ {1 mol ion = 1 mol muatan ion univalent), jadi 100 g CaCO 3
50 g CaCO 3
------------------- = ---------------2 mol H+
1 mol H+
50 g CaCO3 =
---------------Ek
•
•
•
•
KTK tanah sangat dipengaruhi oleh sifat dan jumlah mineral liat serta bahan organik di dalam tanah (Tabel 2.1.). Tanah dengan dominansi liat 2 : 1 mempunyai KTK > dari tanah yang didominasi mineral liat 1 : 1. Tanah dengan kandungan liat dan bahan organik tinggi mempunyai KTK > dari tanah berpasir dan b.o. rendah. Nilai KTK beberapa tipe tanah dengan tekstur berbeda adalah sebagai berikut:
Nilai KTK beberapa tipe tanah dengan tekstur berbeda adalah sebagai berikut: Tekstur Tanah
KTK (me/100 g)
Pasir (warna terang)
3-5
Pasir (warna gelap)
10 - 20
Lempung
10 - 15
Lempung debu
15 - 25
Liat dan lempung liat
20 - 50
Tanah organik
50 - 100
Contoh pentingnya kandungan dan tipe mineral liat, serta bahan organik terhadap KTK; Tanah mempunyai 27 % liat (1/3 nya terdiri dari kaolinit, monmorillonit, vermikulit) dan 4 % bahan organik. Hitung KTK dalam me/100 g tanah tersebut. Kaolinit ---- > 10 me/100 g x 9 % = 0,9 Montmorillonit ---- > 100 me/100 g x 9 % = 9,0 Vermikulit ----- > 140 me/100 g x 9 % = 12,6 Bahan organik ----- > 200 me/100 g x 4 % = 8,0 Jadi KTK tanah = 30,5 me/100 g
Kecuali Al+3 sebagian besar kation dipertukarkan merupakan hara tanaman (Tabel 2.2). Dalam tanah masam kation-kation penting adalah Al +3, H+, Ca+2, Mg+2, dan K+; sedangkan dalam tanah netral dan basa kation yang dominan adalah Ca +2, Mg+ 2 , K+ , dan Na+. Kation dijerap sebagai KTK dengan kekuatan jerapan yang berbeda, dengan mudah mempengaruhi kation mana yang dapat dilepaskan atau dipertukarkan dengan kation lain. Untuk sebagian besar mineral, kekuatan jerapan kation, atau seri liotropik (lyotrpic series) adalah : Al+3 > H+> Ca+2 > Mg+2 > K+ = NH4+ > Na+
•
•
•
Sifat kation menentukan kekuatan jerapan atau kemudahan pelepasannya. Pertama, kekuatan jerapan secara proporsional langsung untuk muatan kation (> muatan > kekuatan jerapan). Ion H+ unik karena ukurannya sangat kecil dan kerapatan muatan tinggi; kekuatan jerapannya antara Al+3 dan Ca+2. Kedua, kekuatan jerapan untuk kation dengan muatan serupa ditentukan oleh ukuran atau jari-jari kation hidrat (Tabel 2.2). Sebagaimana ukuran dari kation hidrat meningkat, jarak antara kation dan permukaan liat meningkat. Kation hidrat lebih besar tidak dapat berfungsi sebagai penutup untuk permukaan pertukaran bagi kation yang lebih kecil, hasilnya kekuatan jerapan berkurang.
Tabel 2.2. Hubungan Kation dan Anion dengan Permukaan Pertukaran dalam Tanah Ion
BA (g/mol)
B.E * (g/ek.)
Non Hidrat
Jari-jari Ionik Hidrat
- - - - - nm - - - - Kation Al+3 H+ Ca+2 Mg+2 K+ NH4+ Na+ Anion H2PO4SO4 NO3ClOH-
27 1 40 24 39 18 23
9 1 20 12 39 18 23
97 96 62 35 17
97 48 62 35 17
* g/ek. atau mg/me.
0,051 0,099 0,066 0,133 0,143 0,097
0,96 1,08 0,53 0,56 0,97
c. Penentuan KTK Mengukur KTK secara konvensional dengan mengekstraksi contoh tanah dengan amonium asetat (NH4OAc) netral. Semua kation yang dapat dipertukarkan ditempati oleh NH4+ dan KTK dijenuhi dengan NH4+. Jika tanah dijenuhi NH4+ diekstrasi dengan larutan garam berbeda, seperti BaCl2, Ba+2 akan menempati NH4+. Jika suspensi BaCl2-tanah disaring, filtrat akan mengandung NH4+ yang sebelumnya dijerap sebagai KTK. Jumlah NH4+ yang dilepaskan diukur dari KTK (lihat Gambar 2.9). Contoh, konsentrasi NH4+ dalam filtrat 270 ppm (20 g dari tanah yang diekstrak dengan 200 ml larutan KCl). KTK di hitung sebagai berikut : 270 ppm NH4+ = 270 mg NH4+ /1 (270 mg NH4+ /1) X (0,21/20 g tanah) = 2,7 mg NH4+ /g tanah (2,7 mg NH4+ /g tanah)/(18 mg NH4+ /me) = 0,15 me KTK/g tanah 0,15 me KTK/g tanah X 100/100 = 15 me/100 g tanah KTK = 15 me/100 g tanah
Gambar 2.9. Proses pertukaran kation pada permukaan jerapan
Gambar 2.10. Permukaan Pertukaran Masam dan Basa
d. Kejenuhan Basa Didefinisikan sebagai persentase KTK total yang diisi oleh Ca+2, Mg+2,K+ dan Na+. Dalam gambar 2.10, kation pada kedua pertukaran masam (Al+3, H+) dan basa (Ca+2, Mg+2,K+). Dalam contoh ini, Na+ tidak diikutsertakan pada basa karena sebagian besar tanah dengan kemasaman yang dipertukarkan cukup besar dan biasanya kandungan Na+ dipertukarkan dapat diabaikan. Sebagai muatan basa adalah 12 (+) dan sebagai muatan masam 12 (+), atau KB 50% (12/24 X 100). Perkiraan ion di bawah ini diukur dalam 200 ml ekstrak NH4OAc, dihasilkan dari pencucian 20 g tanah contoh KTK sebelumnya, dimana KTK = 15 me/100 g tanah. Ca+2 = 100 ppm Mg+2 = 30 ppm K+ = 78 ppm
BE kation dapat dilihat dalam Tabel 2.2. Mengikuti perhitungan tersebut jelas konsentrasi kation dalam KTK akan menentukan % KB Ca+2 = 150 ppm = 150 mg/1 x (0,21/20 g tanah)/(20 mg/me) x 100/100 = 7,5 me Ca+2 /100 g tanah. Mg+2 = 30 ppm = 30 mg/1 x (0,21/20 g tanah)/(12 mg /me) x 100/100 = 2,5 me Mg+2 /100 g tanah. K+ = 78 ppm = 78 mg /1 x ( 0,21/20 g tanah)/(39 mg/me) x 100/100 = 2 me K+ /100 g tanah Total = 12 me basa /100 g tanah. % Kejenuhan Basa (KB) = (total kation basa/KTK x 100 % = [(12 me/100 g)/(15 me/100 g)] x 100 % = 80% Kejenuhan dengan banyak kation dapat dihitung dengan cara yang sama. Contoh dari data sebelumnya, % kejenuhan Mg = (2,5 me Mg/15 me KTK) x 100 = 16,7% Mg.
•
•
•
Secara umum, % KB pada tanah yang tidak diolah di daerah arid > tanahtanah daerah humid (lembab). Daerah humid yang berbahan induk kapur atau batuan beku basal % KB biasanya > tanah-tanah yang terbentuk dari batupasir (sandstones) dan batuan beku masam (acidic igneous rocks). Ketersediaan Ca+2, Mg+2 dan K+ bagi tanaman akan meningkat sejalan dengan meningkatnya % KB. Contoh: tanah dengan KB 80% akan menyediakan kation jauh lebih mudah daripada tanah dengan KB 40%. Hubungan antar % KB dengan ketersediaan kation dimodifikasi oleh sifat alami koloid tanah. Biasanya tanah yang kaya BO atau liat 1 : 1 dapat mensuplai kation hara ke tanaman pada % KB < tanah yang kaya liat 2 : 1. KB meningkat dengan meningkatnya pH tanah ( Gambar 2.11). Contoh, pada pH 5.5 setara dengan KB 50% dan pada pH 7.0 setara dengan KB 90%. Walaupun bentuk kurva agak bervariasi di antara tanah yang berbeda, tetapi hubungan KB dengan pH dapat membantu dalam mengevaluasi kebutuhan kapur pada tanah yang masam (Dijelaskan pada Bab 3). Peningkatan pH akan berpengaruh besar terhadap peningkatan KTK BO organik daripada KTK tanah mineral ( Gambar 2.12).
e. Pertukaran Anion Anion dalam larutan tanah dijerap pada permukaan muatan positif (+) mineral liat dan bahan organik. Muatan (+) berperan penting untuk jerapan anion dan terjadinya pertukaran pada tepi mineral (Gambar 2.7) dan bahan organik (Gambar 2.8). Pertukaran anion dapat terjadi dengan guigus OH pada permukaan hidroksil kaolinit. Penggantian ion OH dari hidrous-Fe dan oksida Al berperan penting dalam mekanisme pertukaran anion, terutama pada tanah tropis dan subtropis yang mengalami pelapukan lanjut. KTA meingkat sejalan dengan menurunnya pH (Gambar 2.6). KTA tanah-tanah mineral liat berkisi 1:1 yang bereaksi sangat masam dan mengandung Fei dan Al oksida > tanah mineral liat berkisi 2:1. Mineral montmoriilonit biasanya mempunyai KTA < 5 me/100 g, dimana kaolinit dapat mempunyai KTA sebesar 40 me/100 g pada pH 4,7. Sejumlah anion seperti Cl dan NO3- dapat dijerap, meskipun tidak melelbihi H 2PO4- dan SO4-2. Urutan kekuatan jerapan adalah : H 2PO4- > SO4-2 > NO3- > Cl-. Dalam sebagian besar tanah H 2PO4- adalah anion pertama dijerap, meskipun beberapa tanah masam juga menjerap sejumlah SO 4-2 yang nyata. Mekanisme jerapan H2PO4- dalam tanah lebih komplek daripada daya tarik elektrostatis sederhana sebagaimana SO4-2, NO3-, dan Cl-. H2PO4- dapat dijerap oleh mineral oksida Al dan Fe melalui reaksi yang menghasilkan ikatan kimia non elektrostatis (Gambar 2.13).
8 h a n a T H p
7 6
5 4 20
40 60 80 Kejenuhan basa
100
Gambar 2-11 Hubungan antara pH Tanah dan Kejenuhan Basa
) 300 g 0 0 200 1 / e m (
BahanOrganik
K100 T K
montmorillonit
0 4
5
6
7
8
pH Tanah
Gambar 2-12 Pengaruh pH terhadap KTK murni bahan organik dan mineral liat montmorillonit
Kapasitas tukar anion pada tanah masam
Gambar 2.13. Jerapan kimia Fosfat ( H 2PO4 ) menjadi mineral besi hidroksida ([Fe(OH)3] dalam tanah dan bagaimana pertukaran anion dapat ditunjukan dalam tanah masam.
f. Kapasitas Penyangga Kapasitas penyangga menggambarkan kemampuan tanah mensuplai kembali ion ke dalam larutan tanah. Kapasitas menyangga termasuk semua komponen padat dalam sistem tanah. Kation dan anion harus ada di dalam tamah sebagai senyawa padat, dijerap oleh tempat-tempat pertukaran, dan di dalam bahan organik tanah (Gambar 2.1). Contoh, bila H+ dalam larutan dinetralkan oleh pengapuran, H+ akan dilepas dari tempat pertukaran. pH larutan akan disangga oleh H-dd, dan tidak akan meningkat sampai jumlah H+ yang dapat dipertukarkan nyata dinetralkan. Contoh, akar tanaman menyerap atau melepas sejumlah hara, seperti K+, K-dapat ditukar dilepas dan mensuplai kembali K+ larutan. Dengan beberapa hara, seperti H2PO4-, mineral P padat berubah menjadi larut dan mensuplai kembali atau menyangga konsentrasi H2PO4 larutan.
Kapasitas penyangga (KP) tanah dapat digambarkan oleh perbandingan dari konsentrasi serapan (∆Q) dan larutan (∆I) : Gambar 2.14 menggambarkan hubungan jumlah (Q) dan intensitas (I) di antara dua tanah. Tanah A mempunyai kapasitas penyangga > tanah B seperti ditunjukan oleh kecuraman kurva (∆Q/∆I). Peningkatan konsentrasi dari ion dijerap menaikkan konsentrasi larutan dalam tanah B > tanah A. Ini menunjukkan KPA > KPB. Kemungkinan, berkurangnya konsentrasi larutan karena diserap tanaman akan menurunkan jumlah ion larutan di dalam tanah A < tanah B.
KP tanah meningkat dengan meningkatnya KTK, BO dan bagian padatan lain di dalam tanah. Contoh, KP montmorillonit, yang kandungan BO tinggi > kaoilinit yang mengandung bahan organik rendah. KTK akan meningkat dengan meningkatnya kandungan liat, tanah bertekstur halus akan menunjukkan KP > tanah bertekstur kasar. Jika K + diperrtukarkan berkurang (sebagai akibat diserap tanaman), kapasitas tanah untuk menyangga larutan K + berkurang, sehingga akan terjadi gejala defisiensi. Keadaan ini dibutuhkan pupuk K untuk meningkatkan K + dipertukarkan dan memperbaiki kekurangan K+. Penambahan pupuk P akan meningkatkan jerapan H 2PO4- sedangkan sebagian H2PO4- juga akan dipresipitasi sebagai senyawa P padat yang menyokong KP P dalam tanah. Jadi, ini menunjukkan bahwa KP merupakan salah satu sifat tanah yang sangat penting dan berpengaruh kuat terhadap ketersediaan hara. Gambar 2.15 menggambarkan hubungan kapasitas penyangga di dalam tanah. Jika pupuk P yang sama banyaknya ditambahkan pada dua tanah yang berbeda teksturnya, akan menghasilkan konsentrasi larutan H2PO4- dalam tanah berpasir lebih besar daripada dalam tanah liat, karena KPliat > KP pasir. Contoh lain, jika kita menginginkan konsentrasi larutan P yang tetap sama dalam kedua tanah tersebut, pupuk P yang dibutuhkan untuk tanah liat lebih banyak dibandingkan untuk tanah berpasir, karena KP liat > KPpasir.
Tanah A
J , ) h a l m u J ( n a p a r e J
Tanah B
∆J
Tanah A
Tanah B Larutan (Intensitas), I
Gambar 2.14. Hubungan antara banyaknya hara dijerap dan konsentrasi hara dalam larutan (intensitas). Kapasitas penyangga (∆J/∆I) Tanah A > Tanah B.
Tanah Pasir
P n a t u r a L i s a r t n e s n o K
Tanah Liat
Penambahan Pupuk P
Gambar 2.15. Grafik gambaran pengaruh kapasitas penyangga (KP) pada pertukaran dalam konsentrasi larutan P dengan penambahan pupuk P. Mempertahankan konsentrasi larutan P sama pada 2 contoh tanah, laju pupuk P menjadi lebih besar pada tanah liat daripada tanah berpasir (- - - -). Jika laju pupuk P sama ditambahkan pada kedua tanah (--- -- --) menghasilkan konsentrasi larutan H2PO4- akan menjadi lebih besar pada tanah berpasir dari pada tanah lia. Karena KPliat > KPpasir .
g. Kapasitas Pertukaran Kation Akar Akar tanaman monokotil (rumput-rumputan) mempunyai KTK akar : 10 - 30 me/100 g, tanaman dikotil (berdaun lebar, legume) 40 - 100 me/100 g (Tabel 2.3). Sifat pertukaran dari akar terutama diakibatkan oleh gugus karboksil (COOH), seperti terjadi pada tempat pertukaran humus (Gambar 2.8). Nilai KTK akar 70 - 90%. Legum / kacang-kacangan dan spesies tanaman lain dengan KTK akar tinggi cenderung menyerap kation divalent (bervalensi dua) > kation monovalen; tanaman rumput-rumputan sebaliknya (kation monovalen > kation divalent). Sifat KTK akar membantu untuk menjelaskan, mengapa padang rumputrumputan legum pada tanah dengan kandungan K sangat kurang, rumput-rumputan masih dapat hidup tetapi legum akan mati. Rumput-rumputan menyerap K+ lebih efektif daripada legume.
Tabel 2-3. KTK Akar Spesies
KTK (me/100g) berat kering akar
Gandum Jagung Buncis Tomat
23 29 54 62
Tugas (Latihan Soal) 1.
Tuliskan definisi kation dapat ditukar (KTK). Satuan apa yang biasa digunakan dalam menyatakan KTK ?
2.
Identifikasi asal KTK koloid tanah mineral dan faktor-faktor apa yang mempengaruhi KTK ?
3.
Jelaskan pengaruh dari hal-hal berikut di bawah ini terhadap KTK : a. Peningkatan pH dari 6,0 ke 7,5 b. Peningkatan intensitas pelapukan dalam jangka panjang c. Penambahan sejumlah basa seperti Ca+2 dan Mg+2.
4.
Mineral liat mana yang akan mungkin ada pada tanah masam yang mengalami pelapukan lanjut ?
5.
Kenapa mineral liat tipe 2:1 di Indonesia banyak terdapat pada tanah berbahan induk kapur dan semi arid ?
6.
Jelaskan dua sumber muatan negatif dalam mineral liat !
7.
Apa yang dimaksud dengan kapasitas penyangga ? Sifat tanah apa yang ditentukan oleh kapasitas penyangga ?
8. Larutan mengandung 20 ppm Ca +2 . Nyatakan konsentrasi Ca +2 dalam batasan berikut: a) g Ca +2 dalam 1.000.000 ml air ( ml = 0,001 liter) b) g Ca+2 dalam 100 ml air c) % Ca+2 dalam 100 ml air d) mg Ca+2 /kg air [mg = 0,001 g = 0,000001 kg] e) Molaritas (M atau mol Ca +2 / liter) 9.
Larutan mengandung 0,1 M KOH. Tuliskan reaksi disosiasinya dan hitung konsentrasi K+ yang dinyatakan dalam batasan berikut: a) g K+ /1 b) mg K+ /ml c) mg K + /kg d) ppm K+ e) % K+
10. Tanah mengandung 1.000 ppm Ca+2 (kedalaman 15 cm). Nyatakan konsentrasi Ca+2 mengikuti batasan berikut : a) g Ca+2 /1.000.000 g tanah b) g Ca+2 / 100 g tanah c) % Ca+2 d) mg Ca+2 /kg tanah e) kg/hektar (kedalaman 15 cm). 11. Contoh tanah pada kedalaman 15 cm. Contoh tanah tersebut dianalisis untuk beberapa kation. Menghasilkan : Ca+2 = 453 ppm; Mg +2 = 82 ppm; K+ = 227 ppm; Na + = 28 ppm. a) Hitung setiap hara tersebut dalam kg/hektar atau ton/hektar ! b) Hitung % kandungan setiap hara ! c) Hitung ml/kg setiap hara
Lanjutan Latihan Soal 12. Suatu karutan mengandung : Ca +2 = 1.000 ppm; Mg+2 = 450 ppm; K + = 400 ppm dan Na+ = 460 ppm a. Hitung Mol/liter masing-masing hara. b. Hitung konsentrasi dalam % masing-masing hara. c. Hitung mg/kg masing-masing hara. 13. Satu mol Ca+2 terdapat 6 x 10 23 ion. a. Berapa bobot ion Ca+2 sebanyak itu? b. Berapa muatan individual dalam ion Ca +2 sebanyak itu ? c. Berapa bobot Ca+2 dengan muatan 6 x 10 23 ? 14. Terdapat 6 x 1023 Al+3 dalam 1 mol a. Berapa bobot ion Al+3 sebanyak itu ? b. Berapa jumlah muatan individual dalam ion Al +3 sebanyak itu ? c. Berapa bobot Al+3 dengan muatan 6 x 10 23 ? 15. Satu ekuivalen adalah 6 x 10 23 muatan 1 ion (atau 1 mol muatan). a. Berapa bobot satu ekuivalen Ca +2 ? b. Berapa bobot satu ekuivalen Al+3 ? 16. Satu larutan mengandung 30 ppm Ca+ 2. Berapa mg Ca+2 dalam 500 ml larutan tersebut ? 17. Satu tanah mengandung 800 ppm Ca+2. Hitung kg Ca+2 /ha dan berapa ekuivalen Ca+2 /100 g tanah atau cmol/kg? 18. Satu tanah mengandung 0,5 % Ca+2. Hitung kg Ca+2 /ha atau cmol Ca +2 /kg ? 19. Satu tanah dijenuhi 40 % masam. 10 g tanah dititrasi dengan 25 liter 0,05 N basa. Hitung KTK tanah tersebut ? 20. 20 g tanah diekstrasi dengan amonium asetat dan ekstraknya diencerkan sampai 1 liter. Larutan dianalisa untuk kandungan kation dan mengandung : 38 ppm Ca +2; 9 ppm Mg+2; 7 K+ dan 4 ppm Na+. Jika KTKnya 20 cmol/kg, hitunglah kejenuhan basa tanah tersebut ?
•
•
Pertemuan Ke 4 :
Suplai Hara dari Bahan Organik Aktivitas mikrobial dan siklus hara melalui substansi bahan organik tanah berdampak terhadap ketersediaan hara tanaman. Konsentrasi N, S, P, dan beberapa hara mikro dalam larutan tanah memiliki hubungan erat dengan fraksi organik di dalam tanah. Pada tanah yang belum diolah (virgin) kandungan bahan organik ditentukan oleh tekstur tanah, kemiringan, dan kondisi ikilim yang berpengaruh kuat terhadap fiksasi CO 2 oleh tanaman (total biomassa tanaman) dan didaur ulang ke dalam tanah.
Proses Mineralisasi dan Immobilisasi Bahan Organik Tanah (BOT)Inti Ketersediaan Hara dari BOT
Hara dalam komplek Organik
Mineralisasi Immobilisasi
Hara anorganik dalam larutan
Tanaman dan Hewan Permukaan tanah
Hara
Dekomposisi sisa organik (10-20%)
Biomassa heterotropik (1-8%)
Produk mikrobia
Organik resisten secara biologi
Humus Tanah (50-85%)
Gambar 2.14. Konsep model degradasi residu tanaman menjadi humus tanah yang stabil. Relatif ukuran mikrobia dan komponen biomassa diperlihatkan. (Doran and smith, 1987, dalam Havlin J.L. et al.,2005)
Pergerakan Ion dari Tanah ke Akar
Ion diserap oleh akar tanaman membutuhkan kontak antara ion dan permukaan akar. Ada 3 mekanisme pergerakan ion untuk mensuplai hara ke akar tanaman : 1. Intersepsi akar 2. Aliran massa 3. Diffusi ad. 1. Intersepsi akar menggambarkan pertukaran ion melalui kontak secara fisik antara akar dan permukaan mineral (gambar 2.15). Ion diserap oleh melalui intersepsi akar ditingkatkan melalui peningkatan jumlah dari penyerapan akar dalam volume tanah yang ada. Sebagaimana akar berkembang dan lebih memanfaatkan tanah, larutan tanah dan permukaan tanah menahan ion dijerap dilindungi untuk meningkatkan massa akar. Ion H + dijerap kepermukaan dari rambut akar mungkin menukar dengan memegang ion pada permukaan liat dan bahan organik karena kontak lebih dalam antara akar dan partikel tanah. Ion dipegang oleh kekuatan elektro statik pada goyangan ini diantara
volume tertentu (gambar 2.15). Jika volume goyangan dari 2 ion saling melengkapi, terjadi pertukaran ion. Dalam jalan ini Ca +2 pada permukaan liat dapat diserap oleh akar dan digunakan oleh tanaman. Ion dipegang oleh kekuatan elektro statik pada goyangan ini diantara volume tertentu (gambar 2.15). Jika volume goyangan dari 2 ion saling melengkapi, terjadi pertukaran ion. Dalam jalan ini Ca+2 pada permukaan liat dapat diserap oleh akar dan digunakan oleh tanaman.
Tabel 2.4. Perbedaan Intersepsi, Aliran massa, dan Diffusi akar dalam Pengangkutan Ion ke Akar Tanaman Jagung % Suplai oleh
Unsur Hara
N P K Ca Mg S Cu Zn B Fe Mn Mo
Kebutuhan Hara 200 bu/ acre jagung
225 45 200 50 55 25 0,12 0,40 0,25 2,50 10,40 0,012
Intersepsi Akar
Aliran massa
diffusi
1 2 2 120 27 4 8 25 8 8 25 8
99 4 20 440 280 94 400 30 350 40 130 2
0 94 78 0 0 2 0 45 0 52 0 0
Keterangan: perkiraan kontribusi diffusi dengan perbedaan antara total hara yang dibutuhkan dan jumlah yang diangkat melalui intersepsi dan aliran massa.
Gambar. 2.15. Pengertian Model Intersepsi Akar atau Kontak Pertukaran dari Hara antara Ion pada Tanah dan Tempat Pertukaran Akar. Volume goyangan saling melengkapi Penyebab Pertukaran dari H+ pada akar dengan K+ pada permukaan mineral liat.
Tabel 2.5. Pengaruh Inokulasi Endomycorrhiza dan P Terhadap Kandungan Hara dalam Pupus Jagung Kandungan dalam pupus (µg)
Tanpa P
Unsur
Tanpa
Penambahan 25 ppm P
Mycorrhiza
Mycorrhiza
Mycorrhiza
Mycorrhiza P
Tanpa
750
1.340
2.970
5.910
K Ca
6.000 1.200
9.700 1.600
17.500 2.700
19.900 3.500
Mg
430
630
990
1.750
Zn
28
95
48
169
Cu
7
14
12
30
Mn Fe
72 80
101 147
159 161
238 277
Sumber : Lambert et al., 1979, J. Soil Sci. 43.976 dalam Havlin J.L at al., 2005.
Gambar 2.23. Perbandingan antar Diffusi Sederhana Dengan Pengangkutan Difasilitasi Thd Laju Pengangkutan Glukosa Melintasi Suatu Membran
