pH, EH dan EC: Indikator Uji Cepat Kesuburan Tanah Tanah merupakan salah satu komponen lahan yang mempunyai peranan penting terhadap pertumbuhan pertumbuhan tanaman tanaman dan produksi tanaman, tanaman, karena karena tanah selain berfungsi sebagai media tumbuh tanaman juga berperan dalam menyediakan unsur hara yang diperlukan tanaman untuk mendukung pertumbuhan tanaman. Status kesuburan tanah merupakan indikator awal yang ingin diketahui petani untuk menilai apakah tanah garapannya termasuk subur atau tidak. Status kesuburan tanah ini menjadi tolak ukur awal bagaimana bagaimana mengetahui mengetahui keunggulan keunggulan dan kelemahan kelemahan tanah garapan. Indikator sederhana yang digunakan digunakan untuk mengetahui status kesuburan tanah ini adalah dengan mengukur nilai potensial redoks (Eh), kemasaman tanah (pH), dan konduktivitas listrik (EC) tanah. Status Eh, pH dan EC tanah mempengaruhi sifat perilaku unsur hara dalam tanah. Sehingga ketiga indikator ini menjadi komponen dalam pengukuran status hara secara cepat di lapangan. Potensial Redoks (Eh)
Potensial redoks (Eh) merupakan indeks yang menyatakan kuantitas elektron dalam suatu sistem (Syekhfani, 2014a). Oksidasi-reduksi merupakan reaksi pemindahan elektron dari donor elektron kepada aseptor elektron. Donor elektron akan teroksidasi karena pelepasan elektron, sedangkan aseptor elektron akan terduksi karena penambahan elektron. Proses ini berlangsung secara simultan, sehingga sering disebut sebagai reaksi redoks (Kyuma 2004a). Potenisial redoks juga dipengaruhi oleh aktivitas mikro organisme, dimana menurut Yoshida (1978), aktivitas mikro organisme tidak hanya mempengaruhi proses transformasi senyawa-senyawa organik dan anorganik, tetapi juga mempengaruhi kemasaman dan potensial redoks tanah. Menurut Tan (1982), keseimbangan redoks biasanya dinyatakan dengan konsep potensial redoks (Eh). Secara umum, reaksi sel-paruh dari suatu sistem oksidasi-reduksi dapat digambarkan sebagai berikut: Bentuk teroksidasi + ne - ↔ Bentuk tereduksi Potensial sel-paruh dari reaksi di atas dapat dirumuskan menurut hokum Nernst sebagai berikut: Eh = E0 + RT/nF log (bentuk teroksidasi)/(bentuk tereduksi) tereduksi) Potensial redoks (Eh) adalah potensial elektroda standar sel-paruh diukur terhadap suatu elektroda penunjuk standar, yaitu elektroda hidrogen. Sedangkan Sedangkan E 0 adalah suatu tetapan, yang disebut potensial redoks baku dari sistem, dan RT/F=0.0592 pada 25 o C. Jika aktivitas dari spesies-spesies teroksidasi dan tereduksi sama dengan satu, rasio tersebut menjadi = 1, dan nilai log-nya = 0, maka Eh = E 0. Oleh karena itu, potensial redoks baku didefinisikan sebagai potensial redoks dari sistem dengan aktivitas spesies teroksidasi dan tereduksi sama dengan satu (Tan 1982). Selain Eh, reaksi redoks juga dicirikan oleh aktivitas elektron, e -. Jumlah e - atau aktivitas elektron menentukan proses oksidasi-reduksi. Berdasarkan reaksi di atas, jika proses reduksi dominan, maka jumlah elektron akan meningkat. Hubungan antara potensial redoks dengan aktivitas elektron dapat dirumuskan sebagai berikut: Eh = (2,3RT/F) pe Aktivitas elektron dinyatakan dengan pe, dimana pe = -log [e -], R = konstanta gas, T = temperatur absolut (K), dan F = tetapan Faraday. Pada suhu 298 K (25 o C), maka rumus tersebut menjadi: Eh = 0.059 pe
Sposito (2008) menghitung nilai pe dengan pendekatan : pe=8.86−pH. Menurut Ponnamperuma (1978), nilai Eh atau pe yang tinggi dan positif menunjukkan kondisi oksidatif, sebaliknya nilai Eh atau pe yang rendah bahkan negatif menunjukkan kondisi reduktif. Potensial redoks mempengaruhi status N dalam tanah, ketersediaan P dan Si, kadar Fe 2+, Mn2+, dan SO42- secara langsung dan kadar Ca 2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+ dan MoO42- secara tidak langsung, dan dekomposisi bahan organik dan H 2S. Pengukuran Eh pada tanah-tanah reduktif memiliki beberapa keterbatasan. Sistem tanah sangat heterogen dan sulit untuk memperoleh potensial keseimbangan yang tepat. Selain itu, beberapa pasangan redoks yang penting, seperti NO 3-/NH4+, SO42-/S2-, CO 2/CH4, dan pasangan redoks organik, tidak bersifat elektroaktif, tetapi dapat mengganggu pengukuran Eh dengan menghasilkan potensial campuran (Kyuma 2004a). Menurut Stumm dan Morgan (1970) dalam Kyuma (2004a), pengukuran Eh hanya dapat dilakukan dengan tepat untuk pasangan Fe 3+/Fe2+ dan Mn4+/Mn2+ dengan kadar lebih tinggi dari 10 -5 M dalam air alami. Menurut Lindsay (1979), elektroda platina biasa digunakan untuk pengukuran potensial redoks dalam tanah. Akan tetapi, elektroda tersebut tidak berfungsi dengan baik pada tanah yang berada pada kondisi oksidatif. Reaksi redoks terjadi pada hampir semua tanah. Biasanya, reaksi oksidasi berkaitan dengan kondisi tanah berdrainase baik, sedangkan proses reduksi berkaitan dengan kondisi tanah berdrainase buruk atau apabila terdapat air berlebih. Kondisi redoks tanah mempengaruhi stabilitas senyawa-senyawa besi dan mangan. Nilai Eh merupakan penciri paling penting dalam evaluasi status unsur dalam tanah. Berdasar pada hubungan antara sifat-sifat tanah dan pertumbuhan tanaman, maka status redoks dikelaskan ke dalam empat kategori: oksidasi, reduksi lemah, reduksi sedang, dan reduksi kuat (Tabel 1). Tabel 1. Gradasi Status Redoks Tanah (Liu, 1985 dalam Syekhfani, 2014a)
Reaksi reduksi-oksidasi pada Inceptisol yang berdrainase baik dan dilakukan penjenuhan menunjukkan bahwa nitrat hilang dari larutan tanah, kemudian Mn 2+ dan Fe2+ mulai muncul sementara larutan sulfat habis (Gambar 1). Akumulasi methane meningkat secara eksponensial dalam tanah setelah sulfat tidak terdeteksi dan tingkat Mn 2+ dan Fe2+ telah stabil. Selama waktu inkubasi sekitar 40 hari, nilai pH dalam larutan tanah meningkat 6.3-7.5 dan asam asetat serta gas hidrogen diproduksi. Kedua senyawa terakhir adalah produk umum dari fermentasi, proses metabolisme mikroba yang terjadi ketika kadar oksigen yang sangat rendah, sehingga degradasi humus menjadi senyawa organik sederhana, terutama asam organik, bersama dengan produksi H 2 dan CO2. Konsentrasi asetat yang dilaporkan (milli molar) dan gas H2 (mikro molar dalam larutan tanah) merupakan fermentasi aktif yang khas. Produk fermentasi ini
terakumulasi selama tahap awal inkubasi, kemudian habis seiring dengan tingkat Mn 2+ dan Fe2+ meningkat atau produksi methane dimulai, kondisi ini menunjukkan konsumsi oleh komunitas mikroba selama tahap terakhir (Sposito, 2008).
Kemasaman Tanah (pH)
Skala pengukuran pH menunjukkan tingkat kemasaman dan kebasaan. Larutan tanah tidak sepenuhnya memiliki pH “netral”, dimana konsent rasi H+ tidak sepenuhnya nol, karena air memiliki sedikit ion-ion bermuatan. Kemasaman tanah ditunjukkan dalam reaksi : H2O
↔ H+ + OH-
Reaksi tanah atau kemasaman tanah, dengan simbol pH, merupakan logaritma negatif kepekatan ion-ion H+ dalam gram per liter. Bila kepekatan ion H+ dinyatakan sebagai CH+, maka pH = log10CH+. Pada kepekatan H+ larutan 10-2 (1/100) gram ion per liter, nilai pH = log10 10-2 (1/100) = 2. Air murni tidak masam ataupun alkalin mengandung ion H+ dan OH- sama. Dalam larutan netral CH+ = COH+10-7; pH = 7.0. Kelebihan H+ menandai tingkat kemasaman dan OH- tingkat kealkalian. Dalam larutan air murni, kepekatan ion H+ dan OH- adalah 10-14. Sebagai contoh COH- = 10-5, maka CH+ = 10-14/ 10-5 = 10-9 dan pH = 9. Tanah-tanah di daerah basah dengan drainase baik cenderung bersifat masam dan pH rendah. Tanah-tanah tegalan berdrainase baik biasanya bersifat lebih masam daripada di dataran atau lembah karena pencucian basa-basa lebih intensif (Syekhfani, 2014b). Troeh dan Thompson (2005) menyampaikan bahwa pH tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor termasuk lima faktor pembentuk tanah ditambah musim tanam, pola tanam, contoh tanah horizon, kadar air data waktu pengambilan contoh tanah dan cara penentuan pH. Vegetasi mempengaruhi pH tanah secara kompleks karena vegetasi menghasilkan bahan organik dan mempengaruhi pencucian. Bahan organik yang terdekomposisi akan menghasilkan asam organik yang meningkatkan kapasitas tukar kation, namun menurunkan kejenuhan basa dan pH. Basa-basa yang dihasilkan dari bahan organik dan dari pelapukan mineral tanah akan diserap oleh akar dan kombinasi dasar kation lainnya akan melepaskan ion H+ dari akar sehingga menurunkan pH di daerah perakaran. Proses pencucian dapat pula menurunkan tingkat kemasaman tanah yang dipengaruhi oleh pertumbuhan tanah dan iklim. Akar-akar tanaman yang telah tumbuh besar akan meningkatkan porositas tanah dan dengan adanya curah hujan yang tinggi akan mempercepat proses pencucian. Proses pencucian terjadi dengan adanya basa-basa dalam tanah yang hilang sehingga menurunkan pH tanah.
Konduktivitas Listrik (EC)
Konduktivitas listrik (EC) digunakan untuk mengetahui tingkat kegaraman yang ada dalam tanah. Konduktivitas Listrik (EC), adalah fenomena aliran listrik berasal dari muatan partikel (ion, koloid) yang membentuk kekuatan medan listrik (Syekhfani, 2014c). Komponen padatan dan cairan tanah, yang terdiri dari senyawa dan unsur mengandung ion (kation, anion) bermuatan positif (+) dan negatif (-); saat terjadi aliran listrik dari + ke – melalui media cair, akan muncul daya medan listrik yang berpengaruh terhadap mobilitas ion/koloid yang merupakan sumber unsur hara bagi pertumbuhan tanaman. Umumnya, tingkat kegaraman dalam tanah yang tinggi terjadi pada tanah dalam wilayah arid dan seminaris, dimana curah hujan tahunan lebih rendah daripada tingkat evapotranspirasi. Selain pada lahan
arid dan semiarid, praktek pengelolaan lahan dengan sistem irigasi juga memicu terjadinya peningkatan kadar garam dalam tanah. Bohn, McNeal dan O’Connor (2001) menjelaskan bahwa terdapat tiga sumberdaya alam yang mempengaruhi kadar salinitas tanah, yaitu pelapukan bahan mineral, curah hujan dan garam-garam dari fosil, selain itu aktivitas manusia yang menambahkan garam melalui irigasi dan limbah industri di daerah salin juga berkontr ibusi terhadap kadar salinitas tanah. Sumber garam dalam tanah paling besar berasal dari batuan yang tersingkap dan kerak bumi, dimana garam telah dilepaskan selama proses pelapukan kimiawi dan fisik. Pada daerah humid, larutan garam dalam profil tanah dibawa ke lapisan tanah bawah melalui proses perkolasi air hujan dan dialirkan ke lautan. Pada daerah arid, pencucian terjadi secara lokal. Garam cenderung menumpuk karena tingkat curah hujan yang rendah, laju evaporasi dan transpirasi tanaman tinggi. Ion yang dilepaskan ke dalam larutan tanah melalui pelapukan mineral, atau berasal dari intrusi air permukaan atau air tanah saline, cenderung menumpuk dalam mineral sekunder yang terbentuk sebagai tanah kering. Mineral sekunder ini meliputi mineral liat, karbonat dan sulfat, dan klorida. Karena Na, K, Ca, dan Mg relatif mudah dibawa ke dalam larutan baik sebagai kation dapat ditukar dari smektit dan ilit, atau sebagai kation struktural terlarut dari karbonat, sulfat, dan klorida, menyebabkan kation berkontribusi paling besar terhadap salinitas tanah (Sposito, 2008). Karakteristik tingkat keragaman yang berpengaruh terhadap kualitas tanah ditunjukkan dengan nilai ESP (exchangeable sodium percentage) dan SAR (sodium adsorption ratio). Konsentrasi larutan sodium dalam berat isi larutan harus diukur dan dipisahkan dari total Jumlah sodium yang diekstrak untuk mendapatkan nilai sodium dapat ditukar (Na-dd). Soil Science Society of America (1973) mengelompokkan kadar garam yang berpengaruh terhadap kualitas tanah ke dalam 4 kelas, yaitu tanah normal, tanah salin, tanah sodik, dan tanah salin-sodik (Tabel 2). Tabel 2. Klasifikasi tanah yang dipengaruhi oleh kadar garam : tradisional dan usulan
Sumber : http://cagust.lecture.ub.ac.id/2014/09/ph-eh-dan-ec-indikator-uji-cepat-kesuburan-tanah/
