Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

BAHAN KAJIAN MK. DASAR ILMU TANAH DASAR-DASAR SIFAT KIMIA TANAH www.marno.lecture.ub.ac.id.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "BAHAN KAJIAN MK. DASAR ILMU TANAH DASAR-DASAR SIFAT KIMIA TANAH www.marno.lecture.ub.ac.id."— Transcript presentasi:

1 BAHAN KAJIAN MK. DASAR ILMU TANAH DASAR-DASAR SIFAT KIMIA TANAH

2 Review Satuan (Unit) “mole” menyatakan jumlah unsur atau senyawa yang mengandung atom atau molekul sebanyak bilangan Avogadro (6.023x ) 1. ppm = tidak lazim pada kebanyakan journal saat ini, lazimnya disebut dengan : mg kg -1, mg L Molarity (Moles L -1 ; M) (sangat populer) 3. Molality (Moles kg -1 ; m) (jarang dipakai) 4.Gram Equivalents (moles muatan, equivalents, eq L -1 dalam larutan, meq 100g -1 dalam unit lama, mol c L -1 atau cmol c kg -1 dalam unit SI yang baru)

3 Molar dan bobot ekuivalen (mol c ) kation pada tapak pertukaran tanah ______________________________________________ ValensiBobot Molar Bobot ekuivalen g mole -1 g mol c -1 ______________________________________________ Ca Mg K Na Al 3+ * H *dapat juga ditulis sebagai valensi -1, +1, atau +2 tergantung pada pH. Seringkali diberi notasi Al n+ Menghitung konsentrasi kation-tukar berdasarkan muatan

4 Banyak laboratorium masih melaporkan konsnetrasi tanah dalam satuan ppm, yang sebenarnya adalah mg kg -1 Untuk mengubah ini menjadi satuan-satuan muatan (millimoles muatan per kilogram): Y mmol c kg -1 = (X mg kg -1 )/bobot ekuivalen Untuk mengkonversi menjadi satuan-satuan yg lazim centimoles muatan per kilogram: cmol c kg -1 = (mmol c kg -1 )/10 Misalnya: 300 ppm Ca: Y mmol c kg -1 = [(300 mg kg -1 )/20.04] = 14.7 mmol c kg -1 cmol c kg -1 = (14.7)/10 = 1.47 cmol c kg -1 Menghitung konsentrasi kation-tukar berdasarkan muatan

5 Normality (Mol c L -1 ; N) Awalan m = milli atau 0.001, micro = μ, or K = kilo, or 1,000 M = mega, or 1,000,000 mislanya 1,000 mg = 1 g; 1,000,000 μg = 1 g 1 kg = 1,000 g; 1 Mg = 1,000,000 g Review Satuan (Unit)

6 Sifat Kimia Tanah yang mendasar 1.Total C: organic matter + carbonates (normally in units of %, mg g -1, or g kg -1 ) 2.Total N: mostly organic (normally in units of %, mg g -1, or g kg - 1 ) 3.C:N Ratio: Faktor utama yg mempengaruhi ketersediaan N (tanpa satuan) 4.Kapasitas Tukar Kation (KTK = CEC): Muatan permanen (liat ) dan muatan tergantung pH (bahan organik) (biasanya dg satuan cmol c kg -1, atau dalam pustaka lama meq 100 g -1 ) 5.Kation Tukar : Ca 2+, Mg 2+, K +, Na + Al 3+, (biasanya dalam satuan cmol c kg -1, atau dalam pustaka lama meq 100 g -1 ; dapat juga dengan satuan mg kg -1, atau ppm dalam pustaka lama) 6.Kejenuhan Basa : [(Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + )/CEC] x 100 (satuannya %) 7.Orto-fosfat dan SO 4 2- terjerap: berhubungan dnegan konsentrasi sesquioxide dan bahan organik (biasanya dnegan satuan mg kg -1, atau ppm dalam pustaka lama).

7 KTK (CEC): Kemampuan tanah untuk mnejerap dan menukarkan kation pada tapak muatan negatif permukaan koloid liat Awan ion di dekat permukaan liat yg bermuatan negatif (lapisan rangkap difuse) Kation lebih banyak di dekat permukaan liat

8 1.Kation H +; Sumber: bahan organik dan tepi-patahan liat Tergantung pH, seperti asam lemah. 2.Substitusi isomorfik pada mineral liat : Substitusi Al 3+ untuk Si 4+ dalam lapisan tetrahedral liat Substitusi Mg 2+ untuk Al 3+ dalam lapisan octahedral liat Tipe KTK seperti ini disebut KTK muatan permanen karena tidak dipengaruhi oleh pH. Sumber-sumber KTK

9 1.Sementara (akhirnya akan terdekomposisi) 2.Tidak larut air, tetapi larut dalam basa (pH tinggi) 3.Mengandung 30% proteins, lignin, complex sugars 4.50% C dan O, 5% N 5.KTK sangat tinggi berdasarkan bobotnya 6.Muatan negatif terjadi karena disosiasi H + dari gugusan hidroksil (-OH), carboksil (-COOH), dan fenolik ( -OH) kalau terjadi peningkatan pH (konsentrasi H+ dalam larutan menurun) Bahan organik tanah sebagai sumber KTK

10 OH O - K + pH rendah, tapak-tapak proton Tidak ada KTK pH tinggi (deprotonasi, Tapak pertukaran kation) Bahan Organik : KTK tergantung pH + OH - + H 2 O

11 Liat silikat sebagai sumber KTK Mineral liat Kaolinit tipe 1:1 Al Oktahedra Si Tetrahedra

12 Kaolinite K K K K K K K 1.0 nm Mica (Primary mineral) H+ K K K H+ H+ 1.0 nm Illite (Med. CEC) 0.93 nm Chlorite (Low-Med CEC) ≈1.4 nm Ca Mg H 2 O Ca H 2 O Vermiculite (High CEC, expands/contracts somewhat) Ca Mg H 2 O Ca H 2 O Smectite (or Montmorillonite (High CEC, expands/contracts a lot) SiO 4 Al(OH) 3 ≈1.8 to 4.0 nm 0.72 nm H+ bonding Liat Silikat: KTK muatan permanen muncul dari substitusi isomorfik Al 3+ menggantikan Si 4+ dalam lapisan tetrahedra atau Mg 2+ menggantikan Al 3+ dalam lapisan oktahedra (tidakk terpengaruh oleh pH ) Al octahedral layer Si tetrahedral layer Al lapisan oktahedra Si lapisan tetrahedra

13 Na + Pertukaran kation sederhana: Ca 2+ menukar menggantikan Na + [Ca 2+ ] Ca 2+ [Na + ] 2 X Na + + Ca 2+  X Ca Na + Liat bermuatan negatif Larut dalam larutan tanah X = dapat ditukar

14 Kation-kation dapat ditukar (kation-tukar) : Kation-kation “Basa” : Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+ NH 4 + juga ada, tetapi jumlahnya sangat kecil Jumlahnya banyak biasanya : Ca 2+ > Mg 2+ > K + > Na + Perkecualian serpenting yg kaya Mg 2+ atau Sodik yang kaya Na + ) Kation-kation “Asam” : H +, Al 3+ Al berfungsi sebagai asam : Al 3+ + H 2 O  Al(OH) 2+ + H + Al(OH) 2+ + H 2 O  Al(OH) H + Al(OH) 2 +  Al(OH) 3 + H + Al H 2 O  Al(OH) 3 + 3H +

15 Bentuk-bentuk Al dalam larutan dikendalikan oleh pH larutan pH larutan Persentase dari total aluminium Tidak larut - mengendap

16 Deret Liotrofik : 1.Kekuatan suatu kation menggantikan kation lain dari tapak pertukaran: 2.H + > Al 3+ > Ca 2+ = Mg 2+ > K + > Na + 3.Itulah sebabnya mengapa tidak semua kation tukar H + dan Al 3+ ? 4.Hukum Aksi Massa: Kation yg konsnetrasinya tinggi dalam larutan tanah akan menggantikan kation-tukar dari tapak-jerapan meskipun kation-tukar ini posisinya lebih tinggi pada deret Liotrofik

17 Al 3+ Ca 2+ Tapak pertukaran kation Ca 2+ Tapak pertukaran kation Ca 2+ Ca 2+ menggantikan Al 3+ melalui hukum aksi-massa, walaupun Al 3+ dijerap dengan kekuatan lebih besar pH meningkat, Al mengendap sebagai gibbsite: Al OH -  Al(OH) 3 Konsentrasi Ca++ jauh lebih besar daripada konsentrasi Al+++)

18 Kejenuhan basa (%BS) didefinisikan sebagai jumlah kation basa tukar (Ca 2+, Mg 2+, K +, dan Na + ) dibagi dnegan KTK. Biasanya dinyatakan sebagai persentase KTK, sehingga : Unit-unit dalam ekuivalen muatan : Sistem lama: meq per 100g tanah (meq 100g -1 ) Sistem baru : SI units, centimoles muatan per kg tanah (cmol c kg -1 ) (angkanya identik, berbeda nama satuannya) Kejenuhan Basa

19 Kalau kita hanya mempertimbangkan kation-tukar yg utama, KTK = Ca 2+ +Mg 2+ + K + + Na + + Al 3+ + H + (in cmol c kg -1 ) sehingga: Kejenuhan Basa

20 0 100 Persen Kejenuhan Basa Soil pH

21 pH Kapasitas Tukar Kation KTK muatan permanen KTK tergantung pH

22 Kation basa (Ca 2+ K + Mg 2+ Na + )Kation asam (H + + Al 3+ ) Kapasitas Tukar Kation (KTK)) Pengasaman tanah Pengasaman tanah yg tidak punya KTK tergantung pH

23 Kation basa (Ca 2+ K + Mg 2+ Na + )Kation asam (H + + Al 3+ ) Pengasaman tanah Pengasaman tanah yg mempunyai KTK tergantung pH Kapasitas Tukar Kation (KTK))

24 1.KTK diukur dengan mengaplikasikan larutan pekat NH 4 Cl atau NH 4 OAc ke sampel untuk menukar semua semua kation-tukar dengan NH 4 + melalui proses aksi massa. 2.Larutan pengekstraks dianalisis Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, dan juga Al untuk menentukan apa yang ada pada kompleks jerapan. 3.Pada suatu titik KTK dapat diukur. NH 4 + digantikan oleh kation lainnya (misalnya Na + atau K + ) oleh proses aksi massa, dan NH 4 + kemudian diukur untuk mendapatkan estimasi KTK. KTK dan Kejenuhan Basa

25 1.Asumsi yg lazim adalah sumbangan NH 4 + terhadap KTK sangat kecil dan dapat diabaikan. 2.NH 4 + tukar seringkali diukur secara terpisah dg menggunakan larutan ekstraks pekat KCl. 3.H + (pH) tidak diukur pada pengekstraks ini; H + tukar diukur dengan cara lain. Pengukuran KTK dan Kejenuhan Basa

26 Ada tiga cara untuk mengukur KTK 1. Metode Jumlah Kation: 1.KTK = Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + + Al 3+ (H + diabaikan) 2.Ekstraksi dnegan larutan 1M NH 4 Cl (garam netral yg tidak membuffer pH). 3.KTK jumlah kation, CEC sum, dan diukur dalam ekstraks pertama. 4.Dalam sistem liat murni (tidak ada bahan organik, oksida hidrous Fe dan Al, tidak ada alofan; yakni tidak ada KTK tergantung pH) KTK ini mencerminkan KTK dan kation pada mineral liat (KTK muatan permanen). Pengukuran KTK

27 2. KTK efektif (CEC eff ) pada kondisi aktual pH tanah. 1.Ini mencakup KTK permanen plus KTK tergantung pH yg ada pd kondisi aktual pH tanah. 2.Ini ditentukan dari ekstraks ke dua ; setelah ekstraksi dnegan 1M NH 4 Cl, tanah dicuci dengan ethanol untuk mengusir NH 4 + yg terlarut, dan kemudian diekstraks dengan 1M NaCl untuk menggantikan semua NH 4 + tukar 3.Ekstraks dianalisis kandungan NH 4 +. Pengukuran KTK

28 Tahap 1: Ekstraksi dgan 1 M NH 4 Cl NH 4 + menggantikan Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, Al 3+ ke dalam pengekstraks; ini menghasilkan KTK jumlah kation (CEC sum ) --- Ca K Mg Na H Al 3+ + NH 4 + Tahap 2: Ekstraksi dnegan 1 M KCl K + menggantikan NH 4 + tukar ke dalam pengekstraks; ini menghasilkan KTK efektif (CEC eff ) yg mencakup H + tukar pada kondisi normal pH tanah -- NH K + -- K + Sampel tanah diambil KTK Ammonium chloride (tidak mengontrol pH tanah) Contoh tanah Tabung ekstraksi Larutan terekstraks

29 Tahap 1: Ekstraksi dnegan 1 M Ammonium acetate NH 4 + menggantikan Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, Al 3+ ke dalam pengekstraks; karena pH tinggi, Al 3+ pdiendapkan sebagai Al(OH) Ca K Mg Na H Al 3+ + NH 4 + Tahap 2: Ekstraksi dengan 1 M KCl K + menggantikan NH 4 + tukar ke dalam pengekstraks; ini menghasilkan KTK efektif (CEC eff ) yg mencakup H + tukar pada pH 7.0 (yg seringkali lebih besar daripada pH tanah) -- NH K + -- K + Contoh tanah diambil KTK Ammonium acetate (membuffer pH pada nilai 7.0) Contoh tanah Tabung ekstraksi Larutan terekstraks Al(OH) 3

30 3. KTK Ammonium asetat (CEC OAc ). 1.Ini meliputi KTK permanen plus semua KTK tergantung pH.. KTK ini diukur dengan mengekstraks tanah menggunakan ammonium asetat (NH 4 OAc, buffers pH = 7.0).. 2.Kemudian prosedur yg sama diikuti seperti KTK garam netral. 3.Catatan: Al tukar harus diukur secara terpisah dengan ekastrak KCl karena Al mengendap sebagai Al(OH) 3 pada kondisi pH tinggi Pengukuran KTK

31 KTK muatan permanen KTK tergantung pH CEC eff CEC OAc CEC sum : diukur sbg jumlah Ca + Mg + K + Na + Al yh terekstraks ammonium chloride dalam ekstraksi pertama CEC eff : diukur dg ammonium chloride, garam netral, setelah ekstraksi ke dua CEC OAc : diukur dengan ammonium acetate pada pH 7 Tipe KTK tergantung pada cara pengukurannya CEC sum

32 1.KTK dapat diukur dengan cara yg berbeda-beda, %BS juga beragam sesuai metode pengukurannya, dan harus dispesifik-kan. 2.Untuk suatu tanah dengan jumlah tertentu basa-tukar, % BS yg dihitung dari CEC sum akan lebih besar dari %BS yg dihitung dari CEC eff, dan akan lebih besar dari %BS yg dihitung dari CEC tot karena lebih banyak kemasaman potensial pd KTK tergantung pH dihitung sebagai (yaitu CEC sum < CEC eff < CEC tot ). 3.Contoh gambar berikut menunjukkan bagaimana hal ini terjadi. Dalam masing-masing kasus, kation basanya sama (6 cmol c kg -1 ); menjadi pembilang ….. Mengukur perubahan KTK. Kejenuhan Basa (%BS)

33 Kation-kation Basa Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + = 6 cmol c kg -1 Kation –kation Asam Al n+ = 1 cmol c kg -1 H + = 3 cmol c kg -1 CEC eff = 8 cmol c kg -1 CEC OAc = 10 cmol c kg -1 Nilai kejenuhan basa tergantung pada pengukuran KTK CEC sum = 7 cmol c kg -1 %BS sum = __________________________ Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + CEC sum = Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + + Al n+ ________________________ =X =85% %BS eff = Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + CEC rff ________________________ X =75%= %BS OAc = Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + CEC OAc ________________________ X =60%=

34 Pendekatan Kerr untuk koefisien selektivitas : [AlX] 2/3 [Ca 2+ ] K s = [CaX] [Al 3+ ] 2/3 Products multiplied together (each raised to the power of the number of molecules in the reaction) over reactants (also raised to the power of the number of molecules) Persamaan Pertukaran Kation

35 Persamaan dapat disusun kembali menjadi : [AlX] 2 [Al 3+ ] = K s [CaX] 3 [Ca 2+ ] 3 Kedua sisi persamaan dibyulatkan untuk mengeliminir “pangkat pecahan”. Ini setara dengan persamaan Gaines-Thomas Equation) Persamaan Pertukaran Kation

36 Persamaan Gaines-Thomas merupakan salah satu persamaan untuk memodel penggantian Al 3+ pada kompleks pertukaran oleh Ca + dalam proses pengapuran (analogi dengan kesetimbangan kimia, hasil kali konsentrasi reaktan : X = fraksi tukar, ekuivalen ( ) = aktivitas fase larutan, moles L -1 K gt = koefisien selektivitas (konstante)

37 Peningkatan (Ca 2+ ) akibat pengapuran akan menghasilkan: 1)Peningkatan X Ca 2+, yg selanjutnya mengurangi X Al 3+ atau 2)Menurunkan (Al 3+ ) kalau K gt tetap kostan : Oleh karena itu, aksi massa secara total dapat diprediksi dengan model pertukaran kation.

38 Persamaan pertukaran kation juga memprediksi perubahan “disproportionate” dalam larutan tanah Al 3+ relatif terhadap Ca 2+ : Sehingga, (Al 3+ ): (1) menurun sebesar X Ca 2+ pangkat 3/2, tetapi (2) meningkat sebesar (Ca 2+ ) pangkat 3/2

39 Pada jangka pendek, X Al 3+ dan X Ca 2+ relatif konstan (perubahannya lambat). Sehingga: Dimana: Perubahan (Al 3+ ) sebesar pangkat 3/2 dari ( Ca 2+ ) dalam waktu singkat tanpa perubahan larutan tanah itu sendiri.

40 Persamaan lain untuk Pertukaran Kation: Gaines-Thomas, Gapon, Vaneslow Misalnya: Pertukaran Ca – Al (Sumber: Reuss, 1983) Hubungan untuk sistem pertukaran Ca-Al dinyatakan sbb:

41 1.Saline: Kadar garam tinggi, potensial osmotik tinggi, tanaman sulit menyerap air dari tanah ini. 2.Sodik: persentase Na-tukar yang tinggi (ESP) (>15%). 3.Saline-Sodic: Mempunyai kedua ciri-ciri tersebut Tanah Saline dan Sodik

42 Persentase Na-tukar, Exchangeable Sodium Percentage (ESP): Ukuran sodisitas dari fase pertukaran tanah (unitnya cmol c kg -1 ) Tanah-tanah sodik seringkali bersifat alkalin, kation tukar Al3+ dan H+ dapat diabaikan, sehingga: Tanah-tanah Saline dan Sodik

43 Sodium Activity Ratio (SAR): Ukuran sodisitas dari larutan. Kalau satuannya mole L -1 : Kalau satuannya mole muatan (mol c L -1 ): Tanah-tanah Saline dan Sodik

44 Q = XM 2+ (Na + ) XNa + (M 2+ ) 1/2 Dimana X = penukar, M 2+ = (Ca 2+ + Mg 2+ ) Sehingga kalau Ca 2+ dan Mg 2+ mendominasi penukar, maka SAR ≈ (Q)( XNa + /XM 2+ ) = (Q )(ESP) SAR diturunkan dari persamaan Gapon

45 SAR: Pada tanah-tanah sodik, permeabilitas sangat rendah karena Na + menyebabkan koloid liat saling menempel dan merapat sehingga infiltrasi dan porositas tanah snagat rendah SAR >13: Clays repel each other and line up Poor aeration, infiltration Sodic soils SAR <13: Clays attract each other and stack on end Good aeration, infiltration

46 Tanah-tanah Sodik mudah diperbaiki dnegan gipsum CaSO Na + [Ca 2+ ] Ca 2+ [Na + ] 2 X Na + + Ca 2+  X Ca Na + Liat bermuatan negatif Larut dalam larutan tanah X = dapat ditukar

47 Anion utama dalam larutan tanah: 1.Khloride: garam laut 2.Sulfat: Garam laut, deposisi atmosfir, pyrit 3.Bicarbonat: udara tanah CO 2 4.Nitrat: nitrificasi, polusi udara, pupuk, fiksasi N (hanya pada beberapa kasus) 5.Ortho-P: tidak penting dalam moles L -1, tetapi hara esensial sangat penting Kimia Larutan Tanah

48 Kation utama dalam larutan tanah: 1.Sodium: garam laut, mineral (bukan penukar) 2.Potassium: mineral, penukar 3.Calcium: mineral, penukar 4.Magnesium: minerals, penukar 5.Aluminum: hanya pada tanah masam; penukar Kimia Larutan Tanah

49 Si dilepaskan pada pelapukan mineral, tetapi netral sebagai asam silikat : MIsalnya, pelapukan albite melepaskan ion aluminum dan asam silikat: NaAlSi 3 O 8 + 6H H +  Na + + Al(OH) Si(OH) H 2 0 Kimia Larutan Tanah

50 1.Kation berinteraksi dnegan kation lainnya melalui reaksi pertukaran kation, dan perubahan proporsional individu kation dalam larutan tanah tergantung pada total konsentrasi kation larutan tanah 2.Apa yg mengendalikan konsnetrasi kation dalam larutan tanah? 3.Satu model semi-empirik yg bagus adalah Model Mobilitas Anion: Total kation harus diimbangi dengan total anion dalam larutan tanah (atau larutan lain) atas dasar setara (ekuivalen) muatan: ∑ cations = ∑ anions dalam satuan eq L -1 (sama dengan satuan SI, mol c L -1 ) Model Mobilitas Anion : Prediksi konsentrasi total kation dalam larutan tanah

51 Kation dan anion utama dalam larutan tanah: H + + Al 3+ + Na + + K + + Ca 2+ + Mg 2+ = HCO SO Cl - +NO H 2 PO 4 - Kadangkala juga ada NH 4 +, CO 3 -, HPO 4 2- Misalkan persamaan pertukaran kation dalam moles L -1 ; untuk menyeimbangkan muatan, kita harus mengkonversi cations dan anions menjadi mole muatan, mole c L -1 ; Ini snagat sederhana: mol c L -1 = (mol L -1 ) (valensi) Misalnya: Al 3+ mol c L -1 ( Al 3+ mol L -1 ) X 3 K + mol c L -1 = (K + mol L -1 ) x 1 Ca 2+ mol c L -1 = (Ca 2+ mol L -1 ) x 2

52 Apa yg mengendalikan konsentrasi anion dalam larutan tanah? Anion-anion tersebut adalah: 1.HCO 3 - : Tekanan parsial CO 2 dalam udara tanah dan pH 2.SO 4 2- : terutama oleh penjerapan, sangat dipengaruhi pH 3.Cl - : input dan ET, tidak ada interaksi kimiawi tanah atau biologi tanah yg penting (a good tracer for water) 4.NO 3 - : nitrifikasi dan serapan biologis, penjerapan minimal 5.H 2 PO 4 - : penjerapan, pengendapat dengan Ca pada kondisi pH tinggi, penyerapan biologis

53 Kontrol anion HCO 3 - dan CO 3 2- K h K 1 K 2 CO 2 + H 2 O -----> H 2 CO > HCO H  CO H + Eq 1 Eq 2 pCO 2 = tekanan partial CO 2 dalam udara tanah K h = Konstante hukum Henry K 1 dan K 2 = konstante kesetimbangan H 2 CO 3 * = gas CO 2 yg larut + H 2 CO 3, menurut konvensi Eq 3

54 Kontrol anion HCO 3 - dan CO 3 2- K h K 1 K 2 CO 2 + H 2 O -----> H 2 CO > HCO H  CO H + 1.CO 3 2- relatif tidak penting hingga pH > 8 2.HCO 3 - penting dari pH 5 hingga pH 9 (biasanya dominan pada kondisi pH lebih besar dari 5) Percent of total carbonate species

55 Kontrol anion HCO 3 - dan CO 3 2- K h K 1 K 2 CO 2 + H 2 O -----> H 2 CO > HCO H  CO H + Menyelesaikan persamaan 1 dan 2 untuk HCO 3 - : HCO 3 - dalam larutan tanah dikendalikan oleh tekanan partial CO 2 dalam udara tanah dan pH. Oleh karena itu, perkalian (K 1 )(K h ) relatif konstan dengan temperature karena K 1 meningkat dnegan suhu dan K h menurun dengan suhu.

56 Faktor pengendali SO 4 2- dan ortho-P  Biological uptake by plants and microbes (usually more important for ortho-P than for SO 4 2- )  Jerapan anion dalam tanah Jerapan non-spesifik: Pertukaran kation Fe, permukaan oksida hidrous Al Sangat tergantung pH Lemah, melibatkan NO 3 -, Cl - Jerapan spesifik : Pertukaran ligand (dengan OH-) Sangat kuat, dapat “memfiksasi” Ortho-P atau SO 4 2-

57 Apakah itu ortho-P? Disolusi asam fosfat (asam lemah) H 3 PO 4  H 2 PO H + H 2 PO 4 -  HPO H + HPO 4 -  PO H + Bentuk fosfat merupakan fungsi pH dan dapat dengan mudah berubah; sehingga didefinisikan: Ortho-P = H 2 PO HPO PO 4 3-

58 Kelarutan Ortho-P juga sangat dikontrol oleh pengendapan dengan Ca 2+ pada kondisi pH tinggi

59 Sidebar on P: Kalau tanah melapuk, bentuk P berubah secara sistematis

60 From Johnson and Cole, 1980 Jerapan Anion Oksida hidrous Fe dan Al bersifat amfoter : dapat bermuatan positive, zero, atau negative tergantung pada pH Kondisi pH dimana tidak ada muatan disebut titik NOL muatan (point of zero charge, PZC). Titik nol muatan pada oksida hidrous Fe, Al dan allophane adalah pH 8 - 9, sehingga mereka biasanya betindak sebagai penukar anion

61 Al OH + 2 Cl - Low pH (protonated, anion exchange site) Al OH Al O - OH K + Zero Point of ChargeHigh pH (depronotated, cation exchange site) Non-specific Adsorption Jerapan Specifik : Ikatan dnegan oksida hidrous Fe dan Al, kadangkala sangat kuat sehingga ortho-P yg terjerap tidak dapat lepas Jerapan Non-specifik : Diikat dengan lemah, seperti kation-tukar Sangat tergantung pH

62

63

64 1.Ortho-P dan SO 4 2- memasuki jerapan spesifik 2.NO3 - dan Cl - tidak 3.Urutan umum tarikan anion kepada tapak jerapan tanah adalah: ortho-P > SO > NO 3 - = Cl - 4.Tidak ada pertukaran anion seperti pada pertukaran kation; 5.Ortho-P akan menggantikan SO 4 2-, tetapi tidak dapat sebaliknya 6.NO 3 - dan Cl - mungkin dapat saling menukar, tetapi tidak dapat menggantikan SO 4 2- atau ortho-P Jerapan Anion

65 1.Kontrol pada NO 3 - : biasanya nitrifikasi dan serapan biologis (oleh microba dan tanaman). 2.Kontrol pada Cl - : : sesungguhnya nol, mobil secara lengkap. Sehingga dapat menjadi “tracer” untuk air. 3.Hanya sedikit pada tanah-tanah tropis yg kaya oksida hidrous Fe dan Al, atau tanah Andisol adalah faktor penjerapan untuk anion. Jerapan Anion: Penyerap yg buruk

66 Kontribusi kation tukar Al 3+ dan H +. Al 3+ berfungsi sebagai asam: Al 3+ + H 2 O > Al(OH) 2+ + H + Kation tukar H + pd mineral liat “berumur singkat”, dan cepat digantikan oleh Al 3+ dari dalam lapisan oktahedra. Kemasaman aktif : kemasaman yg segera dilepaskan ke dalam larutan tanah (pH tanah) Kemasaman Potential termasuk semua H + pada tapak jerapan yg tergantung pH. Kemasaman aktif (pH) + Kemasaman Potential: (kation tukar. Al 3+ + H +, anion jerap. SO 4 2- ) = Kemasaman total Kemasaman Tanah

67 Kemasaman Potensial Kemasam an Aktif Buffering Kemasaman total pd fase padatan > 10,000 x larutan tanah Keseimbangahn antara fase padatan dan larutan tergantung pada: 1.Konsnetrasi garam larutan tanah (pH biasanya lebih rendah dalam garam daripada dalam air) 2.Jumlah total asam-asam yg ada (seringkali ditentukan oleh kandungan BOT) 3.Derajat disosiasi asam-asam tanah (Binkley) 4.Kekuatan asam fase padatan (Binkley) Kemasaman Tanah

68 1.Pencucian a). Asam karbonat: CO 2 + H 2 O > H 2 CO > HCO H + X K + + H > X H + + K + ____________________________________________________________ CO 2 + H 2 O X K > X H + + K + HCO 3 - X = fase (tapak) pertukaran Kation basa (mis. K + ) tercuci bersama bikarbonat dan tanah menjadi semakin masam. Sumber alamiah asam dalam tanah

69 1.Pencucian b). Asam-asam organik: R-OH > RO - + H + X K + + H > X H + + K + ____________________________________________________________ R-OH + X K > X H + + K + RO - Anion organik biasanya kurang mobil dan terjerap di horison B. Asam organik juga dapat mengkhelat kation tidak larut seperti Fe dan mencucinya ( terutama pada Spodosols) Sumber alamiah asam dalam tanah

70 1. Pencucian c). Nitrifikasi dan pencucian nitrat 2NH O > 2H + + 2NO H 2 O 2 X K + + H > 2 X H + + 2K + ____________________________________________________________ 2NH O 2 + 2X K > 2X H + + 2K + + 2NO 3 - Garam nitrat tercuci ke luar tanah dan tanah menjadi semakin masam. Sumber alamiah asam dalam tanah

71 2. Penyerapan oleh vegetasi (tumbuhan) Akar menyerap kation, larutan tanah kelebihan anion dan akar mengeluarkan H+ Ca 2+, Mg 2+ K +, NH 4 + H+H+ SO 4 2-, NO 3 -,ortho-P Ca 2+, Mg 2+ K +, NH 4 + H+H+ SO 4 2-, NO 3 -,ortho-P Kalau NH 4 + diserap oleh akar tumbuhan, terjadi efek pengasaman tanah karena kesetimbangan muatan condong ke arah kation Kalau NO 3 - diserap akar, efek pengasaman lebih sedikit atau bahkan zero karena kation dan anion hampir setimbang Sumber alamiah asam dalam tanah

72 3. Pembentukan Humus Tidak menyebabkan pengurangan kation-tukar basa kalau terjadi pencucian dan penyerapan oleh akar. Menambah kemasaman potensial dan KTK tergantung- pH ke dalam tanah OH COOH O - COO - pH rendah 2H+ K+K+ 1/2Ca 2+ pH lebih tinggi Sumber alamiah asam dalam tanah

73 Pencucian Deposisi H+ Serapan organisme tanah Jerapan anion SO4= Pembentukan asam organik Pembentukan asam karbonat Nitrifikasi NH4+ NO3-SO4= Serapan pohon Pencucian daun Serapan pohon

74 Perakaran yg dalam dan daur-ulang oleh vegetasi Input kation basa atmosfir Pelapukan tanah: Proses mitigasi belum dipahami secara tuntas Sulit pengukurannya Proses Mitigasi akibat pengasaman tanah

75 Ketersediaan hara akibat pengasaman tanah 1.Ketersediaan lebih rendah Ca, Mg, dan K 2.Ketersediaan dapat lebih rendah P karena adanya penjerapan 3.Ketersediaan lebih besar Fe Efek Al : 1.Toksik bagi akar beberapa jenis tumbuhan 2.Dibutuhkan oleh jenis tanaman tertentu (mis. Tanaman Teh). 3.Generalisasi efek positif dan negatif dari pengasaman tanah sulit dilakukan. Efek kemasaman pada vegetasi

76 1. Oksidasi : Kehilangan elektron (ada O 2 ) 2. Reduksi: Penambahan elektron (tidak ada O 2 ) Oksidasi dan Reduksi

77 Potensial Redoks: Dapat dinyatakan sebagai "Eh" atau "pe + pH". Eh: voltage di antara elektroda platinum dalam tanah dan elektrode baku hidrogen Eh rendah: Kondisi reduksi Eh tinggi : Kondisi oksidasi Eh meningkat kalau pH menurun: 1.Sehingga kadangkala lebih disenangi (pe + pH) sebagai ukuran potensial redoks 2.Kalau pe = - log (aktivitas elektron) 3.Eh (millivolts) = 59.2 x pe Oksidasi dan Reduksi

78 1. Oksidasi Pyrite 4FeS O 2 + 8H 2 O > 2Fe 2 O 3 + 4O H + + 8SO 4 2- Thiobaccilus thioxidans 2. Oksidasi unsur S (dipakai untuk mengasamkan tanah): 2S + 3O 2 + 2H 2 O > 2H + + SO 4 2- Thiobaccilus thioxidans 3. Reduksi Sulfate (anaerobik): SO H > S H 2 ODesulfovibrio desulfuricans Reaksi oksidasi-reduksi yg penting dalam tanah

79 4. Oksidasi ferro (Fe 2+ ) dan mangano (Mn 2+ ): 2XFe /2O 2 + 5H 2 O > 4XH + + 2Fe(OH) 3 2XMn /2O 2 + 5H 2 O > 4XH + + 2Mn(OH) 3 X = tapak pertukaran kation (tapak jerapan) 5. Reduksi Besi: Terjadi pada kondisi tanah tergenang dan besi menjadi lebih tersedia bagi tanaman. Hal ini meningkatkan pH. Fe(OH) 3 + e - + H > + Fe(OH) 2 + H 2 O Reaksi oksidasi-reduksi dalam tanah

80 1. Kalsium karbonat Hal ini dapat membentuk lapisan caliche dalam tanah-tanah kering: Ca HCO > CaCO 3(solid) + H 2 O + CO 2(gas) 2. Gipsum: Ca 2+ + SO > CaSO 4(solid) Gipsum lebih melarut daripada kalsit Sehingga tidak ada lapisan gypsum di bawah lapisan caliche (kalsit) dalam profil tanah prairie. 3. Ca-fosfat. Reaksi pengendapan dalam tanah kering

81 Penjerapan = Adsorption Penjerapan mencerminkan kemampuan suatu obyek (tanah) untuk menarik dan mengikat partikel pada permukaannya. Partikel padatan tanah mempunyai kemampuan menjerap –Air –Hara dan bahan kimia lainnya Penjerap utama dalam tanah –Liat –Bahan organik + - Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences

82 PENJERAPAN & PENYERAPAN Absorption (Penyerapan): Merupakan proses dimana satu material ditarik memasuki material lainnya, seperti air meresap masuk ke dalam sponge. Adsorption (Penjerapan) : Proses dalam tanah yang menahan (mengikat) unsur hara dan bahan kimia lainnya. Adsorpsi mencerminkan kemampuan permukaan padatan untuk menarik dan mengikat material lain pada permukaannya. Misalnya logam tertarik dan melekat di permukaan magnit. Partikel yg diikat dnegan adsorpsi juga dapat lepas kembali, proses adsorpsi bersifat bolak-balik. Partikel padatan tanah mempunyai kemampuan “menjerap” air, hara dan bahan kimia lainnya.

83 Luas Permukaan Liat ¼ cup ¼ cangkir liat mempunyai luas permukaan lebih besar dari lapangan bola Luasnya permukaan liat memungkinkannya untuk: Menjerap banyak air Menahan hara Melekat pada partikel lainnya Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Mineral liat pipih – berlapis-lapis

84 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences LUAS PERMUKAAN PARTIKEL KOLOID TANAH Partikel liat cenderung untuk menempel satu-sama lain (lapisan-lapis atau lembar-lembaran) dan menempel pada partikel tanah lainnya. Liat dan BOT merupakan penjerap yg bagus: Pori mikro dan luas permukaannya Liat bentuknya pipih dan berlapis-lapis (lembar- lembaran), permukaannya sangat luas Liat mampu menjerap banyak molekul air dan molekul (ion) hara)

85 Sifat-sifat Liat Tanah Partikel liat bertumpuk ber- lapis-lapis Setiap lapis (lembaran) terpisah satu sama lain pada kedua sisi permukaannya. Setiap lembaran mempunyai muatan negatif di permukaannya. Muatan negatif ini harus diimbangi oleh kation yg bermuatan positif. 1/20,000 inhi Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences

86 KARAKTERISTIK LIAT TANAH Struktur seperti ini memungkinkan tanah menyimpan banyak air tersedia bagi tanaman. Liat tanah tipe berlapis Sejumlah lapisan atau lembaran saling menempel berdekatan Setiap lembaran dipisahkan satu sala lain oleh kedua sisi permukaannya. Struktur berlapis ini mengakibatkan luas permukaan liat sangat besar Permukaan lembaran liat ini dapat menahan selimut air. Sebagian air ini masih tersedia bagi tanaman

87 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences KARAKTERISTIK LIAT TANAH Jumlah muatan negatif pd permukaan liat yg dapat menarik kation ini disebut “Cation Exchange Capacity” (CEC) atau Kapasitas Tukar Kation (KTK) Lembaran liat tersusun atas kristal yg mengandung O, Si dan Al. Pada saat pembentukan lembaran liat, sejumlah Al dapat menggantikan posisi Si dalam kristal Penggantian Si oleh Al ini mengakibatkan muatan negatif di permukaan lembaran liat Muatan negatif pada permukaan Lembaran liat ini dapat menarik kation-kation.

88 Retensi Kation pada Liat Tanah Copper, +2 Magnesium, +2 Ammonium, +1 Potassium, +1 Sodium, +1 Calcium, +2 Aluminum, +3 Hydrogen, +1 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences

89 Retensi Kation pada Liat Tanah Dalam beberapa jenis liat, K+ dan NH4+ dapat diikat sangat kuat di antara lembaran-lembaran liat, sehingga “difiksasi” dan tidak mudah dilepaskan kembali. Kation dalam larutan tanah dapat ditarik oleh permukaan liat yg bermuatan negatif Kation yang diikat pada permukaan liat ini (Kation-jerap) tidak dapat tercuci, tetapi masih dapat diserap oleh akar tanaman Kation yang diikat pada permukaan liat ini dapat ditukar oleh kation lain yg ada dalam larutan tanah (Pertukaran kation)

90 Retensi Kation pada Bahan Organik pH = (tanah masam) Tanah netral pH = 7 Hydrogen Hara Peningkatan pH Meningkatkan KTK bahan organik Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences

91 BAHAN ORGANIK TANAH:. Stable soil organic matter is made up of large complex organic molecules that are resistant to further attack from soil microbes. Pieces of soil organic matter appear like coiled, twisted strands. This material coats particles of silt and clay and helps to hold clay and silt together in soil aggregates. The coiled structure also gives organic matter a very large surface area. Soil organic matter is also like a sponge. It can soak up large amounts of water and store it for plants to use. Soil organic matter has a very high cation exchange capacity. Unlike many layer clays, the cation exchage capacity of organic matter changes as soil pH changes. As soil pH decreases (becomes more acid) more and more hydrogen cations stick to organic matter. At low pH this hydrogen is held very tightly and will not exchange with nutrients or other elements. As soil pH increases the hydrogen is held less strongly and readily exchanges with other nutrient and trace element cations like calcium, magnesium, potassium, and sodium. These cations will also exchange with each other at near neutral pH.

92 KTK mencerminkan jumlah total kation yang dapat ditahan oleh tanah dalam bentuk kation-tukar Semakin tinggi KTK, semakin besar kemampuan tanah menyimpan kation hara KTK tanah meningkat kalau: –Jumlah liat bertambah –Jumlah BOT meningkat –pH tanah naik Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences KAPASITAS TUKAR KATION (KTK)

93 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences KAPASITAS TUKAR KATION (KTK) Semakin tinggi KTK, tanah semakin mampu menahan hara dalam bentuk tersedia bagi tanaman. KTK tanah tergantung pada : Tipe dan jumlah liat dalam tganah, Jumlah bahan organik tanah Nilai pH tanah. BOT merupakan penyumbang utama KTK tanah. KTK mencerminkan jumlahtotal kation yg dapat ditahan oleh tanah

94 + Phosphate Aluminum Padatan aluminium fosfat Pembentukan material padatan baru Pertukaran anion Phosphate Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Retensi Fosfat dalam Tanah Tapak muatan positif pada permukaan liat

95 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Retensi Fosfat dalam Tanah Anion fosfat ditahan dengan kuatnya oleh aprtikel tanah. Ada beberapa cara pengikatan anion fosfat dalam tanah. Beberapa jenis liat tanah mempunyai muatan negatif di permukaannya, terutama pada bagian tepian patahan lembaran liat. Anion fosfat dapat ditarik ke tapak-tapak muatan positif ini. Fosfat dalam pupuk komersial bersifat sangat larut, tetapi kalau diaplikaiskan ke tanah ia akan bereaksi dengan kation yg ada dalam larutan tanah membentuk bahan padatan baru (mineral). Reaksi seperti ini dapat terjadi dengan kation aluminum, iron, dan manganese.

96 Retensi Fosfat dalam Tanah Permukaan oksida besi Anion fosfat : Masing-masing diikat oleh dua ikatan kimia ke permukaan oksida besi Penjerapan pada permukaan oksida Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Ikatan kimia

97 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences. Retensi Fosfat dalam Tanah Fosfat diikat dengan kuat oleh permukaan oksida- oksida ini Fosfat bereaksi secara kimiawi dengan permukaan noksida ini dan diikat dengan kuatnya oleh ikatan kimia rangkap. Oksida- oksida Al dan Fe Oksida-oksida Fe Kemerahan Kadang menyelimuti partikel liat

98 Retensi Nitrate (NO 3 - ) dalam tanah Kalau nitrat diserap oleh akar tanaman, maka ia hilang dari tanah Nitrat ditahan oleh tanah dnegan kekuatan yg lemah Nitrat tidak bereaksi membentuk padatan Nitrat tidak ditahan oleh permukaan oksida NO 3 - Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Tanaman

99 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Nitrat dalam tanah Nitrate is a very important form of nitrogen and is readily taken up by plants. Nitrate, however, is very weakly held by soils. Unlike phosphate it is very soluble and does not react with with other elements in soils to form new solids. Nitrate also is not held by iron and aluminum oxide clay surfaces. The only way nitrate is held in soils is by anion adsorption. Nitrate is held very weakly by anion adsorption and most Pennsylvania soils have very little anion adsorption capacity. Therefore nitrate tends to remain in the soil solution. Any nitrate that is not taken up by plants can very easily be leached from the soil as water moves downward through the soil. The nitrate can then move into tile lines and into streams, or downward into groundwater. To prevent nitrate pollution of surface or groundwater it is important to carefully manage nitrogen applications to crops. Nitrogen in manures and in commercial fertilizers is readily converted to nitrate.

100 Akar tanaman Hara pada tapak jerapan liat dan bahan organik tanah Hara dalam larutgan tanah Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Kesetimbangan hara dalam larutan tanah dengan kompleks jerapan dan penyerapan oleh akar tanaman Kation dan anion larut Kation dapat tukar

101 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Kesetimbangan ion Reaksi Pertukaran ion Kesetimbangan hara dalam larutan tanah dengan kompleks jerapan dan penyerapan oleh akar tanaman Unsur hara kation dan anion dapat dijerap pada permukaan koloid liat dan bahan organik Kation - tukar Anion - tukar Unsur hara kation dan anion juga dapat larut dalam larutan tanah Kation - larut Anion - larut Ketersediaan hara bagi tanaman

102 Plant Root Hara pada liat dan bahan organik Hara hilang dalam air drainage Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences Kalau aplikasi hara ke tanah berlebihan, kemampuan tanah untuk menjerap hara dapat terlampaui. Konsentrasi hara dalam larutan tanah menjadi sangat tinggi. Hal ini memicu kehilangan hara melalui proses pencucian, melalui runoff dan air drainage. Hara dalam larutan tanah

103 Sumber: Richard Stehouwer, Department of Agronomy, PENNSTATE, College of Agricultural Sciences PENYERAPAN HARA OLEH TANAMAN Ion-ion hara yang terikat pada tapak-tapak jerapan koloid tanah berfungsi sebagai “gudang” hara tersedia, menghindarkan pencucian hara dan kehilangan hara melalui air runoff. Akar tanaman menyerap hara dari larutan tanah, dan akar mengeluarkan ion ke larutan tanah Berkurangnya konsentrasi hara larutan tanah, memicu pelepasan sejumlah ion dari tapak jerapan memasuki larutan tanah


Download ppt "BAHAN KAJIAN MK. DASAR ILMU TANAH DASAR-DASAR SIFAT KIMIA TANAH www.marno.lecture.ub.ac.id."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google