DASAR-DASAR ILMU TANAH PROG. STUDI AET FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SRIWIJAYA DOSEN SITI MASREAH BERNAS, PhD.

Fisika Tanah : mempelajari sifat fisik tanah dan proses-proses yang terjadi di tanah, termasuk pengukuran dan prediksi yang berhubungan dengan bentuk-bentuk, antarrelasi, dan perubahan susunan tanah Komponen di tanah adalah : bahan mineral, bahan organik, bahan cair, dan udara.

Sifat-Sifat fisik tanah Gambaran profil tanah dan horizon dilapangan dinayatakan sebagai sifat fisik tanah. Horizon ditentukan oleh perbedaan dalam sifat fisik tanah. Sifat fisik atanah mempengaruhi penampakan dan rasa tanah, sifat fisik tanah tersebut : -Tekstur, -Structure -Konsistensi dan kekuatan tanah - Warna tanah Permeabilitas Temperatur tanah

Fisika Tanah dan Pertanian Berkelanjutan Klimatologi Fisika, Kimia Fisik Hidrologi Mekanika Tnh Pemanfaatan tnh & Air berkelanjutan Fisika Tanah GIS, Pengindraan Jauh dsb Ekologi Ilmu Bumi Ilmu Tanaman Mesin Pertanian

Fisika tanah berperanan penting dalam : Menahan sumber basa-basa tanah Meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya tanah Meminimalisasi resiko erosi & kerusakan tnh Mempertahankan dan memperbaiki tanah rusak & ekosistem yg rusak Meningkatkan produksi dengan memperbaiki tnh seperti kepadatan tanah, salinitas, aerase, draenase dsb.

Fungsi FISIK Tanah Pertumbuhan akar, penyerapan hara, aerasi Ketersediaan air, pergerakan hara Pertumbuhan dan perkembangan akar, respirasi tanah dan tanaman aktifitas mikrobia

Contoh tanah Tanah Ultisol (Taxonomi) Podsolik Merah Kuning (PPT)

Contoh tanah rawa pada musim kemarau Tergenang di lapisan bawah sehingga warna cendrung ke abu-abuan Pada musimkemarau kering sehingga pengaruh oksidasi masih terlihat di lapisan atas sehingga warnanya agak ke kuningan

Tanah Ultisol dibawah tanaman karet Lapisan atas bewarna agak gelap sebagai pengaruh bahan organik Lapisan bawah kuning ke oranye karena pengaruh oksida besi Struktur prismatik

Tanah di Pagaralam Bahan induk dari abu vulkanik, Sudah kemerahan karena sudah terbuka dan kandungan besi oksida lebih tinggi, Banyak mengandung bahan smorf, dan kandungan debu tinggi

Sampel tanah diambil dengan Bor Belgie Di lapangan di cek warna, struktur, tekstur lapang, tebal lapisan Warna hitam sampai coklat tua menunjukkan banyak bahan organik

Struktur Tanah Struktur merupakan pengelompokan dari butir primer pasir,debu dan liat yang dilekatkan satu sama lain oleh bahan semen seperti Ca,Mg, Fe; bahan organik, atau bahan lainnya menjadi agregat yg lebih besar atau bongkah disebut struktur dan mempunyai bentuk khas, dibatasi oleh bidang belah alami. Ada 5 tipe utama struktur : Platy (Lempeng): Plate-like aggregates that form parallel to the horizons like pages in a book. This type of structure may reduce air, water and root movement. common structure in an E horizon and usually not seen in other horizons. Blocky (kubus): Two types--angular blocky and subangular blocky These types of structures are commonly seen in the B horizon. Angular is cube-like with sharp corners while subangular blocky has rounded corners.

Prismatic (Prisma): Vertical axis is longer than the horizontal axis Prismatic (Prisma): Vertical axis is longer than the horizontal axis. If the top is flat, it is referred to as prismatic. If the top is rounded, it is called columnar. Granular (Bulat): Peds are round and pourous, spheroidal. This is usually the structure of A horizons. Structureless (Tanpa struktur): No observable aggregation or structural units. Single grain-sand (Pasir) Massive-solid mass without aggregates (Masif seperti tanah lumpur)

Tingkat kematangan atau kemantapan agregat (struktur) : weak (lemah) moderate (sedang) strong (kuat atau matang)

Klas ukuran agregat : very fine (sangat halus) fine (halus) medium (sedang) coarse (kasar) very coarse (sangat kasar) The size of each category varies with the type of structure.

Pembentukan agregat dipengaruhi oleh : freeze / thaw (beku dan cair) wetting / drying (pembasahan dan pengeringan) root pressure (tekanan oleh akar) microorganisms cementing by clay, organic matter, iron and aluminum compounds (Bahan semen oleh liat, bahan organik, besi, alumunium dsb).

Pentingnya struktur tanah : Increases infiltration of water, thus reducing runoff and erosion and increases the amount of plant available water. (Meningkatkan infiltrasi air ke tanah, sehingga mengurangi erosi dan aliran permukaan dan meningkat jumlah air tersedia utk tanaman) Improves seedling emergence, root growth and rooting depth. (Meningkatkan perkecambahan benih, pertumbuhankara, dan kedalaman area perakaran) Large continuous pores increase permeability. (Pori makro yang berkesinambungan meningkatkan permeabilitas).

Cara Memperbaiki struktur tanah Olahlah tanah pada kadar air yg tepat, jangan pernah ngolah tanah bila terlalu basah kecuali tanah sawah. Karena dapat menyebabkan bongkahan menjadi besar dan agregat mudah rusak. Tambahkan pupuk dan kapur secara tepat,karena pertumbuhan tanaman yg subur dapat memperbaiki struktur tanah. Tanam rumput dan legum, karena bahan organik yg diproduksi dapat membantu pembentukan dan menatapkan agregat. Pertumbuhan legum dapat juga meningkatkan perkembangbiakan mikroorganisme tanah dan memberikan keuntungan untukpertumbuhan fungi dalam menstabilkan agregat.

lanjutan Pertahankan atau tambahkan bahan organik di lapisan olah Tanaman tanaman penutup tanah plant more grasses (Tanam lebih banyak rumput) turn under crop residue (campur atau balik sisa-sisa tanaman) add manure (tambahkan kotoran hewan )

Contoh agregat tanah

Struktur tanah setelah di olah

Struktur Prismatik

Ikatan antar partikel dalam pembentukan agregat tanah : A = ikatan kuarsa – bahanorganik-kuarsa B = ikatan kuarsa –bahan organik- susunan liat C = susunan liat-bahan org-susunan liat D= susunan liat-susunan liat, antara pinggir-permukaan liat

Tanah sebagai sistem 3 fase (Komponen tanah) Bahan padat : Bahan mineral dan Bahan organik Air Udara

Sifat, fase dan komponen masing-masing bahan : Komposisi Sifat Padat inorganik Hasil pelapukan: kuarsa, felsfar, silikat dsb Kerangka, matrik ρs=2,0-2,8 g/cm3 organik Sisa-sisa tanaman dan fauna, organisme ρs=1,2-1,5 g/cm3

Fase Komponen Komposisi Sifat Cair larutan tanah Larutan ion spt Na, K, Ca, Mg, Cl, NO3, PO4, Heterogen, dinamis, ρw =1,0g/cm3 Udara Udara tanah N2, O2, CH4, H2S, N2O,NO Bervariasi, dinamis ρa=1,0-1,5 g/cm3

Tekstur Tanah atau Distribusi Besaran Partikel Definisi merupakan perbandingan relatif dari butir-2 primer tanah (pasir, debu dan liat) yg dinyatakan dalam persen. Ada 2 kelas tekstur di dunia yaitu berdasarkan : USDA (Departemen Pertanian USA). ISSS (International Soil Science Society)

Tabel ukuran partikel tanah Sistem USDA Sistem ISSS Partikel Ukuran (mm) Ukuran Psr sgt kasar 2 - 1,00 Pasir kasar 2,00 – 0,20 Psr kasar 1 - 0,5 Pasir halus 0,20 – 0,02 Pasir sedang 0,5 - 0,25 Debu 0,02 – 0,002 0,25- 0,10 Liat <0,002 Psr sgt halus 0,10- 0,05 0,05- 0,002

TEKSTUR TERGANTUNG pada: Tekstur sangat ditentukan oleh bahan induk dan tingkat pelapukan Tekstur dapat berubah akibat pembentukan tanah: A horizon – tekstur kasar E horizon – tekstur kasar B horizon – tekstur halus Umumnya tekstur di lapangan sulit di rubah karena: Terlalu mahal untuk menambah kan bahan fraksi tertentu Tidak praktis karena bila kebun luas dan akan menambahkan fraksi liat maka perlu ribuah truk ?

Tekstur mempengaruhi : Jumlah dan ukuran pori tanah Kapasitas tanah memegang air tersedia untuk tanaman Di tanah pasir terdapat banyak pori makro yg kemampuan memegang atau menahan airnya rendah Debu banyak mengandung pori medium yang air nya tersedia utk tanaman Pori halus di tanah liat banyak mengandung air tetapi tidak semua air tersedia untuk tanaman Karena hampir semua rekasi dan kapasitas menahan air berhubungan dengan luas permukaan, maka dapat di mengerti bahwa liat sangat reaktif dan banyak menahan. (Since most reactions and water holding capacity are related to surfaces, you can see that clay will be very reactive and hold much water.)

Luas permukaan spesifik: Luas permukaan butir primer tanah {pasir, debu atau liat} merupakan total luas permukaan dibagi volumenya disebut luas permukaan spesifik. Semakin kecil ukuran partikel semakin luas permukaan spesifiknya. Luas permukaan spesifik : 1g of sand = 1.5 ft2 ukt pasir 1g of silt = 14.9 ft2 utk debu 1g of clay = 262,467 ft2 utk liat Surface Area affects the:  

Luas permukaan spesifik mempengaruhi: Jerapan air Area atau tempat untuk reaksi kimia Jerapan hara plastisitas Mengembang dan mengkerut “Hampir semua reaksi dan kapasitas memegang air berhubungan dengan luas permukaan, maka liat sangat reaktif dan memegang atau menahan banyak air.”

Pengelolaan Tekstur Tanah Tanah bertekstur kasar (pasir, pasir berlempung) menahan/memegang air dan unsur hara rendah sehingga harus lebih sering disiram dan dipupuk. Tidak mudah tererosi, biarkan air terinfiltrasi ke dalam tanah, sehingga sedikit aliran permukaan. Kalau tanahnya dalam maka sangat permeabel sehingga cocok untuk pembuangan sampah. Dapat dipadatkan untuk pembentukan lapisan tapak bajak sehingga perkolasi air atau permeabilitas dapat dikurangi.

Beberapa sifat fisik partikel tanah Pasir Debu Liat ukuran 2-0,02 mm 0,02-0,002 mm <0,002 Bentuk Tdk beraturan Agak tidak beraturan Lempeng/kolum Raba/rasa Kasar Halus, tepung Lekat Plastisitas Tdk plastis Agak plastis Plastis Kohesi Tdk kohesif Agak kohesif Kohesif Luas permukaan Sangat rendah Sedang Sagt tinggi Mineral Primer Mineral liat secondary Panas bila basah Tidak Minimal Tinggi Partikel secondary Beberapa Membentuk agregat Kapasitas menahan air Tidak-sangt sedikit Tinggi, higroskopis - KTK Tidak ada Tinggi sd sngt tinggi

Liat dikelilingi oleh muatan negatif sehingga KTK tinggi + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Muatan negatif pada liat dalam keadaan kering

Muatan negatif pada liat dalam keadaan basah + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Kemampuan liat utk mengembang dan mengkerut Mengembang terjadi oleh terserapnya air atau larutan polar lainnya menyebabkan volumenya bertambah. Kemampuan mengembang tergantung tipe mineral : Mineral tipe 2:1 lebih besar kemampuan mengembangnya, secara berurutan sbb Vermikulit>mont>beidelit>illit>kaolinit>halloysit Berdasarkan kation tertukar maka mengembang akan tergantung pada urutan Li-> Na> K> Ca2+ =Ba+2 >H+

Jerapan air pada koloid tanah Kemampuan air untuk terjerap ke liat merupakan fungsi dari : Luas permukaan Kerapatan muatan Keadaan kation di kompleks jerapan Ukuran pori

Air bipolar maka akan terjerap spt gambar berikut - air + - + - - + - +

Konsistensi Tanah (Kuliah ke 2) Adalah istilah yg berkaitan sangat erat dengan kadar air tanah yang menunjukkan manifestasi gaya2 fisika yakni kohesi dan adhesi yang bekerja di dalam tanah pada kandungan air yg berbeda-beda. Jadi setiap masa tanah akan mempunyai konsistensi pada setiap kadar air dari kering sampai tanah lembab pada keadaan struktur alami atau sudah rusak.

Konsistensi tanah akan tergantung pada : Tesktur (semakin tinggi liat semakin plastis tanah) Koloid inorganik dan organik (ukuran <1 µm) Struktur tanah Kandungan air tanah ( dengan berkurangnya kadar air tanah akan kehilangan sifat melekat & plastisnya, dan dpt menjadi gembur dan lunak akhirnya jika kering menjadi keras dan kaku.

Cara penentuan konsistensi Konsistensi basah (kadar air sekitar kapasitas lapang): - menguji kelekatan dengan ciri tanah dapat melekat atau menempel pada alat2 pertanian yg mengenainya. Kelekatan tanah dibagi : tdk melekat, sedikit melekat, lekat dan sangat lekat - Liat (Plastis) mempunyai sifat untuk mudah di rubah bentuknya dibagi : non-plastis, agak plastis, plastis dan sangat plastis. Cassagrant (Seperti Mangkuk)

Konsistensi lembab ( sedikit basah dgn kandungan air terletak antara kering udara dgn kapasitas lapang), dicirikan dengan tanah yg gembur istilah yg digunakan adalah lepas, sangat gembur, gembur, teguh, sangat teguh, ekstrim teguh. Konsisten kering (kondisi kering udara) dicirikan dgn kekerasan tanah, istilah yg digunakan adalah lepas, lunak, sedikit keras, keras, sangat keras dan ekstrim keras.

Cara menghitung kadar airnya: Sama dgn menghitung Vw atau Mw Jadi ambil sampel tanah yg dalamke adaan konsistensi tertentu (misal) melekat dan ukur kadar airnya, Sehingga dari suatu tnh akan didapat kadar air yg berbeda dgn konsistensi berbeda dari lembab sampai kering (dibuat grafik)

Hubungan antara Volume,Massa dan pori dari bahan penyusun tanah Va = volume udara Vw = vol air Vs = vol bahan padat Vf = vol ruang pori Vt = berat total Ma = 0 Mw = berat air Ms = berat bahan padat Mt = berat total

Rasio ruang pori (e) Berat air (w)

Kadar air Dpt berdasarkan Volume jadi bisa ditulis (V/V atau V/W) Atau Massa (Berat) ditulis W/W

Kerapatan zarah (ρs) : Kerapatan isi (ρb) : Volume pori (f) :

Soil Wetness (Kadar air tanah) a. Mass (berat) Air (w) w = Mw / Ms Kadang dinyatakan dalam (%) b. Volume Air (θ) θ = Vw / Vt = Vw / (Vs + Vt)

Degree of Saturation (s) (Derajat Kejenuhan ) s = Vw / Vf = Vw (Va + Vw) Air-Filled Porosity (Kandungan udara tanah) fa = Va / Vt = Va / (Vw + Va + Vs)

Warna Tanah It is the most obvious and easily determined soil property It has little direct effect on the soil, but is an indicator of soil properties. However, there are many things we can tell about the soil by observing the color. Organic matter content; the more organic content the darker the soil color (semakin banyak BO semakin gelap warna tanah) Soil color and soil temperature : dark colored soils absorb more heat so they warm up quicker and have higher soil temperatures. Soil color and parent material : generally dark parent material will develop into dark soils. Soil color and drainage: - soil drainage refers to the length of time a soil is waterlogged. Not how fast the soil is drained.

Soil Color is very important in determining a soils drainage and depth to the water table. It can be very important in predicting land use hazards. Soil Drainage: refers to the length and duration of saturation. it is not a measure of how fast water drains from the soil. Soil Drainage Classes Well drained - no gray colors throughout the B horizon Mod. Well drained - gray colors or mottles in the lower B horizon Somewhat poorly drained - gray colors in the upper B horizon. Mottles also seen Poorly drained - gray colors throughout the entire B horizon

Mengukur Warna Tanah Munsell Color System {Buku Warna Tanah Munsell) Hue: dominant spectral color (Warna spektral dominan) Value: lightness - darkness; white to black (tingkat terang sampai gelap atau putih sampai hitam) Chroma: color purity or intensity (kemurnian warna atau intensitas) Oksida besi (FeO) bewarna merah, kuning dan warna2 coklat muda. Bahan organik bewarna coklat gelap atau hitam. Nilai value rendah bearti bahan organik tinggi Nilai chroma tinggi bearti tanah dengan drainase yg baik dan kondisi oksidasi.

Permeabilitas Tanah Adalah kemampuan tanah untuk meloloskan air dinyatakan dalam cm/jam. Permeabilitas tanah versus drainase Permeabilitas adalah kecepatan pergerakan udara dan air di tanah dan dipengaruhioleh tekstur dan struktur : Kalau permeabilitas cepat maka air bergerak cepat Kalau permeabilitas lambat maka air bergerak lambat Drainase merupakan frekuensi dan lama nya dijenuhi air : Lama tanah tergenang dipengaruhi oleh letaknya yang berada dilembah dan permeabilitas yang sangat lambat. Contoh pasir yang permeabel tetapi bila berada di bagian lebah lereng maka draenasenya buruk. Liat biasanya impermeabel tetapi karena berada di bukit bagian atas maka drainasenya bagus.

Faktor-Faktor yg mempengaruhi permeanilitas Ukuran pori : semakin besar semakin cepat air bergerak dalam pori dan semakin banyak bahan yg dapat bergerak di dalamnya, demikian juga sebaliknya bila porinya kecil. Keseninambungan pori : tanah dengan permeabilitas tinggi mengandung pori yg berkesinambungan dan cukup besar utk udara dan air melewatinya. Discontinuous walau pori –pori besar kalai tidak kontinyu maka dapat menyebabkan tanah kurang permeabel. Jadi permeabilitas tanah sangat dipengaruhi oleh tekstur dan struktur.

Semakin halus ukuran partikel maka semakin kecil ukuran porinya, tetapi semakin meningkatkan spesifik luas permukaannya, dan semakin lambat permeabilitasnya Kelas Tekstur Permeabilitas Pasir Sangat cepat Lempung berpasir Sangat Cepat Lempung Cepat Lempung berdebu Medium Liat Lambat

Struktur tanah sangat berhubungan dengan pori yang berkesinambungan Semakin baik struktur tanah maka akan semakin permeabel dan drainasenya semakin baik daripada tanah dengan tekstur yang sama tetapi strukturnya jelek.

Faktor lainnya yg mempengaruhi permeabiliti : Lubang cacing dan akar tanaman yang busuk , yang dapat panjang dari bawah sampai ke permukaan tanah, dan dapat mempercepat infiltrasi air ke dalam tanah.. Bahan organik meningkatkan permeabilitas melalaui : Peningkatan kemantapan agregat karena perombakan bahan organik menghasilakan lem, lendir dsb yg dapat membantu melekatkan partikel tanah satu dengan lainnya. Bahan organik dapat membentuk pori besar bila residu tanaman ditambahkan atau dibiarkan di permukaan tanah

Konsistensi tanah. Expresses cohesive and adhesive forces holding soil particles together; varies with moisture content. Describes the resistance of a soil at various moisture contents to mechanical stress or manipulation. (Menggambarkan kekuatan tenaga atau daya kohesif dan adhesif dalam mengikat partikel tanah , dan tergantung kadar air. Didefinisikan sebagai ketahanan suatu tanah pada berbagai kadat air terhadap tekanan mekanik atau gangguan terhadap tanah untuk berubah bentuk atau patah.)

Ditentukan berdasarkan kadar air tanah: Wet (Basah): Stickiness (non-sticky, slightly sticky, sticky,very sticky) Plasticity (non-plastic, slightly plastic, plastic, very plastic) Moist (Lembab): Very friable, friable, firm ,very firm Dry (Kering) Loose. soft. slightly hard,hard, very hard ,extremely hard

Konsistensi menunjukkan: Jumlah dan tipe liat mineral (amount and type of clay material ) Kondisi tanah untuk pengolahan Potensi tanah untuk menjadi padat

Konsistensi (lanjutan) Konsistensi adalah ketahanan tanah untuk dibentuk atau untuk retak atau belah. Konsistensi tanah merupakan tenaga atau kekuatan adhesi dan kohesi yang mengikat agregat atau partikel secara bersama. Dapat dikatakan juga sebagai tingkat plastisitas dan kelekatan suatu tanah. Konsistensi tanah dapat digunakan sebagai petunjuk : Dimana zona tanah yg dapat membatasi pertumbuhan akar tanaman dan perkecambahan benih. Aapakah di tanah tersebut dapat terbentuk zona yang padat, lapisan keras, atau lapisan tapak bajak.

Cara menentukan konsistensi tanah Fingers - squeeze aggregates or push fingers into the soil. Penetrometer - measures how hard it is to push into the soil. this would be the same effect as a plant root. Examine roots : J roots or a root mat indicate problems. Sand has a very weak consistence, there is little force between the particles. This means that a car tire can easily push the sand apart and it is easy to get stuck.

Factors Affecting Soil Consistence 3 Major Factors Water Content Soil Texture Soil Density

Water Content - this is the most important Water Content - this is the most important. soil particles will move more easily when in a wet soil. Water will act as a lubricant soil strength increases as the soils dries out. soils will compact, become densier, if tilled, trampled, driven over, etc..... when wet.

If a soil is worked or tilled when wet: soil has low strength, particles will be easily moved. Soils under wheels will be compacted (bulk density increases). large pores are destroyed; cracks between peds and old root channels are squashed. as soils dries, its strength increases. Roots may not be able to push particles aside. root growth may be restricted these systems are more susceptable to drought and may not get all fertilizer that is present.

Soil Texture soil strength increases with increasing clay content clayey soils are stronger than sandy soils. Soil Density as density increases so does soil strength. You have more material in the same area which makes it harder for the plant root to grow.

Measurements of Pore Space Soil Bulk Density it is a measure of how compact or dense a soil is. it is weight of soil divided by the total volume (lbs/ft3 or g/cm3 or mg/cm3) Density = mass (weight) / volume

If a 100 cubic cm soil sample has an oven-dry weight of 150 grams then

Bulk density is affected by the solids and porespace high pore space = low bulk density low pore space = high bulk density fine textures silt loams, clay, clay loam - generally lower bulk density 1-1.6 g/cc sandy soils may range 1.2 - 1.8 g/cc strong structure (well granulated topsoil) - low bulk density high organic matter = low bulk density

As bulk density increases: soil strength increases - pore space decreases soils become more compact