SOIL CHEMISTRY Soil pH Cation exchange Cation Exchange capacity Base saturation Reading Materials: Brady NC, 1990. The Nature and Properties of Soils Supardi, 1989. Sifat dan Ciri Tanah

H+ pH = - log [ H+ ] H2O 2 H+ + O-2 Acid pH = 6.0 Neutral pH = 7.0 Alkaline pH = 8.0

Neutrality Acidity Alkalinity

pH tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor Dekomposisi dari bahan organik Bahan induk Hujan Pemupukan N

Peranan pH tanah pH menentukan mudah tidaknya unsur hara diserap tanaman; pada tanah masam unsur P sulit untuk diserap tanaman karena difiksasi oleh Al; pada tanah alkali unsur P difiksasi Ca. pH menunjukkan adanya unsur beracun. Pada tanah masam banyak dijumpai ion Al dalam tanah, yang dapat mengikat P, dan racun bagi tanaman. Pada tanah masam unsur Fe, Mn, Zn, Cu dan Co mudah larut, maka tanaman dapat keracunan. Pada tanah alkalis, Mo dan B menjadi racun bagi tanaman. pH mempengaruhi perkembangan mikroorganisme. Bakteri berkembang dengan baik pada pH >5.5. Fungi berkembang pada segala tingkat pH, tetapi pada pH > 5.5, fungi harus bersaing dengan bakteri, jadi lebih dominan pada pH <5,5.

Soil pH & nutrient availability K Mg and Ca S B Cu and Zn Mo Fe Mn Al Fungi Bacteria & Actinomycetes 4 5 6 7 8 9 10 Soil pH & nutrient availability

Proses Pemasaman Pencucian kation basa, Ca2+, K+, Mg2+ clay-Ca + H2O clay-2H + Ca2+ + 2OH- CO2 dari respirasi C6H12O6 + 6O2  CO2 + 6H2O CO2 + 6H2O  H2CO3  HCO3- + H+ Asam-2 organik dihasilkan oleh akar, mikroba H+ dilepas oleh akar, dan oksidasi amonium & senyawa lainnya

Perubahan pH oleh aktifitas manusia: pemasaman Pupuk kimia (buatan)  contoh pupuk N NH4+ + 2O2  NO3- + H2O + 2H+ Deposisi asam dari atmosfer Limbah organik asam Oksidasi bahan tanah mengandung sulfur; beberapa bentuk sulfur (S) dioksidasi menjadi asam sulfat

Penambahan batukapur: karbonat Ca2+, Mg2+ Meningkatkan pH tanah Penambahan batukapur: karbonat Ca2+, Mg2+ CaCO3 + 2H+  Ca2+ + CO2 + H2O Pembakaran/kapur cepat (oksida Ca2+, Mg2+) Kapur terhidrasi (hidroksida Ca2+, Mg2+)

Sumber Alkalinitas Di daerah arid dan semiarid komplek pertukaran didominasi: Ca2+, Mg2+, K+, Na+ Adanya karbonat dan bikarbonat pada tanah alkalin terkait dengan disolusi CO2: Kisaran pH reaksi tsb adalah antara 4,6 dan juga 8,6 (Ca-carbonates) atau 10 (Na-carbonates)

Menurunkan pH Penambahan senyawa mudah teroksidasi Sulfur, secara biologi teroksidasi menjadi asam sulfat Penambahan aluminium sulfat, yang memilah H2O untuk hasilkan H+ Penambahan bahan organik

Cation Exchange Exchange process Ca+2- colloid + 2 H+ ¬¾® 2 H+- colloid + Ca+2 = H+ replaces Ca+2 adsorbed to soil colloids Ca-x + 2 H+ ¬¾® 2 H-x + Ca+2 x = the soil solid phase Ca(ad) + 2 H+ ¬¾® 2 H(ad) + Ca+2 X(ad) = "adsorbed" cation X Jerapan (adsorption): pengikatan ion (Ca2+, Mg2+, K+ pada permukaan koloid liat dan humus.

Adsorbed cations (a) Tanah daerah arid = kation basa Ca+2, Mg+2, K+, Na+ (b) Tanah daerah humid = kation asam, dan juga Ca+2, Mg+2, H+ and Al+3 (c) Kekuatan jerapan Al+3> Ca+2 = Mg+2 > K+ = NH4+ > Na+

Primary minerals e.g. feldspar & micas Large organic particles (mostly C, H, O with some nutrient cations) Coarse fraction Rigid structural framework (cations very slowly available) H+ Mg2+ Al3+ Ca2+ K+ Ca2+ Mg2+ Na+ H+ K+ Ca2+ Mg2+ Na+ H+ Ca2+ Silicate clays & other sec. Minerals (Si, Al, Fe, O, OH & other cations) Humus (mostly C, H, O & nutrient cations) K+ H+ K+ Adsorbed cations Exchangeble (moderately available) Coloidal fraction Semirigid framework (cations slowly available) Soil solutions (readily available)

Cation Exchange Capacity, CEC (KAPASITAS TUKAR KATION, KTK) Sum total of the exchangeable cations ( K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4+) that a soil can adsorb Unit: cmolc kg-1 used to be me/100 g of soil Measurement:Extraction of 1 M NH4Oac., pH 7.0

CEC of soil, clay mineral type & humus CEC,cmolc kg-1 Kaolinite 1:1 30-150 Halloysite 60-100 Hidrous mica 2:1 200-400 Montmorilonite 800-1200 Vermiculite 1000-1500 Iron Hydroxide Aluminium oxide   30-50 Humus 2000-4500

Why is CEC important? Kation dilepaskan salama proses mineralisasi Kation dapat dipertukarkan (misal K+, aplikasi pupuk KCl) dapat melepaskan kation lain ke larutan tanah Penyangga (buffer) hara  mengurangi kehilangan hara akibat pencucian Indikasi kapasitas tanah menahan hara Menentukan berapa banyak / sering diperlukan pengapuran Menentukan bagaimana cara aplikasi pupuk untuk tanaman, dibenam, atau disebarkan.

--------------cmolc kg-1-----------------     Level of Soil Fertility based on its CEC Category Ca Mg K Na KTK --------------cmolc kg-1----------------- Very high >200 >80 >12 >20 >400 High 100-200 30-80 6-12 7-20 250-400 Medium 50-100 10-30 3-6 3-7 120-250 Low 20-50 3-10 2-3 1-3 60-120 Very low <20 <3 <2 <1 <60    

Pertanyaan: Apa arti data KTK di bawah ini: 1.   Tanah memiliki KTK 100 cmol kg-1 , mengandung 80 cmol Cadd per kg tanah 2.   Tanah memiliki KTK 1000 cmol kg-1 , mengandung 80 cmol Cadd per kg tanah

Exchangeable cations in soils   Exchangeable cations in soils The predominant exchangeable cations either “basic” (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) or “acidic” (Al3+ and H+). It is useful in identifying the relative proportions of sources of alkalinity and acidity in soil solution. Percentage base saturation: The percentage of the CEC is satisfied by base-forming cations. % base saturation = Exchangeable base-forming cations (cmol kg-1) CEC (cmol kg-1)

Cation exchange data for representative mineral surface soils in different areas Characteristics Humid region soil (Alfisol) Semiarid region soil (Aridisol) Arid region soil (Natrargids) Exchangeable Ca (cmol/ kg) 6-9 14-17 12-14 Other exchangeable bases (cmol/ kg) 2-3 5-7 8-12 Exchangeable H and/or Al (cmol/ kg) 4-8 1-2 CEC (cmol/ kg) 12-18 20-26 Base saturation (%) 66.6 90-95 100 Probable pH 5.6-5.8 ~ 7 8-10 (Brady, 1990, p 205)

Kejenuhan Basa Terdapat dua kelompok kation dalam komplek jerapan koloid yakni kation asam (H+ dan Al 3+), kation basa (Ca2+, Mg2+, K+ dan Na+) Kejenuhan basa (KB) adalah perbandingan antara jumlah kation basa dengan jumlah semua kation (kation asam dan basa) dalam komplek jerapan koloid atau

Kejenuhan Basa Kation basa merupakan hara yang diperlukan tanaman, tanah subur  KB tinggi (karena kation basa tidak banyak tercuci) KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam KB lebih rendah dibanding tanah alkalis. Pada tanah KB rendah komplek jerapan banyak disi Al3+ dan H+ (basa), terutama Al3+, racun bagi tanaman kasus tanah-tanah masam di Indonesia

Clay loam Clay loam + lime Sandy loam H+ & Al3+ H+ CEC, cmol kg-1 50 % Base-forming cations CEC, cmol kg-1 50 % 80 % Base saturation: pH: 5.5 6.5 (Brady, 1990, p 220)

Symptom of Nutrient Deficiency