Dasar Hubungan Tanah Tanaman Serapan unsur oleh Tanaman Ion dapat dipertukarkan permukaan jerapan Udara tanah Larutan Tanah Fase Padatan & Mineral Bahan Organik & Biota Hujan, Evaporasi, Drainase, Pemberian Pupuk

Bahan Organik Tanah Sisa Kehidupan Hidup Mati (baru) Mati (lama) Akar Cacing dan insek Mikroorganisme Mati (baru) Sisa tanaman segar Organisme tanah baru mati Bahan organik aktif Mati (lama) Bahan organik terdekomposisi baik Humus

Bahan Organik Senyawa2 Sangat Kompleks Secara Biologis terkontrol Sulit dikarakterisasi senyawa kimianya Secara Biologis terkontrol Sangat Dinamik Peka terhadap Lingkungan

Sifat Bahan Organik CO2 (60-80%) Senaya Inorganik Residu BO Biomasa (3-8%) Humus (15-35%)

Dasar Hubungan Tanah Tanaman Serapan unsur oleh Tanaman Ion dapat dipertukarkan permukaan jerapan Udara tanah Larutan Tanah Fase Padatan & Mineral Bahan Organik & Biota Hujan, Evaporasi, Drainase, Pemberian Pupuk

Pertukaran Ion Atraksi antara muatan partikel tanah dan ion2 Muatan harus selalu seimbang Ion2 dapat dipertukarkan satu sama lain meskipun keseimbangan tercapai Kekuatan atraksi bervariasi

Ekivalensi Hubungan ion2 berdasar pada muatan Berat atom = berat atom per molekul suatu atom Berat untuk nomor atom yang sama Al = 27 g/mol, Ca = 40 g/mol, K = 39 g/mol, Cl = 35g/mol, O = 16 g/mol Berat Ekivalen = berat suatu ion per molekul muatan Berat untuk nomor mauatan yang sama Al3+ = 9 g/molc, Ca2+ = 20 g/molc, K+ = 39 g/molc Cl- = 35g/molc, O-2 = 8 g/molc Berat Ekivalen = g/molc = g/ekivalen = g/eq Milliekivalen = ekivalen/1000 = me

Kapasitas Tukar Kation (KTK, Cation Exchange Capacity,CEC) Muatan negatif partikel tanah yang dapat mengikat ion2 bermuatan positif (kation) melalui atraksi elektrostatik Ca++ Mg++ K+ H+ Al+++ NH4+

Kapasitas Tukar Kation (KTK) Sumber Muatan pada Liat Lempeng silikat – (review struktur dlm textbook) Silika tetrahedral Aluminum oktahedral Substitusi Isomorfik Al 3+ untuk Si 4+ pd lempeng tetrahedral = muatan -1 Mg 2+ untuk Fe 2+ untuk Al 3+ pd lempeng oktahedral = muatan -1 Luas Permukaan 10 – 800 m2/g 1 lempung berpasir Illnois = 40 - 50 x luasan

Pertukaran Kation Kaolinit 1:1 yaitu: Satu lempeng silikat tetrahedral dan satu lempeng aluminium oktahedral Substitusi isomorfik sangat kecil KTK 1 - 10 me/100g (cmolc/kg) tergolong rendah Umum dijumpai pd tanah yang mengalami pelapukan lanjut di daerah tropika.

Pertukaran Kation Liat Mikaseous (ilit dan vermikulit) 2:1 yaitu: dua lempeng silikat tetrahedaral pada kedua sisi dan satu lempeng aluminium oktahedral di tengah Substitusi isomorfik terutama pada lempeng tetrahedral sehingga tertutup pada permukaan liat, lebih kuat KTK relatif rendah 15 - 40 me/100g (cmolc/kg) Fiksasi K - mutan dan geometri

Pertukaran Kation Mineral Smektit 2:1 yaitu: dua lempeng silikat tetrahedral pada kedua sisi dan aluminium oktahedral di tengah Substituasi Isomorfik terutama pada lempeng oktahedral sehingga mauatan di bagian sisi mineral menghasilkan muatan dengan densitas lebih rendah pada permukaan Liat ini disebut liat berkembang (expanding clays). Ia mengalami pengembangan dan penciutan secara dramatik pada kondisi pembesahan dan pengeringan. KTK 80 - 120 me/100g (cmolc/kg), tinggi

Pertukaran Kation Oksida Hidrous Adalah oksida hidrous mineral besi dan aluminium. Sangat penting pada tanah2 yang mengalami pelapukan lanjut. Muatan pd mineral2 ini tidak berasal dari substitusi isomorfik seperti pd mineral aluminosilikat. Muatan berkembang dari ionisasi grup hidroksida mineral2. Muatan sangat tergantung pada pH. Hidroksida disebut liat2 bermuatan variabel (variable charge clays).

Muatan Bergantung pH pd Oxida2 Al O OH Al O O ¯ OH Mineral OKsida Mineral Oksida + OH- + H2O pH meningkat

Muatan Bergantung pH pd Oksida2 ¯ Muatan Bersih Muatan Titik Nol (Zero Point of Charge, ZPC) + 3.0 5.0 7.0 pH Tanah

Pertukaran Kation Bahan Organik Merupakan sumber KTK yg sangat penting Muatan mineral2 ini tidak berasal dari substitusi isomorfik seperti pada lempeng mineral liat aluminosiliat. Muatan berkembang melalui ionisasi gugus karboksil dan fenol pada BO. Muatan sangat tergantung pH. BO murni mempunyai KTK sangat tinggi (100 -300 me/100g, cmolc/kg). Ingat bahwa kadar BO tanah hanya beberapa % saja.

Muatan Bergantung pH pd BO

Muatan Bergantung pH pd BO OH O¯ + H2O + OH- pH meningkat Gugus Fenol OH O¯ R=O R=O + H2O + OH- pH meningkat Gugus karboksil

KTK Total Pada kebanyakan tanah terdapat muatan kombinasi Muatan Permanen - Mineral liat Muatan bergantung – Oksida Terselimut dan BO KTK = jumlah muatan2 tersebut - me/100g atau cmolc/kg tanah Muatan Negatif Bersih (KTK) 3.0 5.0 7.0 9.0 pH Tanah

Kapasitas Tukar Kation Tipik Pasir 3-5 me/100g Lempung 10-15 me/100g Lempung Berdebu 15-25 me/100g Liat 20-50 me/100g Tanah Organik 50-100 me/100g

Pertukaran Kation Kation2 pada KTK dapat ditukar dengan kation lain selama muatan dalam keadaan seimbang Pemupukan K Serapan K

Pertukaran Kation Selektivitas Pertukaran Ion Pertukaran ion lebih dari hanya sekedar pertukaran muatan Serial Lyotropik Afinitas kation2 untuk KTK Hukum Coulomb F = D q1q2 / r2 Peningkatan afinitas – Muatan dan Ukuran

Sifat2 Ionik Textbook Table 2.2 Radius Ionik (nm) Unsur Berat Atom (g/mole) Berat Eki. (g/eq) Non-Hidrous. Hidrous. Kation2 Al3+ 27 9 0.051 H+ 1 Ca2+ 40 20 0.099 .96 Mg2+ 24 12 0.066 1.08 K+ 39 0.133 0.53 NH4+ 18 0.143 0.56 Na+ 23 0.097 0.79 Anions H2PO4- 97 SO42- 96 48 NO3- 62 Cl- 35 OH- 17 Textbook Table 2.2

Pertukaran Kation Estimasi KTK Pertukaran kation2 dg NH4+ kemudian ditukar dg K+ kemudian penetapan NH4+ Uji Kation Tanah Estimasi kemasaman dari pH penyangga dan ditambah kation2 terekstrak Ingat: KTK peka terhadap pH

Pertukaran Kation Estimasi KTK Estimasi kemasaman dari pH penyangga dan di tambah kation2 terekstrak Uji KTK Tanah = Ca2+ + Mg2+ + K+ + Kemasaman Hasil Uji Tanah: 0.2 me K/100g 2 me Mg/100g 8 me Ca/100g 2 me kemasaman/100g

Pertukaran Kation Estimasi KTK Estimasi kemasaman dari pH penyangga dan penambahan ke kation2 terekstrak: Hasil Uji Tanah: 90 ppm K 200 ppm Mg 1500 ppm Ca 2 me kemasaman/100g Uji KTK Tanah = Ca2+ + Mg2+ + K+ + Kemasaman

Pertukaran Kation Persentase Kejenuhan Kation pd KTK Karena pertukaran kation adalah proses kompetisi, intensitas kation2 dalam larutan akan berhubungan dengan jumlah kation2 berbeda pada KTK. % Kejenuhan Kation pd KTK % Kejenuhan = Kation ditukar/KTK K = 0.2 me K+/100g (cmolc/kg) KTK = 10 me/100g (cmolc/kg) Secara teoritikal benar tetapi secara praktikal terbatas Selalu berubah sepanjang tahun.

Kesimpulan Pertukaran Kation Ukuran KTK ditentukan oleh sifat2 tanah Muatan Permanen dan bergantung pada pH Sejumlah besar unsur hara dpt diikat oleh KTK Tidak semua ion2 adalah sama . . . Atraksi selektif berhubungan dengan serial lyotropik Menghasilkan penyanggaan cepat utk semua kation2 Ion2 dapat ditukar diikat melawan pencucian Ion2 dapat mudah ditukar siap tersedia melalui pertukaran kation.