dasar-dasar ilmu tanah: kimia kesuburan tanah dan unsur hara tanaman

Tim Pengajar Mata Kuliah Dasar-dasar Ilmu Tanah

Fakultas Pertanian

Universitas Jenderal Soedirman

Purwokerto

V. KIMIA TANAH

PENDAHULUAN :

Sifat kimia dan fisika tanah sangat dipengaruhi oleh kolloid

tanah yaitu kolloid liat dan kolloid humus yang merupakan pusat

aktivitas tanah.

Pembentukan struktur, tata air dan udara tanah, drainase,

adsorbsi kation, pH, KTK, KB, juga aktivitas jasad renik tanah

sangat ditentukan oleh adanya kolloid tanah.

Oleh karena itu pembicaraan kimia tanah meliputi :

1. mineral liat, 2. kolloid tanah, 3. reaksi tanah (pH), 4. KTK dan KB.

1. MINERAL LIAT

Mineral liat adalah mineral yang berukuran < 2 µ, terbentuk dari :

a. Alterasi/perubahan dari mineral primer

b. Rekristalisasi dari hasil pelapukan mineral primer

Hasil pelapukan mineral primer dipengaruhi oleh reaksi tanah (pH)

Tanah masam liat kaolinit ( type liat 1:1 )

Tanah netral - basa liat montmorilonit ( type liat 2:1 )

KOMPOSISI KIMIA KULIT BUMI : ± 90 % kulit bumi tersusun dari 8 unsur kimia, yaitu :

O = 46,6 % Fe = 5,0 % K = 2,6 %

Si = 27,7 % Ca = 3,6 % Mg = 2,1 %

Al = 8,1 % Na = 2,8 %

Sehingga hampir 75 % didominasi oleh Oksigen (O), Silika (Si) dan

Almunium ( Al)

STRUKTUR MINERAL LIAT :

Struktur mineral liat terdiri dari struktur Si – tetrahidron dan Al –

oktahidron

Si – tetrahidron :

Si

Si

Al- oktahidron :

OH Al

Al

Hasil pengamatan mineral liat dengan Scanning Electrocope

Microscope (SEM) dg perbesaran 38000 – 45000 x, diperoleh

bahwa bentuk mineral liat Lempeng dengan susunan molekulnya

tetap yaitu type liat 1 : 1 ; 2 : 1 ; 2 : 2.

Type liat 1 : 1 Type liat 2 : 1

O O

H-bonding mol air

OH O

Koalinit Montmorilonit

Si

Al

Si

Al

Si

Al

Si

Si

Al

Si

Perbedaan liat I : 1 dengan 2 : 1 :

1. Ikatan antar kisi liat 1 : 1 ada jembatan H, sehingga sukar disisipi

air, maka tanahnya mempunyai derajat kerut kecil. Sebaliknya

ikatan antar kisi liat 2 : 1 lemah, air mudah masuk dan tanahnya

akan mempunyai derajat kerut besar.

2. Type liat 1 : 1 mempunyai muatan (-) kecil, berasal dari patahan

tepi kristal liat. Sebaliknya type liat 2 : 1 mempunyai muatan (-)

besar berasal : patahan tepi kristal dan

subtitusi isomorfik Si+4 Al+3

2. KOLLOID LIAT

Kolloid tanah adalah bahan mineral dan bahan organik yang sangat

halus, ukurannya < 1µ (0,001 mm), mempunyai luas permukaan

yang lebar.

KOLLOID LIAT :

disebut sbg misel (micro sel), umumnya bermuatan (-), berasal :

a. Patahan kristal pada Si-tetrahidron / Al-oktahidron

b. Disosiasi H + dari gugus OH pada tepi kristal

OH O- + H+

Pada pH rendah ion H+ terikat kuat

pH tinggi H+ mudah lepas, (-)

3. Subtitusi isomorfik :

Pergantian struktur kristal oleh kation yg lebih rendah

Si+4 diganti oleh Al+3 ; Al+3 diganti oleh Mg+2

KOLLOID ORGANIK :

Humus mempunyai muatan (-) yang berasal dari gugus karboksil

dan gugus phenol.

gugus karboksil C O gugus phenol - OH

OH

O muatan negatifnya tergantung pH

humus

C00

Kolloid liat kolloid humus

1. Al, Si, O C, H,O

2. lempeng amorph

3. KTK lebih rendah KTK lebih tinggi

4. sukar dihancurkan mudah dihancurkan

MINERAL LIAT Al-Silikat

(1) Mineral liat Al-silikat berbentuk kristal (kristalin)

Contoh: kaolinit, haloisit, montmorilonit dan ilit.

(2) Mineral liat Al-silikat tidak berbentuk (amorf)

Contoh: alofan, mempunyai muatan (+)

Mineral Oksida Fe dan Al Mineral oksida banyak ditemukan pada

tanah tua di daerah tropika, misalnya Oxisols

Mineral primer

Misalnya kuarsa, feldspar ditemukan dalam fraksi liat

• Menunjukkan sifat kemasaman atau alkalinitas tanah yang dinyatakan dengan nilai pH.

• Nilai pH menunjukkan banyaknya konsentrasi ion H+ (hidrogen) di dalam tanah.

• Makin tinggi kadar ion H+ maka tanah makin masam

• Secara kuantitatif, pH = -log [H+] atau log 1/[H+]

• Nilai pH berkisar antara 0 – 14

3. REAKSI TANAH

Pentingnya mengetahui pH tanah

1. Menentukan mudah tidaknya unsur hara diserap

tanaman.

Secara umum unsur hara mudah diserap tanaman pada

pH sekitar netral.

Jika tanah bereaksi masam , unsur P tidak dapat diserap

tanaman, karena diikat oleh Al dan Fe. Jika pH tanah

alkalis/ basa unsur P diikat oleh Ca atau Mg menjadi

CaPO4 atau Mg PO4

2. Menunjukkan kemungkinan adanya unsur beracun.

Tanah masam, ion Al selain mengikat P juga merupakan racun

bagi tanaman

Pada tanah rawa pasang surut, pH yang sangat rendah

menunjukkan kandungan sulfat tinggi, yang bersifat toksik bagi

tanaman.

Tanah masam, unsur mikro ditemukan dalam jumlah banyak.

Unsur mikro diperlukan tanaman dalam jumlah sedikit, apabila

terdapat dalam jumlah banyak bersifat toksik bagi tanaman.

Contoh unsur mikro: Fe, Mn, Zn.

Sebaliknya pada tanah bereaksi alkalis, sering ditemukan unsur

Mo (Molibdenum) dan garam dalam konsentrasi yang tinggi,

sehingga bersifat toksik bagi tanaman

3. Mempengaruhi perkembangan

mikroorganisme

- Bakteri berkembang dengan baik pada pH

5,5 atau lebih, pada pH < 5,5 perkembangan

bakteri sangat terhambat

- Jamur dapat berkembang baik pada kisaran

pH yang luas. Pada pH > 5,5 jamur harus

bersaing dengan bakteri

- Bakteri pengikat N dari udara dan bakteri

nitrifikasi hanya dapat berkembang dengan

baik pada pH > 5,5

Bagaimanakah mengubah pH Tanah ?

- Tanah masam dapat dinaikkan pH-nya dengan menambahkan kapur ke dalam tanah (dikenal

dengan istilah Pengapuran)

- Tanah alkalis dapat diturunkan pH-nya dengan penambahan belerang

4. Kapasitas Tukar Kation (KTK) :

Banyaknya kation yang dapat dijerap oleh tanah

per satuan berat tanah. (biasanya per 100 g

tanah kering mutlak)

KTK dinyatakan dalam satuan kimia miliekivalen

per 100 g (me/100 g)

1 miliekivalen atau 1 me adalah suatu jumlah yang secara kimia setara dengan 1 g hidrogen.

KTK merupakan sifat kimia yang sangat erat hubungannya dengan kesuburan tanah

Tanah dengan KTK tinggi mampu menyerap dan menyedia-

kan hara lebih baik daripada tanah dengan KTK rendah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai KTK yaitu:

(1) kandungan bahan organik;

(2) kandungan liat;

(3) jenis mineral liat

No. Jenis mineral liat KTK (me/100 g tanah

1. Humus 100 – 300

2. Khlorit 10 – 40

3. Montmorilonit 80 – 150

4. Kaolinit 3 – 15

5. Haloisit. 2H2O 5 – 10

6. Haloisit. 4H2O 40 – 50

7. Sesquioksida 0 - 3

1 miliekivalen atau 1 me adalah suatu jumlah yang

secara kimia setara dengan 1 g hidrogen.

1 me H+ = 1 mg H

1 me K+ = 39 mg K

1 me Na+ = 23 mg Na

1 me Ca2+ = 40/2 mg Ca

1 me Mg2+ = 24/2 mg Mg

Suatu tanah mengandung kation K sebesar

0,6 me/100 g artinya:

= 0,6 x 39 mg/100 g

= 23,4 mg/100 g

= 234 mg/1000 g atau

234 mg/1.000.000 mg

= 234 ppm (part per million)

5. KEJENUHAN BASA (KB)

Merupakan perbandingan antara jumlah kation basa dengan jumlah semua kation (kation basa + kation asam)

Kation basa: Ca, Mg, K dan Na

Kation asam: H dan Al

KB = Jumlah kation basa X 100 %

Jumlah kation asam

Hubungan KB dengan pH tanah

Tanah dengan pH rendah, umumnya mempunyai KB rendah, sebaliknya tanah dengan pH tinggi umumnya mempunyai KB tinggi

DISKUSI KELOMPOK:

Mengapa tanah di Indonesia bagian barat umumnya mem-punyai nilai KB lebih rendah dibandingkan dengan tanah Indonesia bagian timur ?

TUGAS KELOMPOK (dikumpulkan): 1. Suatu tanah mengandung 30 me/100 g kation Ca2+. Hitunglah berapa ppm Ca2+ dalam tanah tersebut ? 2. Suatu tanah mengandung kation Al3+ sebesar 450 ppm, ubahlah menjadi satuan me/100 g tanah.

VI. UNSUR HARA ESENSIAL

PENGERTIAN UNSUR HARA ESENSIAL

• Unsur hara yang sangat diperlukan bagi tanaman.

• Fungsinya tidak dapat digantikan oleh unsur lain

• Bila tidak terdapat dalam jumlah yang cukup di dalam tanah, tanaman tidak dapat tumbuh dengan normal

UNSUR HARA ESENSIAL DIBEDAKAN: 1. UNSUR HARA MAKRO: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S. 2. UNSUR HARA MIKRO: Fe, Mn, B, Mo, Zn, Cu, Cl, (Co)

Unsur hara

Bentuk yang dapat diserap tanaman

Keterangan

C CO2 (melalui daun) Diserap dari udara dan air H H+; H2O (H dari air)

O O2; CO2 (melalui daun)

BENTUK ION DAN MOLEKUL YANG DAPAT DISERAP TANAMAN

Unsur hara

Bentuk yang dapat diserap tanaman

Keterangan

N NH4+ ; NO3

- Diserap dari tanah

P H2PO4 ; HPO42-

K K+

BENTUK ION DAN MOLEKUL YANG DAPAT DISERAP TANAMAN

Unsur

hara

Bentuk yang dapat

diserap tanaman

Keterangan

Ca Ca2+ Diserap

dari tanah

Mg Mg2+

S SO42-

BENTUK ION DAN MOLEKUL YANG DAPAT DISERAP TANAMAN

Unsur

hara mikro

Bentuk yang dapat

diserap tanaman

Keterangan

Fe Fe2+ ; Fe3+ Diserap

dari tanah Mn Mn2+

B BO33-; H2BO3

-; B(OH)4-

Mo MoO4-

BENTUK ION DAN MOLEKUL YANG DAPAT DISERAP TANAMAN

Unsur

hara mikro

Bentuk yang dapat

diserap tanaman

Keterangan

Zn Zn2+ Diserap

dari tanah

Cu Cu2+

Cl Cl-

BENTUK ION DAN MOLEKUL YANG DAPAT DISERAP TANAMAN

BAGAIMANAKAH UNSUR HARA DAPAT TERSEDIA DI SEKITAR AKAR ?

1. Aliran masa (mass flow)

Gerakan unsur hara di dalam tanah menuju ke permukaan

akar bersama-sama dengan gerakan masa air.

2. Difusi

Unsur hara bergerak dari bagian yang berkonsentrasi

tinggi ke bagian dengan konsentrasi rendah

3. Intersepsi akar

Akar tanaman bergerak menuju ke permukaan akar

NITROGEN

Sumber N

1. Bahan organik tanah

2. Pengikatan N-udara (fiksasi N) baik simbiotik

maupun non-simbiotik

3. Pupuk (Urea, ZA)

4. Air hujan

FUNGSI N

1. Memperbaiki pertumbuhan vegetatif

tanaman.

2. Pembentukan protein

KEKURANGAN NITROGEN

- Tanaman kerdil

- Pertumbuhan akar terbatas

- Daun kuning dan gugur

KELEBIHAN NITROGEN:

1. Memperlambat kematangan tanaman

2. Batang lemah dan mudah roboh

3. Mengurangi daya tahan tanaman

terhadap penyakit.

FOSFOR

Sumber P:

1. Bahan organik (pupuk kandang, sisa-

sisa tanaman)

2. Pupuk buatan (SP-36)

3. Mineral dalam tanah (misal apatit)

FUNGSI P:

1. Pembelahan sel

2. Pembentukan albumin

3. Pembentukan bunga, buah dan biji

4. Mempercepat pematangan

5. Memperkuat batang tidak mudah roboh

6. Perkembangan akar

7. Tahan terhadap penyakit

8. Membentuk DNA & RNA

9. Transfer energi (ADP + P ATP)

KALIUM

Sumber K:

1. Mineral primer (feldspar, mika)

2. Pupuk buatan (KCl, K2SO4)

Fungsi K:

1. Pembentukan pati (karbohidrat)

2. Mengaktifkan enzim

3. Pembukaan stomata

4. Mempertinggi daya tahan thd

kekeringan dan penyakit

5. Perkembangan akar

BENTUK-BENTUK K DALAM TANAH:

1. TIDAK TERSEDIA BAGI TANAMAN

(90-98% DARI K-TOTAL TANAH)

2. TERSEDIA (1-2% DARI K-TOTAL)

3. LAMBAT TERSEDIA

KONSUMSI MEWAH (LUXURY COMSUMPTION) ?

Tanaman cenderung menyerap K dalam jumlah yang jauh lebih banyak dari yang dibutuhkan, tetapi tidak menambah produksi.

Cara Mengatasi Kemasaman Tanah

1. Penambahan kapur pertanian

2. Pemberian pupuk basa

3. Penanaman tanaman yang tahan tanah masam

Menaikkan pH kapur Menurunan pH sulfur

Bahan kapur pertanian:

1. Kapur kalsit CaCO3

2. Kapur dolomit CaMg(CO3)2

3. Kapur bakar CaO

CaCO3 CaO + CO2

4. Kapur hidrat Ca(OH)2

CaO + H2O Ca(OH)2 + E.

Mutu Kapur:

1. Garansi kimia (% kandungan).

2. Garansi fisika: 100 % lolos 20 mesh dan 50%

lolos 100 mesh.

Kapur Pertanian dan Pengapuran

Jumlah kapur yang ditambahkan ditentukan oleh:

1. pH tanah

2. Tekstur tanah

3. Kandungan bahan organik tanah

4. Mutu kapur

5. Jenis tanaman yang akan ditanam

Metode SMP (Shoemaker. Mc Lean, and Pratt)

pH awal

larutan

SMP

Kebutuhan CaCO3 (t/ha)

agar pH menjadi:

7,0 6,5 6,0

6,8 3,1 2,7 2,2

6,7 5,4 4,7 3,8

6,6 7,6 6,5 5,4

6,5 10,1 8,5 6,5

6,4 12,3 10,5 8,5

dst

Metode Al-dd

(Aluminium dapat ditukar)

Metode titrasi Al-dd x me/100 g

Menurut Setiyono (1982):

pH 5,2 = 1,2 x Al-dd

5,5 = 1,5 x Al-dd

6,0 = 2,1 x Al-dd

Manfaat pengapuran:

1. Kimia tanah

Menaikkan pH tanah

Menambah unsur Ca dan Mg

Meningkatkanketersediaan P dan Mo

Mengurangi keracunan Al, Fe, dan Mn.

2. Fisika tanah

Memantapkan agregat tanah

Meningkatkan jumlah pori karena agregat

lebih stabil

3. Biologi tanah

Kegiatan bakteri dan aktinomisetes meningkat

Dekomposisi bahan organik dan pengikatan

N2 meningkat.