tsl220 3(2-3) kimia tanah kuliah 13

Dr. Ir. Syaiful Anwar, M.Sc.

Semester Genap 2019/2020Program Studi Sarjana (MSL)

Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya LahanInstitut Pertanian Bogor

TSL220 – 3(2-3)KIMIA TANAH

Kuliah 13

Berbagai unsur penting dalam kimia tanah memiliki perilaku kimia

dan biokimia yang beraneka. Masing-masing unsur memiliki ke-

khusus-an biokimia menyangkut esensialitas dan toksisitasnya

terhadap organisme.

Walaupun masing-masing memiliki perilaku khusus yang

berbeda, namun terdapat perilaku umum yang sama.

Perilaku umum yang sama dapat dikelompokkan lebih

sederhana, salah satunya menjadi 6 kelompok ion-ion penting.

Memudahkan dalam mempelajari ion-ion penting dalam tanah.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

3

1. Kation Dapat Ditukar Utama

2. Anion Utama (Anion Larut)

3. Anion Sukar Larut (Oksianion)

4. Logam Transisi dan Aluminium

5. Ion Toksik

6. Ion Aktif dalam Oksidasi-Reduksi (Unsur Redoks)

Beberapa ion dapat masuk dalam lebih dari satu kelompok

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+, Al3+ (H+)

Dominan dalam bentuk dapat ditukar.

Mudah dimanipulasi melalui pengapuran, irigasi dan

pengasaman.

Dapat diekstrak dengan larutan garam netral.

Al-dd banyak pada tanah masam.

Ca-dd dominan pada tanah pertanian.

Tanah pertanian produktif : Ca2+ > Mg 2+ > K+ Na+.

Tanah salin dan tanah arid: Na > K.

Tanah sodik: K > Na.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

5

Calcium

• Sangat diperlukan oleh tanaman budidaya.

• [Ca2+] tinggi pH sekitar netral.

• [Mg & Al] tinggi dapat menekan serapan Ca.

• Sumber Ca: mineral aluminosilikat dan BO

Magnesium

• Kation terbanyak setelah Ca

• Defisiensi Mg terjadi pada tanah berpasir masam

• [Mg] tinggi biasanya berkorelasi dengan fisik tanah buruk,

dan pH tinggi (tanah sodik)

Kation dapat ditukar utama

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

6

Kalium

• Unsur pupuk utama ketiga setelah N & P

• Tanah di daerah humid dan sedang kekurangan K

• [K+] dalam larutan tanah < K-dd

• Masalah ketidaktersediaan K paling besar karena terfiksasi

Natrium

• Masalah Na kadar yang berlebihan (5 – 15% total kation-dd)

• Tetapi pada tanah berpasir, kadar Na-dd tinggi justru

menguntungkan karena memperlambat infiltrasi.

• Akumulasi Na terjadi pada daerah yang dipengaruhi air laut,

daerah arid/ daerah dgn air irigasi banyak menganding Na

• Na-dd pada tanah mengembang-mengerut juga menguntungkan

karena memungkinkan air terinfiltrasi.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

7

Al & H

• Kation Al: ciri khas tanah masam, Al-dd terhidrolisis

melepas H+ ke larutan tanah

• Nilai pH menyatakan [H+] dalam larutan tanah

Hubungan antara pH dan dominasi kation dapat ditukar

diilustrasikan sebagai berikut:

Tanah – Al3+ + H2O Tanah – AlOH2+ + H+; pH sekitar 5

Tanah – (Ca2+, Mg2+) + H2O (sedikit terjadi reaksi hidrolisis);

pH sekitar 7

Tanah – Na+ + H2O Tanah – H+ + Na+ + OH-; pH sekitar 9

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

NO3-, SO4

2-, Cl-, HCO3-, CO3

-

Konsentrasi lebih rendah dari kation-dd, kecuali pada tanah

bertekstur pasir atau tanah salin jumlahnya hampir sama.

Ion NO3- dan SO4

2- merupakan hara penting tanaman.

Ion SO42-, Cl- dan HCO3

- banyak dijumpai pada tanah salin.

CO32- banyak pada tanah dengan pH > 9.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

9

Anion Utama

Konsentrasi anion tergantung:

1. tingkat pemupukan dan pengolahan tanah

2. aktivitas tanaman dan mikroba

3. intrusi air laut

4. komposisi air irigasi

5. sumbangan dari atmosfer

Pada tanah salin konsentrasi anion relatif tinggi

Deret umum dalam tanah: Cl- > SO42- > HCO3

- > NO3-

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

H2PO4-, HPO4

2-, H2AsO4-, AsO2, H3BO3, H2BO3

-, Si(OH)4, MoO42-

Ditahan sangat kuat oleh padatan tanah.

Erapan dan fiksasi oleh tanah bergantung pH.

Borat paling mudah larut.

Molibdat dan silikat lebih larut pada pH tinggi.

Fosfat lebih larut pada pH netral dan agak masam.

Oksianion: ion kompleks yang tersusun dari kation pusat

berukuran kecil dan bervalensi tinggi dikelilingi oleh ligand

oksigen atau hidroksil dengan ikatan yang kuat.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Anion Sukar Larut (Oksianion)

Fosfor

Konsentrasi fosfat dalam air tanah: 0.1-1 ppm

Permasalahan pemupukan P, mudah difiksasi tanah.

Usaha-usaha mengurangi fiksasi P:

1. Penggunaan pupuk NH4-fosfat

2. Pembuatan pupuk fosfat polimer

3. Penggunaan pupuk P-elemen, N-P, organofosfat

4. Pengaturan pH tanah

5. Pemberian amelioran organik, asam humat.

6. Pemberian silikat atau ion pesaing lain

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Boron

- Terdistribusi merata dalam tanah

- Dijumpai pada mineral turmalin

- Jerapan maksimum pada pH 7-9

- Defisiensi B terjadi pada tanah terlapuk lanjut

- Toksik (konsentrasi tinggi) pada daerah arid dan beririgasi

Silikon

- Penting dalam reaksi pelapukan

- Unsur utama yang hilang dalam pelapukan (desilikasi)

- Tanah berpasir mengandung 90% SiO2,

- Tanah terlapuk lanjut 20%

- Essensial bagi hewan (hara makro)

- Penguat dinding sel (tanaman)

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

13

Molibdenum

- Anion molybdate (dalam tanah)

- Essensial bagi organisme simbiotik (fiksasi N)

- Membantu pembentukan polong dan fiksasi N

- Defisiensi disebabkan karena ketidaktersediaan

- Mudah keracunan

Selenium dan Arsen

- Bahan insektisida (arsen)

- Essensial bagi hewam (selenium)

- Defisiensi/toksisitas terjadi pada unggas dan

hewan pemakan rumput

- Legume dapat mengakumulasi Se

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+, TiOOH+, Fe(OH)2

+, Fe2+, Mn2+, Cu2+, Zn2+

Dalam bentuk hidroksida cenderung terakumulasi.

Fe dan Mn hidroksida terakumulasi dalam keadaan

teroksidasi, lebih mudah larut dalam keadaan tergenang/

reduktif.

Cu dan Zn lebih mudah larut dibanding ion lain, kecuali pada

tanah sangat masam. Ketersediaannya meningkat dengan

menurunnya pH.

Terikat sangat kuat oleh bahan organik tanah.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

15

Logam Transisi dan Aluminium

- Dijumpai dlm bentuk asosiasi dengan ligan O2-

dan OH-.

- Cenderung terpresipitasi sebagai hidroksida

Logam Transisi menjadi penting karena:-Kadar yang tinggi (Al, Ti, Fe) dalam tanah-Essensial/toksik bagi tanaman/hewan (Cu, Zn, Mo, Mn,Co, V, Cr,Ni, Sr, Cd, Hg, Pb)

Pada tanah masam cenderung defisiensi Zn, Cu, Co, MoPada tanah terlapuk lanjut, kehilangan Cu, Zn, Co > Fe, Al, Mn

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Cd2+, Al3+, Pb2+, Hg2+, Be2+, AsO43-, CrO4

2-

Perilaku dalam tanah sama dengan logam transisi.

Al3+ toksik terhadap tanaman, merusak akar.

Lainnya toksik terhadap hewan.

Ion Cd2+ relatif mudah tersedia bagi tanaman, jerapannya

tidak bergantung pH.

Ion lainnya kurang tersedia bagi tanaman apabila pH

naik, kecuali As.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Unsur Toksik

Tanaman lebih toleran terhadap keracunan dibanding hewankarena:

- retensi oleh tanah

- perakaran tanaman terbatas

- translokasi ke bagian atas terbatas

Masalahnya, tanaman dapat mengakumulasi unsur-unsurtoksik, yang kemudian dapat masuk ke rantai makanan

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

C (organic HCO3-), O (O2-

O2), N (-NH2 NO3-),

S (-SH SO42-), Fe (Fe2+

FeOOH), Mn (Mn2+ --> MnO1.7)

Biokimia tanah bersiklus pada perubahan status

oksidasi senyawa C, N dan S.

Molekul O2 merupakan elektron akseptor utama.

Fe (III), Mn (III-IV), NO3- dan SO4

2- adalah elektron

akseptor bila suplai O2 menurun.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Unsur-unsur yang Mengalami Oksidasi-Reduksi- utama : C, N, S, dan O (O dominan) - kecil : Fe, Mn, Se, Hg, As

Karbon: Bahan organik tanah, terutama di lapisan atas.

Proses bahan organik menjadi bahan organik tanah.

Kondisi oksidatif mudah terdekomposisi, sebaliknya padakondisi reduktif.

Nitrogen: khususnya N-organik,

- oksidasi N-organik menjadi N2 dan NO2 (denitrifikasi)

- oksidasi N-organik menjadi NO3-

- reduksi N2 ke N-organik (fiksasi N)

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

Belerang: berasal dari presipitasi atmosfir dan bahan

organik:

Kondisi reduktif, S-tanah sangat stabil berikatan dengan

logam.

Kondisi oksidatif akan membentuk H2SO4 menurunkan pH

Besi dan Mangan:

Bila O2, NO3- dan SO4

2- terlarut tanah habis, mikrob tanah

akan memanfaatkan Fe(III) dan Mn(III-IV) sebagai

electron akseptor. Dalam hal ini Fe(III) atau Mn(III-IV)

akan tereduksi Fe2+ atau Mn2+.

Syaiful Anwar, Soil, IPB, 2020

21