Materi 02: Komponen Tanah

1. DASAR ILMU TANAH Materi 02: Komponen Tanah 2010

2. Penyusun/ Komponen Tanah • Bahan Padat (50%) : • bahan mineral (45%), • bahan organik (5%) • Ruang antar bahan padat (50%): • air (25%), • udara (25%)

3. Penyusun/ Komponen Tanah

4. Komponen Bahan Organik Tanah Komponen Biomasa Hidup dalam Tanah

5. Bahan Mineral • Bahan mineral berasal dari • Pelapukan in situ bahan geologi (utama) • Bahan yang diangkut dari luar (kadang-kadang) • Bahan terbawa aktivitas angin (kadang-kadang). • Mineral primer berasal dari bahan induk dan biasanya telah mengalami 1 siklus pelapukan • Pelapukan mineral menghasilkan unsur hara tersedia bagi tanaman

6. Mineral tanah dan unsur penyusun utamanya

7. Mineral Primer

8. Pasir (sand) dan Debu (silt) • Ditentukan oleh komposisi mineral bahan induk dan tingkat pelapukan (mineral primer) • Mineral yang paling umum: kuarsa (Si02) • Pada tanah tua (sangat terlapuk) feldspar dan mika dominan banyak dijumpai ilmenit, zirkon dan haematit. • Pengaruh utama pada sifat fisik tanah  retentsi air rendah dan drainase cepat jika pasir kasar dominan; ruang pori sedikit, aliran air terhamat, akar terhambat, tergenang jika jika debu dominan • Sedikit pengaruhnya terhadap sifat kimia, walau feldspar dan mika dapat melepaskan Ca, Mg dan K akibat pelapukan.

9. Liat (clay) • Mempengaruhi sifat fisik dan kimia tanah jerapan kation, anion dan pestisida • Karena ukurannya kecil ( < 2 m) penyifatan dengan XRD atau mikroskop elektron • Mineral sekunder– hasil pelapukan kimia mineral primer atau sintesis dari beberapa hasil pelapukan mineral primer • Mineral Sekunder • Mineral sekunder Non SIlikat - kalsit, hematit • Mineral Sekunder Silikat (mineral liat) – Kaolinit (1:1), montmorilonit /smektit (2:1 –memuai), Illite (2:1 tidak memuai

10. Mineral sekunder Non silikat

11. MINERAL LIAT Ukuran liat  2 mikron Ukuran partikel koloid  1 mikron Tidak semua liat bersifat koloidal LIAT SILIKAT: Berbentuk pipih-laminer, lapisan lempengan Berstruktur kristal = kristalin Umumnya bersifat koloidal Luas permukaannya sangat besar Permukaannya bermuatan elektronegatif shg mampu menjerap kation-kation Liat Fe dan Al-hidrous-oksida: Tidak mempunyai struktur kristal, amorf Banyak dijumpai di daerah tropika ALOFAN: Si dan Al seskui-oksida Al2O3.2SiO2.H2O

12. STRUKTUR LIAT SILIKAT Ukuran kecil , KRISTALIN Tersusun atas unit-unit kristal Susunan mineralogik dari unit kristal ini tgt pada tipe liat Struktur Dasar LIAT SILIKAT: Silikat-alumina = alumino-silikat: Lempengan tetrahedra-silika bertumpukan dg lempengan oktahedra alumina Tetrahedra silika Oktahedra alumina Kedua lempengan ini berikatan satu-sama lain dalam kristal liat melalui atom oksigen …….. “Jembatan oksigen” Tetrahedra Oktahedra SiO4

13. Tipe Berdasar susunan lempeng dlm unit kristal: 1. Tipe mineral 1:1 (Silika : Alumina) 2. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya memuai 3. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya tdk memuai 4. Tipe mineral 2:2 • Tipe Mineral 1:1 • Kaolinit, Haloisit, Anauksit, Dikit • Unit kristal terdiri atas satu lempeng silika & satu alumina Kisi kristalnya 1:1 • Kedua kisi dlm unit kristal diikat oleh atom oksigen yg dipegang bersamaan oleh atom Si dan Al dlm masing-masing kisi • Unit-unit kristal diikat bersama secara kuat oleh ikatan hidrogen sehingga tidak dapat memuai (mengembang-mengkerut) • Permukaan efektif terbatas di permukaan luar saja • Hampir tidak ada substitusi isomorfik • Nilai KTK-nya rendah • Kristal Kaolinit berbentuk heksagonal, diameternya 0.1-5 mikron • Sifat plastisitas dan kohesinya rendah • Sifat koloidalnya tidak terlalu intensif

14. 1. Paket lapisan mineral tersusun atas lempeng aluminium-hidroksida yg bergabung dg lempeng silika 2. Salah satu ion oksigen menjadi mata rantai (jembatan) di antara kedua lempengan 3. Seluruh kristal merupakan tumpukan dari paket-paket lapisan seperti di atas KAOLINIT (1:1) O Si Al OH 3 O tetra- 2 Si hedra O-OH-O 2 Al Okta- hedra 3 OH Pd kondisi kemasaman alamiah (pH 4 - 8), kaolinit tdk begitu aktif. Hidroksil permukaan yang terikat pada Al, bersifat asidoid pd pH > 8.1, bersifat basidoid pd pH < 8.1. Shg pd kondisi pH tinggi, permukaan liat ini akan bermuatan negatif, KTK nya tinggi

15. 1. Seringkali mengiringi kaolinit, formulanya Al2O3.2SiO2.4H2O 2. Lempeng-lempeng Si dan Al tidak diikat oleh ion-ion oksigen milik bersama 3. Seluruh kristal terdiri atas lempeng Si2O5H2 bergantian dg lempeng Al2(OH)6 HALOISIT (1:1) O Si Al OH 3 O tetra- 2 Si hedra 2 OH 3 OH 2 Al Oktahedra 3 OH Kisi kristal tidak tahan terhadap pemanasan Pada suhu 40oC air telah lenyap dan lambat laun terbentuk suatu persenyawaan meta-haloisit

16. Tipe mineral Memuai 2:1 • Unit kristalnya tersusun atas lempeng alumina yang dijepit oleh dua lempeng silika • Dua Kelompok yang terkenal: • Montmorilonit : Montmorilonit, Beidelit, • Nontronit, Saponit • 2. Vermikulit Tipe 2:1 • MONTMORILONIT • Unit-UNIT kristal diikat bersama melalui ikatan oksigen yang lemah, sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basah • Diameter montmorilonit 0.01 - 1 mikron • Permukaannya sangat luas: Permukaan luar dan permukaan dalam • Muatan listrik negatif pada permuakaannya sangat besar, terdiri atas muatan permanen dan muatan yang tergantung pH. • Muatan permanen terbentuk melalui proses substitusi isomorfik • Mg menggantikan sebagian Al dalam lempeng Oktahedron • Al menggantikan sebagian Si dalam lempeng Tetrahedron • Sifat plastisitas dan kohesinya tinggi, mengembang & mengkerut • Sifat koloidalnya sangat intensif

17. 1. Muskovit yg bersisik halus dg formulanya K2O. 3Al2O3. 6SiO2. 2H2O atau KAl2(AlSi3)O10(OH)2 2. Mg mengganti sebagian Al (Substitusi isomorfik) 3. Paket Al2(AlSi3)O10(OH)2 dirangkaikan bersama oleh ion kalium SERISIT (2:1) K Si OH Al O 6 O …………. K ………... 6 O tetra- Al, 3Si hedra 2O-2OH-2O 4 Al oktahedra 2O-2OH-2O Al, 3Si tetrahedra 6 O …………. K ……….

18. Tipe 2:1 • VERMIKULIT • struktur serupa Montmorilonit • Mg dominan, mengganti Al dlm lempeng alumina. • Pd lempeng silika sbgian Si diganti Al  timbul MUATAN NEGATIF sangat besar • Kapasitas jerapan (KTK) sangat besar. • Molekul air bersama dg kation Mg dijerap kuat di antara unit kristal, sehingga derajat memuainya tidak terlalu intensif (MEMUAI TERBATAS) • Tipe mineral 2:1 Tidak Memuai (ILLIT) • Ukurannya berada di antara montmorilonit dan kaolinit • Muatan negatifnya terutama pd lempeng silika tetrahedra, karena sekitar 15% dari Si diganti oleh Al. • Kalium diikat kuat di antara unit-unit kristal, sehingga tidak mudah mengembang

19. Liat Silikat • KLORIT: Tipe mineral 2:2 • Mineral liat Magnesium-silikat yg mengandung Fe dan Al. • Satu unit kristal tersusun atas LAPISAN TALK (spt montmorilonit) dan LAPISAN BRUSIT [ Mg(OH)2 ] • Atom Mg mendominasi lempeng oktahedron lapisan TALK. • Sehingga unit kristal terusun atas dua lempeng tetrahedron silika dan dua lempeng oktahedron magnesium (Tipe 2:2) • Mineral liat ini bersifat mudah memuai • CAMPURAN LIAT SILIKAT • Susunan unit kristalnya berbeda-beda, spt misalnya: • 1. Klorit - Illit • 2. Ilit-Montmorilonit

20. KOMPARATIF TIGA LIAT SILIKAT Ciri-ciri Tipe Liat Montmorilonit Ilit Kaolinit Ukuran (mikron) 0.01 - 1 0.1 - 2 0.1 - 5 Bentuk Serpih tak menentu Serpih tak menentu Heksagonal Permukaan jenis (m2/g) 700-800 100-200 5 - 20 Permukaan luar Luas Sedang Sempit Permukaan dalam Sgt luas Sedang Tdk ada Kohesi / Plastisitas Tinggi Sedang Rendah Kapasitas Memuai Tinggi Sedang Rendah KTK (me/100 g) 80-100 15 - 40 3 - 15 Sumber: Sifat dan Ciri Tanah (Soepardi, 1983)

21. Mineral Koloidal selain Silikat • HIDRUS OKSIDA BESI & ALUMINIUM • Penting karena Sangat dominan di daerah tropika • Molekul air berasosiasi dengan oksida : • Fe2O3.xH2O : Limonit dan Goetit • Al2O3.xH2O : Gibsit • Muatan negatifnya sedikit • Sifat plastisitas, lengket, dan kohesinya rendah • Tanah yg kaya mineral ini sifat fisiknya baik • ALOFAN & MINERAL AMORF • Bersifat koloidal non-kristalin • Alofan: • Gabungan antara silikon dan aluminium seskuioksida • Susunannya mendekati Al2O3.2SiO2.H2O • Banyak ditemukan pada tanah-tanah Abu volkan

22. SIFAT Koloidal MINERAL LIAT • Karakteristik bahan koloid: penyebaran cahaya, osmotik dan muatan listrik • Bersifat amfotir, diduga terkait dg gel-gel Fe, Al, Mn yang menyelimuti inti kristalin. • Menjerap kation dengan kekuatan yang berbeda-beda, tergantung pada ukuran, muatan (valensi) dan hidratasi kation. • Penjerapan kation oleh mineral liat berhubungan erat dengan tipe mineral liat • Kaolinit dan Haloisit: muatan listrik terdapat pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan disosiasi H dari gugusan OH permukaan • Ilit dan Khlorit; muatan listrik pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan muatan permanen akibat substitusi atom inti kristal • Montmorilonit dan Vermikulit: muatan listriknya terutama akibat dari substitusi atom inti kristal.

23. PINGGIRAN KRISTAL YANG TERBUKA Dua mekanisme: 1. Ada valensi dari atom inti (Si atau Al) yg tidak dijenuhi yg terdapat pd pinggiran patahan lempeng silika dan alumina 2. Permukaan luar yg datar (pd Kaolinit) mempunyai gugusan oksigen dan hidroksil (OH-) yg tersembul dan merupakan titik-titik yg bermuatan negatif. Muatan ini sifat dan besarannya tergantung pH Sumber muatan negatif liat Silikat SUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal O = Si = O O = Al - O - (tidak bermuatan) (bermuatan negatif satu) OH OH OH OH OH OH - 1 Al Al Mg Al O O OH O O OH

24. Bahan Organik Tanah • Definisi • Bahan tanaman atau hewan yang hidup atau mati di dalam tanah. Berkisar dari bahan yang belum terdekomposisi sampai yang sudah sangat terdekomposisi • Komponen • Biomasa (sisa tanaman, akar tanaman, organisme) • Residu (mati tetapi tidak teridentidikasi) • Bahan lain: terlapuk dan resintesis, Humus, terlarut (fase liquid), 0 - 6% (berat) di horizon A, <1% (berat) di horizon bawah • Fungsi • sebagai granulator-membentuk struktur • sebagai sumber unsur hara, N, P dan S • tanah dapat menahan air • tanah dapat menahan unsur hara • sumber energi bagi mikroorganisme tanah

25. Bahan Organik Tanah (BOT) Fraksi Aktif (Fraksi ringan) Humus Stabil (Fraksi berat) Labil (Fraksi sedang) • Asam fulvik • Asam Humik • Humin

26. Karakterisasi bahan organik tanah • analisis kimia, total C dan total N (metode termudah), • fraksionasi fisik, berdasar ukuran dan berat jenis, atau • penggunaan isotop: 13C (isotop stabil, bukan radioaktif) dan 14C (radioaktif).

27. Air Tanah • Air tanah bukan air murni, tetapi ‘larutan’ (solution), jumlahnya bervariasi dengan jumlah udara tanah • Perubahan air/udara tanah penting untuk sifat fisik tanah dan aliran air • Ada di dalam tanah karena • ditahan oleh gaya adesi, kohesi dan kapilaritas • tertahan oleh lapisan kedap air, atau • keadaan drainase yang kurang baik • Kegunaan bagi tanaman • sebagai unsur hara tanaman • sebagai pelarut unsur hara • bagian sel tanaman (bagian dari protoplasma)

28. AIR berada di ………………… dalam ruangan PORI (diantara MATRIKS tanah) Partikel Tanah Ruangan Pori Air Tanah

29. Tipe Air Tanah • Air Gravitasi: air bebas yang bergerak dalam tanah akibat gaya gravitasi • Bergerak cepat pada tanah berdrainase baik, dan bukan air tersedia bagi tanaman. • Tekuras dari tanah dalam 2-3 hari • Air Kapiler: air dalam pori-pori mikro, larutan tanah. • Sebagian besar tersedia untuk tanaman • Air Higroskopik: air yang membentuk film tipis menyelimuti partikel tanah • Sangat kuat ditahan tanah oleh gaya adesi, tidak tersedia bagi tanaman.

30. Potensial Air Tanah • Air di dalam tanah mengalir dari daerah berenergi tinggi ke daerah berenergi lebih rendah, aliran ini diukur sebagai potensial air ,  (psi). • Tiga potensial air • potensial osmotik () • potensial matrik (m) • potensial gravitasi (g).

31. Potensial Air Tanah • Potensial osmotik: penarikan molekul air dalam larutan tanah;u bernilai negatif. • Potensial matrik: jumlah serapan air pada permukaan partikel tanah, dan gaya-gaya kapiler muncul dari air yang terjebak dalam pori-pori sangat halus; bernilai negatif. • Potensial gravitasi: gaya gravitasi yang menarik air ke pusat bumi; dapat bernilai positif atau negatif tergantung tinggi permukaan air dalam tanah.

32. Potensial Air Tanah • Potensial air pada ‘kapasitas lapangan’ kira-kira –0,33 Mpa (-33 kPa; -0,33 bar), tetapi pada tanah-tanah berpasir kira-kira –0,01 Mpa (-10kPa; -0,10 bar) • ‘titik layu permanen’ dengan potensial air sekitar –1,5 Mpa (-500 kPa; -15 bar.

33. Udara • Mengisi pori-pori tanah (bersama air) • Dibandingkan udara di atmosfer: • uap air lebih tinggi. • karbon dioksida lebih besar (>0.03%) • oksigen lebih kecil (10-12%, di atm 20%), karena ada dekomposisi BO, respirasi org tanah dan akar tanaman • Berperan dalam transport senyawa organik yang volatile dan uap air