ILMU TANAH DAN KAITANNYA DENGAN ILMU LAIN

Ilmu Tanah, dan Kaitannya dengan Ilmu-ilmu Lain

 

KIMIA

             

I.  Pendahuluan

 

Mengapa Dasar ILmu Tanah  perlu dipelajari (untuk Pertanian)

      Tanah adalah media tumbuh tanaman, dan tempat hidup jasad hidup tanah, baik makro maupun mikro

      Tanaman tumbuh karena ada interaksi antara tanah dan tanaman

      Akar tanaman menyerap hara dan air dari dalam tanah

èè Tanaman akan tumbuh dengan baik apabila tanah mempunyai sifat fisik, kimia, dan biologi yang sesuai dengan kebutuhan tanaman.

Ruang lingkup yang dipelajari (untuk Pertanian)

      Pedologi à ilmu yang mempelajari tanah secara utuh sebagai tubuh alam

      Edaphologi à ilmu yang mempelajari hubungan tanah, air dan tanaman

      Sifat Kimia, Fisika, dan Biologi tanah

1.1.  Definisi Tanah

Tanah adalah akumulasi tubuh alam bebas, berdimensi tiga, menduduki sebagian (besar) permukaan bumi, yang mampu menumbuhkan tanaman, dan memiliki sifat sebagai akibat pengaruh iklim dan jasad hidup yang bertindak terhadap bahan induk pada kondisi topografi/relief tertentu dan selama waktu tertentu (Donahue, 1970).

Jadi Tanah merupakan fungsi dari iklim, jasad hidup, bahan induk, topografi, dan waktu:

 

Bahan Organik (5%)

            T = f {iklim ,jasad hidup, bahan induk, topografi, waktu}

 

Gambar. 1. 1.  Komposisi Utama Tanah Bertekstur Lempung berdebu

1. 2.  SEJARAH PERKEMBANGAN ILMU TANAH

1.  Permulaan abad 17.

Percobaan yang dilakukan oleh van Helmont (1577-1644) merupakan era baru dalam penelitian bidang pertanian.

Pada awal percobaan:

q  Tanaman seberat 2,3 kg ditanam dalam pot berisi 90,8 kg tanah dan tanaman hanya disiram air hujan selama 5 tahun

Pada akhir percobaan:

q  Tanaman tumbuh hingga seberat 76,8 kg, dan tanah dalam pot berkurang 57 g.

 

Kesimpulan: air merupakan azas tumbuh dari tanaman

Alasan bahwa percobaan tersebut tidak benar adalah:

1.  57 g tanah yang hilang ternyata tersusun dari mineral-mineral, misalnya: kalsium, kalium, fosfor yang diabsorbsi oleh tanaman.  (Jika tanaman tersebut dibakar, maka akan diperoleh kembali 57 g mineral tanah dalam bentuk abu tanaman tersebut).

2.  Tanaman tersebut terutama terdiri dari karbon yang berasal dari karbon dioksida dan oksigen dari atmosfer, bukannya berasal dari air.

2.  Pada tahun 1731.

          Jethro Tull dari Oxford, menyimpulkan mengolah tanah merupakan salah satu dari pekerjaan utama dalam bercocok tanam karena tanaman mudah menyerap makanan.

3.  Pada tahun 1757.

          Francis Home, menyatakan bahwa magnesium sulfat, natrium dan kalium nitrat, kalsium sulfat dan olive oil merupakan bahan-bahan yang meningkatkan pertumbuhan tanaman.

4.  Pada tahun 1840.

     Justus von Liebig, ahli kimia dari Jerman, melaporkan bahwa:

q  Karbon hara tanaman berasal dari karbon yang terdapat dalam udara dan air.

q  Nitrogen berasal dari amoniak.

q  Fosfor dibutuhkan untuk produksi biji dan kalium untuk perkembangan tanaman rumput-rumputan dan sereal.

Dengan menganalisis abu tanaman, dapat diformulasi pupuk yang akan dipergunakan untuk mensuplai semua unsur esensial untuk tanaman berikutnya.

(dalam hal ini Justus von Liebig gagal).

Hukum minimum (Law of the minimum):

q  Pertumbuhan tanaman dibatasi oleh unsur esensial yang berada dalam jumlah yang relatif paling sedikit

Gambar 1. 2.  Ilustrasi Hukum Minimum (Law of he minimum).  Batas muka air pada tiap tong menunjukkan batas produksi tanaman.  (a) N ditunjukkan sebagai factor yang paling membatasi.  Walaupun elemen hara lain dalam jumlah cukup, produksi tanaman tidak dapat tinggi daripada yang diberikan oleh N.  (b) Jika N ditambah, produksi tanaman meningkat sampai factor lain muncul sebagai faktor pembatas, dalam kasus di atas adalah K.

5.  Pada tahun 1870.

          Pasteur di Perancis, mengemukakan bahwa nitrifikasi (konversi ammonium menjadi nitrat) adalah merupakan suatu proses yang dilakukan oleh bakteri.

6.  Pada tahun 1890.

          S. Winogradsky, berhasil mengisolasi bakteri nitrifikasi.

7.  Pada periode yang sama.

          H. Hellriegel dan H. Wilfarth, membuktikan bahwa bakteri pada nodula legum mengasimilasi gas nitrogen dan sebagian nitrogen tersebut kemudian dapat tersedia bagi tanaman.

8.  Semenjak 1940.

Pengetahuan tentang tanaman telah tumbuh luar biasa.

Hal ini sangat menguntungkan sebab:

q  ada urgensinya dengan kebutuhan bercocok tanam untuk menghasilkan makanan dan serat untuk kebutuhan manusia.

9.  Pada tahun 1825 – 1840.

          Edmund Ruffin, ahli pertanian dari Virginia, adalah yang pertama kali menggunakan kapur untuk memperbaiki produktivitas yang rendah dari suatu tanah yang disebabkan oleh kemasaman tanahnya.

10.  Pada tahun 1843.

J. B. Lawes dan J.H Gilbert di Rothamsted, Inggris, adalah pembaharu penyelididkan pertanian secara ilmiah, yang membuat Pusat Percobaan pertama kali di dunia.

Dari hasil percobaannya pada 1855, disimpulkan bahwa:

q  Tanaman membutuhkan garam kalium dan fosfor

q  Tanaman membutukan sumber nitrogen dalam tanah

q  Penambahan pupuk buatan dapat menjaga kesuburan tanah

11.  Pada akhir abad 19.

Dimulai pengkajian tanah dengan tanpa mempertimbangkan peranannya sebagai media untuk pertumbuhan tanaman.

12.  Pada tahun 1886.

V. V. Dokuchaiev, mengklasifikasikan tanah ke dalam:

q  Normal (upland)

q  Transisional (padang rumput, calcareous, alkali)

q  Abnormal (organik, alluvial, aeolin)

13.  Pada tahun 1912.

Coffey mengklasifikasikan tanah ke dalam 5 kategori, yaitu:

1.    Arid soil

2.    Dark – colored prairie soils

3.    Light – colored timbered soils

4.    Black swamp soils

5.    Organic soils

1. 3.  FAKTOR PERTUMBUHAN TANAMAN

          Tanah dapat dipandang sebagai campuran partikel organic dan mineral dengan berbagai ukuran dan komposisi.

Ruang Pori, berfungsi:

1.  sebagai saluran untuk pergerakan udara dan air

2.  lalu lintas binatang tanah

3.  sebagai jalan untuk perluasan dan pertumbuhan akar

Akar tanaman dengan cara mengkait/menjangkar tanah menyangga bagian atas tanaman serta akar tanaman mengabsorbsi air dan hara.

          Lingkungan tanah perakaran harus bebas dari faktor penghambat.

Tiga hal esensiil dimana tanaman mengabsorbsi dari dalam tanah dan menggunakannya:

1.  air dievaporasikan dari daun

2.  hara untuk nutrisi

3.  udara untuk respirasi akar.

II.  PROSES PEMBENTUKAN TANAH

 

2. 1.  Faktor pembentuk tanah:

Tanah = f {Iklim, Jasad hidup, Bahan induk, Topografi, Waktu}

1.                Iklim

2.                Jasad hidup

3.                Bahan induk

4.                Topografi/relief

5.                Waktu

Proses Pelapukan batuan induk menjadi bahan induk dibedakan dalam dua kategori.

1.    Pelapukan fisika  à  disintegrasi

2.    Pelapukan kimia dan transformasi  à  dekomposisi

2. 2.  Proses pelapukan fisika meliputi:

1.  Pembekuan dan pencairan

          Gaya yang dihasilkan oleh air saat membeku cukup kuat untuk memisahkan/memecahkan mineral/batu.  Tekanannya dapat mencapai 146 kg/cm².

2.  Pemanasan dan pendinginan

          Perbedaan temperatur dapat menimbulkan ekspansi dan kontraksi diferensial, yang mampu memecahkan mineral.  Perubahan temperatur juga menyebabkan pengelupasan keseluruhan permukaan mineral/batuan.

3.  Pembasahan dan pengeringan

          Pembasahan dan pengeringan menyebabkan pengembangan dan pengkerutan, serta abrasi diantara partikel dalam tanah sehingga membuat partikel lebih halus.

4.  Tindakan penggosokan (saling berbenturan)

          Gesekan (gosokan) batuan atau partikel tanah yang bergerak apakah karena air, angin, atau gravitasi menyebabkan desintegrasi yang efektif.

5.  Tindakan organisme  (tanaman, binatang, dan manusia)

          Gerakan akar cukup mampu untuk memecahkan batuan. Pengerongan/ pelubangan yang terus menerus oleh binatang juga menambah aksi disintegrasi fisik tanah.  Sedangkan tindakan manusia mempercepat proses pelapukan fisik dengan pembajakan dan penanaman.

Pelapukan Kimia dan Transformasi (dekomposisi)
Perubahan Kelarutan	Perubahan Struktur
1.  Pelarutan: NaCl + H2O  à  Na+ + Cl- + H2O 2.  Hidrolisis: KAlSi3O8 + H2O  à  HAlSi3O8 + KOH 3.  Karbonatasi: CO2 + H2O  à  H+ + HCO3- CaCO3 + H+ + HCO3-  à  Ca(HCO3)2	1.  Hidrasi: 2Fe2O3 + 3 H2O  à  2Fe2O3۰3 H2O hematite                       limonit 2.  Oksidasi: (proses pemberian e-)                     oksidasi 4FeO + O2                     2Fe2O3                     reduksi 3.  Reduksi:(proses penerimaan e-)

Pelapukan Fisika (Disintegrasi)

          Merupakan proses mekanik, dimana batuan-batuan masif pecah menjadi fragmen berukuran kecil  à  namun tanpa perubahan kimia.

          Faktor yang sangat dominan berpengaruh adalah suhu dan air.

Contoh:

Air  à  masuk ke dalam celah batuan  à  membeku  à  volumenya bertambah besar  à  memberikan tekanan  à  batuan pecah  è  proses hydrothermal.

          Batuan terdiri dari berbagai mineral dengan sifat berbeda.  Jika suhu berubah dengan tiba-tiba, mineral dalam batuan berkontraksi dan berekspansi  à  batuan pecah.

          Gerakan akar tumbuhan mempunyai tekanan yang cukup memecahkan batuan.

2. 3.  Pelapukan Kimia (Dekomposisi)

          Merupakan proses kimiawi dan menyebabkan terjadinya perubahan kimiawi mineral/batuan (dekomposisi).

          Terdiri dari proses-proses:

1. Yang menyebabkan perubahan kelarutan

a.  Pelarutan

          NaCl + H₂O à Na⁺ + Cl^- + H₂O

          Garam       Air          (Ion-ion terlarut dalam air)

terlarut

b.  Hidrolisis

          (yang terpenting dalam pelapukan kimia)  tergantung pada disosiasi partial air menjadi H⁺ dan OH^-, dibantu oleh CO₂^- dan asam-asam organik.

          KAlSi₃O₈   +   H₂O   à    HAlSi₃O₈   +    KOH

Ortoklas                  asam silikat

lempung

proses ini dianggap sebagai awal terbentuknya lempung.

c.  Karbonatasi (persenyawaan dengan asam karbonat)

          CO₂ + H₂O  à  H⁺ + HCO₃^-

CaCO₃ + H⁺ + HCO₃^-    à      Ca(HCO₃)₂

          Kalsit            Asam            Kalsium bikarbonat

                             Karbonat       mudah larut

2.  Yang menyebabkan perubahan Struktur

a.  Hidrasi/Hidratasi

2Fe₂O₃  +  3 H₂O   à  2Fe₂O₃۰3 H₂O

hematite                           limonit

merah                                        kuning

b.  Oksidasi (penambahan oksigen pada mineral)

oksidasi

4FeO + O₂   ------à   2Fe₂O₃

          Ferroues                 Ferric

          Oxide                     oxide

3.  Reduksi (pemindahan oksigen)

          Terjadi pada kondisi air tergenang à redoks potensial rendah

 reduksi

2Fe₂O₃ ------à   4FeO + O₂

Ferric                      Ferroues

          Oxide                     oxide

          (hematit)

III.  GENESA TANAH

3. 1.  Faktor Pembentuk Tanah:

          Lima faktor dominan yang mengendalikan pembentukan tanah adalah:

1.    Bahan induk  à  pasif

2.    Iklim  à  aktif

3.    Organisme/biosfer  à  aktif

4.    Relief/Topografi à  pasif

5.    Waktu  à  netral

Gambar 3. 1.  Outline Bahan Induk

          Kelima faktor tersebut saling berhubungan.  Hubungan antara faktor dan sifat tanah oleh Jenny diekspresikan sebagai berikut:

Sifat Tanah = F {Bahan induk, Iklim, Jasad hidup, Topografi, Waktu}

Atau

Soil Properties = f {p, cl, b, r, t, …}

F = fungsi atau ketergantungan pada

p = parent material

cl = climate

b = biosphere

r = relief (position or landform)

t = time

1. Bahan Induk dan Pembentukan Tanah

 

Lumut  à  mati  à  pembusukan  à  peningkatan bahan organik  à   asam-asam organik  à  mempercepat penghancuran batuan.

Contoh:  batuan granit  à  melapuk  à  melepaskan hara-hara rendah, dan pasiran

2. Iklim dan Pembentukan Tanah

          Faktor iklim yang dominan terhadap pembentukan tanah adalah curah hujan dan suhu.

Pengaruh langsung Iklim terhadap Pembentukan tanah

(1)      akumulasi kapur

(2)      tanah masam (di wilayah humid)

(3)      erosi

(4)      pengendapan bahan-bahan tanah ke lapisan bagian bawah

(5)      pelapukan, pelindian dan erosi

Pengaruh tidak langsung Iklim terhadap Pembentukan tanah

(1)     Hutan (vegetasi dominan daerah humid)  è  profil berkembang  à  banyak horison.

(2)     Padang rumput (daerah arid, semi arid)  è  profil tanah sedikit berkembang  à  horison sedikit

Hutan  à  banyak B.O  à  aktivitas organisme  à  banyak horison

Padang           lapisan permukaan     aktivitas org.               horison

Rumput  à  kurang terdekomposis  à  kurang              à  sedikit

3. Organisme (Biosfer) dan Pembentukan Tanah

Aktivitas:  tanaman dan binatang, serta dekomposisi bahan organik

Yang dominan berperan adalah:

(1)   akar tanaman

(2)   binatang penggali tanah (cacing, serangga tanah, tikus, kelinci)

(3)   manusia (kegiatan manusia à merubah struktur tanah)

(4)   mikro organisme  (jamur, bakteri)

PEDOTURBASI: proses bercampurnya tanah secara fisik.

ARGILI – PEDOTURBASI: by shrinking and swelling to clay.

CRYO:  by growth of ice crystal followed by freezing and thawing

SEISMI: by earth quake

ANTHRO: by human activity (plowing and cultivation).

4. Relief dan Pembentukan Tanah

          Relief mempengaruhi pembentukan tanah melalui terutama yang berhubungan dengan hubungan air dan suhu.  Tanah-tanah yang berada dalam area iklim yang sama, dibentuk dari bahan induk yang sama dan berkembang pada tebing yang curam umumnya memiliki horison A dan B yang tipis, karena sedikitnya air yang meresap ke dalam profil (sebagai akibat dari runoff yang cepat dan karena permukaan tanah tererosi dengan cepat).

          Tanah yang terdapat pada tebing yang landai memiliki kemampuan meloloskan air ke profilnya lebih banyak.  Profil tanah umumnya lebih dalam, lebih banyak variasi vegetasinya, dan kandungan bahan organik juga lebih tinggi dibandingkan dengan yang terdapat pada tebing yang lebih curam.

          Dalam daerah geografik tertentu, sifat-sifat tanah berikut umumnya berhubungan dengan relief.

(1)   kedalaman solum tanah

(2)   ketebalan dan kandungan bahan organik dalam horison A

(3)   kebasahan (kelengasan) profil tanah

(4)   warna profil

(5)   derajat/tingkat diferensiasi horison

(6)   reaksi tanah

(7)   kandungan garam-garam terlarut

(8)   macam dan tingkat perkembangan pan

(9)   suhu tanah

 

Gambar 3. 2.  Relief dan Pembentukan Tanah.

5. Waktu dan Pembentukan Tanah

Lamanya waktu yang dibutuhkan suatu tanah untuk mengembangkan lapisan-lapisan yang disebut horison bergantung pada beberapa faktor yang saling berkaitan.  Faktor-faktor tersebut adalah iklim, sifat bahan induk, organisme, dan relief.

Horison cenderung berkembang pesat pada kondisi: (a) hangat/panas; (b) humid/lembab; (c) kondisi hutan dimana tersedia cukup air untuk memindahkan koloid dan menyebabkan bahan organik mudah dirombak.

Pada kondisi yang ideal, profil tanah yang lengkap dibentuk dalam kurun waktu 200 tahun.  Pada kondisi yang kurang mendukung, waktu tersebut dapat diperpanjang sampai ribuan tahun.

Faktor-faktor yang menghambat perkembangan profil tanah:

(1)    curah hujan rendah  à  pelapukan lambat, sedikit pencucian

(2)    kelembaban relatif rendah  à  sedikit lumut, jamur, dan algae

(3)    kandungan kapur (Ca, Mg)  atau Na bikarbonat bahan induk, tinggi

(4)    Tanah didominasi oleh pasir kuarsa dengan sedikit debu dan lempung yang mudah dilapukkan  à  pelapukan lambat, sedikit koloid dapat dipindahkan

(5)    Kandungan lempung yang tinggi  à  aerasi buruk, pergerakan air lambat

(6)    Bahan induk yang resisten (tahan lapuk), seperti granit  à  pelapukan lambat

(7)    Kemiringan lereng yang curam  à  hilangnya tanah karena erosi, sedikit air yang masuk ke dalam tanah, mengurangi pencucian

(8)    Muka air tanah yang tinggi  à  daya pencucian rendah, kecepatan pelapukan rendah

(9)    Temperatur rendah/dingin à proses kimia diperlambat

(10) Akumulasi bahan tanah secara konstan oleh deposisi  à  bahan selalu baru untuk membentuk tanah baru

(11) Erosi angin dan air yang hebat terhadap bahan tanah  à  memunculkan bahan baru

(12)  Pencampuran oleh tindakan hewan (penggali lubang) dan manusia (pengolahan tanah, penggalian)

IV.  MORFOLOGI TANAH

          Pembentukan tanah identik dengan (merupakan) perkembangan horison secara alami.

          Pengkajian bentuk dan sifat profil tanah dan horison-horisonnya disebut morfologi tanah.

          Umumnya horison dapat dikenali karena mereka berbeda dalam kandungan lempung, warna tanah, kandungan bahan organik, dan jenis serta jumlah berbagai garam.

Penamaan Horison (Simbol Horison)

Oi,Oe	Horison organik (20-30% BO) umumnya merupakan bagian tanaman (daun, ranting, dahan, akar) terdapat pada permukaan tanah sebagai lapisan paling atas.
Oa,Oe	Horison organik, mengalami perombakan ekstensif à bentuk bahan asal tidak dikenali.  Umumnya terdapat di atas lapisan tanah mineral di bawah Oi,Oe
A1	Horison mineral paling atas.  Permukaan tanah terolah (Ap), agak berwarna gelap karena kandungan BO
E	Horison mineral. Warna lebih cerah dari A1.  Lempung halus dan sedikit bahan organik terlindi ke bawah oleh hujan.  Umum terdapat pada daerah curah hujan tinggi  à  hutan
AB/EB	Horison transisi. Lebih mirip A2 daripada B di bawahnya.
BA/BE	Horison transisi. Lebih mirip dengan B2 daripada A1 atau E di atasnya.
B/Bw	Horison mineral lebih dalam, di bawah A1 atau A2.  Partikel halus yang tercuci dari A1 dan A2 terakumulasi di sini, karena filtrasi, pelonggokan, kekurangan air.  Kandungan lempung sering > dari A1, dan selalu > dari A2.
BC/CB	Horison transisi ke horison C atau R
C	Bahan mineral lepas-lepas tanpa perkembangan horison
R	Batuan padat terpadu.

                                i = fibrik, e = hemik, a = saprik

Gambar 4.1.  Profil Tanah (Hipotetik)

 

Simbol Indeks Horison

            Indeks tambahan dapat ditambahkan pada penamaan horison untuk mencirikan sifat horison lebih tepat/rinci.  Indeks ini selalu ditulis dengan huruf kecil.

a     bahan organik melapuk lanjut (sangat lapuk)  à  digunakan dengan horsion O.  Kandungan BO mentah < 17% dari volume.

b    Horison genetik tertimbun  à  digunakan bagi tanah mineral untuk menandakan horison-horison dengan kenampakan genetik utama yang terbentuk sebelum penimbunan.  Sedangkan horison pada tanah penimbun, dapat atau tidak terbentuk.  Simbol ini tidak berlaku untuk tanah organik atau untuk memisahkan lapisan organik dari lapisan mineral.

c     konkresi (concretions) atau nodul diperkaya mineral mengandung Fe, Al, Mn, dan Ti, dan selain dolomit, kalsit, atau garam-garam mudah larut.

e     bahan organik setengah melapuk à menandakan bahan organik hemik yang melapuk sedang à dipadukan dengang horison O

f     tanah beku  à  menandakan horison yang mengandung es permanen.

g     gleisasi kuat, pengudaraan yang jelek dalam waktu lama akibat air berlebih. Warna tanah kelabu hingga biru dan hijau.

      Misal:  B1_g

h     akumulasi (illuvial) humus

i      bahan organik sedikit melapuk à menandakan bahan organik yang paling sedikit melapuk.

j     jarosit (K. Na, Fe-SO₄ mineral,-kekuningan), ada dan diyakini dibentuk dalam horison oleh proses asam Sulfat.

k    akumulasi Ca, Mg-Karbonat à kapur (lime)Misal: B2_k

m    sementasi kuat (pengerasan, seperti batuan lunak) beberapa lapisan keras (padas)

n     akumulasi Na tertukar

o    akumulasi residual sesquioksida

p    pembajakan (plowing) atau pengadukan yang lain, umumnya pada A1

q     sementasi oleh silika terlarut dalam alkali (hanya pada horison C)

s     akumulasi illuvial sesquioksida dan bahan organik

t     pengendapan/akumulasi (illuvial) lempung silika, umumnya pada B2.

v     plinthite à menandakan adanya bahan berwarna merah, sedikit humus, kaya Fe yang keras atau sangat keras jika lembab, dan mengeras terus jika terkena udara serta pembasahan–pengeringan bergantian.

x     sifat dan ciri Fragipan (keras dan rapuh)

y     akumulasi gipsum, (CaSO₄)

z     akumulasi garam yang lebih mudah larut daripada CaSO₄

Horison dalam Profil Tanah

Tanah dapat saja memiliki sedikit atau banyak horison.  Deposit dataran banjir (floodplains) yang baru mungkin hanya memiliki horison C, atau horison A1 yang tipis di atas C.  Daerah padang rumput yang tua mungkin memiliki A1, A3, B1, B2_t, B3, C, dan R.  Tanah pegunungan dengan vegetasi hutan mungkin mempunyai O1, O2, suatu A1 tipis, A2 yang dalam, B1, B2, B3, C, dan R (batuan kapur, limestone, pada kedalaman 183 cm).

Penggunaan simbol horison membantu memperjelas sifat dan ciri profil.  (lihat Notes 2-3 dan 2-4).

Taksonomi Tanah 

          Berasal dari kata Yunani, taxis, berarti pengaturan/penyusunan/ pengelompok-an, adalah pengelompokan barang yang sama/mirip secara sistematik.

Taksonomi tanah merupakan pengelompokan tanah-tanah yang mirip/sejenis secara ilmiah.

          Semua tanah dimasukkan ke dalam 12 Order, terdiri atas > 54 suborder, >> 200 great-group, >> dari 1000 sub-group, >> 4500 famili, dan >> 10 500 seri tanah.

 

HORISON	DESKRIPSI
O	Terdiri/tersusun atas bahan organik tanah Oi (filorik), Oe (hemik); Oa (saprik)
A	Terbentuk dari bahan mineral tanah, tetapi digelapkan oleh bahan organik tanah terhumifikasi yang tercampur dengan mineral tanah
E	Horison mineral dengan lempung silikat, Fe, Al, atau kombinasinya tercuci dan tereluviasi, meninggalkan horison berwarna cerah yang didominasi oleh mineral tanah lapuk (kuarsa berukuran pasir dan debu)
AB	Horison transisi antara A dan B, tetapi lebih menyerupai A dari pada B
EB	Horison transisi antara E dan B, lebih meyerupai E dari pada B
A/B	Horison transisi yang lebih cocok sebagai horison A, kecuali untuk inklusi yang < 50 % volume material yang cocok sebagai B
E/B	Horison transisi yang lebih cocok sebagai E, kecuali untuk inklusi < 50 % volume bahan yang cocok sebagai B.
BA	Horison transisi antara A & B, lebih menyerupai B dari pada A
BE	Horison transisi antara B dan E, lebih menyerupai B dari pada E.
B/A	Horison transisi yang lebih cocok sebagai B, kecuali inklusi < 50 % volume materi yang cocok sebagai A
B/E	Horison transisi yang cocok sebagai B, kecuali untuk inklusi < 50 % volume materi yang sesuai sebagai E
B	Horison yang terbentuk dibawah A, E dan O, dan didominasi oleh adanya struktur batuan asalnya, dan oleh adanya: (1) konsentrasi illuvial silica; (2) bukti hilangnya karbonat; (3) konsentrasi residu sesquioksida; (4) pembungkusan sesquioksida, meyebabkan horison memiliki value rendah, chroma tinggi, atau hue lebih merah daripada horison diatasnya maupun dibawahnya tanpa illuviasi Fe; (5) alterasi yang membentuk lempung silikat, dan yang membentuk struktur granuler, gumpal atau prismatik; (6) gabungan/kombinasi semuanya.
BC	Horison transisi antara B dan C, lebih menyerupai B dari pada C
CB	Horison transisi antara B dan C, lebih menyerupai C dari pada B
C	Horison mineral, relatif tidak dipengaruhi oleh proses pedogenik dan tidak memiliki sifat-sifat horison O, A, E, atau B
R	Lapisan terdiri dari batuan induk yang padat/keras, tidak dapat dihancurkan/digali dengan cangkul/skop.

Diskripsi 12 Order Tanah  (USDA)

Taksonomi Tanah		Diskripsi
Histosols	Tanah Organik	Berbagai kedalaman akumulasi sisa tanaman di air tergenang dan rawa
Andisols	Tanah abu volkan	Bagian permukaan tanah mineralnya berketebalan 30-60 cm dan memiliki sifat andic
Alfisols	Pedalfers (Al-Fe)	Beriklim subhumid.  Umumnya pada vegetasi hutan.  Akumulasi lempung pada B2, sedang A2 umumnya tebal
Spodosols	Tanah berabu	Pasiran, tanah hutan dingin koniferus terlindi.  Hor O sangat masam, A2 terlindi. Akumulasi BO dan/ Fe, Al –oksida pada hor B2.
Oxisols	Tanah oksida	Tanah melapuk lanjut, dalamnya > 3m, kesuburan rendah, didominsai lempung Fe & Al oksida dan asam.
Ultisols	Tanah pelindihan	Sangat asam, tanah tropika dan subtropik yang melapuk lanjut.  Hor A2 dalam. Dicirikan dengan akumulasi lempung di B2
Vertisols	Tanah membalik	Kandungan lempung (mengembang –mengkerut) tinggi.  Membutuhkan musim basah dan kering untuk berkembang.  Umumnya hanya memiliki hor A1 mencampur sendiri yang dalam.
Mollisols	Tanah lunak	Tanah padang rumput,  hor A1 berwarna gelap, mungkin memiliki B2 dan akumulasi kapur.
Inceptisols	Tanah muda	Tanah dengan pembentukan horison lemah. Seperti Entisols, dengan cukup waktu membentuk hor A1 yang tegas dan B2 lemah.  Tanah tergenang menghambat pengembangan  hor.
Entisols	Tanah baru berkembang	Tanah tanpa perkembangan profil, kecuali mungkin hor A1 yang tipis.  Deposit dataran banjir tepi sungai, deposit abu volkan, dan pasir merupakan Entisols.
Aridosols	Tanah Arid (Pedocals)	Tanah daerah beriklim kering/arid.  Ada perkembangan akumulasi kapur/gipsum, lapisan garam, dan/ hor A1 dan B2.
Gelisols	Tanah Beku	Tanah daerak kutub utara/selatan

Sifat tanah Andic: 

Pedalfter: pedon with accumulation of Al dan Fe

V.  SIFAT FISIK TANAH

5. 1.  Pendahuluan

Sifat fisik tanah meliputi:

·         Tekstur                   (Texture)

·         Struktur                  (Structure)

·         Kerapatan               (Density)

·         Konsistensi              (Consistency)

·         Porositas                 (Porosity)

·         Warna                    (Color)

·         Temperatur             (Temperature)

Sifat fisik tanah sangat mempengaruhi: pertumbuhan tanaman dan produksi tanaman.  Sebab, sifat fisik tanah menentukan:

·         Retensi/penahanan air  à  mobilitas air dalam tanah

·         Drainase

·         Aerasi/pengudaraan tanah  à  ketersediaan O₂

·         Nutrisi tanaman

Sifat fisik tanah juga mempengaruhi sifat kimia dan biologi tanah.

Sifat fisik tanah bergantung pada:

·         Jumlah, ukuran, bentuk, susunan, dan komposisi mineral dari pertikel tanah.

·         Macam dan jumlah bahan organik tanah.

·         Volume dan ukuran pori-porinya, serta perbandingan air: udara yang menempatinya.

5. 2.  Tekstur Tanah  (Distribusi Ukuran Partikel Tanah)

            Tekstur tanah secara khusus menyatakan perbandingan relatif berbagai ukuran partikel (separasi/fraksi) dalam tanah, dinyatakan dalam %.

Separasi Tanah:  pengelompokan ukuran partikel tanah.

          è Pasir                  (Sand) |

          è Debu                  (Silt)   |è gabungan proporsionil ketiganya disebut

          è Lempung            (Clay)  |    geluh è Loam

          Ukuran separasi tanah yang umum dipakai untuk keperluan pertanian (termasuk ilmu tanah) adalah separasi tanah berdasarkan sistem klasifikasi partikel tanah oleh USDA (Departemen Pertanian Amerika Serikat), yiatu:

         

Separasi Tanah		Kisaran Diameter (mm)
Kerikil (Gravel)		³ 2.0
Pasir sangat kasar	Sand	1.0 - 2.0
Pasir kasar		0.5 – 1.0
Pasir sedang		0.25 – 0.5
Pasir halus		0.10 – 0.25
Pasir sangat halus		0.05 – 0.10
Debu	Silt	0.002 – 0.05
Lempung	Clay	< 0.002

5. 3.  Peranan Tekstur

          Tekstur tanah mempengaruhi beberapa karakter (ciri) tanah seperti:

·         Tingkat penyerapan air

·         Penyimpanan/penahanan air

·         Pengudaraan tanah

·         Kemudahan pengolahan tanah

·         Kesuburan tanah

Contoh:

Tanah Lempungan                         Tanah Pasiran

partikel halus                              -  mudah diolah

ikatan kuat                                 -  cukup udara

pori makro <                              -  pori makro dominan

pori mikro dominan                      -  mudah dibasahi

sulit dibasahi                               -  mengering secara cepat

sulit diatuskan                             -  terdrainase secara cepat

-  mudah kehilangan hara

Gambar 5. 1.  Klasifikasi partikel tanah menurut ukuran berdasarkan empat                            sistem.  Sistem USDA yang digunakan dalam teks.

 

5. 4.  Kelas Tekstur Tanah

          Sebagaimana tanah tersusun dari pertikel dengan banyak variasi ukuran dan bentuknya, istilah khusus dibutuhkan untuk membawa beberapa ide pembentukan teksturnya dan memberikan beberapa penandaan sifat dan ciri fisikanya.

Penamaan tekstur tanah diberikan berdasarkan perbandingan relatif (dalam %) fraksi pasir, debu, dan lempung.

          Penamaan kelas tekstur diberikan berdasarkan pembacaan pada diagram segitiga tekstur.

Contoh:  jika tanah memiliki kandungan 

- lempung tinggi à kelas tekstur lempung

- debu tinggi   àkelas teksturnya debu

- pasir tinggi   à kelas tekstur pasir

Contoh lebih spesifik:  jika suatu tanah mengandung pasir 30%, debu 40%, dan lempung 30% maka kelas teksturnya adalah geluh (loam).

Analisis Distribusi Ukuran Partikel

          Analisis distribusi ukuran partikel dilakukan untuk menentukan kelas tekstur tanah.

(a)  Metode Perasaan (Feeling Method)

          Umumnya dilakukan di lapangan.  Dikenal pula sebagai metode lapangan.

          Dilakukan dengan meraba/merasakan (rubbing) tanah diantara ibu jari dan jari-jari lain.  Umumnya tanah dibasahi lebih dulu untuk diperkirakan plastisitasnya secara lebih tepat.

          Jika tanah digenggam dan diperas, mengeluarkan bentuk menyerupai pita kontinyu diantara ibu jari dan sela-sela jari, itu menandakan adanya sejumlah lempung.  Kandungan lempung yang tinggi ditandai dengan makin lengketnya tanah basah.  Partikel pasir dapat dirasakan dari kekasarannya. Sedangkan debu memiliki rasa rabaan yang licin seperti tepung atau bedak jika kering, dan hanya sedikit plastik dan lekat jika basah.

(b)  Metode Laboratorium

          (1) metode pipet  à  dilakukan dengan pemipetan sedimen tanah dalam tabung sedimentasi pada jarak dan waktu tertentu è menunjukkan kecepatan yang menentukan diameter partikel tertentu.

          (2) metode hidrometer  à  dilakukan dengan pengukuran kekentalan sedimen tanah dalam tabung sedimentasi pada kedalam dan jangka waktu tertentu è kekentalan mengekspresikan konsentrasi partikel berukuran (berdiameter) tertentu.

 

Gambar 5. 2. Segitiga Kelas Tekstur Didasarkan pada Perbandingan Kadar Pasir, Debu, dan Lempung, yang Dikembangkan oleh USDA

          Kedua metode di atas berdasarkan pada hukum Stokes kecepatan jatuhnya partikel butiran (bulat) dalam larutan yang diketahui kerapatan dan kekentalannya.

                             2 g r² (D₁ – D₂)

                   V = ----------------------

                                      9 h

V   =  kecepatan jatuh partikel (cm/detik)

g   =  percepatan gravitasi (cm/detik²)

r    =  dengan jari-jari partikel (cm)

D₁  =  kerapatan partikel (g/cm³)

D₂   =  kerapatan jenis larutan (g/cm³)

h   =  kekentalan (viskositas) larutan  (dyne-detik/cm²)

 

5. 5.  Struktur Tanah  (Pengelompokan/pengaturan partikel tanah kedalam agregat atau kumpulan yang mantap)

Agregat: unit sekuder/granula yang tersusun dari ikatan/sementasi partikel tanah oleh bahan penyemen (oksida besi, karbonat, lempung/silika, humus)

Ped:  agregat alami

Clod: agregat yang terbentuk karena aktivitas manusia (peng-olahan tanah).

Kelas Struktur Tanah

          Unit struktur tanah (ped) dapat dijelaskan dengan3 macam ciri:  tipe, kelas, dan derajat struktur.

(1)  Tipe Struktur

          (a) Lempeng (platy)

          (b) Prisma dan kolum (prismtatic & columnar)

(c) Gumpal menyudut dan gumpal membulat (angular blocky & subangular blocky)

(d) granular dan remah (granular & crumb)

(2) Kelas Struktur

          (a) Sangat halus atau sangat tipis (very fine or very thin)

          (b) Halus atau tipis (fine or thin)

          (c) Sedang (medium)

          (d) Kasar atau tebal (coarse or thick)

(e) Sangat kasar atau sangat tebal (very coarse or very thick)

(3)  Derajat Struktur

          (a) Tidak berstruktur  (structureless)

          (b) Lemah (weak)

          (c) Sedang (moderate)

          (d) Kuat (strong)

Gambar 5. 3.  Tipe (bentuk dan susunan), Kelas (ukuran), dan Derajad (ketahanan/stabilitas) Struktur Tanah.

Gambar 5. 4. Bermacam Tipe Struktur pada Tanah-tanah Mineral

Genesa Struktur Tanah

Ped  terbentuk karena adanya kombinasi kembang kerut dan sementasi.

          Tanah à  basah  à  mengembang         |

                   à kering  à  mengkerut     |  è   garis-garis

lemah terbentuk

membentuk ped       ß  retakan              ßß ß Retakan

gumpal                         ke arah horisontal

Gambar 5. 5a.  Suatu tanah yang berkembang dengan kelebihan garam-garam dalam profil.  Ciri-ciri: 2-5 cm horizon A2 putih bergaram. Horison B2 berstruktur prismatik atau kolumnar pada kedalaman dangkal.  Seringkali prisma atau kolumnar dibungkus humus berwarna hitam.  Dan bahan induk padat terdapat pada kedalaman dangkal. Pada gambar ini, bahan induk mulai tampak pada kedalaman 20cm.

Gambar 5. 5b.  (Kiri) Contoh struktur tanah yang  baik untuk pertumbuhan tanaman. Tipe: granular; kelas: medium; derajad: moderat.  (Kanan) Contoh struktur tanah yang tidak baik untuk pertumbuhan tanaman.  Tipe: subangular blocky; kelas: kasar; derajad: kuat.

·        Kembang kerut ke arah vertikal tidak membentuk retakan  à  struktur prismatik

·        Ped membulat  à  granuler, remah, sementasi oleh BO  à  pencampuran oleh cacing, tikus, dll.  à  semua sisinya membulat dan berukuran kecil.

·        Ion tunggal yang menyebabkan perubahan struktur secara cepat à Na à ion terhidrasi > dalam larutan dengan muatan yang rendah à tidak menetralkan secara efektif.

·        Hasilnya penolakan partikel yang berdampingan sebab muatan sama terjadi destruktif terhadap struktur.

Gambar 5. 6.  Contoh Tipe Struktur dan Pengkerasan.  (a) pembentukan struktur lempeng; (b) dan (c) adalah lempeng: (b) dengan tebal lempeng 1.3 cm pada jangka olah dalam geluh berpasir, (c) pada 122 cm, disebabkan oleh fluktuasi muka air; (d) dan (e) gumpal menyyudut: (e) dengan gumpal prisma lemah (diantara tanda panah); (f) 10-23 cm prisma dari geluh berlempung; (g) 12.5 cm prisma; (h) tanah geluh berdebu lahan kering: tanah memiliki struktur permukaan yang lepas-lepas dan membentuk kerak dengan lapisan tipis padata tanah.

5. 6.  Berat Jenis Volume = Kerapatan Isi  (=BV) (Bulk Density =  BD)  à ρ_b

(Kerapatan Ruah/Kerapatan Jenis Volume)

          Kerapatan isi merupakan perbandingan antara massa total tanah kering (padatan) dengan volume total tanah.

          Nilai BV (BD) sangat dipengaruhi oleh tekstur tanah (ukuran dan kepadatan jenis partikel), struktur tanah (ruang pori), dan kandungan bahan organik tanah.  Nilai BV tanah-tanah pertanian bervariasi antara 1.1-1.6 g/cm³. 

Gambar 5. 7.  Struktur tanah mempengaruhi kecepatan infiltrasi air, seperti ditunjukkan di atas.

5. 7.  Berat Jenis Partikel (=BJP)  (Particle Density)  à ρ_p

(Kerapatan Jenis Partikel)

          Berat jenis partikel (BJP) merupakan perbandingan antara massa tanah kering (padatan) dengan volumenya (volume padatan).

          Berat jenis partikel merupakan fungsi perbandingan antara komponen bahan mineral dan bahan organik.  BJP untuk tanah-tanah mineral berkisar antara 2.6 - 2.7 g/cm³, dengan nilai rata-rata 2.65 g/cm³,  sedang BJP tanah organik berkisar antara 1.30 – 1.50 g/cm³.

5. 8.  Konsistensi Tanah

          Menerangkan daya tahan tanah pada berbagai kandung-an lengas (kelembaban) terhadap tekanan atau manipulasi mekanik.

          Menyatakan/merupakan ekspresi gabungan gaya-gaya kohesi dan adhesi yang menerangkan kemudahan suatu tanah dapat diubah bentuknya atau hancur.

          Umumnya diukur dengan perasaan, dan manipulasi tanah dengan tangan

Gambar 5. 8.  Berat Jenis Volume, dan Berat Jenis Partikel Tanah.  Lakukan perhitungan dengan hati-hati dan perhatikan istilah dengan benar.  Dalam kasus di atas, berat jenis volume adalah setengah dari berat jenis partikel, dan % pori adalah 50%

(1) Tanah Basah

          Untuk tanah basah konsistensi didiskripsikan dalam istilah berikut:

(a) kelekatan (stickiness)

          Derajat kelekatan dibedakan sebagai berikut:

tidak melekat (non sticky)

                   melekat sedikit (slightly sticky)

                   melekat (sticky)

                   sangat melekat (very sticky)

(b) plastisitas (plasticity)

kapasitas tanah dapat di bengkok-kan (molded) è berubah bentuk sebagai respons terhadap gaya dan mempertahankan bentuk tersebut walaupun gayanya dihilangkan.

          Derajat plastisitas dinyatakan sebagai berikut:

                   tidak plastik  (non plastic)

                   sedikit plastik (slightly plastic)

                   plastik  (plastic)

                   sangat plastik (very plastic)

(2) Tanah Lembab

          Konsistensi tanah lembab sangat penting karena mene-rangkan keadaan tanah terbaik di lapangan kapan untuk diolah.  Dalam praktik, itu merupakan ukuran umum daya tahan tanah bila dihancurkan antara ibu-jari dan telunjuk.  Dibedakan dalam istilah-istilah berikut mulai dari yang paling tidak koherens sampai yang saling melekat kuat (bertahan) terhadap gaya hancur ibu-jari dan telunjuk.

Lepas-lepas (loose: noncoherent)

Sangat mudah hancur (very friable: coherent but very easily crushed)

Mudah hancur (friable: easily crushed)

Kuat (firm: crushable under moderate pressure)

Sangat kuat (very firm: crushable only under strong pressure)

Sangat-sangat kuat (extremely firm: resistant to crushing between thumb and forefinger)

Karena konsistensi tanah lembab sangat bergantung pada tingkat kelembaban tanah.  Ketepatan pengukuran karakteristik tanah ini di lapangan bergantung pada pendugaan tingkat kelembaban tanah.  Tanah kasar pasiran diharapkan memiliki konsistensi lepas-lepas.  Loams dan silt loams yang berganulasi baik diharapkan sangat mudah hancur, atau mungkin kuat.  Clays, silty clays dan  silty clay loams diharapkan memiliki konsistensi kuat atau sangat kuat, khususnya jika rendah kandungan bahan organiknya.  Namun, generalisasi di atas harus disertai kehati-hatian karena konsistensi tanah bergantung pada banyak faktor seperti jenis lempung, dan macam serta banyaknya humus.

(3) Tanah Kering

          Jika kering, tanah cenderung tahan terhadap gaya penghancuran atau manipulasi lainnya.   Derajat ketahanan ini dihubungakan dengan gaya tarikpertikel satu dengan lainnya dan dinyatakan dalam istilah kekakuan (rigidity) dan kemudahan hancur (brittleness).

Lepas-lepas (loose: noncoherent)

Lunak (soft: breaks under slight pressure between thumb and forefinger)

Agak keras (slightly hard: breaks under moderate pressure)

Keras (hard: breaks with difficulty under pressure)

Sangat keras (Very hard: very resistant to pressure,  cannot be broken between thumb and forefinger)

Sangat-sangat keras (extremely hard: extreme resistant to pressure; cannot be broken in the hand).

5. 9.  Tetapan atau Angka ATTERBERG

          Atterberg, Cassagrande, Puchner, dan Mohr telah me-nguji dan menetapkan tetapan konsistensi tanah yang dikenal dengan istilah sebagai berikut.

Batas Cair (BC) à kadar lengas yang menyebabkan tanah dapat menggelincir terhadap pengaruh getaran standar atau ketukan tertentu.  Disebut juga batas alir atau batas plastisitas tanah tertinggi.

Batas Gulung (BG) à kadar lengas yang memungkinkan tanah dapat digulung-gulung menjadi batang kecil berdiameter » 3mm, dan mulai retak-retak serta pecah.  Disebut pula batas plastisitas  terendah.

Batas Lekat (BL) à kadar lengas yang memungkinkan tanah dapat melekat pada alat pengukur tertentu.

Batas Berubah Warna (BBW) à kadar lengas yang menunjukkan keadaan tanah mulai berubah warnanya.

          Kisaran nilai antara dua batas tetapan menghasilkan:

Indeks Plastisitas (IP) = BC -BG

Jangka Olah (JO) = BL - BG

Surplus (S) = BL – BC

Persedian Air Maksimum (PAM) = BC - BBW

5. 10.  WARNA TANAH

          Warna tanah dapat menunjukkan beberapa gambaran tentang keadaan tanah.

- Menunjukkan perbedaan asal mineral tanah (bahan induk) atau dalam perkembangan tanah.

-  Warna putih menunjukkan adanya endapan garam atau karbonat (kapur).

- Bercak (mottles)  umumnya warna karat menunjukkan tanah mempunyai periode pengudaraan yang tidak cukup dalam setiap tahun.

- Warna kebiruan, kelabu dan kehijauan, (gleisasi) menunjukkan adanya periode panjang keadaan tergenang dan pengudaraan yang tidak mencukupi.

- Warna yang lebih gelap menunjukkan kandungan bahan organik tanah yang lebih banyak.  Makin tua warna tanah makin tinggi kandungan bahan organiknya.

- Warna terang umumnya disebabkan oleh adanya/banyaknya  kandungan mineral yang tidak bernilai gizi (kandungan haranya sedikit).

Untuk mencapai suatu kesepakatan atau obyektifitas, dipergunakan suatu warna standar yang dinyatakan dalam sistem numerik.  Salah satu contoh yang terkenal dan dipakai untuk membedakan warna tanah adalah Munsell Soil Colour Charts.

Parameter yang digunakan pada Munsell Soil Colour Charts adalah:

HUE à spektrum warna atau warna pelangi yang dominan (merah, kuning, biru, dan hijau).

             Menggambarkan warna yang dominan suatu berkas panjang gelombang cahaya, atau kualitas yang membedakan antara merah dan kuning.

             Misal:  5R; 7.5 R; 10R;  2.5YR; 5YR; 7.5YR; …

VALUE à Kehitaman atau (ke) putih (an) relatif, banyaknya cahaya yang direfleksikan.

             Menggambarkan nisbah (warna kecerahan) : (warna putih mutlak).  Atau, kisaran berangsur-angsur dari putih ke hitam.

             1/ .. (hitam)

             2/..

             9/.. (putih)

CHROMA à Kemurnian (purity) warna, yang meningkat bila kekelabuan menurun.

                Berkisar dari kelabu netral à  ???

                Atau dari putih à  ???

                Dalam Musell:

                ../1        ../2     ../3              ...       ../8

Contoh: Menuliskan suatu warna dengan Munsell Chart

          7.5YR 3/2 m à Dark brown, moist

          7.5YR 6/4 d à Light brown, dry

Gambar 5. 9.  Representasi Warna, yang dibedakan untuk keperluan Ilmu Tanah.  Hue merupakan warna berbedaU, Value merupakan jumlah sinar yang direfleksikan (Hitam dan putih), dan Chroma merupakan kemurnian dari spectrum.  Simbol warna selalu ditulis dalam urutan hue, value, chroma.

5.11 AIR TANAH

I.  Fungsi Air Tanah

(1)      sebagai penyusun utama protoplasma (85-95%)

(2)      sebagai bahan esesnsial untuk proses fotosintesa dan konversi karbohidrat menjadi gula.

(3)      sebagai pelarut hara ke dalam dan melewati bagian-bagian tanaman.

(4)      memberi ketegaran tanaman (turgidity), yang memberikan bentuk dan posisi bagian tanaman yang pas untuk menangkap sinar matahari.

Udara

Air tersedia

Air tak tersedia

Padatan tanah

25%

25%

50%

Gambar 5. 10.  Komposisi ideal tanah (udara, air, dan padatan tanah).

 

II.  Prinsip Kapilar dan Air Tanah

          Kapilaritas terjadi karena dua gaya:

(1)      gaya adhesi oleh dinding (permukaan) padatan pada rongga , dan

(2)      tegangan permukaan air, yang disebabkan oleh gaya tarik molekul-molekul air satu dengan yang lain (kohesi).

Mekanisme Kapilar

          Molekul-molekul air ditarik oleh dinding tabung oleh gaya adhesi dan bergerak naik.  Gaya kohesi antara molekul-molekul air juga menyebabkan air yang tidak berkontak dengan dinding tabung naik.  Tinggi naiknya air dalam tabung sama dengan beratnya untuk mengimbangi gaya-gaya adhesi dan kohesi.

Gambar 5. 11.  Tampilan dua dimensi molekul air.  Sudut HOH =105° menghasilkan susunan yang asimetri.  Satu sisi (dengan dua H) bermuatan elektro positif, dan lainnya elektro-negatif.  Hal ini menyebabkan polarity dari air.

          Naiknya kapilar dapat diekspresikan sebagai:

                                      2T                         2 T Cos a

                                h = -------             »   h = --------------

                                      rdg                             rdg

h = tinggi naiknya kapilar dalam tabung,  T = tegangan permukaan,  r = jari-jari tabung, d =  densiti (kerapatan) larutan, dan g = percepatan gravitasi.  Untuk air, persamaan di atas menjadi:

                            

                                                      

                            

Naiknya Air dalam Tanah

          Gaya kapilar juga bekerja untuk semua tanah basah.  Tetapi, kecepatan dan ketinggian naiknya air lebih lambat dalam pori tanah, karena pori tanah tidak lurus dan tidak seragam.  Belum lagi adanya udara yang terperangkap dalam pori yang menyebabkan lambatnya gerakan kapilar.

          Umumnya, tingginya kenaikan kapilar lebih besar pada tanah bertekstur halus, tetapi tidak terlalu halus atau kompak.

Gambar 5. 12.  Pergerakan kapileritas ke atas, (a) dalam tabung gelas yang berbeda ukuran, dan (b) dalam tanah.  Mekanisme kapilaritas sama dalam tabung dan dalam tanah. Tetapi terdapat ketidak teraturan dalam tanah akibat sifat kekelokan (tortous) dan keragaman ukuran pori, dan udara yang terperangkap.

Konsep Energi Air Tanah

          Beberapa fenomena yang berhubungan dengan energi adalah: retensi (penambatan) dan pergerakan air dalam tanah, pengambilan dan translokasi dalam tanaman, serta hilangnya air ke atmosfer. Berbagai macam energi terkait termasuk energi potensial, kinetik, dan elektrik. Tetapi, istilah energi bebas digunakan untuk mencirikan status energi air.  Energi bebas merupakan gabungan (penjumlahan) semua bentuk energi tersedia.

          Gerakan air dalam tanah terjadi dari zona (kedudukan) dengan energi bebas air tinggi ke kedudukan dengan energi bebas air lebih rendah.

Gaya-gaya yang mempengaruhi Energi Bebas

(1)      Adhesi, atau penarikan oleh padatan (matriks) tanah terhadap air, memberikan gaya matriks (menyebabkan kapilaritas).

(2)      Osmotik, penarikan oleh ion-ion dan larutan lain terhadap air, cenderung mengurangi/menurunkan energiu bebas larutan tanah.

(3)      gravitasi,  gaya gravitasi cenderung menarik air tanah ke bawah.

Gambar 5. 13.  Dua “bentuk” air yang bersama-sama menaikkan potensial matriks.  Padatan tanah menjerap air dengan sangat kuat, sedang gaya kapiler bertanggung-jawab atas air yang dipegang/ditahan dalam pori-pori kapiler.

Gambar 5. 14.  Hubungan antara enerji bebas air murni dan air tanah, dan pengaruh elevasi terhadap enerji bebas untuk mengilustrasikan potensial gravitasi.  Catatan: pengaruh osmotic dan tarikan padatan tanah (matriks) terhadap air keduanya mengurangi enerji bebas air tanah.  Tingkat penurunan ini menunjukkan potensial osmotic dan matriks.  Pengaruh gravitasi meningkatkan enerji bebas, jika titik referensi standard pada air bebas  berada pada elevasi lebih rendah daripada air tanah dalam profil.  Catatan: potensial osmotic dan matriks negatip, menerangkan mengapa keduanya sering disebut sebagai tarikan atau tensi.  Potensial gravitasi umumnya positip.  Perilaku air tanah pada suatu waktu tertentu dipengaruhi oleh ketiga potensial tersebut.

5. 11. Potensial Air Tanah Total

Perbedaan energi bebas dari suatu tempat ke tempat lain merupakan pengetahuan praktik yang penting.  Perbedaan ini sering disebut sebagai potensial air tanah total (Y_t).

Y_t = Y_w + Y_z

          Y_t = potensial total;  Y_w = potensial air; Y_z = potensial gravitasi (sering ditulis Y_g).  Sedang Y_w merupakan gabungan dari Y_p, Y_m, dan Y_s.

          Y_w = Y_p + Y_m + Y_s

          Y_p = potensial tekanan;  Y_m = potensial matriks; Y_s = potensial larutan (osmotik).  Jadi potensial total:

Y_t = Y_p + Y_m + Y_s + Y_z

5. 12.  Potensial Gravitasi (Y_z atau Y_g)

          Gaya gravitasi bekerja terhadap air sama seperti terhadap benda lainnya, yaitu penarikan ke pusat bumi.  Dinyatakan sebagai.

                   Y_z = gh

h, ketinggian (jarak air tanah dari kedudukan referensi)

	Gambar 5. 15.  Dasar kapileritas dan Air Tanah.  (a) keadaan sebelum tabung kapiler dimasukkan ke dalam muka air; (b) jika tabung dimasukkan ke dalam air/cairan, air akan naik dalam tabung, menunjukkan: (c) gaya tarikan antara air dan dinding tabung (adhesi) dan tarikan mutual antara molekul air (kohesi).  Air akan naik sampai gaya tarik gravitasi ke bawah sama dengan gaya adhesi dan kohesi.

 

          Berat merupakan salah satu metod yang paling mudah untuk menspesifikasi satuan air.  Jadi dalam hal Y_z,  merupakan perbedaan jarak-vertikal/ketinggian suatu titik/kedudukan yang ditanyakan dengan titik/kedudukan referensi.   Jika titik tersebut berada di atas titik referensi, maka Y_z positif (+), dan jika berada di bawah titik referensi, maka Y_z negatif (-).

Catatan:  

Potensial = Y = usaha = gaya * jarak = F * h

sedang F = m*a  (dimana a = percepatan = g)

jadi jika unit potensial dinyatakan dalam satuan berat, maka

Y = (F * h)/berat = (F * h)/(F) = h (satuan jarak)

5. 13.  Potensial Matriks

Potensial matriks, Y_m, dihubungkan dengan gaya-gaya adsorpsi matriks tanah.  Jika kuantitas satuan air dinyatakan dalam berat, maka Y_m pada suatu titik, adalah jarak vertikal titik tersebut dalam tanah terhadap permukaan air dalam manometer yang dihubungkan dengan titik tersebut melalui mangkuk keramik.

Potensial matriks merupakan ciri tanah yang dinamik.  Pada tanah jenuh, Y_m = 0.

5. 14.  Potensial Tekanan (Y_p)

          Pada kondisi lapangan , potensial tekanan, Y_p, berlaku terutama untuk tanah yang jenuh air.  Jika satuan kuantitas air dinyatakan dalam berat, maka Y_p adalah jarak vertikal dari titik yang ditanyakan (dalam tanah) terhadap permukaan air dalam piezometer  (» permukaan air tanah) yang dihubungkan ke titik tersebut.

          Di lapangan  Y_p = 0 jika berada di atas atau pada permukaan air dalam piezometer.  Di bawah level tersebut Y_p selalu positif, dan bertambah besar dengan bertambahnya kedalaman dibawah permukaan air.

5. 15.  Potensial Osmotik

          Potensial osmotik muncul dengan adanya bahan larutan dalam larutan tanah.  Bahan larutan mungkin ionik atau non-ionik, tetapi pengaruhnya adalah mengurangi energi bebas air.  Hal itu terjadi terutama karena molekul-molekul bahan larutan menarik molekul-molekul air.

Tidak seperti potensial matriks, potensial osmotik mempunyai pengaruh yang kecil terhadap gerakan massa air dalam tanah.  Pengaruh utamanya adalah terhadap penyerapan air oleh akar tanaman.

Gambar 5. 16.  (A)  Potensial matriks air tanah pada mangkkuk keramik adalah jarak vertical pada titik tengah mangkuk terhadap muka air pada manometer.  Untuk ilustrasi (A), Ym= -15 cm. (B) Suatu tensiometer dibuat dengan menghubungkan mangkuk keramik dengan manometer air raksa melalui tabung penuh air.  Simbol-simbol mengacu pada persamaan Ym= - 13.6 ZHg + Z dan Ym= - 12.6 ZHg + Z0, yang dapat digunakan untuk menghitung potensial matriks, C. (C) Tabung Piezometer yang digunakan untuk menentukan batas muka air tanah dan juga menentukan potensial tekanan air tanah.  Potensial tekanan pada sembarang titik dalam tanah adalah jarak antara titik tersebut dengan batas air dalam tabung piezometer.  Jadi, potensial tekanan pada titik A, YP = 10 cm.

C

B

A

Gambar 5. 17.  Menunjukkan tenaga yang dibutuhkan untuk menghilangkan sejumlah air dari tanah yang dibasahi.  Jumlah tenaga tekanan yang dibutuhkan sama dengan jumlah tenaga hisapan.

Gambar 5. 18.  Hubungan antara potensial osmotic, matriks, dan kombinasi keduanya.

5. 16.  Pengukuran Kelangasan/Kelembaban Tanah

          Beberapa metod untuk mengukur kelengasan tanah (kandungan air tanah).

1.  Metode Gravimetri

          Menyatakan kandungan air dalam tanah (kelengasan tanah) dalam persen berat air (dalam tanah tersebut) terhadap berat tanah kering (kering oven, 100-105 s.d 110^oC).

2.  Metode Daya Hantar Listrik (metod Tahanan, Resistance Method)

          Kenyataannya bahwa bahan porous seperti gipsum, nilon, dan fiberglas memiliki tahanan listrik yang berhubungan dengan kandungan airnya.

          Jika blok bahan tersebut dihubungkan dengan elektroda, dan kemudian ditempatkan tanah basah di atasnya, maka blok bahan tersebut akan menyerap air sampai mencapai kesetimbangan.  Tahanan listrik blok ditentukan oleh kandungan air.  Hubungan antara pembacaan tahanan dan kandungan air dapat ditentukan melalui kalibrasi.  Akurasi pembacaan kelengasan dalam kisaran 1-15 bars.

3.  Metode Tegangan

          Tensiometer lapangan mengukur tegangan dimana air diikat/dipegang oleh matriks tanah.  Kisaran kemampuannya untuk mengukur kelengasan tanah antara 0 –0.8 bar.

          Ada pula yang disebut tension plate untuk kondisi di laboratorium.  Tanah ditempatkan pada piring porus kemudian dilakukan penghisapan (suction).  Kisaran ukurannya 0-1 bar.

          Pressure membrane, menggunakan piring porous yang tahan sampai tekanan 100 bars.

4.   Metode Neutron Probe (Metode Radioaktif Neutron)

Gambar 5. 19.  Mekanisme pengukur kelembaban neutron.  Alat tersebut, yang memiliki sumber neutron cepat dan detector neutron lambat,  diturunkan melalui lubang tabung yang dibuat.  Neutron di emisikan oleh sumber neutron (missal: radium, atau americium-beryllium) pada kecepatan sangat tinggi (fast neutron).  Jika neutron ini bertabrakan dengan atom berukuran kecil seperti H yang dikandung air, arah dan gerakannya berubah dan mereka kehilangan enerji.  Neutron yang diperlambat diukur dihitung oleh tabung detector dan scalar.  Pembacaan, berkaitan dengan kandungan air tanah.

5. 17.  Pergerakan Air dalam Tanah

1.  Pergerakan Air Jenuh

          Rumus:  V = K f  (cm/jam)

          V = total volume air yang dipindahkan (digerakkan) per satuan waktu; K = konduktivitas hidraulik (cm/jam); f = gaya penggerak air (gaya yang menyebabkan air bergerak) à f = ∆Y/L à f = ∆h/L

Faktor-faktor yang mempengaruhi konduktivitas hidraulik (K) tanah jenuh.

          Semua faktor yang mempengaruhi ukuran dan konfigurasi pori tanah akan mempengaruhi konduktivitas hidraulik. 

Yang terutama adalah tekstur dan struktur,  disamping itu kandungan bahan organik tanah (BO) dan kandungan air dalam tanah juga mempengaruhi nilai K.

Gambar 5. 20.  Perbandingan kecepatan pergerakan air irigasi ke dalam tanah geluh berpasir dan geluh berlempung.  Catatan: kecepatan pergerakan air lebih cepat pada geluh berpasir khususnya kea rah bawah.

 

2. Pergerakan Air Tak Jenuh

          Pada kondisi lapangan pergerakan air tanah terjadi terutama pada kondisi dimana pori tanah tidak jenuh air. 

          Pada tegangan rendah K > pada tanah pasiran daripada tanah lempungan, sebaliknya pada tegangan tinggi K > pada tanah lempungan daripada pasiran.  Hal itu karena pada tanah bertekstur kasar pori-pori besar mendorong terjadinya aliran jenuh.  Sebaliknya tanah dengan pori-pori kecil mendorong terjadinya aliran tak jenuh.

Faktor-faktor yang mempengaruhi Aliran Tak Jenuh

          Terjadinya aliran tak jenuh juga sama dipengaruhi oleh faktor-faktor yang mempengaruhi aliran air jenuh, yaitu perbedaan tegangan/hisapan lengas/air à perbedaan potensial.

          Perbedaan tegangan disebabkan oleh perbedaan kandungan lengas.  Kandungan air yang lebih tinggi menyebabkan perbedaan tegangan (perbedaan potensial) lebih besar à aliran lebih cepat.

5. 18.  Retensi Kelengasan Tanah di Lapangan

1.  Kapasitas Menahan Air Maksimum

2.  Kapasitas Lapangan

3.  Titik Layu Permanen

4.  Koefisien Higroskopik (air higroskopik)

5.  Kelengasan vs tegangan.

Gambar 5. 21.  Volume air dan udara dari 100 gr tanah geluh berdebu bergranulasi baik pada berbagai tingkatan kelembaban.

Gambar 5. 22.  Hubungan umum antara karakteristik kelembaban tanah dengan tekstur tanah.

Gambar 5. 23.  Perbandingan kelembaban tanah dengan persamaan hisapan/tekanan (dalam bar), dikaitkan terhadap ketersediaan air relative untuk tanaman.

Gambar 5. 24.  Kurva Tekanan/tegangan kelembaban tiga tanah mineral.  Kurva menunjukkan hubungan yang diperoleh dengan mengeringkan sempurna tanah jenuh secara perlahan-lahan.

Pengambilan Air oleh Tanaman

          Tampaknya ada dua fenomena yang mempelajari pengambilan air oleh tanaman, yaitu: (a) pergerakan kapilar air tanah menuju akar tanaman, dan (b) pertumbuhan akar tanaman ke arah lengas tanah.

1.  Kecepatan Pergerakan Kapilar.

2.  Kecepatan Perkembangan Akar.

3.  Distribusi Akar.

4.  Kontak Akar-Tanah.

Faktor-Faktor yang Mengendalikan Kecepatan Air ke dalam Tanah

Ø  % pasir, debu, lempung (Clay)  è  Tektur tanah

Ø  Struktur tanah

Ø  Jumlah bahan organik dalam tanah

Ø  Kedalam tanah terhadap lapisan padas, batuan induk dan lapisan kedap lain

Ø  Jumlah air dalam tanah

Ø  Temperatur tanah

Kecepatan infiltrasi diklasifikasikan: sangat rendah, rendah, sedang, tinggi

Hara-hara yang sering hilang oleh pelindian:

1. Ca à  Jumlah yang besar
2. Mg, S,K  à Terbesar berikutnya
3. N  à NO₃^-

4.    P

Mekanisme absorpsi air

1.    Absorpsi pasif

2.    Perluasan perakaran

3.    Absorpsi aktif

·         Adanya akumulasi garam pada perakaran

Jeluk pengambilan air

Ø  Pada umumnya diambil pada jeluk dangkal

Ø  Pada daerah kering à  akar mencari air  sp pada zona + 3m

Saat tanaman membutuhkan air

Penggunaan air konsumtif

Jumlah kehilangan air oleh evapotranspirasi (ET) + yang terkandung dalam jaringan tanaman

(a)  Evapotranspirasi (ET)

 

(b)  Efisiensi penggunaan air

Jumlah kebutuhan air (transpirasi, pertumbuhan, evapotranspirasi, drainase) à  untuk menghasilkan unit bahan berat à ukuran efisiensi penggunaan air.

5. 19.  Aerasi Tanah

          Dua reaksi biologi paling penting yang melibatkan gas/udara yang terdapat dalam tanah adalah:

(1)  respirasi tanaman tingkat tinggi

(2)  proses dekomposisi residu organik oleh mikroorganisme.

          Walaupun berbeda dalam beberapa hal, kedua proses tersebut sama-sama merupakan  proses oksidasi komposisi/rangkaian organik.   Reaksi umumnya dapat digambarkan sebagai berikut:

          [C]               +       O₂      à       CO₂

          Komposisi

          Organik

          Jadi, setiap proses di atas menggunakan O₂ dan menghasilkan CO₂.

Masalah aerasi tanah di lapangan

(1)  Kelebihan kelembaban

     Kondisi air tanah yang jenuh dapat menyebabkan mala-petaka terhadap tanaman tertentu hanya dalam waktu singkat,  terutama tanaman yang sebelumnya sudah tumbuh pada kondisi aerasi yang baik.

     Untuk pencegahan, dibutuhkan pembuangan air yang cepat baik dengan drainase atau dengan aliran permukaan (run-off) terkendali.

(2)  Pertukaran gas

Ketidak-cukupan pertukaran gas antara tanah dengan atmosfer bebas diatasnya bergantung terutama pada dua faktor yaitu:

(a)  kecepatan reaksi biokimia yang mempengaruhi gas tanah.

(b)  kecepatan aktual gas bergerak masuk ke- dan keluar dari- tanah.

          Makin cepat penggunakan O₂ dan dengan sendirinya pelepasan  CO₂, makin besar pula pertukaran pertukaran gas yang dibutuhkan.  Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi biologi ini, seperti temperatur, residu organik, dll, sangat penting dalam menentukan status udara tanah.

          Pertukaran gas a dalam tanah dengan atmosfer difasilitasi oleh faktor yaitu:  (a) aliran masa (mass flow) à perbedaan tekanan , dan (b) difusi.à tekanan parsialnya.

Pengkarakteran Aerasi Tanah

          Status aerasi tanah dapat dicirikan dalam tiga cara:

(1)  kandungan O₂ dan gas lainnya dalam atmosfer tanah,

(2)  kecepatan difusi  O₂ (oxygen diffusion rate, ODR),

(3)  potensial oksidasi-reduksi (redox)

(1)  Oksigen (O₂) Tanah

          Jumlah O₂ dalam tanah ditentukan oleh banyaknya pori berisi udara dan proporsi dari pori tersebut yang terisi O₂.  Kedua parameter ini saling berhubungan,  karena apabila jumlah pori berisi udara terbatas, maka banyaknya O₂ yang sedikit dalam ruang tersebut akan cepat dikonsumsi oleh akar tanaman, dan mikrobia tanah, serta CO₂ dilepaskan.

          Dalam atmosfer di atas tanah mengandung 21% O₂, 0.03% CO₂ , dan hampir 79% N₂.  Sebagai perbandingan udara tanah mengandung sama atau sedikit lebih tinggi N₂, tetapi mengandung O₂ yang selalu lebih rendah dan CO₂  yang lebih tinggi.  Kandungan O₂ sedikit < 20% pada lapisan permukaan tanah dengan struktur yang mantap dan banyak pori makronya.  Kandungan O₂ akan turun cepat sampai <5% atau bahkan 0% dalam tanah lapisan bawah (subsoil) yang berdrainase jelek dengan sedikit pori makro.

          Terdapat hubungan yang berbalikan antara kandungan O₂ dan CO₂ dalam udara tanah, yaitu kandungan O₂ berkurang bila kandungan CO₂ meningkat. 

          Kandungan CO₂  dalam udara tanah larut dalam air tanah membentuk asam karbonat (H₂CO₃).  Asam ini secara umum berguna, khususnya dalam hubungannya dengan pH dan kelarutan mineral-mineral tanah.

(2) Kecepatan Difusi Oksigen

          Pengukuran status udara tanah yang terbaik, mungkin dinyatakan dalam kecepatan difusi oksigen (ODR), yang menyatakan/menentukan kecepatan O₂ dapat diganti/diisi ulang apabila telah terpakai oleh respirasi akar tanaman atau oleh mikroorganisme tanah, atau diganti oleh air. 

          ODR berkurang seiring dengan kedalaman tanah.  Walaupun sampai menggunakan udara atmosfer bebas dengan kandungan 21%  O₂, ODR pada  97 cm < dari ½ kali ODR pada 11 cm.  Apabila konsentrasi O₂ yang digunakan lebih rendah, maka ODR akan berkurang lebih cepat lagi.

          Secara alami beberapa tanaman terpengaruhi oleh ODR yang rendah.  Rumput-rumputan cenderung lebih toleran terhadap ODR rendah daripada kacang-kacangan (legume).  Gula bit dan alfalfa membutuhkan ODR lebih tinggi daripada cengkih ladino (ladino clover).

(3)  Potensial Oksidasi-Reduksi (Redox) (E_h)

          Jika suatu tanah memilki aerasi baik, maka tanah didominasi oleh bentuk/keadaan teroksida Fe-ferik (Fe³⁺), Mn manganik (Mn⁴⁺), nitrat (NO₃^-), dan sulfat (SO₄^2-).  Dalam kondisi tanah berdrainase dan beraerasi buruk, maka elemen-elemen tersebut didapatkan dalam bentuk tereduksi, yaitu:  Fe-fero (Fe²⁺), Mn-mangano (Mn²⁺), amonium (NH₄⁺),  dan  sulfida (S^2-).

          Indikasi status oksidasi-reduksi dari suatu sistem (termasuk dalam tanah) dinyatakan dengan  potensial oksidasi-reduksi (redox potential) (=E_h), yang memberikan pengukuran kecenderungan suatu sistem untuk mereduksi atau mengoksidasi senyawa kimia, dan umumnya dinyatakan dalam volts (v) atau milivolts (mv).  Jika nilainya positif dan tinggi, menunjukkan kondisi oksidasi yang kuat.  Sebaliknya jika nilainya rendah dan bahkan negatif, maka elemen-elemen atau senyawa kimia akan didapatkan dalam bentuk tereduksi.

          Aerasi tanah mempunyai pengaruh yang nyata terhadap terdapatnya unsur-unsur kimia khusus dalam tanah dan tentunya juga berkaitan dengan ketersediaan dan tingkatan keracunan spesies-spesies kimia tersebut.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aerasi Tanah

          Komposisi udara tanah sangat bergantung pada banyaknya pori udara tersedia, bersama-sama dengan reaksi bio-kimia, dan pertukaran gas. 

          Porositas total tanah ditentukan oleh BD-nya.  Dan itu berhubungan dengan tekstur dan struktur tanahnya, dan bahan organik tanah. 

          Konsentrasi O₂ dan CO₂  dalam udara tanah sangat berhubungan dengan aktivitas biologi dalam tanah.  Komposisi mikrobial dari residu organik sangat menentukan porsi utama CO₂ yang terbentuk.   Pemberian pupuk kandang (manur), residu tanaman, atau lumpur pembuangan kotoran (sewage sludge) dalam jumlah banyak, khususnya apabila kelembaban dan temperaturnya optimum, akan merubah komposisi udara tanah.  Pengaruhnya digambarkan pada Figure 4.5.

Pengaruh Aerasi Tanah terhadap Aktivitas Biologi

(1)  Pengaruhnya terhadap Aktivitas Tanaman

          Tanaman (tingkat tinggi) sangat dipengaruhi oleh aerasi tanah yang buruk dalam 4 cara, yaitu:

(a)   pertumbuhan tanaman, khususnya akar, terhambat.  Lihat Tabel 4.3.

(b)   penyerapan (absorpsi) nutrien/hara berkurang.  Lihat Tabel 4.4.

(c)   penyerapan air juga terhambat, dan

(d) pembentukan senyawa anorganik yang meracuni tanaman umumnya  terjadi pada kondisi aerasi yang buruk.

(2) Pengaruhnya terhadap Mikroorganisme

          Dalam sebagaian besar tanah. Metabolisme mikrobial sangat berperan pada respirasi, walaupun ketika tanaman tumbuh dengan cepat/sehat.  Karena respirasi membutuhkan O₂ dan melepaskan CO₂, mikroorganisme tanah sangat dipe-ngaruhi oleh aerasi tanah.

          Bukti nyata pengaruh aerasi tanah terhadap aktivitas mikrobial adalah perombakan residu tanaman yang lambat pada daerah rawa (swampy areas).

          Aerasi tanah juga menentukan macam mikroorganisme yang ada dalam tanah.  Jika O₂ tersedia, terdapat mikroorga-nisme aerobik yang menggunakan O₂ untuk mengoksidasi bahan organik.  Pada kondisi sebaliknya, mikroorganisme anaerobik menjadi dominan dan akan mengkonsumsi O₂ dalam senyawa-senyawa NO₃, Fe₂O₃, dan SO₄, sehingga menimbulkan bentuk tereduksi dari senyawa tersebut.

          Secara umum, kondisi yang menunjang bentuk-bentuk aerobik juga akan menunjang juga pertumbuhan sebagian besar tanaman.

(3)  Pemadatan Tanah dan Aerasi

          Semua efek negatif pemadatan tanah tidak disebabkan oleh aerasi yang buruk.  Lapisan-lapisan tanah menjadi begitu padat sehingga menghambat pertumbuhan akar walaupun jika kandungan O₂ nya mencukupi dan tersedia.

Gambar 5. 25.  Skema keseimbangan radiasi pada siang dan malam hari pada musim semi atau awal musim panas di daerah sub-tropis.  Kurang lebih separuh dari radiasi sinar matahari mencapai bumi, baik langsung maupun tidak, dari radiasi atas bumi (sky radiation).

5. 20.  Temperatur Tanah

Temperatur tanah sangat mempengaruhi proses-proses fisika, kimia, dan biologi yang terjadi dalam tanah.  Dalam tanah yang dingin, kecepatan proses kimia dan biologi lambat.  Dekomposisi biologi mendekati tidak berubah, sehingga menghambat kecepatan beberapa nutrien seperti N, P, S, dan Ca menjadi tersedia.

          Pertumbuhan terbaik tanaman sangat bervariasi dalam hubungannya dengan temperatur tanah.  Sebagai contoh:

- perkecambahan jagung  è 7-10^oC dan optimumnya ≈ 38⁰C, walaupun ini bervariasi pada kondisi temperatur udara dan kelembaban tanah yang berbeda.

- ubi kentang berkembang baik pada  temperatur tanah 16-21⁰C.

- Oats juga tumbuh baik pada temperatur tanah 21⁰C, tetapi akar tanaman ini tumbuh lebih baik jika temperatur tanahnya ≈ 15⁰C.

- Pertumbuhan vegetatif apel dan peach yang optimum tercapai pada temperatur tanah ≈ 18⁰C, sedang untuk citrus ≈ 25⁰C.   Pada daerah dingin, hasil beberapa sayuran dan tanaman buah-buahan meningkat dengan penghangatan tanah (Figure 4.10).  Siklus hidup tanaman bunga  dan ornamen juga dipengaruhi oleh temperatur tanah.  Umbi bunga Tulip membutuhkan pendinginan untuk pembentukan kuncup bunga di awal musim dingin, walaupun perkembangan bungannya terhambat sampai tanah menghangat pada musim semi berikutnya.

Penyerapan dan Kehilangan Energi Matahari

          Banyaknya panas yang diserap tanah ditentukan terutama oleh banyaknya radiasi efektif yang mencapai bumi.  Hanya sebagian  dari radiasi solar yang mencapai tanah.  Sisanya, sebelum mencapai bumi, dikembalikan kembali ke atmosfer oleh awan, diserap oleh gas-gas atmosfer, atau disebarkan ke atmosfer.

          Pada daerah arid yang relatif bebas awan, 75% radiasi solar mencapai bumi/tanah.  Sebaliknya, pada daerah humid hanya 35-45% yang mencapai tanah.  Rata-rata umum ≈ 50%.

          Temperatur tanah pada daerah lereng yang menghadap ke arah tertentu juga bervariasi berdasarkan waktu/ musim dan lintangnya.

          Apakah suatu tanah  dibiarkan terbuka atau ditutupi dengan vegetasi atau mulsa merupakan faktor  lain yang juga menentukan banyaknya radiasi soalr mencapai tanah.  Pengaruh hutan yang rapat/padat juga dapat diketahui.   Tanah-tanah gundul/terbuka akan menghangat dan mendingin lebih  cepat daripada tanah-tanah yang ditutupi vegetasi atau oleh mulsa tambahan/buatan.

Panas Spesifik Tanah

          Faktor lain yang mempengaruhi temperatur tanah adalah panas spesifik tanah atau kapasitas thermalnya dibandingkan  dengan kapasitas thermal air. 

          Panas spesifik dinyatakan sebagai perbandingan kuantitas panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur subtansi 1⁰C (dari 15⁰C ke 16⁰C) dengan panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur yang sama dari air.  Sifat tanah ini sangat penting dalam mengontrol temperatur tanah.  Penyerap-an sejumlah panas yang diberikan oleh tanah tidak menjamin kecepatan naiknya temparaturnya.  Jika semuanya sama, suatu tanah dengan panas spesifik tinggi menunjukkan perubahan temperatur lebih lambat daripada tanah dengan panas spesifik rendah. 

Kelembaban merupakan penyangga tanah dari perubahan temperatur yang cepat.  Dalam kondisi lapangan aktual, kandungan lengas tanah merupakan faktor penentu (daripada faktor lainnya) energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur tanah. 

Panas Penguapan

          Kelembaban tanah juga merupakan faktor yang penting dalm menentukan jumlah panas yang digunakan dalam proses evaporasi air tanah.  Penguapan terjadi karena meningkatnya aktivitas molekul air tanah yang menyerap panas dari sekeli-lingnya.  Ini menghasilkan efek pendinginan, khususnya dipermukaan tanah dimana  evaporasi terjadi.

          Penguapan 1 g air pada 20⁰C membutuhkan ≈ 40 kalori.

Pergerakan Panas Dalam Tanah

          Radiasi solar masuk kedalam profil tanah sebagian besar dengancara konduksi.  Konduksi panas dipengaruhi oleh beberapa faktor, tetapi yang terpenting adalah kandungan air dalam lapisan tanah (kelengasan tanah).  Panas lebih mudah 150 kali bergerak melalui tanah ke air daripada tanah ke udara.  Jiak kandungan air dalam tanah meningkat, udara berkurang dan hambatan transfer panas juga berkurang.

          Terjadinya perubahan-perubahan hampir selalu lebih kecil dalam tanah bagian bawah, (subsoil).  Di daerah sedang, permukaan tanah cenderung lebih hangat selama musim panas, dan lebih dingin selama musim dingin daripada tanah bagian bawah, khususnya horison bawah dari subsoil.

Pengendalian Temperatur Tanah

          Terapat dua macam praktik manajemen tanah yang mempengaruhi temperatur tanah, yaitu:

(a) yang mempertahankan macam penutup atau mulsa pada tanah, dan

(b) yang mengurangi kelebihan air tanah.

          Efek dari keduanya memberikan implikasi biologi yang berarti.

(a) Mulsa dan Pengolahan Tanah.

          Temperatur tanah dipengaruhi oleh penutup tanah dan khususnya oleh residu organik dan mulsa macam lainnya yang ditempatkan pada permukaan tanah.  Efek penggunaan mulsa juga dipelajari terutama yang dikaitkan dengan praktik pengolahan tanah yang mengikutinya.  Praktik pengolahan tanah telah menyebabkan terakumulasinya hampir semua residu tanaman di dekat permukaan. Pengaruh dari pengolahan konservasi terhadap temperatur tanah digambarkan pada Figure 4.17.

Pengendalian Kelengasan Tanah

          Tanah berdrainase buruk mempunyai panas spesifik yang tinggi, oleh karenanya dibutuhkan sejumlah besar energi radiasi untuk menaikkan temperaturnya di awal musim semi.  Dan, karena kelebihan air tidak berperkolasi melalui tanah yang berdrainase buruk ini, maka harus dibuang dengan cara pe-nguapan, suatu proses yang mahal dalam pengertian penggunaan energi. 

          Seperti halnya terhadap udara tanah, pengaruh pengendalian air tanah terhadap temperatur tanah juga nyata dimana-mana.  Pengaturan air tampaknya merupakan kunci terhadap praktik pengendalian temperatur tanah dilakukan dilapangan.

Gambar 5. 27.  Pengaruh temperature tanah pada pertumbuhan awal tanaman jagung bagian atas dan akar ketika temperature udara dipertahankan optimum untuk pertumbuhan tanaman.  Ternyata, jagung cukup sensitive terhadap perbedaan temperature tanah.

 

VII.  Bahan Organik dan Jasad Hidup (Tanah)

                Bahan organik (BO) mempengaruhi sifat fisik (memperbaiki struktur, meningkatkan porositas, memperbaiki hubungan air dan udara), dan kimia tanah (meningkatkan KTK. sumber hara N, P [5-60%], S [80%], B, dan Mo), walaupun terdapat dalam jumlah sedikit.

Umumnya mempengaruhi sedikitnya setengah dari KTK permukaan tanah, dan bertanggung jawab atas stabilitas agregat tanah melebihi faktor tunggal lainnya.  Disamping itu BO mensuplai energi dan bahan pembentuk tubuh untuk kebanyakan mikro-organisme.

7. 1.  Asal Bahan OrganikTanah

v  Sumber utama BO adalah jaringan tanaman.  Bagian atas, akar pohon, perdu, rerumputan, dan tanaman asli/asal menyumbang sejumlah besar residu organik per tahun à 1/20 – 1/3 bagian tanaman tertinggal dalam tanah.

v  Saat bagian tanaman tersebut di-dekompos dan dicerna oleh berbagai macam mikro-organisme,mereka menjadi bagian dari/menyatu dengan horison tanah dibawahnya melalui infiltrasi atau penyatuan fisik.  Jadi jaringan tanaman tingkat tinggi menjadi sumber utama tidak saja untuk makan berbagai mikroorganisme, tetapi juga sebagai utama BO yang sangat penting untuk pembentuk-an tanah.

v  Binatang dianggap sebagai sumber BO kedua.  Saat mereka menyerang jaringan tanaman, mereka menyumbangkan produk sampingan dan meninggalkan tubuhnya untuk dikmonsumsi.

v  Hewan-hewan tertentu seperti cacing tanah, kaki seribu (centipedes), dan semut juga berperanan penting dalam pemindahan residu tanaman.

Komposisi Residu Tanaman

v  Elemen-elemen C, H, dan O merupakan yang dominan total jaringan organik dalam tanah, à lebih dari 90%  berat kering bahan ini merupakan C, H, dan O.  Tetapi, elemen-elemen lainnya berperan penting dalam nutrisi tanaman dan memenuhi kebutuhan mikro-organisme.

v  N, S, P, K, Ca, dan Mg, merupakan hara-hara penting, demikian juga hara mikro yang dikandung dalam bahan tanaman.

v  Komposisi yang aktual dalam jaringan tanaman secara umum digambarkan dalam Fig. 8.2. 

o    Komposisi umum:

§ Karbohidrat, tersusun atas C, H, dan O.  Kisaran ke-kompleksan-nya dari gula sederhana s.d selulose.

§ Lemak (the fats) dan minyak (oils), juga tersusun atas C, H, dan O, merupakan gliserida dari asam-asam lemak seperti butirat, stearat, dan oleat; yang berasosiasi dengan berbagai macam resin dan lebih kompleks dari karbohidrat umumnya.

§ Lignins, komponen utamanya: C, H, dan O; terdapat pada jaringan yang tua seperti cabang, batang, dan jaringan berkayu lainnya.  Merupakan susunan yang kompleks, beberapa memiliki struktur cincin.  Tahan terhadap dekomposisi.

§ Protein mentah (crude protein) merupakan salah satu dari yang lebih kompleks. Tersusun atas C, H, O, N, dan sejumlah kecil S, Fe, dan P à sebagai pembawa elemen-elemen esensial.

Dekomposisi Senyawa Organik

v  Kecepatan Dekomposisi

o   Kecepatan dekomposisi senyawa organik sangat beragam.  Berikut urutan senyawa organik mulai dari yang paling cepat terdekompos ke yang paling lambat terdekompos.

§  Gula, karbohidrat, protein sederhana

§  Protein mentah (crude protein)

§  Hemiselulose

§  Selulose

§  Lignin, lemak, lilin, dsb

v  Jika jaringan organik diberikan ke tanahàterjadi tiga reaksi umum, yaitu.

o   BO utuh à oksidasi enzimatik è CO₂, H₂O, energi, dan panas;

§  -[C, 4H] + 2O₂  ------------à CO₂ + 2H₂O + energi

   oksidasi enzimatik

o   Pemecahan senyawa proteinàpelepasan N, P, dan S, dan di-imobilasasi melalui rangkaian reaksi yang unik untuk setiap elemen;

§  Proteinàamida, asam-asam amino àterhidrolisaàCO₂ dan senyawa NH₄⁺ + lainnya

§  Senyawa NH₄⁺ à NO₃^- ;

o   Perombakan Organik (organik decay)à oleh aktivitas mikroorganisme.  Proses perombakan organik berdasarkan waktu ditunjukkan pada ilustrasi Fig. 8.3. Senyawa yang tahan terhadap aksi mikrobia dibentuk melalui modifikasi senyawa dalam jaringan tanaman asalnya, atau melalui sintesis mikrobia.

v  Proses dekomposisi residu tanaman dan BO tanah pada prinsipnya merupakan suatu proses penghancuran enzimatik.  Proses tersebut semata-mata merupakan proses pencernaan seperti halnya bahan tanaman didalam perut hewan.  Produk dari aktivitas enzimatik itu secara umum dibedakan dalam tiga kategori, yaitu:

o   energi yang dibebaskan sebagai panas,

o   hasil akhir sederhana seperti CO₂, H₂O, dan elemen lain ke dalam larutan tanah atau atmosfer,

o   humus

v  Bakteri dan fungi merupakan pendekompos residu organik paling aktif, dibantu oleh actinomycetes, beberapa algae, cacing tanah, serangga, dan cacing benang, serta nematoda.  Bakteri lebih aktif dibandingkan fungi dalam mendekompos jaringan tanaman.

v  Bakteri dan fungi bekerja optimal dalam tanah lembab pada temperatur 35^oC, dan pH tanah mendekati netral.

v  Fungi toleran terhadap kondisi asam (pH<5.5) dan kekeringan.

7. 2.  Energi BO Tanah

v  Mikro-organisme tidak hanya membutuhkan substansi (bahan) untuk sintesis jaringannya, tapi juga energi à yang keduanya diperoleh dari BO tanah.

v  BO mengandung energi potensial yang sebagian besar siap ditransfer ke dalam bentuk latent atau dibebaskan sebagai panas.

7. 3.  Produk Dekomposisi Sederhana

v  Produk sederhana yang umum dihasilkan dari aktivitas mikro-organisme tanah adalah:

o   C à CO₂, CO₃^2-, HCO₃^-, CH₄, C-elemen

o   N à NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^-, dan gas N

o   S à S, H₂S, SO₃^2-, SO₄^2-, CS₂

o   P à H₂PO₄^-, HPO₄^2-

o   Lainnya à H₂O, O₂, H₂, H⁺, OH^-, Ca²⁺, Mg²⁺, dll.

7. 4.  Siklus C

v  C merupakan bahan umum penyusun BO dan terkait dengan semua proses kehidupan yang esensial.

v  Transformasi elemen C dalam Siklus C dalam kenyataan-nya merupakan siklus hidup (biocycle) yang memungkin-kan kelangsungan hidup di bumi.  (lihat Fig. 8.4.).

v  Pelepasan CO₂. à melalui proses fotosintesis.

o   CO₂ diassimilasi oleh tumbuhan tingkat tinggi dan di-konversikan menjadi berbagai macam senyawa organik.

o   Saat senyawa organik masuk ke tanah sebagai residu tanaman àdicerna (digest) oleh (aktivitas) mikrobia dan CO₂ dilepas.  Pada kondisi optimum, dihasilkan  > 100 kg/ha/hari CO₂.  Secara umum sekitar 25-30 kg/ha/hari.

o   Sejumlah kecil CO₂ bereaksi dengan tanah menghasilkan H₂CO₃ dan [Ca, K, Mg, dll]-CO₃, [Ca, K, Mg, dll]-HCO₃.

v  Produk C Lainnya

o   Sejumlah kecil C-elemen didapatkan dalam tanah;

o   Pada kondisi anaerobic à dihasilkan CH₄ (methan) dan CS₂ (carbon bisulfid) dalam jumlah sedikit.

Tampak jelas bahwa siklus-C tidak hanya memasukkan tanah beserta jasad hidup (flora dan fauna-nya) di dalam-nya, dan tumbuhan tingkat tinggi dalam setiap deskripsinya, tetapi juga hidup hewan, dan manusia.  Kegagalan dalam berfungsi secara tepat dapat berarti bencana untuk semuanya.  Hal tersebut juga merupakan siklus energi à siklus kehidupan.

7. 5.  Bahan Organik Aktif

v  Manfaat yang diberiukan oleh BO sebenarnya berasal atau pengaruh dari BO-aktif, yaitu merupakan BO yang sedang mengalami dekomposisi lanjut.

v  Jika hanya residu humus yang tertinggal (terdekomposi lambat) à pelepasan hara lambat. 

v  BO yang sedikit terdekompos menghasilkan sedikit gums (polisakarida, tersusun atas rangkain gula yang panjang), yang menyemen mineral tanah menjadi agregat yang stabil à memperbaiki struktur tanah dan pertumbuhan tanaman.

v  Kebanyakan tanah dengan pengolahan terus menerus kehilangan BO ≈ 2%/thn, tetapi pemilihan pertanaman yang tepat seperti rumputan, alfalfa, dan clovers, dapat menambah BO.

v  Pelepasan N dari BO tiga kelas tekstur tanah selama musim tanam.

% BO tanah	Pelepasan N (lb/acre)
	Sandy Loam	Silt Loam	Clay Loam
1	50	20	15
2	100	45	40
3	-	68	45
4	-	90	75
5	-	110	90

7. 6.  Residu Tanaman % Erosi Tanah, Penggunaan Air, dan Insulasi

v  Penambahan residu tanaman (dan/mulsa) pada atau di dekat permukaan tanah dapat mengurangi erosi tanah à Pengelolaan mulsa (= mulch tillage) à sering diapli-kasikan pada hamparan pasiran dimana angin dan air merupakan penyebab erosi ekstensif.

v  Mulsa sebagai insulator, menahan gerakan panas antara atmosfer dan tanah:

o    Pada musim panas àmenguntungkan perakaran tanaman, tetapi di daerah dingin melambatkan pemanasan tanah pada musim semi.

o    Di daerah dingin, residu tanaman di permukaan tanah dikurangi (tapi cukup untuk mengontrol erosi), me-nyebabkan kecepatan pemanasan pada musim semi, maksimum.

v  Apapun masalahnya, baik erosi atau temperatur tanah, yang paling serius harus ditanggulangi lebih dulu, tetapi tidak ada yang diabaikan.

 

7. 7.  Ekses Residu Tanaman

v  Pembakaran residu tanaman merupakan praktik yang umum, tetapi sebenarnya bukan merupakan solusi yang diharapkan.  Pembakaran residu tanaman merugikan karena:

o   Mengurangi BO yang melindungi tanah dari erosi,

o   Abu yang mengandung nutrisi tanaman potensial dapat hilang karena erosi angin atau air,

o   Kebanyakan nutrisi di abu dalam bentuk mudah larut dan mudah tercuci melalui tanah, dan

o   BO yang dekomposisinya menghasilkan gums untuk menyemen tanah ke dalam agregat, hilang terbakar.

Pengaruh BO pada Sifat Tanah

v  Efeknya terhadap warna tanah è coklat – hitam.

v  Pengaruhnya pada sifat fisik tanah:

o   Meningkatkan granulasi

o   Mengurangi plastisitas, kohesi, dll

o   Menigkatkan kapasitas menahan air

v  Memiliki KTK yang tinggi:

o   20-30 x lebih besar daripada koloid mineral (berdasar-kan berat),

o   menyumbang 30-90% daya absorpsi tanah mineral.

v  Suplai dan ketersediaan Hara:

o   Adanya kation yang mudah diganti,

o   N, P, S, dan hara mikro diikat/ditahan dalam bentuk organik,

o   Humus melepaskan elemen dari mineral-mineral.

Rasio C/N

v  C merupakan komponen BO yang relatif dalam jumlah besar dan proporsi tertentu.  Sedangkan N merupakan hara yang konsentrasinya sering mengontrol kecepatan dekomposisi BO (karena N digunakan untuk membentuk protein dalam populasi bakteri dan fungi).

v  Kandungan N dalam mikro-organisme dan BO dinyatakan dalam proporsinya terhadap kandungan C, dan disebut nisbah C/N.

v  Kenyataan bahwa C/N rasio tanah cukup konstan (10:1 - 12:1, tapi kisarannya mulai 8:1 s.d 15:1), memberikan arti penting dalam mengontrol:

o   Ketersediaan N,

o   Total BO, dan kecepatan perobakan organik,

o   Pengembangan model pengelolaan tanah yang me-nyeluruh .

v  C/N BO tanah penting untuk dua alasan utama yaitu:

o   Kompetisi antara mikro-organisme terhadap keterse-diaan N akibat penambahan residu dengan nisbah C/N tinggi ke dalam tanah; dan

o   Karena rasio ini relatif konstan dalam tanah, pemeliharaan C -dan juga BO tanah- sangat bergantung pada kandungan N tanah.

v  Beberapa contoh nisbah C/N BO.

BO	Nisbah C/N
Bakteria	4:1; 5:1
Fungi	9:1
Humus tanah terolah di daerah hangat	11:1
Legume mature (alfalfa atau clover)	20:1
Sampah hutan	30:1
Jerami, batang jagung	90:1
Serbuk gergaji	250:1

v  Banyaknya mikro-organisme terbatas jika N tersedia tidak mencukupi.  Bakteria membutuhkan 1 kg N untuk setiap 4-5 kg C à pengguna N yang berat.

v  Jika jerami dengan C/N 90:1 ditambahkan ke dalam tanah dengan N rendah, banyaknya bakteria akan me-ningkat lambat karena keterbatasan N.  Jerami akan terdekompos lambat karena rendahnya hara makanan untuk mikro-organisme perombak.

v  Proses perombakan ini dapat dipercepat dengan menambahkan pupuk N untuk mensuplai kebutuhan mikroorganisme dan kebutuhan tanaman.

v  Pada kondisi BO dengan C/N tinggi di tambahkan ke dalam tanah à merugikan tanamanàtanaman akan kahat N, karena mikroorganisme menggunaan N dari tanah untuk menyusun tubuhnya.

v  Akibat dekomposisi:

o   Bahan terdekompos cepat à hilang,

o   Bahan yang terdekompos lambat à tinggal

v  Jika sebagian bakteri dan fungi mati à tubuhnya memiliki kandungan N tinggi à didekompos oleh mikro-organisme lain àmenghasilkan CO₂ dan N kedalam la-rutan tanah.  N yang dibebaskan ini tersedia untuk pertumbuhan tanaman.

v  Perubahan C/N berkorelasi dengan:

o   Curah hujan

o   Suhu

o   C/N dalam jasad sendiri.

v  Jika pupuk hijau (C/N 20/1-30/1) dan pupuk kandang (C/N 90/1) ditambahkan ke dalam tanah, maka terjadi:

o   Penurunan C/N tumbuhan dan pupuk kandang,

o   Penyesuaian C/N organisme (C/N meningkat),

o   Pengambilan N dari dalam tanah (immobilisasi) à N digunakan mikrobia,

o   Terjadi persaingan antara N tanaman dan mikrobia è tanaman layu.

v  Sebaliknya, jika nitrifikasi baik à C/N rendah

v  Pada saat immobilisasi terjadi sampai humifikasi selesai à NO₃ rendah,

v  Setelah N tidak di-imobilisasi à NO₃ tinggi  è C/N rendah.

VIII.  Pupuk dan Pemupukan

8. 1.  Pendahuluan

v  Walaupun penggunaan kotoran hewan (sebagai pupuk kandang) pada lahan pertanian merupakan praktik yang sudah umum dilaksanakan, garam-garam mineral sudah digunakan secara sistematik dan meluas untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman, lebih dari 100 tahun.

v  Sekarang sudah merupakan kebutuhan ekonomik pada hampir semua lahan.

v  Semua garam anorganik, seperti amonium-nitrat, ataupun senyawa/substansi organik, seperti lumpur-manure (sewage sludge), yang dibeli dan diaplikasikan pada lahan untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman, dianggap sebagai pupuk komersiil.

v  Terdapat 14 elemen nutrisi esensiil, yang diperoleh oleh tanaman dari tanah.  Dua diantaranya, Mg dan Ca,diaplikasikan sebagai kapur.  Meski umumnya tidak dianggap sebagai pupuk, kapur memberikan efek nutrisi yang nyata.

v  Belerang terdapat pada beberapa pupuk komersiil, dan pengaruhnya dianggap penting, khususnya di daerah tertentu.

v  Hal itu menyisakan 3 elemen selain hara mikro, -N, P, dan K. Dan karena ketiganya sangat umum diaplikasikan dalam pupuk komersiil, mereka sering diacu sebagai elemen-elemen pupuk.

8. 2.  Tiga  Grup Pupuk

1.  Pupuk Pembawa N

a.  Kelompok Organik-N

v  Termasuk biji kapas, guano, kotoran ikan, gambut beramonia, dan kotoran ternak, dll.,

v  Kandungan N rendah,

v  Perlu biaya tinggi per unit N yang diaplikasikan,

v  mensuplai < 2% dari total N yang diberikan sebagai pupuk komersiil,

v  beberapa digunakan sebagai pupuk khusus untuk rumput halaman, kebun bunga, dan tanaman pot,

v  N dilepas secara lambat (sedikit demi sedikit) oleh aksi mikrobiologi,

v  Membantu menyediakan suplai N kontinyu,

b.  Kelompok Anorganik-N

v  Banyak pembawa anorganik digunakan untuk mensuplai N dalam pupuk campur (mixed fertilizers),

v  Kisaran kandungan N, dari 3% dalam superfosfat beramonia s.d. 82% dalam Anhydrous ammonia, (lihat Tabel 18.1),

v  Proses sintesis pupuk N membutuhkan energi sangat tinggi, > 80% dari energi yang dibutuhkan untuk memproduksi pupuk.

Amonia

v  Mungkin merupakan proses sintetik terpenting, yaitu gas amonia dibentuk dari elemen H dan N.

o   N₂ + 3 H₂ à 2 NH₃

o   Proses tsb membutuhkan temperatur dan tekanan tinggi, serta energi yang banyak,

o   H berasal dari gas alam, dan N berasal dari atmosfer,

o   Reaksi tsb menghasilkan senyawa (dalam Tabel 18.1) dengan harga unit N paling murah.

v  Amonia digunakan dalam pembentukan senyawa sintetik lainnya, paling tidak dalam 3 cara:

o   Pertama, dicairkan dibawah tekanan, menghasilkan anhydrous ammonia, yang sebagian besar digunakan sebagai bahan untuk penggunaan langsung,

o   Kedua, gas amonia, dilarutkan dalam air menghasilkan NH₄OH, yang sering digunakan tersendiri (amonia cair), tetapi lebih sering digunakan sebagai solven pembawa N, seperti Urea, à kini,banyak digunakan,

o   Ketiga, penggunaan gas amonia dalam pembuatan pupuk N anorganik lainnya.

v  Amonium Sulfat:

o    N-nya lebih mahal dari bentuk cairnya dan urea,

o   digunakan pada tanah yang di kapur, karena pengaruh keasaman dari residunya.

v  Na- dan NH₄-Nitrat:

o   Oksidasi amonia à asam nitrat, digunakan untuk pembuatan NH₄- dan Na- Nitrat,

o   Biaya per unit N dari Na- Nitrat cukup mahal, à dianggap sebagai sumber N yang minor.

v  Urea:

o   Dalam tanah mudah terhidrolisis membentuk (NH₄)₂CO₃:

CO(NH₂)₂ + H₂O à (NH₄)₂CO₃ , yang ideal untuk nitrifikasi. Khususnya jika terdapat banyak basa-basa dapat ditukar,

o   Produk akhirnya dalam bentuk ion NH₄⁺ dan NO₃^- untuk diserap tanaman,

o   (NH₄)₂CO₃ tidak stabil pada pH > 7, melepas gas amonia ke atmosfer,

o   Konsekuensinya lebih baik meberikan urea ke dalam tanah daripada memberikannya pada permukaan tanah, khususnya bila tanahnya alkalin.

v  Amonium-Fosfat:

o   Merupakan pupuk pembawa N dan P yang paling penting,

o   Dibuat dari asam fosfat dan amonia (Fig. 18.2.),

v  Pembawa N-sintetik lainnya:

o   Nitrofosfat, dibuat dengan pengasaman (acidulating) batuan fosfat dengan nitrat.

v  Pembawa N Melepas-lambat:

o   Pupuk N yang ketersediaanya terlalu siap kurang meng-untungkan, karena menjadi tidak tersedia untuk waktu yang lama,

o   Dibuat bahan yang memenuhi persyaratan melepas N-lambat:

§  Kompleks urea-formaldehid (ureaform),

§  Crotonylidene diurea (CDU),

§  Isobutylidene urea (IBDU),

§  Mg-NH₄-fosfat juga merupakan sumber N melepas lambat,

§  Kecepatan melepas N, bergantung terutama pada ukuran partikelnya,

§  Kesulitannya, adalah biayanya mahal.

§  Lapisan bahan-bahan lilin, parafin, resin acrylic, dan elemen S merupakan bahan yang melambatkan kelarutannya dan melindungi dari “serangan” mikrobia, à mekanismenya dengan melambatkan masuknya kelembaban kedalam granul, dan menahan keluarnya larutan N.

v  Penghambat Nitrifikasi,

o   Banyak dikembangkan bahan-bahan/senyawa yang mampu menahan proses nitrifikasi,

o   Fungsinya adalah mempertahankan N dalam bentuk NH₄ sehingga melambatkan kemungkinan hilangnya N oleh pencucian dan denitrifikasi,

o   Bahan/senyawa tsb dicampur dengan pupuk N, atau diaplikasi sebagai pelapis permukaan pada pelet.

2. Bahan Pupuk Fosfatik

v  Sumber utamanya adalah batuan fosfat.  Komponen esensiilnya adalah mineral apatit, Ca₃(PO₄)₂•CaX, dimana X mungkin F, OH, Cl, dll.,

v  Klasifikasi pupuk Fosfat:

o   Larut dalam air, -Ca(H₂PO₄)₂; NH₄H₂PO₄; K-fosfat

o   Larut dalam sitrat, - CaHPO₄,

o   Tidak larut, -batuan fosfat, Ca₃(PO₄)₂•CaX (tak tersedia).

v  Pupuk fosforus dicirikan dengan kandungan ketersediaan fosfat yang dinyatakan dalam %-P₂O₅ bukan elemen P,

v  Superfosfat:

o   Kualitas yang biasa mengandung 16-21% P₂O₅, dibuat dari batuan fosfat dengan H₂SO₄ dalam jumlah yang sesuai,

o   Reaksi yang terjadi dalam proses pembuatannya,

     Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ à    Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄ + bahan

    (insoluble)                 (water soluble)               tak murni

o   Juga sering terbentuk CaHPO₄ (asam fosfat larut dalam sitrat), karena banyaknya asam yang ditambahkan tidak mampu menyelesaikan reaksi,

v  Triple superfosfat:

o   Mengandung 40-47% P₂O₅ tersedia (17-21% P). àlebih banyak P dan tanpa gypsum dibandingkan dengan superfosfat biasa,

o   Dibuat dari sintesis batuan fosfat berkualitas tinggi de-ngan asam fosfat,

Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ à 3 Ca(H₂PO₄)₂ + bahan tak murni

(insoluble)               (water soluble)

v  Amonium Fosfat:

• Paling banyak digunakan di USA,
• Diamonium fosfat mengandung  s.d. 21% N dan 53% P₂O₅ (23% P),
• Diamonium fosfat dibuat dengan mereaksikan asam fosfat (dari batuan fosfat) dengan amonia:

Ca₃(PO₄)₂ + H₂SO₄ à H₃PO₄ + 3 CaSO₄

H₃PO₄ + 2NH₃ à (NH₄)₂HPO₄ 

o   Bahan lain yang mengandung amonium fosfat adalah ammophos, terutama monoammonium fosfat (11% N, dan 48% fosfat),  dan superfosfat beramonia (3-4% N dan 16-18% fosfat).

v  Batuan Fosfat:

o   Harus digerus halus karena sifat ketidak-larutannya,

o   Ketersediaannya sangat meningkat dengan adanya Bo yang melapuk,urutan kerterlarutan senyawa fosfat adalah:

Amonium fosfat dan superfosfat, basic slag,  tulang, dan batuan fosfat,

o   Batuan fosfat yang halus sangat efektif bila ditambahkan pada tanah asam dan tanah yang kaya BO,

o   Karena kelarutannya yang rendah, selalu digunakan sebagai sumber pembuatan senyawa-senyawa lain yang mudah larut.

v  Fosfat Analisis-tinggi (High-Ananlysis Phosphate):

o   Terdapat dua pupuk fosfat analisis-tinggi, Ca-metafosfat [Ca(PO₃)₂] denga 62-63% P₂O₅  tersedia, dan asam-superfosfat, denga 76% P₂O₅ 

o   [Ca(PO₃)₂] sering disebut meta-fos,  dibuat dari batuan fosfat atau batuan kapur dicampur dengan fosforus pentaoksida,

o   biaya produksinya sangat tinggi, à mungkin tidak dikomersiailkan,

o   Asam-superfosfat, produk sintetik baru dan merupakan bahan dengan kandungan P₂O₅ tertinggi.  Dibuat dari campuran dari orthofosfat, pyrofosfat, dan asam poly-fosforic lainnya.  Senyawa cair ini digunakan untuk membuat pupuk campur cair, atau membuat superfosfat analisis-tinggi (54% P₂O₅)

v  Nitro-fosfat:

o   Merupakan suatu proses penting dalam pembuatan pupuk yang menggunakan asam nitrat, bukan asam sulfat atau asam fosfat untuk menambah kelarutan batuan fosfat,

o   Produk dari proses ini disebut nitrofosfat, rekasinya:

Ca₃(PO₄)₂ + 4 H₂NO₃ à Ca(H₂PO₄)₂ + 2 (CaNO₃)₂

Ca₃(PO4)₂ + 6 HNO₃ à 2 H₃PO₄ + 3 Ca(NO₃)₂

o   Ca(NO₃)₂ selanjutnya dirubah menjadi NH₄NO₃ dengan interaksi dengan amonia dan CO₂:

Ca(NO₃)₂ + 2 NH₃ CO₂ + H₂O  à  2 NH₄NO₃ + CaCO₃

3.  Pupuk Kalium

v  K diperoleh terutama dengan  menambang dibawah hamparan garam,

v  Semua garam K yang digunakan sebagai pupuk adalah larut dalam air, dan karenanya di anggap sebagai pupuk yang siap tersedia,

v  Tidak seperti halnya garam-garam N, pupuk K walaupun digunakan dalam jumlah besar, memberikan sedikit atau tanpa pengaruh pada pH tanah.

v  K-Mg sulfat, walaupun rendah kandungan K-nya, digunakan untuk daerah-daerah dengan Mg-rendah.  Karena ketersediaan Mg dalam material ini; tampak lebih diharapkan sebagai sumber Mg daripada salah satu dari batuan kapur (Dolomitik atau Dolomite).

4.  Pupuk Campur(an)

v  Telah lama petani menggunakan bahan yang mengan-dung lebih dari dua elemen, dan umumnya mengandung ketiganya dalam perbandingan jumlah yang diharapkan untuk memenuhi kebutuhan elemen hara,

v  Larutan amonia, TSP, K-nitrat, dan pupuk organik mungkin diberikan jika pemupukan lengkap diharapkan.

5.  Pengaruh Pemupukan Campur pada pH Tanah

v  Pupuk pembentuk asam:

• Pupuk yang lengkap cenderung membentuk residu asam dalam tanah.  Ini karena efek dari bahan pembawa N yang mensuplai amonia, atau membentuk amonia saat diberikan ke tanah à nitrifikasi.
• Oksidasi senyawa amonium meningkatkan keasaman:

NH₄⁺ +2 O₂ à  2 H⁺ + NO₃^- + H₂O

• Urea yang terhidrolisis juga akan melepaskan amonium, yang potensial sebagai sumber keasaman,
• Pupuk P dan K memiliki sedikit pengaruh pada keasaman tanah kecuali jika mengandung N,
• Perlu diketahui bahwa beberapa bahan mengandung elemen ditambahkan untuk meningkatkan keasaman tanah, misalnya S dalam Fe- atau Al- SO₄.

v  Pupuk bukan pembentuk asam:

• Penambahan batuan kapur dolomit dalam pupuk N pembentuk asam, sebagai campuran.

Tetapi, secara ekonomi lebih disukai untuk menggunakan pupuk pembentuk keasaman terpisah de-ngan penggunaan kapur dalam jumlah banyak.

6.  Metod Pengaplikasian Pupuk Padat

v  Disebar secara random à padang/taman rumput

v  Dibenam dengan kedalaman dan jarak tertentu:

• diantara baris tanaman, atau di antara gulutan/bukit tanah,
• di sekitar individu tanaman.

o       

7.  Aplikasi Pupuk Cair

v  Aplikasi langsung ke tanah, menggunakan alat tertentu,

v  Aplikasi dalam air irigasi,

v  Disemprotkan melalui daun.

8.  Faktor-faktor yang mempengaruhi macam dan jumlah aplikasi pupuk

v  Macam tanamannya:

• Nilai ekonominya
• Penghilangan hara
• Kemampuan penyerapan

v  Kondisi kimia tanah berkaitan dengan:

• Total kandungan hara
• Kandungan hara tersedia

v  Status fisik tanah berkaitan dengan:ßefek tak langsung

o   Kandungan lengas tanah

o   Penghawaan (aerasi)

 

B.3 Pengelolaan Pupuk & Upaya Meningkatkan Efisiensinya

1.  Konsep Pemupukan Berimbang

v  Pelandaian produktivitas dapat disebakan oleh kemundur-an kesehatan tanah baik fisik, kimia, maupun biologi akibat pengelolaan yang kurang tepat.

v  Penggenangan lahan terus-menerus (penanaman padi intensif) menyebabkan beberapa unsur hara kurang tersedia (K, S, Cu, dan Zn), menimbulkan gejala kekahatan hara dan gangguan fisiologi, tanaman rentan hama/penyakit dan efisiensi pupuk menurun.

v  Upaya untuk mengatasi gejala tsb adalah dengan perbaik-an kesehatan tanah melalui perbaikan pengelolaan dan tata air diantaranya rotasi tanaman dengan palawija.

v  Rotasi tanaman bertujuan untuk memberi aerasi tanah, membuang sulfida-sulfida, besi dan mangan berlebihan, serta asam-asam organik yang bersifat meracun bagi tanaman.

v  Konsep pemupukan berimbang seharusnya diartikan sebagai pemberian pupuk/hara sesuai kebutuhan tanaman baik jumlah maupun jenisnya, pada waktu dan cara yang tepat, yang didasarkan pada sifat tanah, status hara tanah dan kemampuan tanah menyediakan hara, serta cara pengelolaan yang tepat yang memungkinkan serapan hara secara optimal tanpa merusak sumber daya tanah.

2. Pengelolaan Hara Terpadu

v  Tanah merupakan system hidup yang mampu mengolah pupuk anorganik yang diberikan menjadi bentuk tersedia atau tidak tersedia bagi tanaman,

v  Kunci proses tsb adalah BO tanah yang berperanan sebagai penyangga biologi, kimia, dan fisika tanah yang mampu menyediakan hara untuk tanaman dalam jumlah berimbang,

v  BO memegang peranan penting dalam mempertahankan produktivitas tanah secara berkelanjutan.

v  è Pengelolaan hara terpadu terdiri dari pupuk anorganik dan pupuk organik apapun sumbernya disertai dengan pengelolaan tanah dan tata air (missal: pengolahan dalam, drainase, rotasi tanaman) pada suatu lahan, merupakan kunci utama untuk menghilangkan pelandaian produktivitas dan mencapai produksitinggi berkelanjutan.

v  Pupuk anorganik diberikan dengan jenis, takaran, cara, dan waktu yang tepat, sesuai kebutuhan tanaman berdasarkan uji tanah (dan tanaman).

(Fertilzer Annex)

IX.  PENCEMARAN TANAH

9. 1.  Pendahuluan

Secara ringkas pencemaran tanah dapat dicirikan sebagai tidak berfungsinya tanah sebagai komponen lingkungan yang disebabkan oleh masuknya senyawa-senyawa asing yang dihasilkan karena aktivitas manusia.  Pencemaran dapat terjadi misalnya dari pembuangan limbah rumah tangga, limbah industri, penggunaan bahan pupuk buatan dan pestisida secara berlebihan.

Untuk menjaga ekosistem tanah sebagai akibat pencemaran, perlu diketahui suatu pengertian umum mengenai senyawa pencemar, perangainya dalam tanah, cara-cara mengendalikannya, cara menghancurkan atau menghilangkan sifat keaktivannya, dan sebagainya.

9. 2.  Bahan-Bahan Pencemar

Terjadinya pencemaran yang banyak terdapat di sekitar kita dan sangat mempengaruhi ekologi tanah, berdasarkan jenis bahan pencemarnya, dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1.    Bahan pestisida yang sebagian besar dipakai dalam usaha pertanian dan semuanya mencapai tanah;

2.    Bahan pencemar anorganik seperti Hg, Cd, dan Pb yang ditemukan dalam tingkat beracun dalam rantai bahan pangan;

3.    Bahan pencemar organik, seperti yang dihasilkan dari kandang ternak dan industri makanan;

4.    Bahan pencemar garam;

5.    Bahan pencemar radionuklida.

1. Bahan Pestisida

          Penggunaan pestisida telah lama dikenal, misalnya orang-orang Yunani pada tahun ±400 SM telah me nggunakan serbuk belerang untuk mengendalikan suatu penyakit tanaman.  Penggunaan bubur Bordeaux (campuran kapur dan CuSO₄), larutan senyawa arsenik, dan sebagainya telah digunakan hampir satu abad yang lalu.

          Dengan majunya teknologi kimia, pada tahun 1939 diketemukan DDT sebagai pemberantas serangga (insektisida) dan tahun 1942 diketemukan 2,4 D yang mematikan gulma dan penemuan ini merupakan awal dari revolusi kimia di bidang pertanian dan semenjak itu telah dibuat bahan pestisida secara besar-besaran di negara-negara maju.  Pada tahun 1970 lebih dari 500 juta kg pestisida digunakan di Amerika dan kurang lebih 50% digunakan dalam bidang pertanian.  Telah dibuat sekitar 900 macam senyawa kimia sebagai bahan pokok untuk pembuatan pestisida dan dari bahan pokok tersebut telah dibuat 60.000 macam ramuan untuk mengendalikan hama.

9. 3.  Keuntungan Bahan Pestisida

1.    Tertolongnya berjuta-juta manusia dari demam kuning, malaria, dan penyakit lain yang disebabkan oleh insektisida.

2.    Terlindungnya tanaman dan ternak dari gangguan berbagai macam hama.

3.    Pengendalian gulma secara kimia, merupakan cara pemberantasan gulma yang biasanya dilakukan secara mekanis dengan tenaga manusia.

4.    Melindungi bahan pangan selama perjalanan dari tempat dihasilkan melalui proses penyiapan. Pemasaran, sampai akhirnya di meja makan.

 

9. 4.  Problem dan Bahaya Pemakaian Pestisida

Ada 4 problem utama:

1.    Pemakaian pestisida yang terus menerus menyebabkan beberapa organisme hama, terutama serangga mempunyai kemampuan menjadi kebal terhadap bahan kimia.

2.    Beberapa pestisida tidak segera dapat dihancurkan secara biologik, dan cenderung untuk tetap aktif dalam waktu yang lama.  Hal demikian bila ditinjau dari segi pemberantasan hama bersifat menguntungkan, tapi di sisi lain bersifat merugikan karena kemungkinan akan turut bergerak dengan rantai lingkungan.

3.    Kemungkinan terjadinya efek merusak/mematikan terhadap organisme yang bukan tujuannya.

4.    Kemungkinan terjadinya penimbunan dalam tubuh organisme dan dengan jalan ini akan membahayakan rantai makanan.

9. 5.  Macam Pestisida

Pestisida pada umumnya diklasifikasikan berdasarkan kelompok pengganggu yang dituju, yaitu:

1.    Insektisida: untuk membunuh serangga;

2.    Fungisida: untuk membunuh fungi;

3.    Herbisida: untuk membunuh herba;

4.    Rodentisida: untuk membunuh tikus;

5.    Nematosida: untuk membunuh cacaing.

Yang banyak dipakai dalam pertanian adalah pestisida no.1 s/d 3 dan oleh karena itu sering mencemari tanah.

9. 6.  Perangai Pestisida dalam Tanah

Setelah pestisida masuk ke dalam tanah, ada 5 kemungkinan yang terjadi pada pestisida tersebut, yaitu:

1.    Bahan itu dapat hilang dan menguap ke atmosfer, tanpa mengalami perubahan kimia, contoh: DDT, dieldrin, aldrin, diazinon, paration, dsb.

2.    Bahan itu dapat diserap oleh tanah, umumnya merupakan senyawa yang mempunyai gugusan: -OH, NH₂, NHR, COONH₂, -COOHR, dan R₃N⁺.

3.    Bahan itu dapat bergerak ke bawah melalui tanah, dalam bentuk cairan atau larutan dan hilang bersama air cucian.

4.    Bahan itu dapat bereaksi secara kimia di dalam atau pada permukaan partikel tanah.

5.    Bahan itu dapat dihancurkan oleh mikrobia tertentu.

9. 7.  Pengaruh Pestisida terhadap Jasad Tanah

Walaupun tujuan pestisida adalah untuk membunuh suatu organisme tanah tertentu tapi kenyataanya pestisida tersebut akan membunuh organisme-organisme tanah lainnya.  Hal demikian menyebabkan terjadinya kegoncangan keseimbangan ekologi dalam tanah.  Dari mikrobia tanah, berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan oleh para ahli, tampaknya nematoda, bakteri dan fungi yang paling banyak terkena.

9. 8.  Pencemaran oleh Senyawa Anorganik

Akhir-akhir ini perhatian banyak ditujukan kepada pencemaran yang disebabkan oleh senyawa-senyawa anorganik, yaitu senyawa-senyawa yang mengandung Hg, Cd, Pb, As, Ni, Cu, Zn, Mn, F, dan B.  Bahan-bahan tersebut sangat beracun bagi manusia dan binatang. 

Cd dan As: sangat beracun;

Hg, Pb, Ni, F: tingkat keracunannya sedang;

B, Cu, Mn, dan Zn: tingkat keracunannya rendah.

9. 9.  Menghindari dan Menghilangkan Pencemaran Senyawa Anorganik

Ada dua cara:

1.    Menghilangkan atau secara drastis menurunkan penambahan bahan beracun ke dalam tanah (misalkan dengan dibuatnya peraturan-peraturan)

2.    Mengelola tanah dan tanaman sedemikian rupa hingga peredaran bahan-bahan beracun untuk selanjutnya dapat dihindarkan (misalnya menurunkan sifat mobil unsure-unsur beracun dengan pemberian kapur atau tanah dikeringkan hingga terbentuk oksida-oksidanya).

Kegunaan beberapa Unsur dan Sumber Pencemarnya

Bahan	Kegunaan utama:	Sumber Pencemar
As	Obat-obatan, pestisida, cat	Pestisida
B	Detergen, gelas, pupuk, bahan additif pada bensin	Pembakaran bensin, air irigasi
Cd	Campuran logam	Kotoran pupuk
Cu	Kawat listrik, uang logam, pipa, campuran logam	Buangan pabrik, bahan-bahan fungisida
F	Bahan sprayer, pupuk, pestisida	Pupuk, pestisida, pencemar udara
Pb	Additif pada bensin, baterai akkumulator	Pembakaran bensin bertimah, pestisida
Mn	Ferromangan, batu baterai, pupuk	Bocoran tambang, pembuangan baterai
Hg	Bahan untuk penutup lubang gigi, obat-obatan, lampu fluorescence	Fungisida, penguapan Hg
Ni	Baja tak berkarat, campuran logam, additif pada bensin	Pupuk, pembakaran bensin
Zn	Campuran logam, logam kuningan, cat, kosmetik	Buangan industri, pupuk, pestisida

Sumber Bahan Pencemar Anorganik

Pembakaran batu bara dan bensin beradditif à pencemaran Pb

Penggunaan detergen dan pupuk à  pencemaran B

Pupuk superfosfatà pencemaran Cd, Cu, Mn, Ni, dan Zn

Penggunaan bahan-bahan insektisida untuk kapas, tembakau, buah-buahan    à pencemaran As

Siklus Logam Berat

 

9. 10.  Perangai Bahan Pencemar Anorganik

Zn, Cu, Mn, dan Ni

Reaksi unsur-unsur tersebut dipengaruhih oleh pH, kadar bahan organic, dan redoks tanah.  Pada pH 6,5 atau lebih cenderung lambat tersedia bagi tanaman terutama bila dalam bentuk bervalensi tinggi.

Cd

Sifat racun unsure Cd baru diketahui beberapa tahun yang lalu.

Perangai unsure Cd dalam tanah dan dalam bahan makanan belum banyak diketahui.

Hg

Hg yang mudah tersedia adalah yang bervalensi dua, yaitu Hg⁺⁺.  Mula-mula Hg dalam bentuk anorganik yamg sukar larut dan tak tersedia bagi organisme, kemudian berubah menjadi bentuk organic yang mudah diasimilasikan.  Hg⁺⁺ oleh mikrobia diubah menjadi ion methyl merkuri yang kemudian berubah menjadi dimethyl merkuri.

Hg⁺⁺ CH₃Hg⁺ dapat berlangsung dalam suasana aerobik

CH₃Hg⁺  à  CH₃HgCH₃,       maupun anaerobic.

Methyl air raksa dapat tertimbun dalam tubuh ikan melalui makanan ikan dan dapat mencapai tingkat racun bagi manusia.

Pb

Pada saat ini ada kekhawatiran makin meningkatnya Pb di udara yang dihasilkan dari pembakaran bensin.

Pb dalam tanah sebagian besar tidak tersedia bagi tanaman, dan bila ada pencemaran Pb pada tanaman pangan biasanya berasal dari atmosfer.

Senyawa Pb sebagian besar sukar larut dalam air, terutama bila tanah tidak terlalu masam.

Diketemukannya Pb pada lapisan permukaan tanah, menunjukkan suatu bukti tidak adanya pergerakan ke bawah.

Ketersediaan Pb dalam tanah dapat dikurangi dengan pengapuran.

As

Pemberian pestisida As yang cukup berat selama bertahun-tahun telah menyebabkan terjadinya penimbunan dan bersifat racun.  As bersifat seperti P, dan dikenal senyawa oksidanya yaitu arsenat AsO43-.  Oleh karena itu sebagian besar arsenat yang ditambahkan ke dalam tanah, relatif tidak tersedia bagi tanaman.  Pada suasana sedikit masam arsenat diikat oleh Al dan oksidasi hidrous besi.

          Al⁺⁺⁺    +  H₂AsO₄     à 2H+  +  Al(OH)₂H₂AsO₄

          Fe(OH)₃  +  H₂AsO₄  à       Fe(OH)₂H₂AsO₄  +  OH^-

Pemakaian pestisida As yang terus menerus dalam jangka panjang dapat menimbulkan keracunan pada beberapa tanaman yang peka seperti kentang, jagung manis, kacang-kacangan, dsb.

Keracunan As dapat ditekan dengan menambah garam-garam Zn, Fe dan Al-sulfat ke dalam tanah.  Hal ini mungkin karena terbentuknya senyawa arsenat dari Zn, Fe, dan Al yang sukar larut.

Boron (B)

Pencemaran boron dalam tanah dapat terjadi karena air irigasi kaya unsure boron atau karena pemberian pupuk yang berlebihan.  Boron agak kurang larut dalam tanah dan sifat racunnya dapat tercuci pada tanah berpasir dan bersifat masam.  Keracunan boron bersifat setempat.

Fluor (F)

Keracunan fluor bersifat setempat.  Senyawa fluorida banyak dibentuk dari hasil iindustri.  Fluorida yang terbentuk dalam tanah sangat tidak larut, dan kelarutannya menurun bila tanah mengandung cukup kapur.

9. 11.  Pencemaran oleh Senyawa Organik

Menurut sumbernya pencemaran senyawa organik dapat terjadi karena:

1.    Penimbunan sampah organik dari rumah tangga, pasar, industri makanan, pengolahan bahan pangan dan serat.

2.    Sampah ternak, berupa kotoran ternak dan urine.

Dari tempat pemeliharaan ternak, dengan adanya air hujan, akan terangkut bahan organik yang dapat dihancurkan dan nitrat dalam jumlah yang banyak.  Pada musim kemarau biasanya terjadi pencemaran udara yang disebabkan oleh pembentukan ammonia (NH₃) dan gas-gas lainnya.

9. 12.  Keuntungan dan Kerugian Sampah Organik

Keuntungan:

1.    Memperbaiki sifat fisik, kimia dan biologi tanah;

2.    Meningkatkan produksi tanaman;

3.    Meningkatkan produktivitas tanah;

4.    Melindungi tanah terhadap bahaya erosi.

Kerugian:

1.    Karena kandungan haranya sangat rendah, bila sampah organik akan digunakan sebagai pupuk akan dibutuhkan dalam volume yang besar;

2.    Comberan kotoran ternak mempunyai kadar logam berat dan senyawa racun anorganik yang cukup besar.  Mempertahankan pH tinggi merupakan syarat agar kemungkinan keracunan logam berat dapat dikurangi.

9. 13.  Pembuangan Sampah Organik

Sampah kota dan rumah tangga sebagian besar terdiri dari bahan organik berupa sisa-sisa sayuran, buah-buahan, daun-daunan, kertas dan bahan-bahan yang sukar dihancurkan berupa plastik, gelas, logam, dsb.

Pembuangan sampah di Indonesia pada umumnya berupa penimbunan sampah secara terbuka pada lubang-lubang bekas galian.

Bahan organik berupa sisa sayuran, buah-buahan dan daun-daunan dapat mudah mengalami pelapukan dengan dibentuknya berbagai senyawa organik sederhana dan senyawa-senyawa anorganik yang sebagian besar mudah larut dalam air, hingga mudah mengalami pencucian.  Pencucian dan aliran permukaan dari daerah penimbunan sampah dapat mencemari air tanah.  Bahan pencemarnya dapat berupa larutan senyawa-senyawa organik dan anorganik, dan senyawa-senyawa logam berat yang tadinya terdapat sebagai senyawa organik dari sampah.

Pembuangan sampah secara terbuka mempunyai keuntungan dan kerugian.

Keuntungan:

1.    Pada tempat pembuangan sampah akan berkembang berbagai macam mikro organisme penghancur sampah.

2.    Senyawa-senyawa anorganik yang dibentuk dari perombakan sampah dapat bereaksi dengan beberapa jenis mineral tanah atau akan diserap oleh koloid tanah.

Kerugian:

1.    Sampah organik dalam jumlah besar dapat menyebabkan terjadinya keracunan logam berat dan nitrat pada air tanah;

2.    Sampah organik kaya nitrogen bila melapuk menghasilkan senyawa nitrat yang cukup banyak yang dapat mencemari air tanah.

X.  Konservasi Tanah dan Air

10. 1.  Pendahuluan

Konservasi tanah adalah usaha-usaha untuk menjga agar tanah tetap produktif, atau memperbaiki tanah yang rusak karena erosi dan/atau mengalami degradasi kesuburannya, agar menjadi lebih produktif.

Konservasi air adalah usaha-usaha agar air dapat lebih banyak disimpan di dalam tanah sehingga dapat digunakan seoptimal mungkin dan mengurangi terjadi-nya banjir dan erosi.

10. 2.  Erosi

Erosi merupakan suatu proses di mana tanah dihancurkan (detached) dan kemudian dipindahkan oleh kekuatan air, angin, atau gravitasi.  Di Indonesia erosi yang terpenting adalah yang disebabkan oleh air.

Erosi Geologi dan Erosi dipercepat

Erosi Geologi, adalah erosi yang berjalan sangat lambat, dimana jumlah tanah yang tererosi sama dengan jumlah tanah yang terbentuk.  Erosi macam ini tidak membahayakan karena terdapat keseimbangan antara tanah yang hilang tererosi dan tanah baru yang terbentuk.

Erosi dipercepat, (accelerated erosion), adalah erosi yang berjalan relatif cepat, dimana jumlah tanah yang tererosi jauh lebih besar daripada tanah baru yang terbentuk, akibatnya tanah atas (top-soil) menjadi hilang.  Terjadinya erosi ini sebagai akibat kegiatan manusia yang telah banyak melakukan perubahan terhadap lingkungan di atas tanah, misalnya penggundulan hutan.

10. 3.  Jenis erosi oleh air

1. Erosi Percikan (splash erosion)

Erosi percikan adalah erosi yang terjadi dalam bentuk percikan butir-butir tanah ke tempat-tempat lain yang lebih rendah sebagai akibat adanya pukulan tetesan air hujan yang jatuh ke permukaan tanah.

2. Erosi lembar (sheet erosion)

Erosi lembar adalah erosi yang terjadi secara merata di semua tempat, hingga sepintas lalu erosi ini tak tampak, karena kehilangan lapisan-lapisan tanah seragam.  Erosi macam ini dapat berbahaya, karena baru disadari setelah seluruh top soil tererosi.

3. Erosi Alur (rill erosion)

Erosi alur adalah erosi yang terjadi karena adanya genangan-genangan setempat di suatu lereng, yang kemudian air dalam genangan tersebut mengalir hingga terbentuk alur-alur bekas aliran air.  Alur-alur tersebut dapat dihilangkan dengan pengolahan tanah biasa.

4. Erosi gully  (gully erosion)

Erosi ini merupakan lanjutan erosi alur, dimana alur-alur tersebut terus menerus dikikis oleh aliran air, hingga menjadi lebih dalam dan lebih lebar seperti selokan dengan aliran air yang lebih kuat.

5. Erosi Parit (channel erosion)

Erosi parit terjadi karena adanya pengikisan pada dinding atau dasar parit oleh aliran air dalam parit, hingga dapat terjadi tebing di atas runtuh ke dasar parit atau makin dalamnya dasar parit.

6. Longsor

Longsor adalah bergesernya suatu massa tanah yang besar dari suatu tempat ke tempat yang lebih rendah, karena adanya lapisan yang licin dan kedap air di bawah massa tanah yang bergeser tersebut.  Longsor termasuk juga peristiwa  erosi karena disini juga terjadi perpindahan sejumlah massa tanah.

10. 4.  Faktor-faktor yang mempengaruhi Erosi

         Beberapa faktor penting yang mempengaruhi besarnya erosi oleh air adalah:

1.     curah hujan,

2.     sifat kepekaan tanah terhadap erosi,

3.     kemiringan dan panjangnya lereng,

4.     vegetasi,

5.     tindakan manusia.

1. Curah Hujan

Sifat hujan yang perlu diperhatikan adalah:

a.  Intensitas hujan, menunjukkan banyaknya curah hujan per satuan waktu.  Umumnya dinyatakan dalam satuan mm/jam atau cm/jam.

b.  Jumlah hujan, menunjukkan banyaknya air hujan selama terjadi hujan, dapat dihitung selama satu bulan atau satu tahun, dsb.

c.  Distribusi hujan, menunjukkan penyebaran waktu terjadi hujan.

Dari sifat-sifat tersebut, yang terpenting dalam mempengaruhi besarnya erosi adalah intensitas hujan.  Jumlah hujan rata-rata tahunan yang tinggi tidak akan menyebabkan erosi yang berat apabila hujan terjadi merata, sedikit demi sedikit sepanjang tahun.  Sebaliknya, curah hujan rata-rata tahunan yang rendah mungkin dapat menyebabkan erosi berat bila hujan terseut jatuh sangat deras meskipun hanya sebentar.

2.  Kepekaan Tanah terhadap Erosi

         Kepekaan tanah terhadap erosi dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:

a.  Tekstur tanah

Tekstur tanahyang paling peka terhadap erosi adalah debu dan pasir sangat halus.  Tekstur kasar seperti pasir dan tekstur halus seperti lempung, tahan terhadap erosi.

b.  Bentuk dan Kemantapan Struktur Tanah

Tanah yang mempunyai struktur membulat (granuler, gumpal membulat), tidak mudah tererosi, karena mempunyai porositas yang tinggi, sehingga air mudah meresap dan aliran permukaan kecil.  Demikian pula tanah dengan struktur mantap, tidak mudah hancur oleh pukulan air hujan, hingga tahan terhadap erosi.

c.  Daya Inflitrasi atau Permeabilitas Tanah

Tanah mempunyai daya inflitrasi yang besar air akan mudah meresap ke dalam tanah, sehingga aliran permukaan kecil, dan akibatnya erosi yang terjadi juga kecil.

d.  Kandungan Bahan Organik

Tanah-tanah yang cukup mengandung  bahan organik umumnya menyebabkan struktur tanah menjadi mantap sehingga tahan terhadap erosi.  Tanah dengan bahan organik yang rendah (kurang dari 2%), umumnya peka terhadap erosi.

3.  Kemiringan dan Panjang Lereng

Erosi akan meningkat apabila lereng semakin panjang dan semakin curam.  Lereng yang semakin panjang menyebabkan volume air yang mengalir menjadi semakin besar dan deras.  Lereng yang semakin curam, kecepatan aliran permukaan semakin meningkat, sehingga kekuatan mengangkut meningkat pula.

4. Vegetasi

Pengaruh vegetasi terhadap erosi adalah:

a.  Menghalangi air hujan agar tidak jatuh langsung di permukaan tanah, sehingga kekuatan untuk menghancurkan tanah sangat dikurangi.  Makin rapat vegetasi yang ada, makin efektif mencegah terjadinya erosi.

b.  Menghambat aliran permukaan dan memperbanyak air inflitrasi.

c.  Penyerapan air ke dalam tanah diperkuat oleh transpirasi (penguapan air) melalui vegetasi.

5.  Manusia

Kepekaan tanah terhadap erosi dapat diubah oleh manusia menjadi lebih baik atau lebih buruk.  Pembuatan teras-teras pada tanah yang berlereng curam merupakan pengaruh baik, karena dapat mengurangi erosi.  Sebaliknya penggundulan hutan di daerah-daerah pegunungan merupakan pengaruh manusia yang jelek karena dapat menyebabkan erosi dan banjir.

Pendugaan Erosi

Besarnya erosi tanah secara kuantitatif dapat dihitung menggunakan suatu rumus yang disebut Universal Soil Loss Equation (USLE) atau Persamaan Umum Hilangnya Tanah.  Persamaan ini dikemukakan oleh Wischmeier dan Smith (1962) dan digunakan untuk menduga besarnya erosi tanah-tanah di Amerika.  Rumus tersebut kemudian digunakan juga oleh beberapa negara termasuk Indonesia.

Rumus USLE adalah sbb:

                                      A  =  R  x  K  x  L  x  S  x  C  x  P

A   =  jumlah tanah yang hilang (tererosi) setiap tahun dinyatakan dalam ton/ha/tahun.

R   =  indeks daya erosi curah hujan.

K   =  indeks kepekaan tanah terhadap erosi (erodibilitas tanah).

L   =  panjang lereng dinyatakan dalam meter.

S   =  kemiringan lereng dinyatakan dalam persen (%).

C   =  faktor tanaman (vegetasi).

P   =  faktor usaha-usaha manusia dalam pencegahan erosi.

Indeks Daya Erosi Curah Hujan (R)

Indeks Daya Erosi Curah Hujan (erosivitas hujan) dapat dihitung dari rata-rata daya erosi curah hujan, yang diperoleh dari pengamatan intensitas hujan (I) dan intensitas hujan selama 30 menit (I₃₀), dengan menggunakan penakar hujan otomatik (ombrometer), dimana banyaknya dan penambahan hujan setiap saat dicatat secara otomatik dalam kertas plas (ombrograf).

Indeks Kepekaan Tanah terhadap Erosi (K)

Indeks kepekaan tanah terhadap erosi atau erodibilitas tanah (K) merupakan jumlah tanah yang hilang rata-rata setiap tahun per satuan indeks daya erosi curah hujan ada sebidang tanah tanpa tanaman (gundul), tanpa usaha pencegahan erosi, kemiringan lereng 9% dan panjang 22 meter.

Faktor Lereng (LS)

Faktor LS merupakan rasio antara tanah yang hilang dari suatu petak dengan panjang dan kecuraman lereng tertentu pada petak baku, yaitu tanah gundul, panjang lereng 22 meter, kecuraman (kemiringan) 9%, tanpa ada usaha pencegahan erosi.

Faktor Tanaman (C)

Merupakan rasio dari tanah yang hilang pada tanaman tertentu dengan tanah gundul.  Pada tanah gundul dan petak baku, nilai C ditetapkan = 1.

Usaha-usaha Pencegahan Erosi

Merupakan rasio antara tanah yang hilang pada tanah dengan dilakukan usaha konservasi dan tanah yang hilang bila tanpa dilakukan usaha konservasi.

10. 5.  Kerusakan-kerusakan Akibat Erosi

Akibat dari erosi dapat terjadi kerusakan-kerusakan yang terjadi di tempat terjadinya erosi dan di tempat penerima erosi.

1.  Kerusakan di tempat terjadinya erosi, antara lain:

a.  penurunan produktivitas tanah.

b.  hilangnya unsur hara yang diperlukan tanaman.

c.  menurunnya kualitas tanaman.

d.  laju inflitrasi menurun.

e.  menurunnya kemampuan tanah menahan air.

Dari kerusakan tersebut terjadilah tanah kritis.  Tanah kritis adalah tanah yang mengalami kerusakan dan kehilangan fungsi hidro-orologis dan fungsi ekonomi.

2.  Kerusakan di tempat penerima hasil erosi, antara lain:

a.  terjadinya polusi sediment, yaitu pengendapan bahan-bahan tanah.

b.  terjadinya polusi kimia dari pupuk, yaitu penimbunan senyawa unsur-unsur hara dari hara pupuk.

c.  terjadinya polusi kimia dari bahan-bahan insektisida.

10. 6.  Metode Konservasi Tanah

Pada dasarnya ada tiga metode konservasi tanah, yaitu:

I.                                     Metode vegetatif

II.                                    Metode mekanik

III.                                     Metode kimia

I.  Metode vegetatif

Tujuan metode ini adalah melindungi permukaan tanah terhadap pukulan tetesan air hujan, memperkecil run-off dan meningkatkan daya inflitrasi tanah.

Metode vegetatif yang banyak dilakukan, antara lain:

1.  Penamaman strip

Beberapa tanaman pokok ditanam dalam strip yang berselang-seling dengan tanaman penutup tanah yang disusun memotong lereng.

2.  Pergiliran tanaman (rotation)

Penanaman berbagai tanaman secara bergilir dalam urutan waktu tertentu.

3.  Tanaman penutup tanah (cover crop).

4.  Pemberian mulsa (seresah) à mulching

Pemberian mulsa (mulching) dilakukan dengan tujuan menutupi tanah menggunakan sisa-sisa tanaman, seperti daun, ranting, dsb.

II.  Metode mekanik

Tujuan dari metode ini adalah mencegah terjadinya erosi dengan tindakan atau membuat suatu konstruksi (bangunan) dengan tujuan:

a.  memperlambat aliran permukaan (run-off).

b.  menampung dan menyalurkan aliran permukaan agar tidak mempunyai kekuatan yang merusak.

Beberapa metode mekanik, antara lain:

1.  Pengolahan tanah.

2.  Pengolahan tanah menurut kontur.

3.  Pembuatan galengan/saluran menurut kontur.

4.  Pembuatan teras.

1.  Pengolahan tanah

Pengolahan tanah dilakukan secara terbatas, dengan tujuan agar tanah menjadi gembur, tapi tidak dibentuk tapak bajak.  Dengan cara demikian, bila turun hujan air akan mudah meresap ke bawah (inflitrasi meningkat) dan aliran permukaan menjadi kecil.

2.  Pengolahan tanah menurut kontur

Cara ini dilakukan pada tanah-tanah miring (berlereng).  Pembajakan dilakukan memotong lereng (menurut kontur).  Manfaat metode ini adalah terhambatnya aliran permukaan, hingga erosi dapat diperkecil.

3.  Pembuatan galengan dan saluran menurut kontur

Gunanya:

a.  menghambat aliran permukaan.

b.  dengan saluran menurut kontur kecepatan aliran diperkecil.

4.  Pembuatan teras

Gunanya:

a.  memperpendek panjang lereng.

b.  memperkecil kecepatan aliran permukaan.

c.  memperbesar daya inflitrasi tanah.

Dari jenis-jenis teras yang terkenal adalah teras bangku, yang dibedakan dalam teras datar, teras miring, dan teran tajam.

III.  Metode kimia

          Metode ini dilakukan dengan menggunakan bahan kimia untuk meningkatkan kemantapan agregat tanah dan struktur menjadi lebih ramah.  Dengan demikian tanah menjadi tahan terhadap pukulan tetes air hujan, inflitrasi tetap besar dan run-off kecil.

                Bahan kimia yang banyak digunakan adalah bitumen dan krilium.  Untuk skala yang besar, pelaksanaan metode ini membutuhkan biaya yang besar, hingga tak menguntungkan, oleh karena itu metode ini jarang atau tak pernah dilakukan.

          Untuk keperluan khusus, misalkan terhadap lahan miring di halaman rumah mungkin metode ini akan dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

Brady, N. C.  1985.  The Nature  and Properties of SOILS. Ninth Edition.  MACMILLAN Publishing Co., New York.750p.

Buol, S. W., F. D. Hole, and R. J. McCracken.  1973.  Soil Genesis and Classification.  The Iowa State University Press, Ames.360p.

Donahue, R. L., R. W. Miller, and J. C. Shickluna.  1977.   SOILS. An Introduction to Soils and Plant Growth.  Prentice-Hall, Inc., New Jersey.  626p.

Fanning, D. S. and Mary C. B. Fanning.  1989.  SOIL Morphology, Genesis, and Classification.  John Wiley and Sons.  395p.

Foth, H. D. and L. M. Turk.  1972.  Fundamentals of Soil Science.  Fifth Edition. Wiley international Edition.  John Wiley and Sons, Inc.  454p.

Rini Wudianto.  2000.  Mencegah Erosi.  Penebar Swadaya.  31p.

Sanchez, P. A. 1976.  Properties and Management of Soils in the Tropics.  John Wiley and Sons, New York.618p.

Suripin.  2002.  Pelestarian Sumberdaya Tanah dan Air.  Penerbit NADI Yogyakarta. 208p.

Tisdale, S. and W. Nelson.  1975.  Soil Fertility and Fertilizers. Third edition.  Macmillan Publishing Co., Inc.  New York. 694p.

Tweet

Postingan terkait:

Ditulis Unknown — Saturday, May 5, 2012 — Add Comment