5 Parameter Kesuburan Kimia Tanah Hutan | Asgar Taiyeb, SP, MP

5 Parameter Kesuburan Kimia Tanah Hutan

 

1. Kapasitas Tukar Kation

Pertukaran kation merupakan kejadian di alam yang penting setelah fotosintesis karena berpengaruh terhadap penyediaan unsur hara bagi tanaman.

Kapasitas tukar kation (KTK) adalah kapasitas lempung untuk menjerap dan menukar kation. KTK dipengaruhi oleh: (1) kandungan liat,  (2) tipe liat,  (3) kandungan bahan organik. Dengan kata lain, KTK bervariasi tergantung pada jumlah humus, liat dan macam liat yang dijumpai dalam tanah hutan. KTK penting untuk diketahui, karena bertalian dengan kesuburan tanah dan aplikasi pupuk.

Meskipun bukan satu-satunya parameter, semakin tinggi KTK, maka status kesuburan tanah semakin tinggi dan sebaliknya semakin rendah KTK, maka status kesuburan tanah juga makin rendah. Dengan kata lain, KTK yang tinggi mencerminkan tanah subur, sebaliknya KTK yang rendah mencerminkan tanah tidak subur.

Ukuran diameter fraksi liat adalah 2 mikron (µm) atau 0,002 mm, sedangkan koloid berukuran terbesar tidak lebih dari 1 mikron. Berarti tidak semua fraksi liat dikatakan koloid. Sebagian fraksi liat mengalami pelapukan melalui aktivitasnya menjerap dan mempertukarkan kation hingga menghasilkan koloid.

Koloid terdiri dari koloid humus (organik) dan koloid liat (mineral, anorganik). Kedua koloid ini mempunyai sifat dan ciri yang berbeda. Perbedaan utamanya adalah unit (misel) koloid humus tersusun dari karbon, oksigen dan hidrogen, sedangkan koloid liat tersusun dari silikon (Si), aluminium (Al) dan oksigen. Daya jerap koloid humus jauh melebihi liat koloid. KTK koloid humus dapat mencapai 200 – 300 me/100 gr liat. Sedangkan KTK koloid liat montmorillonit/smektit  (tipe liat 2:1) sebesar 80 – 150 me/100 gr liat dan koloid liat kaolonit (tipe liat 1 : 1) sebesar 3 – 15 me/100 gr liat. Campuran koloid humus dan koloid liat dalam tanah akan saling menunjang peranannya dalam menjerap dan mempertukarkan kation.

Nilai KTK Kaolinit lebih rendah daripada montmorillonit, karena kaolinit mempunyai daya adsorbsi (jerapan) yang lebih rendah daripada montmorillonit. Maka potensi kesuburan kaolinit lebih rendah dibanding montmorillonit, sehingga respon pemupukan pada tanah hutan yang bertipe koloid liat kaolinit juga lebih rendah dibanding koloid liat montmorillonit.

Pada mineral liat terdapat ion-ion yang melekat di kisi-kisi kristalnya. Apabila mineral liat tipe 1:1 (1 lembar Si : 1 lembar Al), antar lembar terikat kuat sehingga tidak bisa lagi disisipi ion. Sementara pada mineral tipe lembar 2:1, dan tipe 2:2 memiliki muatan ion yang lebih besar. Bentuk pengikat tipe-tipe mineral berbeda. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kesuburan kimia tanah hutan, maka seorang silvikulturis dapat merubah KTK tanah hutan dengan fokus bagaimana merubah tipe liatnya agar jumlah lembar Si dan Al makin besar. Cara yang dikenal untuk meningkatkan KTK adalah dengan menambah bahan organik dalam tanah.

Mineral liat terdiri dari lembaran-lembaran Al dan Si. Di daerah kompleks pertukaran tanah (permukaan koloid tanah), lembaran Al berada di bagian luar, Si di bagian dalam. Apabila KTK < 24 me/100 gr liat menunjukkan tanah tua mengandung mineral tipe kaolinit. Apabila Jumlah lembar Si dan Al makin kecil, maka KTK makin rendah, sehingga makin rendah tingkat kesuburannya. Produk akhir dari pelapukan disebut laterit. Laterit diikat oleh mineral liat tipe kaolinit. Makin tua umur tanah, seperti Oxisol, maka makin kaya laterit.

KTK terdiri atas KTK Potensial dan KTK efektif. KTK efektif merupakan faktor yang perlu diperhatikan dalam mengamati data kimia tanah, karena KTK efektif mempunyai peran sentral yang berkaitan dengan tindakan silvikultur khususnya pemupukan. Apabila KTK efektif bertambah besar maka respon tanah terhadap pupuk makin tinggi, sebaliknya apabila KTK efektif kecil maka respon tanah terhadap pemupukan makin rendah.

Untuk tujuan penentuan status kesuburan tanah, digunakan satuan KTK me/100 gram tanah. Di mana 1 me (baca: miliekuivalen)/100 gram tanah = 1 c mol (+)/kg tanah. Sedangkan untuk tujuan klasifikasi tanah dan penentuan tipe mineral liat digunakan satuan KTK me/100 gram liat. Satuan KTK untuk tujuan klasifikasi adalah me/100 gr liat, bukan me/100 gr debu atau pasir karena reaksi fisiko-kimia hanya ada pada koloid, di mana koloid terdapat pada liat. Koloid adalah ukuran massa tanah paling kecil. Koloid merupakan produk pelapukan  berupa material yang semakin kecil. Liat paling besar memiliki koloid, selalu menghasilkan material paling besar dibanding debu dan pasir.

Sebagai contoh, jika diketahui:

KTK                  =  24 me/100 gram tanah

liat                   = 40 %, maka:

KTK Efektif       = (24/40) x 100 = 60 me/100 gram liat.

Satuan KTK 24 me/100 gram tanah merupakan hasil analisis laboratorium untuk mengetahui kesuburan tanah, sedangkan KTK efektif 60 me/100 gram liat digunakan oleh sivikuturis untuk mengetahui klasifikasi (jenis) tanah. KTK efektif yang semakin menurun menunjukkan sebagai tanah-tanah tua atau tanah-tanah yang mengalami pertambahan pelapukan.

Hubungan antara kesuburan tanah dan penggolongan tanah:

  • anjuran penggunaan pupuk adalah khas-tempat
  • perbedaan sifat tanah merupakan salah satu penyebab utama untuk kekhasan menurut tempat
  • program penilaian kesuburan tanah harus berhubungan erat dengan program penyigian dan penggolongan tanah

2. Kejenuhan Basa (KB)

Selain kapasitas tukar kation, Kejenuhan basa juga menentukan kesuburan tanah. Kejenuhan basa merupakan perbandingan antara jumlah kation-kation basa dengan jumlah semua kation  yang terdapat pada kompeks jerapan tanah yang terdiri dari kation asam dan kation basa.

Tanah dengan kejenuhan basa tinggi menunjukkan kandungan basa/kation basa yang umumnya merupakan unsur hara tanaman yang tinggi pula dan sebagai pertanda belum banyak mengalami pencucian. Tanah demikian dinilai termasuk yang subur bagi pertanian dan kehutanan.  

Selain mempertimbangkan parameter KTK, semakin tinggi juga KB, maka status kesuburan tanah semakin tinggi. Dan sebaliknya semakin rendah KB, maka status kesuburan tanah juga makin rendah.

Upaya silvikulturis tidak hanya memperhatikan KTK tanah, melainkan perlu memperhatikan pula persentase kejenuhan basa. KTK Efektif dan KB bagaikan mata uang logam yang kedua sisinya tidak bisa dipisahkan. Makin tinggi KTK, maka makin kuat menjerap kation. Makin kuat menjerap kation, maka potensi kesuburan tanah makin tinggi, tetapi KB harus juga tinggi. Mengapa KB harus juga diperhatikan? Sebab bisa saja KTK Efektif yang tinggi mungkin kation asam saja yang tinggi, belum tentu kation basa yang tinggi sehingga kesuburan tidak tinggi. Oleh karena itu, selain ditentukan oleh KTK,  kesuburan tanah juga ditentukan oleh KB (Kejenuhan Basa).

Apabila hasil analisis tanah diperoleh KB 40 %, berarti pada koloid tanah terdapat 40 % kation basa dan sisanya 60 % kation asam.

Makin rendah KB maka sebaiknya makin banyak pemberian kapur, tetapi waktu pemberiannya tergantung pula KTK. KTK perlu diketahui, menyangkut berapa muatan ion maksimum yang dimiliki tanah sebagai gudang hara. KTK diilustrasikan sebagai ukuran gudang hara. Tanah yang memiliki KTK lebih kecil, berarti kapasitas gudang haranya lebih kecil untuk menyimpan kation. Misalnya tanah dengan KTK 10-15 me/100 gr liat maka pemberian kapur (misalnya superdolomit yang mengandung Ca) makin sedikit karena daya tampungnya lebih kecil dibandingkan tanah dengan KTK 30 me/100 gr liat.

Nilai kejenuhan basa  suatu tanah dipengaruhi oleh pH. Makin rendah pH tanah maka makin masam, akibatnya KB makin rendah. Begitu sebaliknya, kalau pH tanah tinggi maka KB-nya akan tinggi.   

3. P Total (P2O5) 

Setelah KTK dan KB, semakin tinggi kandungan P total, maka status kesuburan tanah semakin tinggi dan sebaliknya semakin rendah, maka status kesuburan tanah juga makin rendah.

P terdapat dalam 2 status, yaitu P total dan P tersedia. Beberapa peneliti tanah hutan melaporkan bahwa nilai P tersedia paling tinggi 10 % dari nilai P total. Misalnya jika diketahui P total tanah = 136 ppm, maka kandungan P tersedia  tidak lebih tinggi dari 13,6 ppm.                

Menurut PPT (Anonim, 1983),

1 ppm P = 1 mg/100 gram P2O5 x 10/2,29

1 ppm P = 1 mg/100 gram P2O5  x 4,37 

1 ppm P = 4,37 mg/100 gram P2O5    

1 ppm P ≈ 5 mg/100 gram P2O5.

Fosfor merupakan unsur hara yang sering membatasi pertumbuhan tanaman di daerah tropis. Khusus pada tanah tropis basah, ordo Alisol, Acrisol dan Feralsol sangat sedikit mengandung P tersedia. Apabila P tersebut jumlahnya kurang di dalam tanah, maka pertumbuhan tanaman akan terhambat.

Di dalam tanah sumber utama P adalah mineral apatit dan pupuk buatan. P dari mineral apatit pada tahap awal perkembangannya terikat dalam bentuk Ca-P, sedangkan P dari bahan organik berasal dari sisa-sisa tanaman dan penghidupan hewan serta organisme dalam tanah. Dengan demikian, P dalam tanah digolongkan ke dalam dua bentuk, yaitu P organik dan P anorganik.

P diserap oleh akar tanaman dalam bentuk ion H2PO4- dan H2PO42-. Ketersediaan P dalam tanah antara lain dipengaruhi oleh pH dan kandungan bahan organik.

Pada pH 5,0 - 7,2, umumnya banyak dijumpai ion H2PO4- dan di atas pH tersebut dominan HPO42. Saat kation basa (K+, Mg2+, Ca2+, Na+) tercuci, kation-kation asam (Al3+) mendominasi kompleks koloid sehingga pada suasana Al3+ dominan bersenyawa dengan PO42- yang bereaksi menjadi senyawa yang relatif stabil sehingga P tidak bisa digunakan oleh tanaman. Pada pH ≥6,5 P mengalami pengikatan dengan Ca membentuk Ca-Posfat dapat menurunkan P tersedia.  

4. K Total (K2O)

Semakin tinggi K total, maka status kesuburan tanah semakin tinggi dan sebaliknya semakin rendah K total, maka status kesuburan tanah juga makin rendah.

Berdasarkan ketersediaannya bagi tanaman, Kalium total dalam tanah digolongkan kedalam 3 bentuk :

  1. K relatif tidak  tersedia. Umumnya bentuk yang demikian ini masih berada dalam mineral tanah seperti felsfat dan mika, mencakup 80-90 % dari K total.
  2. K lambat tersedia. Bentuk ini tidak dapat dipertukarkan namun merupakan cadangan ketersediaan K yang lambat tersedia. Bentuk ini mencapai 1 – 10 % dari K total.
  3. K segera tersedia.  

Bentuk ini  dapat dipertukarkan, dan dapat diserap tanaman, mencakup 1 – 2 % saja dari K total.

Sumber Kalium adalah mineral-mineral silikat seperti ortoklas, muskovit, biotit, felsfat, mika dan leusit. Kalium tidak memiliki ikatan kovalen dengan persenyawaan organik, tetapi tanaman menyerap unsur ini dalam bentuk K+.         

Penambahan K dalam tanah sebagian besar dari pemberian pupuk buatan, sisa tanaman dan pupuk alam serta mineral. Kalium dari tanah yang lambat tersedia, sedangkan kehilangan K sebagian besar karena diangkut oleh tanaman yang dipanen, berikutnya hilang karena erosi, pelindian (pencucian) dan terfiksasi (tertambat) menjadi mineral yang lambat tersedia. K+ mudah tercuci karena K+ bukan lagi dalam bentuk senyawa (yang terikat) melainkan sudah dalam bentuk unsur (yang bebas). K+ dengan adanya air hujan sudah dapat melarut, berbeda dengan Al3+ yang hanya dapat larut pada kondisi pH rendah.

K tersedia bagi tanaman dalam bentuk ion yang dapat dipertukarkan pada koloid tanah. Walaupun K sangat banyak dalam tanah-tanah mineral, kelarutan yang rendah dari mineral primer mengakibatkan rendahnya ketersediaan unsur K. Namun demikian, selalu terdapat pembaharuan yang terus-menerus dari mineral primer ke dalam bentuk yang dapat dipertukarkan. Laju pencucian K bervariasi tergantung pada tipe liat dan jumlah bahan organik dalam tanah.

5. C - Organik

Karbon berkaitan dengan kandungan bahan organik. Kandungan bahan organik = 1,724 x C Organik. Dilihat dari distribusi vertikal dalam tanah, unsur C dan N umumnya mempunyai pola yang sama. Konsentrasi tertinggi ada di lapisan atas dan kemudian menurun secara berangsur di lapisan yang lebih dalam.

Proses perombakan bahan organik menjadi bahan anorganik terjadi melalui dua proses yaitu humifikasi dan mineralisasi.

Proses humifikasi adalah proses perubahan bahan organik menjadi humus. Humus  sebagai produk humifikasi merupakan bahan organik yang bersifat seperti koloid atau bersifat koloidal. Humus tidak pernah tebal karena selalu diurai oleh mikroorganisme. Di hutan dataran rendah misalnya, humus tidak setebal daripada di hutan pegunungan, karena setelah humus terbentuk maka mineralisasi terkendala.

Karena humus bersifat koloidal, maka belum tergolong dalam bentuk unsur hara. Kalau humus sudah termineralisasi, barulah kemudian berbentuk unsur hara.  Koloid (misel) adalah massa tanah yang terlibat aktif dari reaksi fisiko-kimia. Permukaan koloid bermuatan listrik negatif (anion) dan positif (kation). Permukaan koloid yang bermuatan negatif inilah yang mempunyai daya menarik kation- kation tanah.

Fungsi humus:

  1. Berfungsi sebagai granulator, yaitu pengelompokan butiran-butiran tanah yang bercerai-berai atau terlepas-lepas, kemudian direkatkan oleh bahan organik dan selanjutnya tergabung menjadi granular. Tanah yang berstruktur granular menjadi resisten terhadap gaya-gaya erosi agar dapat meningkatkan ketahanannya terhadap tumbukan air hujan yang jatuh ke permukaan tanah dan meningkatkan porositas tanah.
  2. Akibat makin kecilnya butiran atau luas permukaan humus yang makin besar dalam satuan volume tertentu, maka kemampuan menyimpan air makin besar, sehingga makin dipertahankan kelembapan tanah.
  3. Meningkatkan kapasitas tukar kation. Tidak ada bahan lain yang dapat meningkatkan kapasitas tukar kation selain bahan organik. Apakah memang KTK perlu ditingkatkan? Justru persoalan tanah di daerah tropika,umumnya KTK sangat kecil, dan KTK menjadi lebih kecil lagi apabila tidak memiliki bahan organik seperti humus.

Di samping humus, maka terbentuk produk samping dari pelapukan bahan organik adalah asam humin. Asam humin adalah suatu cairan yang terkandung dalam bahan organik tanah.

Kualitas bahan organik diukur dengan C/N. Data C/N Berkaitan dengan laju humifikasi dan mineralisasi yang dilakukan oleh mikroorganisme tanah. C/N menunjukkan baik atau tidaknya penguraian bahan organik.

a.   C/N < 25.

Jika C/N < 25 maka kondisi lingkungan yang sesuai, baik untuk perkembangan populasi mikroorganisme maupun untuk humifikasi dan mineralisasi bahan organik.  Bila nitrifikasi baik, maka C/N akan rendah, dengan demikian bahan organik cepat habis. Untuk mempertahankan bahan organik dalam tanah, harus disediakan N yang cukup. C/N yang rendah menunjukkan dekomposisi bahan organik yang lanjut.

b.   C/N = 25

Jika C/N = 25, merupakan pelapukan bahan organik yang ideal. Ideal dalam arti berkaitan dengan adanya perkembangan populasi mikroorganisme disatu sisi dan disisi lain menunjukkan bahwa kegiatan mikroorganisme melapukkan bahan organik masih berlangsung secara optimal.

c. C/N > 25

Jika C/N > 25, maka humifikasi dan mineralisasi terhambat. C/N > 25 artinya komponen kaya akan bahan organik. Karbon berkaitan dengan air dan udara, yang bertalian dengan struktur tanah dan porositas. Jika C/N >25 maka pasti ada kendala, dimana populasi mikroorganisme tidak memiliki lingkungan yang baik untuk berkembang dan pengurai bahan organik terhambat.  Hal ini berkaitan dengan pH, drainase buruk. Misalnya pada tanah gambut (histosol/organosol) sering terendam air sehingga mempunyai drainase yang buruk, maka organisme akan kesulitan menggunakan oksigen untuk berespirasi, akibatnya bahan organik tidak bisa melapuk. Dengan kata lain, bila C/N > 25 memberi indikasi terdapatnya kondisi yang menghalangi kerja mikroorganisme, mungkin karena drainase tanah yang buruk, atau penyebab lain seperti elevasi tanah terlalu rendah sehingga sering terjadi banjir kiriman. C/N > 25 - 50 dikatakan buruk, artinya C dominan, sebaliknya N sedikit. Bila C/N bahan organik tinggi maka akan terjadi persaingan N antara tanaman dan mikroorganisme, dalam hal ini N diinmobilisasi. C/N yang tinggi menunjukkan dekomposisi belum lanjut atau baru mulai.  

Cara untuk mengatasi masalah rendahnya C organik lazimnya dilakukan melalui penambahan bahan organik. Penambahan bahan organik juga akan memperbaiki struktur tanah melalui pengelompokan butiran-butiran tanah yang bercerai-berai atau terlepas-lepas, kemudian direkatkan oleh bahan organik dan selanjutnya tergabung menjadi granular. Tanah yang berstruktur granular menjadi resisten terhadap gaya-gaya erosi sehingga dapat meningkatkan ketahanannya terhadap tumbukan air hujan yang jatuh ke permukaan tanah. Granulasi dapat meningkatkan porositas tanah, meningkatkan daya simpan air serta memperbaiki drainase dan aerase. 

Pengaruh humus (bahan organik) terhadap sifat-sifat tanah:

1. Pengaruh secara fisik:

  1. warna tanah menjadi lebih kelam. Coklat-hitam: menaikkan suhu.
  2. Meningkatkan agregasi (granulasi tanah) dan stabilitas agregat, aerasi (penghawaan) lebih baik, drainase perembihan, pelulusan) lebih baik, lebih tahan terhadap erosi
  3. Mengurangi plastisitas pada tanah lempung (liat-clay), tanah lebih mudah diolah (lebih gembur)
  4. Menaikkan kemampuan mengikat/menyimpan air

2. Pengaruh secara kimia:

  1. Menaikkan KTK (humus mempunyai KTK>200 me/100 gr).
  2. Merupakan salah satu sumber unsur hara (penting dalam daur/siklus unsur hara)
  3. Merupakan cadangan unsur hara utama N,P, S dalam bentuk organik dan unsur hara mikro (Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Ca) dalam bentuk khelat (chelate) dan akan dilepaskan secara perlahan-lahan.
  4. Meningkatkan aktivitas, jumlah dan populasi mikro dan makro organisme tanah (bakteri, fungi, actinomycetes, cacing, serangga dan lain-lain)

Bahan organik dapat di amati pada profil tanah lapisan teratas yang berwarna coklat tua atau kehitaman. Kandungan bahan organik tergantung dari jumlah bahan organik yang dikembalikan ke tanah, laju dekomposisi yang terjadi sepanjang tahun dan kedalaman tanah.

Proses perombakan bahan organik menjadi bahan anorganik terjadi melalui dua proses yaitu humifikasi dan mineralisasi.

Proses humifikasi adalah proses perubahan bahan organik menjadi humus. Humus  yang merupakan produk humifikasi merupakan bahan organik yang bersifat seperti koloid atau bersifat koloidal. Humus tidak pernah tebal karena selalu diurai oleh mikroorganisme. Di hutan dataran rendah misalnya, humus tidak setebal daripada di hutan pegunungan, karena setelah humus terbentuk maka mineralisasi terkendala.

Karena humus bersifat koloidal, maka belum tergolong dalam bentuk unsur hara. Kalau humus sudah termineralisasi, barulah kemudian berbentuk unsur hara.  Koloid (misel) adalah massa tanah yang terlibat aktif dari reaksi fisiko-kimia. Permukaan koloid bermuatan listrik negatif (anion) dan positif (kation). Permukaan koloid yang bermuatan negatif inilah yang mempunyai daya menarik kation- kation tanah.

Di samping terbentuk humus, maka terbentuk produk samping dari pelapukan bahan organik adalah asam humin. Asam humin adalah suatu cairan yang terkandung dalam bahan organik tanah.