Sebagian besar berkaitan juga dengan cabang lain ilmu
tanah dan juga saling berkaitan dengan ilmu ekologi bumi, hidrologi,
mikriklimatologi, geologi, sedimentologi, botani dan agronomi.
Fisika
tanah sangat erat kaitannya dengan profesi ketehnikan bidang mekanika
tanah yang mempelajari tanah terutama sebagai bahan bangunan dan
penyangga beban. Kemampuan untuk menyangga pertumbuhan tanaman,
kapasitas drainase dan penyimpanan air, plastisitas, kemudahan untuk
ditembus akar, aerasi dan kemampuan retensi hara, semuanya berkaitan
erat dengan kondisi fisik tanah. Tekstur tanah mungkin merupakan sifat
tamah yang lebih permanen dan terpenting dan akan dibahas pertama kali.
Tekstur dan Ukuran Butir Tanah Tekstur tanah menunjukkan kasar atau
halusnya suatu tanah. Iatilah tekstur menyiratkan hal yang kualitatif
dan kuantitatif. Secara kualitatif, tekstur menyatakan rasa dari bahan
tanah, apakah kasar dan terasa berpasir atau halus dan lembut. Seorang
ahli fisika tanah yang berpengalaman bisa menjelaskan tekstur dengan
menekan atau menggosok tanah yang lembab diantara jari-jari tangannya,
apakah suatu tanah bertekstur kasar atau halus, juga mampu secara semi
kuantitatif menentukan kelas-kelas tekstur sedang suatu tanah. Sedangkan
dalam arti yang lebih kuantitatif, istilah tekstur tanah menyatakan
distribusi ukuran partikel yang terdapat pada suatu tanah. Metode
tradisional pencirian ukuran partikel tanah adalah membagi susunan
ukuran partikel menjadi tiga kisaran bahan tunggal yaitu pasir, debu dan
liat. Pemisahan tanah biasanya dikelompokkan menjadi partikel-partikel
mineral dengan ukuran yang lebih kecil dari kerikil (diameter kurang
dari 2 milimeter) seperti tercantum dalam Tabel 3-1.
Tabel 3-1. Beberapa Ciri Karakteristik Pemisahan Tanah
Jenis
|
Diameter
mm a)
|
Diameter
mm b)
|
Jumlah partikel/gram
|
Luas permukaan dalam 1 gram, cm2
|
Pasir sangat kasar
Pasir kasar
Pasir sedang
Pasir halus
Pasir sangat halus
Debu
Liat
|
2,00-1,00
1,00-0,50
0,50-0,25
0,25-0,10
0,10-0,05
0,05-0,002
< 0,002
|
-
2,00-0,20
-
0,20-0,02
-
0,02-0,002
< 0,002
|
90
720
5700
46000
722000
5776000
90250853000
|
11
23
45
91
227
454
8000000c)
|
a). Sistem united States Departemen of Agriculture (USDA)
b). Sistem International soil Science society (ISSS)
c).
Luas permukaan partikel-partikel liat monmorillonit yang berbentuk
lempung ditentukan dengan metoda
retensi glycol oleh Sor Kemper (SSA
proceedings, vol.23, p.106, 1959).
Pasir merupakan
suatu fraksi berukuran 2,0-0,05 milimeter dan berdasarkan sistem USDA
dibedakan menjadi pasir sangat halus, halus, sedang, kasar dan sangat
kasar. Butiran pasir biasanya tersusun dari kuarsa, tapi mungkin juga
fraksi feldspar, mika dan kadang-kadang mineral-mineral berat seperti
zircon, tourmalin dan horblende. Umumnya fraksi pasir mempunyai dimensi
relatif sewragam dan bisa dinyatakan berbentuk bulat, meski tidak
selamanya rata dan kadang mempunyai permukaan cukup bergerigi. Debu
adalah fraksi dengan ukuran 0,05-0,002 milimeter. Partikel debu mirip
partikel pasir tapi mempunyai ukuran luas permukaan yang lebih besar per
satuan massa dan sering dilapisai oleh lempung yang mengikat kuat.
Fraksi liat dengan ukuran kurang dari 0,002 milimeter merupakan fraksi
koloid. Partikel liat mencirikan bentuk lempeng atau bentuk jarum dan
biasanya termasuk dalam kelompok aluminosilikat. Karena liat mempunyai
luas permukaan per satuan massa lebih besar dan aktifitas fisika kimia
aktif, liat berperan sebagai penentu yang mempunyai pengaruh besar pada
sifat tanah. Partikel liat dapat mengikat air sehingga tanah mengembang
saat pembasahan dan menyusut saat kering. Liat akan bersifat plastis dan
menjadi lengket bila lembab dan kemudian mengeras dan retak membentuk
fraksi semen keras bila kering. Penentuan kelas tekstur tanah dapat
dilakukan dengan metoda lapang dan di laboratorium. Di lapang para
ahli-ahli tanah menentuan kelas tekstur tanah dengan cara mengambil
sejumlah kecil tanah dan dibasahi dengan air sampai kondisi lembab dan
dirasakan dengan perasaan penentuan kelas teksturnya. Hal ini bergantung
kepada kemampuan penentu tektur tersebut sehingga tidak bisa disebut
akurat. Untuk lebih teliti kelas tekstur tanah ditentukan di
laboratorium dengan menggunakan beberapa metoda diantaranya metoda
hydrometer, pipet dan metoda centrifuge yang bekerja berdasarkan hukum
Stokes. Gambaran tekstur tanah secara keseluruhan disebut kelas tekstur
yang ditentukan bwerdasarkan perbandingan massa ddari tiga fraksi
pembentuk tanah. Tanah-tanah dengan proporsi pasir, debu dan liat yang
berbeda dikelompokkan menjadi kelas-kelas yang berbeda, sepeerti
terlihat pada gambar segitiga tekstur USDA (Gambar 3-1). Untuk
menjelaskan penggunaan segitiga tekstur, anggap suatu tanah tersusun
dari 50% pasir, 20% debu dan 30% liat. Pojok kiri bawah segitiga
menyatakan 100% pasir, pojok kanan bawah menyatakan 0% pasir. Sekarang
lihat titik 50% pada sisi bawah segitiga dan ikuti garis diagonal arah
kiri di atas titik tersebut dan sejajar garis nol untuk pasir. Kemudian
tentukan garis 20% debu yang sejajar dengan garis nol debu yaitu sisi
kiri segitiga. Titik perpotongan antara pasir dan debu serta garis 30%
Gambar 3-1. Segitiga tekstur, yang menunjukkkan persentase liat (<
0,002 mm), debu (0.002 – 0,05 mm), dan pasir (0,05 – 2,0 mm). untuk liat
adalah titik yang kita cari. Pada contoh ini titik tersebut berada pada
wilayah sandy clay loam (lempung liat berpasir). Dari segitiga tekstur
tersebut terdapat 12 kelas tekstur tanah yaitu : Pasir, pasir berdebu,
lempung, lempung berpasir, lempung liat berpasir, lempung berdebu,
lempung berliat, lempung liat berdebu, debu, liat berdebu, liat
berpasir, dan liat.Struktur tanah
Yang diartikan dengan struktur tanah ialah susunan partikel-partikel tanah membentuk pola keruangan. Proses yang terlibat dalam pembentukan struktur tanah ialah penjonjotan dan agregasi, dengan atau tanpa diikuti sementasi. Penjonjotan adalah peristiwa elektrokinetik pengendapan partikel tanah dari suspensi. Pengendapan terjadi karena partikel-partikel tanah mengelompok sehingga memperoleh massa yang lebih besar. Pengelompokan dapat terjadi karena potensial zeta partikel-partikel tanah menurun yang menyebabkan gaya tolak antar partikel mengecil sehingga gaya tarik gravitasi antar massa partikel dapat bekerja. Potensial zeta adalah muatan listrik negatif partikel. Potensial ini dapat turun karena sebagian atau seluruh muatan listrik negatif dinetralkan oleh kation-kation yang terjerap. Gaya tarik gravitasi antar partikel dinamakan gaya van der waals. Gaya ini timbul karena elektron-elektron dalam atom/molekul bertetangga bergerak menyesuaikan diri satu dengan yang lain. Daya penetral kation makin kuat dengan makin besar martabatnya dan dengan makin dekat jarak antara kation dan partikel tanah. Katin Ca2+ dan Mg2+ berdaya penetral lebih kuat daripada kation Na+. Hal ini disebabkan karena Ca2+ dan Mg2+ bermartabat lebih besar daripada Na+ dan kedua kation divalen tersebut dapat terjerap lebih dekat pada partikel tanah karena selaput hidratasi mereka lebih tipis daripada selaput Na+. Ion Na dengan daya pengimbang kecil dan selaput hidratasi tebal bahkan cenderung mendispersikan partikel-partikel dalam suspensi atau memantapkan partikel tanah dalam keadaan terdispersi. Selaput hidratasi yang tebal menghalangi partikel-partikel tanah saling mendekat. Agregasi ialah peristiwa penggabungan jonjot-jonjot tanah menjadi gumpalan. Jonjot tanah tergabung oleh kohesi (tarikan molekuler) dan adhesi (tegangan permukaan).
Tegangan permukaan dibangkitkan oleh tarikan oleh molekul
tanah dan molekul air. Masalah kohesi dan adhesi akan dibahas lanjut
dalam uraian tentang konsistensi tanah. Agregasi dapat diikuti oleh
sementasi, yaitu perekatan partikel-partikel yang tergumpal oleh suatu
bahan. Bahan perekat dapat berupa semen anorganik (selaput lempung,
seskuioksida atau endapan kalsium karbonat), semen organik (lendir
bakteri, eksudat akar, hasil pencernaan fauna tanah, atau hasil
dekomposisi bahan organik seperti lemak, lilin, lignin, protewin dan
damar), dan pengikat berupa jaringan organisme berbentuk benang(rambut
akar dan miselium jamur serta aktinomisetes). Sementasi sangat
memperkokoh agregasi sehingga tidak mudah terceraikan atau terdispersi.
Penjonjotan menjadi prasyarat agregasi dan agrgasi menjadi prasyarat
sementasi.
Struktur tanah adalah sifat fisik tanah, tetapi pembentukannya berlangsung secara fisikokimia dan banyak melibatkan proses biologi. Struktur diklasifikasikan menurut :
A. Bentuk :
1. Struktur sederhana (satuan struktur alami tidak terbentuk atau samar) - kersai, partikel tunggal tidak teragregasi; contoh bahan pasir - pejal, partikel-partikel memadu secara merata; contoh kerak tanah dan lapisan padas
2. Struktur majemuk (satuan struktur alami terbentuk jelas)
- remah, satuan struktur berbentuk membola, partikel-partikel tersusun longgar, berpori banyak; contoh horison tanah permukaan yang kaya bahan organik
- granuler, satuan struktur membentuk membola, partikel-partikel tersusun lebih rapat, berpori lebih sedikit; contoh horison tanah permukaan berwarna gelap
- gumpal, satuan struktur berbentuk bak-kubus, partikel-partikel tersusun rapat, berpori sedikit; contoh horison baawah tanah yang terbentuk di kawasan beriklim bermusim kemarau tegas • gumpal membulat, kubus bersudut tumpul dan berbidan cembung, berpori lebih banyak • gumpal menyudut, kubus menyudut tajam dan berbidang rata, berpori lebih sedikit
- tiang, satuan struktur bersumbu tegak lebih panjang daripada sumbu datar, berpori terbatas, terutama berarah tegak. • prismatik, bidang atas tiang mendatar; contoh horison bawah tanah yang terbentuk di kawasan iklim kering sampai setengah kering. • Kolumner, bidang atas tiang cembung; contoh horison bawah tanah terbentuk di kawasan iklim kering sampai setengah kering berkejenuhan Na tinggi - lempeng, satuan struktur bersumbu tegak lebih pendek daripada sumbu datar, berpori terbatas, terutama berarah mendatar; contoh horison tanah di bawah horison permukaan berwarna pucat.
B. Ukuran : besar rata-rata satuan struktur dipilahkan menjadi lima kelas ukuran, yaitu : sangat halus, halus, sedang, kasar dan sangat kasar. Batasan kelas ukuran berbeda untuk bentuk struktur masing-masing. Tabel 3.2 memuat batasan kelas ukuran menurut Soil Survey Division Staff (1993).
C. Tingkat agragasi : bagian fraksi debu dan liat yang
teragregasi menjadi gumpalan berukuran lebih besar daripada fraksi debu,
dinyatakan dengan persen berat terhadap berat total fraksi debu dan
liat.
D. Kemantapan agregat : ketahanan rata-rata agregat tanah melawan pendispersi oleh benturan tetes air hujan atau penggenangan air. Kemantapan tergantung pada ketahanan jonjot tanah melawan daya dispersi air dan kekuatan sementasi atau pengikatan. Struktur tanah disyarati oleh tekstur, adanya bahan organik dan bahan-bahan perekat lain serta nisbah atau perbandingan antara berbagai kation yang ada dalam tanah. Struktur tanah berpengaruh penting atas regim udara dan air dalam tanah, antaran hidrolik dan konsekuensinya yang berpengaruh atas pertumbuhan akar dan kegiatan biologi dalam tanah.
Konsistensi Tanah
Konsistensi menyatakan daya bahan tanah melawan gaya tusuk, deformasi atau gaya pematahan. Konsisitensi merupakan ungkapan mekanik daya ikat antar partikel yang berkaitan dengan tingkat dan macam kohesi dan adhesi. Ini berarti konsistensi oleh kadar air tanah. Faktor-faktor lain yang berpengaruh adalah bahan-bahan penyemen agregat tanah, bentuk dan ukuran agregat, serta tingkat agregasi. Konsistensi berkaitan erat dengan faktor-faktor yang mempengaruhi struktur tanah, seperti tekstur, macam liat, dan kadar bahan organik. Tanah bertekstur sama dapat berbeda konsistensinya karena berbeda macam liatnya.
Kohesi diwujudkan oleh tarikan molekuler yang terdapat pada tanah yang berpermukaan jenis besar, partikel-partikel tanah terletak dengan permukaan terluasnya saling berhadapan dan partikel-partikel berada dekat satu dengan yang lain. Kohesi paling besar terdapat dalam tanah kering dan menurun tajam dengan masuknya air di sela-sela partikel tanah
Adhesi diujudkan oleh tegangan permukaan yang timbul pada antarmuka antara air dan udara dalam pori-pori tanah. Besarnya adhesi ditentukan oleh tegangan permukaan tiap satuan bidang singgung dan luas bidang singgung. Pada kadar air terbatas, tegangan permukaan pada tiap satuan bidang singgung tinggi (meniskus air sangat cekung), akan tetapi luas bidang singgung sempit, maka kekuatan adhesi kecil. Kenaikan kadar air memperluas bidang singgung dan hanya menurunkan sedikit tegangan permukaan tiap satuan bidang singgung, maka kekuatan adhesi meningkat. Kenaikan kadar air lebih lanjut meningkatkan luas bidang singgung dan menurunkan secara tajam tegangan permukaan tiap satuan bidang singgung (kecepatan meniskus air sangat berkurang). Akibatnya kekuatan adhesi hilang dan tanah berubah menjadi lumpur. Gambar 3-3 di bawah menunjukkan hubungan kohesi dan adhesi dengan kadar air dan konsekuensinya atas konsistensi tanah. Oleh karena konsistensi bergantung pada kadar air, perbandingannya harus dikerjakan pada keadaan lengas yang sama. Gambar 3-3. Hubungan Kohesi dan Adhesi dengang kelembaban Tanah dan Konsekuensinya atas konsistensi Tanah Konsistensi dapat dibagi menurut tingkat kebasahan tanah : 1. Tanah kering. Tanah berada pada tahana padat, tingkat nisbi konsistensi sangat tinggi dengan sifat sangat keras, keras, teguh atau rapuh, tergantung pada jumlah tapak singgung antarpartikel tiap satuan volum dan daya tumpu tinggi dengan pengukuran penetrometer. Kohesi menjadi pelaku utama. 2. Tanah lembab. Tanah berada pada tahana setengah padat, tingkat nisbi konsistensi rendah dengan sifat lunak atau gembur dan agak lekat atau tidak lekat dan daya tumpu cukup tinggi. Kohesi sama-sama menjadi pelaku utama. 3. Tanah basah. Tanah berada pada tahan liat, tingkat nisbi konsistensi tinggi dengan sifat sangat liat, liat atau agak liat, dan sangat lekat, lekat atau agak lekat dan daya tumpu sangat rendah sampai rendah. Adhesi menjadi pelaku utama. 4. Tanah sangat basah atau jenuh air. Tanah berada pada tahana lumpur (bubur), tingkat nisbi konsistensi sanagt rendah dengan sifat kental dan daya tumpu dapat dikatakan nihil. Atterberg membuat batas-batas konsistensi yang dikenal dengan batas-batas Atterberg. Batas-batas ini dapat digambarkan dengan diagram garis seperti gambar di bawah ini. Gambar 3-4. Batas-Batas Atterberg Batas Atterberg adalah persen berat kadar lengas tanah yang menendai terjadinya perubahan konsistensi secara nyata dan jelas. Nilai-nilai ini terutama digunakan dalam pekerjaan rekayasa teknik, namun secara terbatas juga dugunakan dalam bidang pertanian. Urutan konsistensi berikut dijumpai sewaktu tanah berubah secara berangsur dari jenuh air ke kering. 1. Batas liat atas (BLA) atau batas cair (BC). Kadar lengas tanah yang membatasi konsistensi lumpur/bubur dan liat. 2. Batas lekat (BL). Kadar lengas tanah yang konsistensinya berubah dari lekat ke taklekat. Adhesi mencapai puncak di BL. BL dapat berada di atas atau di bawah BC. 3. Surplus (S). Selisih kadar lengas BL dengan BC. Dalam hal ini kadar lengas BL lebih tinggi daripada BC, dan S bernilai positif. Dalam hal sebaliknya, S bernilai negatif. S positif menandakan tanah ringan, bertekstur kasar sampai sedang, tingkat agregasi tinggi dan daya tambat air kecil. Untuk mencapai puncak adhesi diperlukan air lebih banyak. S bernilai negatif menandakan tanah berat, bertekstur halus, tingkat agregasi rendah dan daya tambat air besar. Puncak adhesi dapat dicapai dengan jumlah air lebih sedikit. 4. Batas liat bawah (BLB) atau batas gulung (BG). Kadar lengas yang membatasi konsistensi liat dan setengah padat (takliat). 5. Indeks keliatan (Ip). Selisih kadar lengas BLA dan BLB. Ip makin besar menandakan tanah makin liat. Diantara BLA dan BLB tanah bersifat basah. 6. Batas berubah warna (BBW) atau batas kerut (BK). Kadar lengas tanah pada batas antara konsistensi setengah padat dan padat. BBW merupakan puncak kohesi. Di BBW tanah mulai mengering. Udara mulai mengisi pori-pori yang semula berisi air. Maka terjadi perubahan warna mendadak ke lebih muda. Tanah tidak dapat mengerut lebih jauh lagi. 7. Jangka oleh (JO). Secara umum, tanah untuk pertanaman sebaiknya diolah dalam rentangan antara BLB dan BBW. Di bawah BBW tanah sudah kering dan memerlukan tenaga untuk mengolah terlalu banyak dan struktur tidak dapat terbentuk baik. Diatas BLB tanah sudah bersifat liat sehingga peka akan kerusakan struktur. JO adalah selisis kadar lengas BLB dan BBW. Mengolah tanah diantara BLA dan BL tidak baik karena selain struktur peka terhadap kerusakan juga memerlukan tenaga untuk mengolah banyak karena atanah berkonsistensi lekat (melekat pada alat-alat pengolah tanah). Kecuali pada pengolahan tanah sawah yang mana tanahnya justru diolah pada waktu tanah berkonsistensi lumpur. Struktur memang rusak, tetapi tenaga mengolah ringan. Tabel 3-3 di bawah ini menyajikan penggolongan secara kuantitatif batas-batas Atterberg. BBW rendah bersamaan dengan BLB tinggi menyebabkan tanah mudah diolah karena tersedia rentangan kadar lengas tanah yang lebar yang baik untuk mengolah tanah (JO lebar). BL tinggi dan S positif juga mengurangi kendala konsistensi tanah untuk mengolah. Tabel 3-3 . Pengggolongan kuantitatif batas-batas Atterberg Harkat Keliatan BLA - BLB Rentangan BL - BLB Rentangan BLA - BBW Tekstur Sangat rendah Rendah Sedang Tinggi Sangat tinggi Luar biasa tinggi 0 – 5 6 – 10 11 – 17 18 – 30 31 – 43 > 43 1 – 3 4 – 8 9 – 15 16 – 25 26 – 40 > 40 < 20 21 – 30 31 – 45 46 – 60 61 – 100 >100 Ringan Berat Sangat berat Ruang Pori dan Porositas Tanah Ruang pori total tanah adalah bagian tanah yang ditempati udara dan air. Persentase volume ruang pori total disebut porositas. Jumlah ruang pori ini sebagian besar ditentukan oleh susunan butir-butir padat. Kalau letaknya satu sama lain cenderung erat, seperti dalam pasir atau subsoil padat, porositas totalnya rendah dan jika tersusun dalam agregat yang bergumpal seperti pada tanah-tanah bertekstur sedang yang tinggi kandungan bahan organiknya, ruang pori per satuan volume akan tinggi. Berlaku ketentuan umum di atas dibuktikan dengan menggunakan rumus di bawah ini. % ruang padat = kerapatan massa X 100 kerapatan partikel Karena % ruang pori + % ruang padat = 100 maka % ruang pori = 100 - % ruang padat % ruang pori = 100 - kerapatan massa X 100 kerapatan partikel Tanah pasiran dengan kerapatan massa 1,50 gram/cm3 dan kerapatan partikel 2,65 gram/cm3 akan memiliki ruang pori 43,4%, jika dua gambaran ini dimasukkan dengan tepat dalam rumus tadi. Pada umumnya dalam tanah ada dua macam pori, pori makro dan pori mikro. Pori-pori makro mempunyai ciri menunjukkan lalu lintas udara dan memudahkan perkolasi air. Sebaliknya pori-pori mikro sangat menghambat lalu lintas udara sedangkan gerakan air sangat dibatasi menjadi gerakan kapiler yang lambat. Dalam tanah pasir meskipun jumlah ruang pori rendah, lalu lintas udara dan air sangat lancar karena pori-pori makro menguasai tanah tersebut. Dalam tanah bertekstur halus lalu lintas udara dan air relatif lambat walaupun jumlah ruang pori sangat besar. Di sini terdapat pori-pori mikro yang berisi penuh dengan air. Air ini tertahan oleh pori-pori mikro masing-masing. Jika tanah permukaan memiliki tekstur lempung berdebu berbutir baik dengan kadar lengas optimum bagi pertumbuhan tanaman, jumlah ruang pori seluruhnya tidak hanya mendekati 50 %, tetapi juga pembagian antara udara dan air harus dalam keadaan seimbang. Dalam keadaan ini hampir seluruh pori mikro diisi oleh air dan pori makro diisi oleh udara. Ruang pori total pada tanah pasir mungkin rendah tetapi mempunyai proporsi yang besar yang disusun oleh komposisi pori-pori yang besar yang sangat efisien dalam pergerakan udara dan airnya. Persentase voleme yang dapat terisi air pada tanah pasir rendah yang menyebabkan kapasitas menahan air rendah. Sebaliknya tanah-tanah permukaan dengan tekstur halus mempunyai ruang pori total lebih banyak dan proporsinya relatif besar yang disusun oleh pori-pori mikro, sehingga tanah mempunyai kapasitas menahan air yang tinggi. Air dan udara bergerak melalui tanah dengan perlahan-lahan, sebab hanya terdapat sedikit pori-pori makro. Ukuran ruang pori tanah sama pentingnya dengan jumlah total ruang pori. Kerapatan Tanah Dua istilah digunakan untuk memperlihatkan kerapatan tanah, yaitu kerapatan massa (kerapatan lindak, kerapatan bongkah, berat volum, BV) dan kerapatan partikel (kerapatan jenis, kerapatan zarah, berat jenis, BJ). Kerapatan massa adalah ukuran kerapatan dari tanah tersebut secara alami termasuk ruang porinya dan kerapatan partikel adalah ukuran kerapatan partikel tanah. Untuk menentukan menentukan kerapatan partikel tanah pertimbangan hanya diberikan untuk partikel yang solid yang didefenisikan sebagai massa tiap unit volume partikel tanah yang dinyatakan dengan rumus : BJ = Bp/Vp Yang mana Bp adalah berat partikel dan Vp adalah volum partikel dan dinyatakan dalam gram/cm3. Untuk kebanyakan tanah-tanah mineral kerapatan partikelnya berkisar 2,65 gram/cm3. Bahan organik tanah mempunyai BJ 1,3 – 1,5 gram/cm3. BJ tanah sesungguhnya dapat dihitung dengan rumus : BJt = BJmPm + BJoPo BJt = berat jenis tanah BJm = berat jenis komponen mineral BJo = berat jenis komponen organik Pm = fraksi komponen mineral di dalam tanah Po = fraksi komponen organik di dalam tanah. Tabel 3-4 berisi BJ bahan-bahan penyusun tanah (Kohnke, 1968). Tabel 3-4. Berat jenis bahan penyusun tanah dalam g/cm3 Bahan BJ Bahan BJ Humus Liat Kaolinit Ortoklas Mikrilin Kuarsa Albit Rijang (flint) Kalsit 1,3 –1,5 2,2 – 2,6 2,2 – 2,6 2,5 – 2,6 2,5 – 2,6 2,5 – 2,8 2,6 – 2,7 2,6 – 2,7 2,6 – 2,8 Anortit Dolomit Muskovit Biotit Apatit Limonit Magnetit Pirit Hematit 2,7 – 2,8 2,8 – 2,9 2,7 – 3,0 2,8 – 3,1 3,2 – 3,3 3,5 – 4,0 4,9 – 5,2 4,9 – 5,2 4,9 – 5,2 BV ialah berat benda setiap satuan volum benda dengan rumus : BV = Bb/Vb Dimana Bb adalah berat benda yang sama dengan Bp ddan Vb adalah volum benda yang sama dengan Vp + Vtp. Vtp adalah volum total pori yang terdapat diantara partikel. Sehingga BV = Bp/(Vp = Vtp) Untuk suatu bahan yang sama, BJ selalu lebih besar dari BV. Dengan angka-angka BJ dan BV dapat dihitung porositas total tanah (n) yaitu persen volum total pori tanah terhadap volum total tanah. Rumusnya adalah : N = (1 – BV/BJ) x 100% Untuk menghitung berat tanah seluas satu hektar perlu diketahui berapa BV tanah tersebut. Satu hektar sama dengan 100 m2, jadi mempunyai luas 10.000 m2. Volume tanah pada ketebalan 20 cm pada satu hektar sama dengan : 10.000 m2 x 0,2 m = 2000 m3. Satu m3 tanah dengan BV = 1,3 g/cm3 beratnya 1300 kg maka berat lapisan setebal 20 cm seluas 1 hektar mempunyai berat : 2.000 m3 x 1.300 kg = 2.600.000 kg = 2.600 ton. Permebilitas Tanah Permeabilitas merupakan kemudahan cairan, gas dan akar menembus tanah. Permeabilitas tanah untuk air merupakan konduktifitas hidraulik. Berbagai macam kelas konduktifitas hidraulik untuk gerakan vertikal diketahui dalam tanah jenuh air disajikan pada Tabel 3-5. Tabel 3-5. Kelas-kelas Konduktifitas Hidraulik Kelas Konduktivitas jenis Mikrometer/menit (μm/men) cm/jam Sangat tinggi Tinggi Sedang Agak rendah Rendah Sangat rendah > 100 10 –100 1 –10 0,1 – 1 0,01 – 0,1 < 0,01 > 36 3,6 – 36 0,36 3,6 0,036 – 0,36 0,0036 – 0,036 < 0,0036 Pengetahuan mengenai konduktivitas hidraulik tanah penting dalam menentukan : 1. Menentukan jarak diantara garis-garis lubang drainase 2. Ukuran luas bagian dasar sistem septic tank. 3. Ukuran teras dan kemiringan saluran teras dalam pengendalian erosi 4. Panjang dan gradien parit irigasi. Aerasi Tanah Aerasi tanah adalah proses pertukaran O2 dan CO2 tanah dan atmosfer. Jenis-jenis gas lain yang termasuk dalam pertukaran ini adalah bentuk volatil nitrogen (N2, NH3, NO, NO2), sulfur (H2S, SO2) dan hidrokarbon (CH4). Proses aerasi tanah merupakan salah satu faktor terpenting dalam produktivitas tanah. Akar tanaman menyerap oksigen dan melepaskan karbondioksida pada proses respirasi. Pada kebanyakan tanaman (kecuali tanaman padi), perpindahan oksigen internal dari bagian permukaan tanah (daun dan cabang) menuju bagian bawah permukaan tanah (akar) tidak dapat terjadi pada kecepatan yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan oksigen pada perakaran. Respirasi akar yang baik memerlukan tanah teraerasi, yaitu pertukaran gas yang terjadi antara udara tanah dan atmosfer pada kecepatan tertentu untuk menghindari kekurangan O2 dan CO2 berlebihan yang terbentuk dalam zona perakaran. Mikroorganisme tanah juga bernafas, dan pada kondisi kurang udara, organisme ini akan bersaing dengan akar tanaman. Laju difusi gas pada fase gas umumnya lebih besar dibandingkan pada fase cair. Oleh sebab itu aerasi tanah sangat tergantung pada fraksi volume pori yang terisi udara. Terhambatnya aerasi disebabkan oleh drainase buruk dan penggenangan air atau dari pemadatan mekanis pada tanah dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Masalah pemadatan tanah menjadi semakin penting dalam dekade terakhir ini karena kecendrungan penggunaan mesin yang lebih besar dan lebih berat serta kecenderungan pengolahan tanah secara berlebihan. Aerasi yang buruk dapat menurunkan pengambilan air dan menyebabkan pelayuan awal serta menyebabkan penurunan permeabilitas akar terhadap air. Kondisi anaerobik dalam tanah menghasilkan sekumpulan reaksi reduksi, secara kimi dan biokimia. Beberapa diantara reaksi reduksi adalah denitrifikasi (proses perubahan nitrat menjadi nitrit kemudian menjadi oksida nitrit dan akhirnya menjadi unsur nitrogen : NO3- → NO2- → NO2 → N2 ) ; reduksi mangan dari manganat menjadi bentuk mangano; reduksi besi dari feri menjadi fero; dan reduksi sulfat yang mengahsilkan hidrogen sulfida. Kebanyakan berbagai produk proses anaerobik bersifat racun bagi tanaman. Pada tanah dengan aerasi yang baik, komposisi udara tanah mendekati sama dengan atmosfer luar karena oksigen yang dikonsumsi dalam tanah segera diganti oleh oksigen dari atmosfer. Hal ini tidak berlaku bagi tanah dengan aerasi jelek. Konsentrasi CO2 atmosfer sekitar 0,03%, tetapi di dalam tanah, CO2 bisa mencapai sepuluh kali atau bahkan seratus kali lebih besar karena adanya respirasi aerobik akar tanaman dan berbagai organisme besar dan kecil yang terdapat di dalam tanah. Efek Penggenangan dan Pelumpuran pada Sifat-Sifat Fisik Tanah Penggenangan pada tanah kering mengakibatkan air memasuki agregat dan mendorong udara dalam pori menyebabkan letusan-letusan kecil yang memecahkan dan memisahkan masing-masing agregat. Kondisi anaerob mengakibatkan terjadinya peristiwa reduksi dan tidak larutnya campuran-campuran besi dan mangan dan terhambatnya dekomposisi bahan organik. Stabilitas agregat menurun sangat besar dan agregat-agregat yang tertinggal mudah dihancurkan. Pemecahan agregat tanah dan penyumbatan pori-pori dengan sisa buangan mikrobia mengurangi permeabilias tanah atau konduktivitas hidraulik. Pelumpuran merupakan suatu proses penghancuran agregat tanah dengan menggunakan bajak pada keadaan tanah jenuh air yang menutupi seluruh permukaan tanah. Agregat-agregat yang telah melemah dan pecah-pecah oleh proses penggenangan dihancurkan menjadi bentuk lumpur yang berbentuk sama yang merupakam satu sistem dengan 2 fase penting yaitu padatan dan cairan. Injakan- injakan kaki manusia atau hewan efektif dalam pembentukan daerah padat setebal 5 – 10 sentimeter. Hasil selanjutnya dari pelumpuran adalah meningkatkan kerapatan massa, menurunkan pori-pori makro dan meningkatkan porositas kapiler. Permeabilitas tanah yang rendah sangat penting untuk menjaga agar air tetap tergenang pada sawah sepanjang musim tanam. Air yang cukup akan mendukung pertumbuhan padi dan level oksigen tanah mendekati level yang dapat menghambat sebagian besar gulma. Air yang menutupi sawah mempunyai kadar oksigen yang cenderung sama dengan oksigen di atmosfer. Lapisan air yang mengandung oksigen tersebut mensuplai oksigen melalui difusi ke lapisan tanah bagian atas yang tipis setebal 1 milimeter sampai 1 sentimeter seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan atas yang tipis menahan warna tanah yang teroksidasi. Tanah dibawah lapisan permukaan yang tipis dan diatas lapisan yang mengalami pemadatan mengalami defisiensi oksigen dan mengalami kemunduran. Warna tanah menjadi keabu-abuan atau hitam. Tanah di sekeliling daerah perakaran padi dioksidasi karena adanya ekskresi oksigen oleh akar yang menghasilkan suatu lapisan tipis berwarna merah kekuningan yang mengelilingi akar dimana besi fero telah dioksidasi menjadi besi feri dan diendapkan di permukaan akar. Tanah di bawah lapisan yang mengalami pemadatan (subsoil) dapat teroksidasi atau tereduksi. Apabila tanah berada dalam keadaan stres dan air berkurang akan menampakkan suatu subsoil yang berwarna abu-abu yang merupakan tanda tanah tereduksi. Subsoil-subsoil yang baik juga dipenuhi dengan kandungan pasir yang tinggi. Warna Tanah Warna tanah yang bervariasi dapat digambarkan sebagai petunjuk mengenai sifat-sifat tanah yaitukandungan bahan organik, kondisi drainase dan aerase tanah. Warna tanah juga digunakan untuk klasifikasi tanah dan mencirikan perbedaan horizon-horizon dalam tanah berdasarkan perbedaan warna tanah. Faktor-faktor yang mempengaruhi warna tanah : 1. kandungan bahan organik 2. sistem drainase 3. jenis mineral besi Warna gelap tanah pada umumnya disebabkan kandungan bahan organik yang tinggi. Bahan organik dalam tanah akan menghasilkan warna kelabu gelap dan coklat gelap kecuali terdapat pengaruh mineral seperti besi oksida ataupun akumulasi garam-garam sehingga sering terjadi modifikasi warna-warna tersebut. Pada tanah yang memiliki sistem drainase yang jelek biasanya terjadi akumulasi bahan organik pada lapisan atas tanah sehingga memberikan warna gelap. Pada lapisan tanah yang lebih rendah mengandung lebih sedikit bahan organik akan memberikan warna agak kelabu ringan. Jika pada lapisan terjadi fluktuasi air (air turun-naik) maka pada lapisan ini akan terlihat karatan atau bercak berwarna kuning. Jika permukaan air tanah menurun akan menyebabkan aerasi tanah membaik, kelembaban dan temperatur juga lebih baik yang mengakibatkan berlangsungnya aktifitas kimia. Mineral-mineral besi dalam tanah seperti goethit akan memberikan warna kuning pada tanah dan hematit akan memberikan warna merah. Warna tanah dengan akurat dapat diukur dengan sifat-sifat prinsip warnanya, yaitu Hue, Value, dan Chroma. Warna tanah ditentukan dengan membandingkan tanah-tanah dengan sebuah tabel warna “Munsell Color Chart” yang berisi 175 warna yang disusun secara sistematik pada 7 label yang sesuai dengan Hue, Value, dan Chroma. Hue adalah panjang gelombang dominan atau warna dari cahaya. Value disebut juga kekerasan cahaya atau brilliance adalah jumlah total cahaya. Chroma adalah kemurnian relative (relative purity) dari panjang gelombang cahaya yang dominan. Warna ini meningkat dengan menurunnya proporsi sinar putih. Notasi warna menurut Munsell merupakan angka numerik yang sistematis dan terdapat huruf-huruf penunjukan tiap variable sifat warna. Hubungan-hubungan antara satu warna dengan yang lainnya ditunjukkan dengan menggunakan tabung kubus padat, dimana Hue, Value dan Chroma diletakkan sepanjang ketiga sumbu. Tiap warna mungkin mewakili titik dalam kubus ini selengkapnya akan memiliki tiga koordinat dari titik tersebut. Ketiga sifat-sifat tersebut selalu memberikan urutan-urutan Hue, Value dan Chroma. Misalnya dalam notasi Munsell 10 YR 6/4, 10 YR adalah Hue, 6 adalah Value dan 4 adalah Chroma. Warnanya coklat kuning yang terang. Notasi Munsell untuk contoh tanah secepatnya dapat dietapkan dengan membandingkan warna contoh tanah dengan warna tanah standart pada colour-chart. Yang biasanya dipakai adalah Munsell Soil colour Chart yang dipakai oleh USDA (Amerika). Suhu Tanah Jika temperatur tanah turun secara drastis, maka kehidupan jasad hidup di dalam tanah turun aktifitasnya sehingga akhirnya proses kehidupan jasad-jasad itu terhenti. Hal yang sama juga terjadi pada tanaman-tanaman yang tumbuh pada tanah itu. Proses pertumbuhan kebanyakan tanama-tanaman pertanian yang penting akan sangat lambat jika temperatur tanah 40oF dan giat kembali jika temperature 70-90oF.. Temperatur tanah juga sangat menentukan proses-proses kimiawi dan aktifitas jasad-jasad renik yang dapat merombak hara-hara tanaman menjadi bentuk tersedia bagi tanaman. Pertumbuhan tanaman juga ditentukan oleh sistem aerasi tanah yang baik dan juga oleh temperatur. Keseimbangan panas tanah terdiri dari peristiwa berganti-ganti dari peningkatan dan penurunan energi panas. Radiasi sinar matahari yang diterima oleh permukaan tanah sebagiannya akan direfleksikan kembali ke udara (atmosfer) dan sebagian diabsorbsi tanah. Tanah-tanah berwarna gelap dan tanah-tanah mengandung kwarsa yang banyak dan berwarna terang akan mengabsorbsi kira-kira 30-80 % radiasi yang masuk. Dari jumlah total radiasi matahari yang tersedia untuk bumi, sekitar 34% akan direfleksikan kembali ke ruang angkasa, 19% diabsorbsi atmosfer dan 47% diabsorbsi oleh bumi. Panas yang diabsorbsi tanah akan hilang kembali melalui : a. penguapan (evaporasi) b. re-radiasi ke atmosfer sebagai radiasi gelombang panjang c. pemanasan udara di atas tanah d. pemanasan tanah sendiri. Tanah yang tinggi kandungan airnya akan panas perlahan-lahan dalam musim penghujan, tetapi akan cepat panas bila di musim kemarau. Drainase sangat penting dan mempengaruhi temperatur tanah. Suhu tanah dapat dikontrol dengan pembuangan air berlebihan dengan pembuatan parit-parit drainase, perlindungan tanah dengan tanaman dan penggunaan mulsa. Pengaruh mulsa organik yang berwarna terang bagi tanah : a. memantulkan sebagian radiasi matahari b. mamperlambat hilangnya panas oleh radiasi c. meningkatkan infiltrasi air dan d. mengurangi evaporasi air di permukaan tanah. Penggunaan mulsa plastik yang berwarna gelap akan memberikan pengaruh pada tanah sebagai berikut : a. mengabsorbsi sebagian besar radiasi b. mengurangi hilangnya panas dari tanah oleh radiasi matahari c. mengurangi evaporasi air dari permukaan tanah. Selain itu sering digunakan mulsa plastik yang jernih yang berguna untuk meningkatkan temperatur tanah di daerah musim panas yang dingin.
Struktur tanah adalah sifat fisik tanah, tetapi pembentukannya berlangsung secara fisikokimia dan banyak melibatkan proses biologi. Struktur diklasifikasikan menurut :
A. Bentuk :
1. Struktur sederhana (satuan struktur alami tidak terbentuk atau samar) - kersai, partikel tunggal tidak teragregasi; contoh bahan pasir - pejal, partikel-partikel memadu secara merata; contoh kerak tanah dan lapisan padas
2. Struktur majemuk (satuan struktur alami terbentuk jelas)
- remah, satuan struktur berbentuk membola, partikel-partikel tersusun longgar, berpori banyak; contoh horison tanah permukaan yang kaya bahan organik
- granuler, satuan struktur membentuk membola, partikel-partikel tersusun lebih rapat, berpori lebih sedikit; contoh horison tanah permukaan berwarna gelap
- gumpal, satuan struktur berbentuk bak-kubus, partikel-partikel tersusun rapat, berpori sedikit; contoh horison baawah tanah yang terbentuk di kawasan beriklim bermusim kemarau tegas • gumpal membulat, kubus bersudut tumpul dan berbidan cembung, berpori lebih banyak • gumpal menyudut, kubus menyudut tajam dan berbidang rata, berpori lebih sedikit
- tiang, satuan struktur bersumbu tegak lebih panjang daripada sumbu datar, berpori terbatas, terutama berarah tegak. • prismatik, bidang atas tiang mendatar; contoh horison bawah tanah yang terbentuk di kawasan iklim kering sampai setengah kering. • Kolumner, bidang atas tiang cembung; contoh horison bawah tanah terbentuk di kawasan iklim kering sampai setengah kering berkejenuhan Na tinggi - lempeng, satuan struktur bersumbu tegak lebih pendek daripada sumbu datar, berpori terbatas, terutama berarah mendatar; contoh horison tanah di bawah horison permukaan berwarna pucat.
B. Ukuran : besar rata-rata satuan struktur dipilahkan menjadi lima kelas ukuran, yaitu : sangat halus, halus, sedang, kasar dan sangat kasar. Batasan kelas ukuran berbeda untuk bentuk struktur masing-masing. Tabel 3.2 memuat batasan kelas ukuran menurut Soil Survey Division Staff (1993).
Tabel 3.2. Klassifikasi Ukuran Struktur
Kelas ukuran
(mm)
|
Bentuk struktur
| |||
lempeng
|
tiang
|
gumpal
|
Remah & granuler
| |
Sangat halus
Halus
Sedang
Kasar
Sangat kasar
|
<1
1-2
2-5
5-10
>10
|
<10
10-20
20-50
50-100
>100
|
<5
5-10
10-20
20-50
>50
|
<1
1-2
2-5
5-10
>10
|
D. Kemantapan agregat : ketahanan rata-rata agregat tanah melawan pendispersi oleh benturan tetes air hujan atau penggenangan air. Kemantapan tergantung pada ketahanan jonjot tanah melawan daya dispersi air dan kekuatan sementasi atau pengikatan. Struktur tanah disyarati oleh tekstur, adanya bahan organik dan bahan-bahan perekat lain serta nisbah atau perbandingan antara berbagai kation yang ada dalam tanah. Struktur tanah berpengaruh penting atas regim udara dan air dalam tanah, antaran hidrolik dan konsekuensinya yang berpengaruh atas pertumbuhan akar dan kegiatan biologi dalam tanah.
Konsistensi Tanah
Konsistensi menyatakan daya bahan tanah melawan gaya tusuk, deformasi atau gaya pematahan. Konsisitensi merupakan ungkapan mekanik daya ikat antar partikel yang berkaitan dengan tingkat dan macam kohesi dan adhesi. Ini berarti konsistensi oleh kadar air tanah. Faktor-faktor lain yang berpengaruh adalah bahan-bahan penyemen agregat tanah, bentuk dan ukuran agregat, serta tingkat agregasi. Konsistensi berkaitan erat dengan faktor-faktor yang mempengaruhi struktur tanah, seperti tekstur, macam liat, dan kadar bahan organik. Tanah bertekstur sama dapat berbeda konsistensinya karena berbeda macam liatnya.
Kohesi diwujudkan oleh tarikan molekuler yang terdapat pada tanah yang berpermukaan jenis besar, partikel-partikel tanah terletak dengan permukaan terluasnya saling berhadapan dan partikel-partikel berada dekat satu dengan yang lain. Kohesi paling besar terdapat dalam tanah kering dan menurun tajam dengan masuknya air di sela-sela partikel tanah
Adhesi diujudkan oleh tegangan permukaan yang timbul pada antarmuka antara air dan udara dalam pori-pori tanah. Besarnya adhesi ditentukan oleh tegangan permukaan tiap satuan bidang singgung dan luas bidang singgung. Pada kadar air terbatas, tegangan permukaan pada tiap satuan bidang singgung tinggi (meniskus air sangat cekung), akan tetapi luas bidang singgung sempit, maka kekuatan adhesi kecil. Kenaikan kadar air memperluas bidang singgung dan hanya menurunkan sedikit tegangan permukaan tiap satuan bidang singgung, maka kekuatan adhesi meningkat. Kenaikan kadar air lebih lanjut meningkatkan luas bidang singgung dan menurunkan secara tajam tegangan permukaan tiap satuan bidang singgung (kecepatan meniskus air sangat berkurang). Akibatnya kekuatan adhesi hilang dan tanah berubah menjadi lumpur. Gambar 3-3 di bawah menunjukkan hubungan kohesi dan adhesi dengan kadar air dan konsekuensinya atas konsistensi tanah. Oleh karena konsistensi bergantung pada kadar air, perbandingannya harus dikerjakan pada keadaan lengas yang sama. Gambar 3-3. Hubungan Kohesi dan Adhesi dengang kelembaban Tanah dan Konsekuensinya atas konsistensi Tanah Konsistensi dapat dibagi menurut tingkat kebasahan tanah : 1. Tanah kering. Tanah berada pada tahana padat, tingkat nisbi konsistensi sangat tinggi dengan sifat sangat keras, keras, teguh atau rapuh, tergantung pada jumlah tapak singgung antarpartikel tiap satuan volum dan daya tumpu tinggi dengan pengukuran penetrometer. Kohesi menjadi pelaku utama. 2. Tanah lembab. Tanah berada pada tahana setengah padat, tingkat nisbi konsistensi rendah dengan sifat lunak atau gembur dan agak lekat atau tidak lekat dan daya tumpu cukup tinggi. Kohesi sama-sama menjadi pelaku utama. 3. Tanah basah. Tanah berada pada tahan liat, tingkat nisbi konsistensi tinggi dengan sifat sangat liat, liat atau agak liat, dan sangat lekat, lekat atau agak lekat dan daya tumpu sangat rendah sampai rendah. Adhesi menjadi pelaku utama. 4. Tanah sangat basah atau jenuh air. Tanah berada pada tahana lumpur (bubur), tingkat nisbi konsistensi sanagt rendah dengan sifat kental dan daya tumpu dapat dikatakan nihil. Atterberg membuat batas-batas konsistensi yang dikenal dengan batas-batas Atterberg. Batas-batas ini dapat digambarkan dengan diagram garis seperti gambar di bawah ini. Gambar 3-4. Batas-Batas Atterberg Batas Atterberg adalah persen berat kadar lengas tanah yang menendai terjadinya perubahan konsistensi secara nyata dan jelas. Nilai-nilai ini terutama digunakan dalam pekerjaan rekayasa teknik, namun secara terbatas juga dugunakan dalam bidang pertanian. Urutan konsistensi berikut dijumpai sewaktu tanah berubah secara berangsur dari jenuh air ke kering. 1. Batas liat atas (BLA) atau batas cair (BC). Kadar lengas tanah yang membatasi konsistensi lumpur/bubur dan liat. 2. Batas lekat (BL). Kadar lengas tanah yang konsistensinya berubah dari lekat ke taklekat. Adhesi mencapai puncak di BL. BL dapat berada di atas atau di bawah BC. 3. Surplus (S). Selisih kadar lengas BL dengan BC. Dalam hal ini kadar lengas BL lebih tinggi daripada BC, dan S bernilai positif. Dalam hal sebaliknya, S bernilai negatif. S positif menandakan tanah ringan, bertekstur kasar sampai sedang, tingkat agregasi tinggi dan daya tambat air kecil. Untuk mencapai puncak adhesi diperlukan air lebih banyak. S bernilai negatif menandakan tanah berat, bertekstur halus, tingkat agregasi rendah dan daya tambat air besar. Puncak adhesi dapat dicapai dengan jumlah air lebih sedikit. 4. Batas liat bawah (BLB) atau batas gulung (BG). Kadar lengas yang membatasi konsistensi liat dan setengah padat (takliat). 5. Indeks keliatan (Ip). Selisih kadar lengas BLA dan BLB. Ip makin besar menandakan tanah makin liat. Diantara BLA dan BLB tanah bersifat basah. 6. Batas berubah warna (BBW) atau batas kerut (BK). Kadar lengas tanah pada batas antara konsistensi setengah padat dan padat. BBW merupakan puncak kohesi. Di BBW tanah mulai mengering. Udara mulai mengisi pori-pori yang semula berisi air. Maka terjadi perubahan warna mendadak ke lebih muda. Tanah tidak dapat mengerut lebih jauh lagi. 7. Jangka oleh (JO). Secara umum, tanah untuk pertanaman sebaiknya diolah dalam rentangan antara BLB dan BBW. Di bawah BBW tanah sudah kering dan memerlukan tenaga untuk mengolah terlalu banyak dan struktur tidak dapat terbentuk baik. Diatas BLB tanah sudah bersifat liat sehingga peka akan kerusakan struktur. JO adalah selisis kadar lengas BLB dan BBW. Mengolah tanah diantara BLA dan BL tidak baik karena selain struktur peka terhadap kerusakan juga memerlukan tenaga untuk mengolah banyak karena atanah berkonsistensi lekat (melekat pada alat-alat pengolah tanah). Kecuali pada pengolahan tanah sawah yang mana tanahnya justru diolah pada waktu tanah berkonsistensi lumpur. Struktur memang rusak, tetapi tenaga mengolah ringan. Tabel 3-3 di bawah ini menyajikan penggolongan secara kuantitatif batas-batas Atterberg. BBW rendah bersamaan dengan BLB tinggi menyebabkan tanah mudah diolah karena tersedia rentangan kadar lengas tanah yang lebar yang baik untuk mengolah tanah (JO lebar). BL tinggi dan S positif juga mengurangi kendala konsistensi tanah untuk mengolah. Tabel 3-3 . Pengggolongan kuantitatif batas-batas Atterberg Harkat Keliatan BLA - BLB Rentangan BL - BLB Rentangan BLA - BBW Tekstur Sangat rendah Rendah Sedang Tinggi Sangat tinggi Luar biasa tinggi 0 – 5 6 – 10 11 – 17 18 – 30 31 – 43 > 43 1 – 3 4 – 8 9 – 15 16 – 25 26 – 40 > 40 < 20 21 – 30 31 – 45 46 – 60 61 – 100 >100 Ringan Berat Sangat berat Ruang Pori dan Porositas Tanah Ruang pori total tanah adalah bagian tanah yang ditempati udara dan air. Persentase volume ruang pori total disebut porositas. Jumlah ruang pori ini sebagian besar ditentukan oleh susunan butir-butir padat. Kalau letaknya satu sama lain cenderung erat, seperti dalam pasir atau subsoil padat, porositas totalnya rendah dan jika tersusun dalam agregat yang bergumpal seperti pada tanah-tanah bertekstur sedang yang tinggi kandungan bahan organiknya, ruang pori per satuan volume akan tinggi. Berlaku ketentuan umum di atas dibuktikan dengan menggunakan rumus di bawah ini. % ruang padat = kerapatan massa X 100 kerapatan partikel Karena % ruang pori + % ruang padat = 100 maka % ruang pori = 100 - % ruang padat % ruang pori = 100 - kerapatan massa X 100 kerapatan partikel Tanah pasiran dengan kerapatan massa 1,50 gram/cm3 dan kerapatan partikel 2,65 gram/cm3 akan memiliki ruang pori 43,4%, jika dua gambaran ini dimasukkan dengan tepat dalam rumus tadi. Pada umumnya dalam tanah ada dua macam pori, pori makro dan pori mikro. Pori-pori makro mempunyai ciri menunjukkan lalu lintas udara dan memudahkan perkolasi air. Sebaliknya pori-pori mikro sangat menghambat lalu lintas udara sedangkan gerakan air sangat dibatasi menjadi gerakan kapiler yang lambat. Dalam tanah pasir meskipun jumlah ruang pori rendah, lalu lintas udara dan air sangat lancar karena pori-pori makro menguasai tanah tersebut. Dalam tanah bertekstur halus lalu lintas udara dan air relatif lambat walaupun jumlah ruang pori sangat besar. Di sini terdapat pori-pori mikro yang berisi penuh dengan air. Air ini tertahan oleh pori-pori mikro masing-masing. Jika tanah permukaan memiliki tekstur lempung berdebu berbutir baik dengan kadar lengas optimum bagi pertumbuhan tanaman, jumlah ruang pori seluruhnya tidak hanya mendekati 50 %, tetapi juga pembagian antara udara dan air harus dalam keadaan seimbang. Dalam keadaan ini hampir seluruh pori mikro diisi oleh air dan pori makro diisi oleh udara. Ruang pori total pada tanah pasir mungkin rendah tetapi mempunyai proporsi yang besar yang disusun oleh komposisi pori-pori yang besar yang sangat efisien dalam pergerakan udara dan airnya. Persentase voleme yang dapat terisi air pada tanah pasir rendah yang menyebabkan kapasitas menahan air rendah. Sebaliknya tanah-tanah permukaan dengan tekstur halus mempunyai ruang pori total lebih banyak dan proporsinya relatif besar yang disusun oleh pori-pori mikro, sehingga tanah mempunyai kapasitas menahan air yang tinggi. Air dan udara bergerak melalui tanah dengan perlahan-lahan, sebab hanya terdapat sedikit pori-pori makro. Ukuran ruang pori tanah sama pentingnya dengan jumlah total ruang pori. Kerapatan Tanah Dua istilah digunakan untuk memperlihatkan kerapatan tanah, yaitu kerapatan massa (kerapatan lindak, kerapatan bongkah, berat volum, BV) dan kerapatan partikel (kerapatan jenis, kerapatan zarah, berat jenis, BJ). Kerapatan massa adalah ukuran kerapatan dari tanah tersebut secara alami termasuk ruang porinya dan kerapatan partikel adalah ukuran kerapatan partikel tanah. Untuk menentukan menentukan kerapatan partikel tanah pertimbangan hanya diberikan untuk partikel yang solid yang didefenisikan sebagai massa tiap unit volume partikel tanah yang dinyatakan dengan rumus : BJ = Bp/Vp Yang mana Bp adalah berat partikel dan Vp adalah volum partikel dan dinyatakan dalam gram/cm3. Untuk kebanyakan tanah-tanah mineral kerapatan partikelnya berkisar 2,65 gram/cm3. Bahan organik tanah mempunyai BJ 1,3 – 1,5 gram/cm3. BJ tanah sesungguhnya dapat dihitung dengan rumus : BJt = BJmPm + BJoPo BJt = berat jenis tanah BJm = berat jenis komponen mineral BJo = berat jenis komponen organik Pm = fraksi komponen mineral di dalam tanah Po = fraksi komponen organik di dalam tanah. Tabel 3-4 berisi BJ bahan-bahan penyusun tanah (Kohnke, 1968). Tabel 3-4. Berat jenis bahan penyusun tanah dalam g/cm3 Bahan BJ Bahan BJ Humus Liat Kaolinit Ortoklas Mikrilin Kuarsa Albit Rijang (flint) Kalsit 1,3 –1,5 2,2 – 2,6 2,2 – 2,6 2,5 – 2,6 2,5 – 2,6 2,5 – 2,8 2,6 – 2,7 2,6 – 2,7 2,6 – 2,8 Anortit Dolomit Muskovit Biotit Apatit Limonit Magnetit Pirit Hematit 2,7 – 2,8 2,8 – 2,9 2,7 – 3,0 2,8 – 3,1 3,2 – 3,3 3,5 – 4,0 4,9 – 5,2 4,9 – 5,2 4,9 – 5,2 BV ialah berat benda setiap satuan volum benda dengan rumus : BV = Bb/Vb Dimana Bb adalah berat benda yang sama dengan Bp ddan Vb adalah volum benda yang sama dengan Vp + Vtp. Vtp adalah volum total pori yang terdapat diantara partikel. Sehingga BV = Bp/(Vp = Vtp) Untuk suatu bahan yang sama, BJ selalu lebih besar dari BV. Dengan angka-angka BJ dan BV dapat dihitung porositas total tanah (n) yaitu persen volum total pori tanah terhadap volum total tanah. Rumusnya adalah : N = (1 – BV/BJ) x 100% Untuk menghitung berat tanah seluas satu hektar perlu diketahui berapa BV tanah tersebut. Satu hektar sama dengan 100 m2, jadi mempunyai luas 10.000 m2. Volume tanah pada ketebalan 20 cm pada satu hektar sama dengan : 10.000 m2 x 0,2 m = 2000 m3. Satu m3 tanah dengan BV = 1,3 g/cm3 beratnya 1300 kg maka berat lapisan setebal 20 cm seluas 1 hektar mempunyai berat : 2.000 m3 x 1.300 kg = 2.600.000 kg = 2.600 ton. Permebilitas Tanah Permeabilitas merupakan kemudahan cairan, gas dan akar menembus tanah. Permeabilitas tanah untuk air merupakan konduktifitas hidraulik. Berbagai macam kelas konduktifitas hidraulik untuk gerakan vertikal diketahui dalam tanah jenuh air disajikan pada Tabel 3-5. Tabel 3-5. Kelas-kelas Konduktifitas Hidraulik Kelas Konduktivitas jenis Mikrometer/menit (μm/men) cm/jam Sangat tinggi Tinggi Sedang Agak rendah Rendah Sangat rendah > 100 10 –100 1 –10 0,1 – 1 0,01 – 0,1 < 0,01 > 36 3,6 – 36 0,36 3,6 0,036 – 0,36 0,0036 – 0,036 < 0,0036 Pengetahuan mengenai konduktivitas hidraulik tanah penting dalam menentukan : 1. Menentukan jarak diantara garis-garis lubang drainase 2. Ukuran luas bagian dasar sistem septic tank. 3. Ukuran teras dan kemiringan saluran teras dalam pengendalian erosi 4. Panjang dan gradien parit irigasi. Aerasi Tanah Aerasi tanah adalah proses pertukaran O2 dan CO2 tanah dan atmosfer. Jenis-jenis gas lain yang termasuk dalam pertukaran ini adalah bentuk volatil nitrogen (N2, NH3, NO, NO2), sulfur (H2S, SO2) dan hidrokarbon (CH4). Proses aerasi tanah merupakan salah satu faktor terpenting dalam produktivitas tanah. Akar tanaman menyerap oksigen dan melepaskan karbondioksida pada proses respirasi. Pada kebanyakan tanaman (kecuali tanaman padi), perpindahan oksigen internal dari bagian permukaan tanah (daun dan cabang) menuju bagian bawah permukaan tanah (akar) tidak dapat terjadi pada kecepatan yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan oksigen pada perakaran. Respirasi akar yang baik memerlukan tanah teraerasi, yaitu pertukaran gas yang terjadi antara udara tanah dan atmosfer pada kecepatan tertentu untuk menghindari kekurangan O2 dan CO2 berlebihan yang terbentuk dalam zona perakaran. Mikroorganisme tanah juga bernafas, dan pada kondisi kurang udara, organisme ini akan bersaing dengan akar tanaman. Laju difusi gas pada fase gas umumnya lebih besar dibandingkan pada fase cair. Oleh sebab itu aerasi tanah sangat tergantung pada fraksi volume pori yang terisi udara. Terhambatnya aerasi disebabkan oleh drainase buruk dan penggenangan air atau dari pemadatan mekanis pada tanah dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Masalah pemadatan tanah menjadi semakin penting dalam dekade terakhir ini karena kecendrungan penggunaan mesin yang lebih besar dan lebih berat serta kecenderungan pengolahan tanah secara berlebihan. Aerasi yang buruk dapat menurunkan pengambilan air dan menyebabkan pelayuan awal serta menyebabkan penurunan permeabilitas akar terhadap air. Kondisi anaerobik dalam tanah menghasilkan sekumpulan reaksi reduksi, secara kimi dan biokimia. Beberapa diantara reaksi reduksi adalah denitrifikasi (proses perubahan nitrat menjadi nitrit kemudian menjadi oksida nitrit dan akhirnya menjadi unsur nitrogen : NO3- → NO2- → NO2 → N2 ) ; reduksi mangan dari manganat menjadi bentuk mangano; reduksi besi dari feri menjadi fero; dan reduksi sulfat yang mengahsilkan hidrogen sulfida. Kebanyakan berbagai produk proses anaerobik bersifat racun bagi tanaman. Pada tanah dengan aerasi yang baik, komposisi udara tanah mendekati sama dengan atmosfer luar karena oksigen yang dikonsumsi dalam tanah segera diganti oleh oksigen dari atmosfer. Hal ini tidak berlaku bagi tanah dengan aerasi jelek. Konsentrasi CO2 atmosfer sekitar 0,03%, tetapi di dalam tanah, CO2 bisa mencapai sepuluh kali atau bahkan seratus kali lebih besar karena adanya respirasi aerobik akar tanaman dan berbagai organisme besar dan kecil yang terdapat di dalam tanah. Efek Penggenangan dan Pelumpuran pada Sifat-Sifat Fisik Tanah Penggenangan pada tanah kering mengakibatkan air memasuki agregat dan mendorong udara dalam pori menyebabkan letusan-letusan kecil yang memecahkan dan memisahkan masing-masing agregat. Kondisi anaerob mengakibatkan terjadinya peristiwa reduksi dan tidak larutnya campuran-campuran besi dan mangan dan terhambatnya dekomposisi bahan organik. Stabilitas agregat menurun sangat besar dan agregat-agregat yang tertinggal mudah dihancurkan. Pemecahan agregat tanah dan penyumbatan pori-pori dengan sisa buangan mikrobia mengurangi permeabilias tanah atau konduktivitas hidraulik. Pelumpuran merupakan suatu proses penghancuran agregat tanah dengan menggunakan bajak pada keadaan tanah jenuh air yang menutupi seluruh permukaan tanah. Agregat-agregat yang telah melemah dan pecah-pecah oleh proses penggenangan dihancurkan menjadi bentuk lumpur yang berbentuk sama yang merupakam satu sistem dengan 2 fase penting yaitu padatan dan cairan. Injakan- injakan kaki manusia atau hewan efektif dalam pembentukan daerah padat setebal 5 – 10 sentimeter. Hasil selanjutnya dari pelumpuran adalah meningkatkan kerapatan massa, menurunkan pori-pori makro dan meningkatkan porositas kapiler. Permeabilitas tanah yang rendah sangat penting untuk menjaga agar air tetap tergenang pada sawah sepanjang musim tanam. Air yang cukup akan mendukung pertumbuhan padi dan level oksigen tanah mendekati level yang dapat menghambat sebagian besar gulma. Air yang menutupi sawah mempunyai kadar oksigen yang cenderung sama dengan oksigen di atmosfer. Lapisan air yang mengandung oksigen tersebut mensuplai oksigen melalui difusi ke lapisan tanah bagian atas yang tipis setebal 1 milimeter sampai 1 sentimeter seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan atas yang tipis menahan warna tanah yang teroksidasi. Tanah dibawah lapisan permukaan yang tipis dan diatas lapisan yang mengalami pemadatan mengalami defisiensi oksigen dan mengalami kemunduran. Warna tanah menjadi keabu-abuan atau hitam. Tanah di sekeliling daerah perakaran padi dioksidasi karena adanya ekskresi oksigen oleh akar yang menghasilkan suatu lapisan tipis berwarna merah kekuningan yang mengelilingi akar dimana besi fero telah dioksidasi menjadi besi feri dan diendapkan di permukaan akar. Tanah di bawah lapisan yang mengalami pemadatan (subsoil) dapat teroksidasi atau tereduksi. Apabila tanah berada dalam keadaan stres dan air berkurang akan menampakkan suatu subsoil yang berwarna abu-abu yang merupakan tanda tanah tereduksi. Subsoil-subsoil yang baik juga dipenuhi dengan kandungan pasir yang tinggi. Warna Tanah Warna tanah yang bervariasi dapat digambarkan sebagai petunjuk mengenai sifat-sifat tanah yaitukandungan bahan organik, kondisi drainase dan aerase tanah. Warna tanah juga digunakan untuk klasifikasi tanah dan mencirikan perbedaan horizon-horizon dalam tanah berdasarkan perbedaan warna tanah. Faktor-faktor yang mempengaruhi warna tanah : 1. kandungan bahan organik 2. sistem drainase 3. jenis mineral besi Warna gelap tanah pada umumnya disebabkan kandungan bahan organik yang tinggi. Bahan organik dalam tanah akan menghasilkan warna kelabu gelap dan coklat gelap kecuali terdapat pengaruh mineral seperti besi oksida ataupun akumulasi garam-garam sehingga sering terjadi modifikasi warna-warna tersebut. Pada tanah yang memiliki sistem drainase yang jelek biasanya terjadi akumulasi bahan organik pada lapisan atas tanah sehingga memberikan warna gelap. Pada lapisan tanah yang lebih rendah mengandung lebih sedikit bahan organik akan memberikan warna agak kelabu ringan. Jika pada lapisan terjadi fluktuasi air (air turun-naik) maka pada lapisan ini akan terlihat karatan atau bercak berwarna kuning. Jika permukaan air tanah menurun akan menyebabkan aerasi tanah membaik, kelembaban dan temperatur juga lebih baik yang mengakibatkan berlangsungnya aktifitas kimia. Mineral-mineral besi dalam tanah seperti goethit akan memberikan warna kuning pada tanah dan hematit akan memberikan warna merah. Warna tanah dengan akurat dapat diukur dengan sifat-sifat prinsip warnanya, yaitu Hue, Value, dan Chroma. Warna tanah ditentukan dengan membandingkan tanah-tanah dengan sebuah tabel warna “Munsell Color Chart” yang berisi 175 warna yang disusun secara sistematik pada 7 label yang sesuai dengan Hue, Value, dan Chroma. Hue adalah panjang gelombang dominan atau warna dari cahaya. Value disebut juga kekerasan cahaya atau brilliance adalah jumlah total cahaya. Chroma adalah kemurnian relative (relative purity) dari panjang gelombang cahaya yang dominan. Warna ini meningkat dengan menurunnya proporsi sinar putih. Notasi warna menurut Munsell merupakan angka numerik yang sistematis dan terdapat huruf-huruf penunjukan tiap variable sifat warna. Hubungan-hubungan antara satu warna dengan yang lainnya ditunjukkan dengan menggunakan tabung kubus padat, dimana Hue, Value dan Chroma diletakkan sepanjang ketiga sumbu. Tiap warna mungkin mewakili titik dalam kubus ini selengkapnya akan memiliki tiga koordinat dari titik tersebut. Ketiga sifat-sifat tersebut selalu memberikan urutan-urutan Hue, Value dan Chroma. Misalnya dalam notasi Munsell 10 YR 6/4, 10 YR adalah Hue, 6 adalah Value dan 4 adalah Chroma. Warnanya coklat kuning yang terang. Notasi Munsell untuk contoh tanah secepatnya dapat dietapkan dengan membandingkan warna contoh tanah dengan warna tanah standart pada colour-chart. Yang biasanya dipakai adalah Munsell Soil colour Chart yang dipakai oleh USDA (Amerika). Suhu Tanah Jika temperatur tanah turun secara drastis, maka kehidupan jasad hidup di dalam tanah turun aktifitasnya sehingga akhirnya proses kehidupan jasad-jasad itu terhenti. Hal yang sama juga terjadi pada tanaman-tanaman yang tumbuh pada tanah itu. Proses pertumbuhan kebanyakan tanama-tanaman pertanian yang penting akan sangat lambat jika temperatur tanah 40oF dan giat kembali jika temperature 70-90oF.. Temperatur tanah juga sangat menentukan proses-proses kimiawi dan aktifitas jasad-jasad renik yang dapat merombak hara-hara tanaman menjadi bentuk tersedia bagi tanaman. Pertumbuhan tanaman juga ditentukan oleh sistem aerasi tanah yang baik dan juga oleh temperatur. Keseimbangan panas tanah terdiri dari peristiwa berganti-ganti dari peningkatan dan penurunan energi panas. Radiasi sinar matahari yang diterima oleh permukaan tanah sebagiannya akan direfleksikan kembali ke udara (atmosfer) dan sebagian diabsorbsi tanah. Tanah-tanah berwarna gelap dan tanah-tanah mengandung kwarsa yang banyak dan berwarna terang akan mengabsorbsi kira-kira 30-80 % radiasi yang masuk. Dari jumlah total radiasi matahari yang tersedia untuk bumi, sekitar 34% akan direfleksikan kembali ke ruang angkasa, 19% diabsorbsi atmosfer dan 47% diabsorbsi oleh bumi. Panas yang diabsorbsi tanah akan hilang kembali melalui : a. penguapan (evaporasi) b. re-radiasi ke atmosfer sebagai radiasi gelombang panjang c. pemanasan udara di atas tanah d. pemanasan tanah sendiri. Tanah yang tinggi kandungan airnya akan panas perlahan-lahan dalam musim penghujan, tetapi akan cepat panas bila di musim kemarau. Drainase sangat penting dan mempengaruhi temperatur tanah. Suhu tanah dapat dikontrol dengan pembuangan air berlebihan dengan pembuatan parit-parit drainase, perlindungan tanah dengan tanaman dan penggunaan mulsa. Pengaruh mulsa organik yang berwarna terang bagi tanah : a. memantulkan sebagian radiasi matahari b. mamperlambat hilangnya panas oleh radiasi c. meningkatkan infiltrasi air dan d. mengurangi evaporasi air di permukaan tanah. Penggunaan mulsa plastik yang berwarna gelap akan memberikan pengaruh pada tanah sebagai berikut : a. mengabsorbsi sebagian besar radiasi b. mengurangi hilangnya panas dari tanah oleh radiasi matahari c. mengurangi evaporasi air dari permukaan tanah. Selain itu sering digunakan mulsa plastik yang jernih yang berguna untuk meningkatkan temperatur tanah di daerah musim panas yang dingin.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
1. Baver L.D., W.H. Gardner dan W.R.
Gardner, 1972. Soil Physics. Fourth Ed. John Wiley & Sons Inc., New
York. xx + 498 p.
2. Buckman, H.O. dan N.C Brady. 1982. Ilmu Tanah.
Terjemahan oleh Soegiman. Bhratara Karya Aksara. Jakarta. xvii + 788
hal.
3. Foth, H.D. 1991. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Terjemahan oleh Endang
D.W. dkk. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. xiii + 782 hal
4.
Hillel, D. 1998. Pengantar Fisika Tanah. Terjemahan oleh Robiyanti H.S.
dan Rahmad H.P. Mitra Gama Widya. Yogyakarta. xx+ 463 hal
5. Kohnke, H.
1968. Soil Physics. Tata McGraw-Hill Publishing Company Ltd. Bombay. x +
224p.
6. Notohadiprawiro, T. 2000. Tanah dan Lingkungan. Pusat Studi
Sumber Daya Lahan UGM. Yogyakarta. viii +187
Share
0 komentar:
Posting Komentar
Thanks buat semua yang sudah kasih komentar