pendahuluan sifat fisik sifat kimia -...

PENCEMARAN TANAH

Pendahuluan

Sifat fisik Sifat kimia

Sumber referensi:

V. Novotny and G. Chesters: Handbook of non-point pollution, Van Nostrand Reinhold Co., 1981

S. Hardjowigeno: Ilmu tanah, PT Medyatama Sarana Perkasa, 1987 K.H. Tan: Dasar-dasar kimia tanah, Gajah Mada University Press, 1982 S. Sosrodarsono: Hidrologi untuk pengairan, PTPradnya Paramita, 1978

Disiapkan oleh: Enri Damanhuri [email protected]

Guru Besar pada Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan – ITB 1

Enri Damanhuri - FTSL ITB 2013 Pencemaran Tanah

Tanah: pendahuluan (1) • Terdapat dimana-mana, kepentingannya berbeda • Sebagai media tumbuhnya tanaman darat; • Hasil pelapukan batuan, bercampur sisa-sisa bahan organik

dari hewan-vegetasi;

• Bahan penyusun: mineral, organik, air dan udara; terdapat pula mikroorganisme yang berkembang subur karena tersedianya makanan pada tanah;

• Air dalam tanah: berasal dari hujan, ditahan, meresap dsb; • Dalam proses pembentukannya: terbentuk lapisan-lapisan

(horizon-horozon); Definisi tanah: kumpulan benda alam di permukaan bumi,

tersusun dalam horizon-horizon, terdiri dari campuran mineral, organik, air, dan udara; merupakan media untuk tumbuhnya tanaman.

Enri Damanhuri - FTSL ITB 2013 -

Pencemaran Tanah 2

Tanah: pendahuluan (2) • Lapisan atas pada lahan bukan sawah (% volume), umumnya:

– Mineral: 45% – Organik: 5% – Udara: 20-30% – Air: 20-30

• Bahan mineral berasal dari pelapukan batuan – Batuan:

• Batuan beku (vulkanik) • Batuan endapan (sedimen) • Batuan metamorfosa

– Batuan vulkanik Indonesia: kaya unsur hara – Batuan sedimen dan metamorfosa: diendapkan berjuta

tahun, rendah unsur hara – Batuan metamorfosa: terbentuk dari batuan beku atau

sedimen, karena tekanan, temperatur sangat tinggi berubah menjadi batuan lain. Misal marmer dari batu kapur karbonat, kwarsit dari batu pasir.

Enri Damanhuri - FTSL ITB 2013 - Pencemaran Tanah

3

Tanah: pendahuluan (3) Bahan organik pada tanah: • Umumnya ditemukan di permukaan; • Jumlah: kecil (3-5%), tetapi berpengaruh pada sifat tanah:

– Sebagai granulator: memperbaiki struktur tanah – Sumber hara C, N, P dan S – Menambah kemampuan menahan air – Menambah kemampuan menahan unusr hara kapasitar tukar kation menjadi lebih tinggi

– Sumber energi bagi mikroorganisme • Terdiri dari: organik kasar, dan organik halus (humus); • Humus: senyawa yang resisten, warna hitam-coklat, daya

simpan air tinggi, berada pada lapisan atas (top soil), kapasitas tukar kation tinggi;

• Kompos bersifat sebagai humus; • Tanah gambut pada daerah rawa: tanah organik lebih dari 20-

30%, tebal lebih dari 40cm.


4

Tanah: pendahuluan (4) Air pada tanah: • Terdapat dalam tanah karena ditahan (diserap), tertahan oleh

lapisan kedap, atau karena drainase yang kurang baik; • Berfungsi sebagai pelarut, dan pentransport unsur hara bagi

tanaman, juga bahan pencemar dari luar • Air ditahan tanah karena gaya-gaya adesi (tarik-menarik antara

air dan tanah), kohesi (tarik-menarik anatar butir air), dan gravitasi;

• Akibat gaya-gaya tsb. air dalam tanah dibedakan menjadi: o Air higroskopik: air yang ada dalam tanah, tertahan secara

kuat sehingga tidak dapat diambil akar tanaman adesi yang kuat;

o Air kapiler: air dalam tanah dengan daya kohesi dan daya adesi yang lebih kuat dari gaya gravitasi; air ini dapat bergerak ke samping atau ke atas karena gaya kapiler, sehingga dapat diserap oleh akar tanaman;

o Air yang bebas berada diantara butir-butir tanah.


5

Tanah: pendahuluan (5) Air pada tanah (lanjutan): dikenal beberapa istilah o Field capacity:

o Jumlah air terbanyak yang ada tanah lembab yang dapat ditahan oleh tanah dari gaya gravitasi (keadaan alamiah);

o Air tersebut dapat menguap (evaporasi, evapotranspirasi) dan diserap oleh akar tanaman;

o Air tersebut tertahan sampai tegangan 1/3 bar

o Wilting point: o bila air pada field capacity di atas

terus menerus diserap oleh akar atau menguap, sampai akar tidak dapat lagi mengambilnya.

o Air tersebut terjadi pada tegangan 15 bar


6

Saturasi

Field Capacity

Wilting

Tanpa tanaman

Dengan tanaman

Waktu

Kandungan air

Tanah: pendahuluan (6)

Udara pada tanah: o Udara mengisi pori-pori tanah, umumnya kurang dari 50% dari

volume tanah; o Tanah tergenang air: semua pori-porinya terisi air; o Susunan udara dalam tanah berbeda dengan di atmosfir:

o Kandungan upa air lebih tinggi: tanah lembab mempunyai kelembaban nisbi, mendekati 100%

o Kandungan CO2 lebih besar dari atmosfer o Kandungan O2 lebih kecil dibanding atmosfer. Salah satu sebab

karena biodegradasi bahan organik atau respirasi organisme hidup dalam tanah akan mengambil O2 dan melepaskan CO2.


7

Air pada tanah (lanjutan): dikenal beberapa istilah o Air yang tersedian untuk akar tanaman = air pada kondisi field

capacity – wilting point. o Kemampuan tanah menahan air dipengaruhi antara lain oleh

tekstur-nya; tanah bertekstur kasar menahan air lebhih kecil dibanding yang bertekstur halus.

Tanah: sifat fisik (1) 1. Profil tanah:

– Biasanya dibagi menjadi beberapa lapis, dikenal sebagai horizon:


8

Horizon O: organik, ‘bangkai’ tanaman

Horizon A: mikroflora, akumulasi humus,

pelindian garam, nitrifikasi, adsorpsi. Pada layer ini sebagian besar pencemaran dan adsorspsi terjadi.

Horizon B: Pelindian dari atasnya tersimpan

di sini, deposisi garam dan clay, permeabiliras rendah. Akar tanaman terbatas tiba di layer ini.

Horizon C: material induk penyusun batuan

Horizon D: comsolidated rock

Tanah: sifat fisik (2)

1. Profil tanah (lanjut): – Bentuk topografi dari batas horizon atas dapat berupa: rata,

berombak, tidak teratur, terputus; 2. Warna: petunjuk beberapa sifat tanah:

o Bagian permukaan: umumnya dipengaruhi oleh kandungan organik; makin tinggi organik, makin gelap warnanya (abu-abu).

o Lapisan bawah: kandungan organik rendah, warna dipengaruhi kandungan senyawa Fe.

o Daerah selalu tergenang air: warna abu-abu karena dominan Fe2+

o Daerah dengan drainase baik: warna kuning-coklat karena dominasi Fe3+ seperti Fe2O3 (hematit, warna merah) atau Fe2O3. 3H2O (limonit, warna kuning-coklat);


9


2. Warna (lanjut): o Bila kadang basah, kadang kering: disamping warna abu-

abu, di tempat udara dapat masuk, terdapat warna bercak merah-kuning, karena Fe2+ menjadi Fe3+

3. Tekstur: – Terdiri dari butir-butir berbagai ukuran; tekstur

menunjukkan kasar-halusnya tanah; – Tanah berukuran lebih dari 2 mm = bahan kasar, yaitu

kerikil (gravel: 2 – 15 mm) sampai batu. – Tanah berukuran 2 mm atau kurang dibagi menjadi 3

kelompok, yaitu sand (pasir), debu (silt) dan liat (clay): • Sand (pasir): 0,075 - 2,0 mm • Silt (debu): 0,002 – 0,075 mm • Clay (liat): kurang dari 0,002 mm (2µ)


10

Tanah: sifat fisik (4) 3. Tekstur (lanjut):

– Versi USDA (US Dept of Agriculture) – Versi USCS (Unified Soil Classification System)


11

0,075 mm 0,002 mm

Sieve # 200

2 mm

Sieve # 10


– Berdasarkan kandungan sand, silt dan clay, tanah dikelompokkan menjadi:


12

Sand Kasar Loamy sand Sandy loam Agak kasar Sandy loam (fine) Sandy loam (very fine) Loam Silt loam Sedang Silt

Clay loam Sandy clay loam Agak halus Silty clay loam Sandy clay Silty clay Halus clay

Sand = pasir Loam = lempung Silt = debu Clay = liat


Klasifikasi berdasarkan USDA didasarkan atas analisa distribusi ukuran partikel, membagi tanah atas sand, silt dan clay. Sand: bila paling tidak terdapat 70% pasir Clay: bila paling tidak terdapat 35% clay Loam: bila ketiga komponen tersebut berimbang


13

20% silt

74% sand

6% clay

74% sand, 20% silt dan 6% clay = sandy loam

Tanah: sifat fisik (7) 4. Struktur:

– Merupakan gumpalan kecil butir-butir tanah, mempunyai bentuk, ukuran, ketahanan (kemantapan) yang berbeda;

– Terjadi karena butir-butir sand, silt dan clay terikat satu sama lain oleh perekat organik, oksida besi, dsb;

– Bentuk: seperti lempeng, prisma, tiang, gumpal bersudut, gumpal membulat, granular, remah;

– Ukuran berbeda sesuai bentuk; – Kemantapan: mudah hancur, agak sukar hancur, sukar

hancur; – Tanah tidak berstruktur: bila tidak melekat satu sama lain,

atau saling melekat menjadi satuan yang masif; – Tanah dengan struktur baik (granular, remah) mempunyai

tata-udara yang baik, unsur hara mudah tersedia, mudah diolah.


14

Tanah: sifat fisik (8) 5. Konsistensi:

– Kekuatan kohesi atau adesi butir tanah dengan benda lain; – Tanah dengan konsistensi baik mudah diolah. – Dalam keadaan kering: konsistensi lunak sampai keras; – Dalam keadaan lembab: bisa dalam kondisi gembur

(mudah diolah) sampai teguh (sulit dicangkul); – Dalam keadaan basah: dibedakan dari sifat plastisitasnya

(plastis sampai tidak plastis), dan kelekatannya (lekat sampai tidak lekat)

– Konsistensi: bagian dari rheologi, ilmu yang mempelajari bentuk (deformation) dan aliran (flow) suatu benda;

– Sifat rheologi tanah: antara lain diukur dengan angka Atterberg;

– Nilai Atterberg: nilai (angka) kadar air tanah pada beberapa keadaan, digunakan sebagai dasar dalam ‘mengolah’ tanah tsb (contoh: liner, pelapis dasar landfill).


15


5. Konsistensi (lanjutan): – Angka Atterberg (%):

• Liquid limit (LL) atau batas mengalir: jumlah air terbanyak yang dapat ditahan tanah; bila air lebih banyak dari nilai tsb, tanah (bersama air) akan mengalir.

• Batas melekat: kadar air dimana tanah tidak melekat pada benda lain. Bila kadar air lebih kecil dari nilai tsb, tanah tidak melekat pada benda. Bila lebih tinggi, tanah mudah melekat.

• Bila tanah yang telah mencapai batas mengalir atau batas melekat tersebut dapat dibentuk seperti gulungan yang tidak patah saat digolek-golekkan, disebut tanah plastis.

• Plastic limit (PL) atau batas plastis: kadar air dimana gulungan tsb bila digolek-golekkan akan pecah.


16


5. Konsistensi (lanjutan): Angka Atterberg (%) (lanjut):


17

Pengertian Batas mengalir (LL)

Indek platisitas (IP)

Jangka olah

Sangat rendah < 20 0-5 1-3

Rendah 20-30 6-10 4-8

Sedang 31-45 11-17 9-15

Tinggi 46-70 18-30 16-25

Sangat tinggi 71-100 31-43 26-40

Esktrim tinggi >100 >43 >40

Clay liner landfill yang dianggap baik bila berada pada posisi ‘rendah’ sampai ‘sedang’



18

6.

7.



19


8. Pori-pori (Porositas):

• Bagian tanah yang tidak berisi padatan, tetapi terisi udara atau air

• Pori-pori makro: berisi udara atau air gravitasi

• Pori-pori mikro: berisi udara atau air kapiler

• Porositas (lanjut): tipikal nilai porositas tanah (%) • Kerikil (gravel) kasar = 28 • Kerikil menengah = 32 • Kerikil halus = 34 • Pasir (sand) kasar = 39 • Pasir menengah = 39 • Pasir halus = 43 • Silt = 46 • Clay = 42 • Limestone = 30


20


9. Potensi mengembang-mengerut: – Beberapa tanah mempunyai sifat mengembang (bila

basah) dan mengerut (bila kering) pada musim kering pecah, contoh tanah clay;

– Sifat ini disebabkan adanya kandungan mineral clay-montmorillonit.

– Besaran pengembangan dan pengerut dinyatakan: • Coefficient of linear extensibility –COLE (bidang ilmu

tanah), atau • Potential volume change-PVC (bidang engineering –

geoteknik)


21

Tanah: sifat kimia (1) 1. Asam-basa (pH tanah):

– Pada tanah asam, jumlah ion H+ lebih tinggi dibanding OH- demikian; sebailknya. Di Indonesia, tanah umumnya mempunyai pH 4,0 - 5,5.

– Di daerah rawa pH tanah < 3 , disebut tanah sulfat karena asam sulfat yang tinggi;

– Di daerah arid (kering) pH tanah bisa mencapai 9, karena banyak mengandung garam Na.

– pH tanah banyak menentukan: • Mudah tidaknya unsur hara diserap akar tanaman.

Kebanyakan unsur hara larut dalam air pada pH netral; • Kemungkinan adanya unsur racun bagi tanaman (dan

mahluk hidup lainnya); pada pH asam, unsur mikro, mineral, logam berat mudah larut pada air sehingga lebih mudah diakses oleh akar. Unsur-unsur tersebut menjadi racun bagi tanaman bila terlalu tinggi.

1. k 2. Koloid tanah: 3. Kapasitas tukar kation: 4. Pertukaran anion: 5. Mekanisme penyediaan-penyerapan hara: 6. Unsur N, P, K, Ca, Mg, S,Mikro


22

Tanah: sifat kimia (2) 2. Koloid tanah:

– Bahan mineral dan organik yang sangat halus, umumnya bermuatan negatif. Ion bermuatan positif (seperti logam berat) akan ditarik oleh koloid tsb, membentuk lapisan ganda ion (inonic double layer);

– Koloid tanah merupakan bagian tanah yang sangat aktif dalam reaksi kimia-fisika dalam tanah;

– Mineral liat: mineral berukuran kurang dari 2µ, tersusun oleh Al, Si dan O, dibedakan atas: • Mineral liat Al-silikat: seperti kaolinit, haloisit,

montmorillonit, ilit. Umumnya bermuatan negatif, mempunyai kapasitas kation (KTK) tinggi (> 4 me/100gr)

• Oksida-oksida Fe dan Al: seperti gibsit, goetit, limonit. Umumnya bermuatan positif, bersifat amorf, mempunyai KTK rendah (< 4 me/100gr).

– Koloid organik, seperti humus, tersusun oleh C-H-O, disusun oleh asam fulvik, asam humik dan humin.

1. Kapasitas tukar kation: 2. Pertukaran anion: 3. Mekanisme penyediaan-penyerapan hara: 4. Unsur N, P, K, Ca, Mg, S,Mikro


23

Tanah: sifat kimia (3) 3. Kapasitas tukar kation (KTK):

– Salah satu parameter kimia tanah yang penting adalah Kapasaitas Tukar Kation (KTK) atau Cation Exchange Capacity (CEC), yaitu kemampuan tanah atau sedimen untuk menukarkan kation yang ada padanya dengan kation lain dari luar, misalnya berasal dari pencemar logam berat.

– Mineral (clay) tanah dapat melakukan penukaran kation: • Clay bermuatan negatif, mampu menarik kation

(terjerap); • Sebuah atom kation yang ada padanya, yang mempunyai

jumlah atom dengan tingkat oksidasi lebih kecil (misalnya Mg2+), dapat digantikan oleh kation dari luar yang mempunyai atom dengan tingkat oksidasi lebih tinggi (misalnya Al+3).

– Material organik tanah: • Walaupun pada dasarnya mempunyai muatan negatif,

tetapi dia mempunyai gugus karboksil dan gugus fenol yang aktif, sehingga mampu menarik kation;


24

Tanah: sifat kimia (4) 3. Kapasitas tukar kation (lanjut):

– Kation bermuatan positif seperti Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH+, H+, Al3+ terlarut dalam air tanah, atau terjerap (sorpsi) oleh koloid-koloid tanah;

– Kation yang terjerap tsb sukar larut akibat air gravitasi, tetapi dapat diganti oleh kation lain dengan mekanisme penukaran kation tsb.

– Penentuan nilai KTK: • Tanah atau sedimen (diketahui berat keringnya, gr) yang

akan dievaluasi dilarutkan pada larutan garam amonium (diketahui volumenya), sehingga tanah tersebut bermuatan NH+;

• Lalu tukar ion NH+ tersebut dengan larutan Na+ (garam NaCl);

• Hitung banyaknya ion NH+ yang dapat ditukar oleh ion Na+ tsb, sehingga diperoleh nilai KTK-NH+ (me/100gr).


25

Tanah: sifat kimia (5) 3. Kapasitas tukar kation (lanjut):

– Satuan KTK: mili-ekivalen yang dapat dijerap per-100 gr tanah (me/100gr): • 1 me H = 1 mg H (BA H = 1); • 1 me K = 39 mg K (BA K = 39); • 1 me Na = 23 mg (BA Na = 23, valensi 1); • 1 me Ca = 40/2 (BA Ca = 40, valensi 2); • 1 me Mg = 24/2 (BA Mg = 24/2, valensi 2).

– Konversi data me/100 gr ke ppm: Bila Ca = 21,5 me/100gr:

artinya = (21 ,5*40/2)/100gr = 430mg/100gr = 4.300 mg/1.000.000 mg = 4.300 ppm.


26

Tanah: sifat kimia (4) 3. Kapasitas tukar kation (KTK) lanjutan:

– Beberapa nilai CEC tanah (me/100gr): • Material organik (humus) = 100 – 300 • Mineral clay:

• Montmorilonit = 10 – 40 • Illit = 10 – 40 • Kaolinit = 3 - 15

– Nilai KTK dapat digunakan untuk berbagai keperluan, misal: • Imobilisasi pencemar logam berat: tanah clay dengan

KTK tinggi (misalnya yang dilapiskan pada bagian bawah landfill) akan mampu menahan logam berat dari lindi yang melaluinya;

• Tanah dengan KTK tinggi mampu menyerap dan menyediakan unsur hara bagi tanaman yang lebih baik daripada tanah dengan KTK rendah.


27

Tanah: sifat kimia (5) 3. Kapasitas tukar kation (lanjut): beberapa nilai (me/100gr)

– Humus= 100-300 – Montmorilonit = 80-40 – Ilit = 10-40 – Kaolinit = 3-15

4. Kapasita tukar anion (KTA): – Disamping KTK, dalam tanah terdapat pula KTA, walau

dalam jumlah jauh lebih sedikit dibanding KTK; – Banyak dijumpai pada liat amorf, liat Al, dan Fe-oksida; – Bila tanah banyak mengandung muatan positif:

• Terjadi penjerapan anion seperti NO3-, Cl-, dsb • Kation-kation tidak terjerap, dan berada pada air tanah • Tanah mempunyai daya fikasasi kuat pada P, maka

ketersediaan P sangat rendah.


28

PENCEMARAN TANAH

Isoterm sorpsi

Koefisien oktanol-air, koefisien distribusi tanah Hukum Darcy

Reaksi pencemar dalam tanah

Sumber referensi:

V. Novotny and G. Chesters: Handbook of non-point pollution, Van Nostrand Reinhold Co., 1981 R.J. Watts: Hazardous waste, John Wiley & Sons, Inc., 1997

S. Sosrodarsono: Hidrologi untuk pengairan, PTPradnya Paramita, 1978

Disiapkan oleh: Enri Damanhuri [email protected]

Guru Besar pada Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan – ITB 29

Enri Damanhuri - FTSL ITB 2013 Pencemaran Tanah

pendahuluan sifat fisik sifat kimia -...

Documents