TINJAUAN PUSTAKA

Bahan Induk Andisol

Tanah Andisol adalah tanah yang berwarna hitam kelam, sangat porous,

mengandung bahan organik dan lempung tipe amorf, terutama alofan serta sedikit

silika, alumina atau hodroxida-besi. Tanah yang terbentuk dari abu vulkanik ini

umumnya ditemukan didaerah dataran tinggi (>400 m di atas permukaan laut)

(Darmawijaya, 1990).

Andisol adalah tanah yang berkembang dari bahan vulkanik seperti abu

vulkan, batu apung, silinder, lava dan sebagainya, dan atau bahan volkanik lastik,

yang fraksi koloidnya didominasi oleh mineral “Short-range order” (alofan,

imogolit, ferihidrit) atau kompleks Al-humus. Dalam keadaan lingkungan

tertentu, pelapukan alumino silikat primer dalam bahan induk non-vulkanik dapat

menghasilkan mineral “Short-range order”, sebagian tanah seperti ini yang

termasuk dalam Andisol (Hardjowigeno, 1993).

Bahan induk tanah penting dalam mendeterminasi karakteristik tanah.

Bahan induk dianggap sebagai pembentuk tanah yang penting oleh para perintis

pedologi. Oleh karena itu tidak mengherankan kalau klasifikasi tanah dan survei

tanah pada masa itu didasarkan pada bahan induk, sehingga tanah-tanah diberi

nama andesit, abu vulkan dan sebagainya (Hardjowigeno, 1993).

Andisol merupakan tanah-tanah mineral dimana fraksi aktifnya dicirikan

oleh bahan-bahan amorf (minimal 50%). Tanah-tanah ini mempunyai kapasitas

sorpsi tinggi, kandungan bahan organik yang tinggi, bulk density rendah, dan

bersifat tidak lekat atau lengket. Mempunyai duripan, terletak dari 25 cm sampai

Universitas Sumatera Utara

1 meter di dalam tanah, atau pH diukur dengan 1 gram tanah halus tercampur

dengan 1 N NaF, adalah sebesar 9,2 atau lebih yang menunjukkan adanya mineral

alofan di dalam tanah (Tan, 1998).

Bila akan dianggap mempunyai sifat-sifat Andik, menurut Tan (1998)

Andisol itu harus mengandung <25% (berat timbang) karbon organik, serta

memenuhi satu di antara syarat-syarat dibawah ini, atau memenuhi syarat-syarat

keduanya, yaitu:

Syarat 1

Di dalam fraksi tanah halus semua poin di bawah ini harus dipenuhi :

a) % Al + ½ Fe = 2 % atau lebih (ekstraksi dengan NH4-oksalat)

b) Bulk density = 0,9 g/cc atau lebih rendah, yang diukur pada retensi air dengan

tekanan 33 kPa, dan

c) Retensi fosfat = 85 %, atau lebih

Syarat 2

Fraksi tanah halus mempunyai retensi fosfat = 25 % atau lebih dan fraksi

0,02-2,0 mm = 30 % atau lebih, serta memenuhi satu di antara tiga poin di bawah

ini :

a) % Al + ½ Fe = 0,40 % atau lebih (ektraksi dengan NH4-oksalat), dan 30 %

(atau lebih) gelas volkanik di dalam fraksi 0,02-2,0 mm, atau

b) % Al + ½ Fe = 2,0 % atau lebih (ektraksi dengan NH4-oksalat), dan 5 % (atau

lebih) gelas volkanik di dalam fraksi 0,02-2,0 mm, atau

c) % Al + ½ Fe = 0,40 – 2,0 % atau lebih (ektraksi dengan NH4-oksalat), dan

30 % (atau lebih) gelas volkanik yang cukup besar di dalam fraksi

Universitas Sumatera Utara

0,02-2,0 mm, hingga kandungan tersebut bila dimasukkan ke dalam suatu

grafik dengan % Al + ½ Fe tersebut.

Di Indonesia, Andisol terbentuk dari Lahar, tuffa, dan debu volkanik

berasal dari pegunungan Bukit Barisan di Sumatera dan daerah pegunungan di

pulau Jawa yang menjalar dari barat sampai ke timur. Lahar merupakan bahan-

bahan volkanik lepas dan tersusun dari pecahan-pecahan batuan, butir-butir

mineral, dan gelas volkanik (Tan, 1998).

Andisol merupakan tanah mineral yang tidak mempunyai horison argilik,

natrik spodik dan oksik, tetapi mempunyai satu atau lebih dari: epipedon histik,

epipedon mollik, epipedon umbrik, horison kambik, horison plakik, duripan, atau

pada jeluk 18 cm setelah dicampur mempunyai value kurang dari 3 (lembab) dan

mempunyai kandungan bahan organik lebih dari 3 persen (Munir, 1986).

Sifat-sifat bahan induk akan menimbulkan pengaruh yang kuat terhadap

perkembangan tanah meliputi tekstur, susunan mineralogi dan derajat stratifikasi.

Keadaan bahan induk akan mempunyai efek yang menentukan pada tanah. Tanah

muda terdapat 5 tahap dalam perkembangan tanah yaitu tahap awal: bahan induk

yang terkikis, tahap Yuwana (muda): pengikisan sudah mulai, tahap dewasa:

mineral yang mudah terkikis sebagian besar sudah berombak, tahap tua:

perombakan sampai pada tahap akhir dan hanya kebanyakan mineral yang paling

resisten dapat bertahan, tahap akhir: perkembangan tanah telah selesai dan tanah

terkikis habis di bawah keadaan yang berlaku (Foth, 1994).

Soil Taxonomy (1990) mencirikan Andisol dengan sifat ”Andik” dari

kelas tanah-tanah yang dibentuk dari bahan induk abu volkanik yang mengandung

amorf tinggi. Menurut Munir (1986) dicirikan dengan sifat berikut:

Universitas Sumatera Utara

1. Berat jenis volume (BV) dari tanah halus (kurang dari 2mm)pada kapasitas

lapang (1/3 bar) rendah (< 0,85gr/cm3).

2. Mengandung bahan piroklastik vitrik (bahan volkanik) tinggi (> 80 o/o).

3. Mengandung bahan amorf (alofan) tinggi sehingga mempunyai sifat amorf

terhadap sinar X, Bersatu dengan bahan organik dan sedikit Al dapat ditukar,

KTK >150 me/100gr liat pada pH 8,2, luas permukaan besar dan banyak

menahan air.

Bentukan vulkanis terjadi disebabkan karena adanya peletusan dari suatu

gunung dan umumnya terjadi pada zaman kuarter dimana proses vulkanisme

mencapai puncak kegiatannya. Beberapa satuan petrografi dari bentukan vulkanis

yaitu: (1). Tuff liparit, (2). Tuff Dasito Liparit, (3). Tuff Dasit Tua, (4). Tuff Dasit

Muda, (5). Andesito Dasit (Druif, 1969).

Dataran tinggi tanah Karo merupakan kawasan penyebaran Tuff Andesit

dari lahar Gunung Sibayak. Namun semakin ke selatan tanah-tanah dataran tinggi

Karo dipengaruhi juga oleh penyebaran Tuff Liparit yang berasal dari Gunung

Toba (Tan, 1984).

Andesit merupakan rangkaian intrusi batuan andesit yang tersingkap jelas

pada puncak-puncak perbukitan. Andesit berwarna abu-abu kehijauan,

berkomposisi antara hipersten hingga andesit-augit-hornblende dan trakiandesit.

Kekerasan umumnya sangat keras. Hasil pelapukan berupa lanau, berwarna coklat

kehitaman, plastisitas sedang dan lunak. Bahan galian andesit ini umumnya

menempati daerah pemukiman, perkebunan, perladangan dan hutan

(Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Utara, 2004).

Universitas Sumatera Utara

Breksi andesit umumnya melapuk sedang berwarna kuning kecoklatan,

komponen batuan andesitik (4-45cm) agak segar, menyudut tanggung, tertanam

pada massa dasar pasir tufa berbutir kasar, agak padat sebagian mudah hancur.

Lava andesit umumnya melapuk ringan berwarna abu-abu tua, padu, bertekstur

kasar dan porfritik, terkekarkan cukup intensif dan terisi oleh mineral kuarsa

(Dinas Pertambangan dan Energi Propinsi Sumatera Utara, 2004).

Andisol merupakan salah satu jenis tanah didaerah tropika yang memiliki

sifat khas yang tidak dimiliki oleh jenis tanah yang lain. Tanah ini dicirikan oleh

bobot isi yang rendah dan memilki kompleks pertukaran yang didominasi oleh

bahan amorf yang bermuatan variabel serta retensi fosfat yang tinggi. Tanah yang

terbentuk dari abu volkan ini umumnya ditemukan di daerah dataran tinggi

(>400m di atas pemukaan laut) (Darmawidjaya, 1997).

Andisol di Indonesia dapat dibedakan menjadi Andisol dataran rendah

dan Andisol dataran tinggi. Andisol dataran rendah terbentuk pada dataran rendah

dengan iklim tropika basah serta mempunyai rasio asam humat dan fulvat <0,2.

Sedang Andisol dataran tinggi terbentuk pada elevasi yang lebih tinggi dengan

iklim sedang, serta mempunyai rasio asam humat dan fulvat lebih dari 0,5. Akan

tetapi Andisol di Indonesia umumnya terdapat di daerah gunung yang beriklim

tropika basah (Munir, 1995).

Andisol di Sumatera Utara yang terjadi di dataran di kaki Gunung Sibayak

terbentuk pada iklim tropika basah, karena itu kandungan humus pada Andisol

Sumatera mengandung asam fulvat relatif lebih tinggi dari pada daerah volkanik

lainnya (Tan, 1998).

Universitas Sumatera Utara

Proses pembentukan tanah yang utama pada Andisol adalah pelapukan dan

transformasi (perubahan bentuk). Proses pemindahan bahan (translokasi) dan

penimbunan bahan-bahan tersebut di dalam solum sangat sedikit. Akumulasi

bahan organik dan terjadinya kompleks bahan organik dengan Al merupakan sifat

khas pada beberapa Andisol (Hardjowigeno, 1993).

Pelapukan dan Pembentukan Tanah Andisol

Pelapukan adalah penghancuran sifat fisik dan kimia dari batuan, karena

mineral-mineral dalam batuan tersebut tidak dalam keseimbangan pada suhu,

tekanan dan kelembaban. Pelapukan sudah dimulai sebelum proses pembentukan

tanah berlangsung sampai tidak ada lagi bahan-bahan yang mudah lapuk.

Pelapukan terjadi baik di bawah solum maupun di dalam solum. Pelapukan

pedokimia adalah pelapukan yang terjadi pada solum tanah yaitu horizon A dan B

(Hardjowigeno, 1993).

Menurut Hardjowigeno (1993), pelapukan pedokimia meliputi:

1. Oksidasi-Reduksi: Perubahan-perubahan keadaan oksidasi dan reduksi

menghasilkan pelapukan Fe dan Mn dari mineral-mineral primer yang

kemudian membentuk karatan atau konkresi dalam solum tanah.

2. Pelepasan Al dari kristal liat menjadi hidroksida: Terjadi pada proses

penghancuran montmorillonit dalam solum tanah.

3. Pemindahan K dari Mika: Penggantian sedikit K+ dari interlayer mika oleh H+

tidak menyebabkan distorsi atau kehilangan keseimbangan (Aligment) yang

berarti kapasitas tukar kation sedikit meningkat dan terbentuk mineral liat Illit.

Universitas Sumatera Utara

4. Pembentukan lapisan Al pada mineral liat 2:1: Suatu modifikasi mineral

secara pedogenik pada tanah masam, adalah pengendapan gugusan hidrokxy-

Al diruang antar barisan (Interlayer-space) dari vermikulit (kadang-kadang

juga pada montmorilonit).

Proses pembentukan tanah secara garis besar dibedakan atas proses

pelapukan dan pembentukan tanah. Proses pelapukan merubah batuan induk

menjadi bahan induk tanah lalu berubah menjadi tanah, selanjutnya proses

perkembangan tanah akan menghasilkan horizon-horizon genetik ditubuh tanah

tersebut pada tanah yang sudah berkembang akan dijumpai horizon-horizon A, B,

C dan R (Foth, 1994).

Karena proses pembentukan tanah terus berjalan, maka bahan induk tanah

berubah berturut-turut menjadi tanah muda, tanah dewasa dan tanah tua. Ciri dari

masing-masing tingkatan perkembangan tanah adalah sebagai berikut:

1. Tanah muda (perkembangan awal): Terjadinya proses pembentukan tanah

terutama proses pelapukan bahan organik dan bahan mineral, pencampuran

bahan organik dan bahan mineral di permukaan tanah dan pembentukan

struktur tanah karena pengaruh dari bahan organik tersebut (sebagai perekat).

Hasilnya adalah pembentukan horizon A dan horizon C.

2. Tanah dewasa (perkembangan sedang): Dengan proses lebih lanjut terbentuk

horizon B akibat penimbunan liat (illuviasi) dari lapisan atas ke lapisan bawah

atau perubahan warna yang menjadi lebih merah pada horizon C di bawahnya.

Pada tingkat ini tanah mempunyai kemampuan berproduksi tinggi karena

unsur hara dalam tanah cukup tersedia sebagai hasil dari pelapukan mineral,

sedangkan pencucian unsur hara belum lanjut.

Universitas Sumatera Utara

3. Tanah tua (perkembangan lanjut): Dengan meningkatnya unsur hara, maka

proses pembentukan profil tanah berjalan lebih lanjut sehingga terjadi

perubahan yang lebih nyata pada horizon A dan horizon B. Tanah menjadi

sangat masam, sangat lapuk, dan kandungan bahan organik lebih rendah

daripada tanah dewasa. Akumulasi liat atau sesquioksida di horizon B sangat

nyata sehingga membentuk horizon argilik (Bt). Apabila tidak terjadi

penimbunan liat maka horizon E tidak terbentuk, sedang di horizon B tidak

terjadi sesquioksida. Tetapi proses pelapukan akan berjalan terus dan

terbentuklah banyak oksida-oksida besi dan aluminium

(Hardjowigeno, 1993).

Faktor pembentuk tanah terdiri atas bahan induk dan organik lingkungan

dan mempengaruhi perubahan bahan induk menjadi tanah. Walaupun organik

pembentuk tanah disebut sebenarnya sangat banyak tetapi yang terpenting

menurut Jenny (1941) adalah iklim (i), relief (r), organisme (o), bahan induk (b)

dan waktu (w), juga faktor-faktor lain misalnya gravitasi bumi dan lain-lain

(Hardjowigeno, 1993).

Pembentukan tanah berlangsung dengan proses pelapukan, dekomposisi

dan mineralisasi lebih lanjut. Banyaknya waktu yang diperlukan untuk

pembentukan tanah berbeda-beda. Tanah yang berkembang dari batuan yang

keras memerlukan waktu yang lebih lama untuk pembentukan tanah dibandingkan

dengan tanah yang berasal dari bahan induk lunak dan lepas. Proses pembentukan

tanah mula-mula berjalan agak cepat tetapi makin tua tanah proses tersebut

berjalan sangat lambat (Hardjowigeno, 1993).

Universitas Sumatera Utara

Pada umumnya reaksi tanah menyatakan keadaan unsur basa di dalam

tanah. Tanah asam banyak mengandung ion H+ yang dapat ditukar, sedangkan

tanah alkalis kaya akan unsur-unsur basa yang dapat ditukar. pH tanah hanya

merupakan ukuran intensitas keasaman tanah, bukan kapasitas jumlah unsur hara

(Darmawidjaya, 1990).

Asam Humat dan Fulvat

Bahan organik adalah bagian dari tanah yang merupakan suatu sistem

kompleks dan dinamis, yang bersumber dari sisa tanaman dan atau binatang yang

terdapat di dalam tanah yang terus-menerus mengalami perubahan bentuk, karena

dipengaruhi oleh faktor biologi, fisika, dan kimia. Proses dekomposisi bahan

organik akan menghasilkan asam-asam organik seperti asam fulvat dan asam

humat yang merupakan sumber muatan negatif. Pembentukan kompleks Al

dengan asam organik merupakan salah satu mekanisme toleransi tanaman

terhadap Al. Asam organik berperan dalam eksklusi Al melalui pelepasannya dari

akar dan detoksifikasi Al dalam simplas dimana asam organik dapat mengkelat Al

dan mereduksi atau mencegah pengaruh racun dari Al (Kononova, 1961).

Secara umum, komposisi bahan organik tanah didominasi oleh fraksi

humin yang berat molekulnya sangat besar, fraksi asam humat yang berat

molekulnya sedang, dan fraksi asam Fulvat yang berat molekulnya lebih rendah.

Asam Humat adalah fraksi yang larut dalam alkali tetapi tidak larut dalam asam

atau air. Asam Humat mampu berinteraksi dengan ion logam, oksida dan

hidroksida mineral. Hal ini karena asam humat mengandung gugus fungsional

aktif seperti karboksil, fenol, karbonil, hidroksida, alkohol, amino, kuinon dan

metoksil, serta bentuknya yang berpori sehingga memiliki luas permukaan yang

Universitas Sumatera Utara

besar. Asam ini berpengaruh kuat terhadap kapasitas penjerapan tanah

(Stevenson, 1994).

Pembentukan khelat-khelat, yang menyebabkan akumulasi humus didalam

Andisol sebetulnya tak terbatas pada reaksi-reaksi antara Al dan asam humik,

tetapi Si dalam bentuk ortho-silicic acid (H4Si4, asam ortho-silikat) juga sanggup

berkhelasi dengan asam humik. Proses khelasi jarang sekali dilaporkan di dalam

ilmu tanah, tetapi dengan majunya asam humik diketahui dewasa ini bahwa

disamping bereaksi dengan logam-logam, asam humik juga mengikat banyak

sekali Si yang merupakan hasil hancuran iklim debu volkanik seperti halnya

dengan Al bebas di dalam Andisol. Khelat-khelat ini bisa bersifat linear atau

siklik, dan dinamakan silicones. Formula umun berupa R2(Si2O2), dimana R

adalah radikal organik, yang bisa merupakan gugus metil CH3, gugus etil C2H5,

atau suatu molekul kompleks seperti asam humik (Tan, 1998).

Asam fulvat mengandung karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, asam

lemak, dan alkil ptalat. Komposisi kandungan tersebut sangat bergantung jenis

tanah dan lingkungan agroklimatnya (Orlov, 1985).

Dari ekstraksi humus akan diperoleh senyawa asam humat yang larut

dalam basa, asam fulvat yang larut dalam asam, dan humin yang tidak dapat larut.

asam humat dan asam fulvat mengandung unsur-unsur anorganik dan senyawa-

senyawa organik yang berperan sebagai pupuk dan pembenah tanah (Tan, 1991).

Asam humat merupakan bahan makromolekul polielektrolit yang memiliki

gugus fungsional seperti -COOH, -OH fenolat maupun -OH alkoholat sehingga

asam humat memiliki peluang untuk membentuk kompleks dengan ion logam

Universitas Sumatera Utara

karena gugus ini dapat mengalami deprotonasi pada pH yang relatif tinggi.

(Schnitzer, 1991).

Sebelum membahas lebih lanjut tentang pengaruh asam humat terhadap

sifat kelarutan logam pada berbagai pH perlu dikemukakan bahwa disamping

memiliki kemampuan untuk berfungsi sebagai ligan dalam pembentukan

kompleks dengan ion logam, asam humat juga memiliki kemampuan untuk

mengalami koagulasi pada pH rendah (Schnitzer, 1967).

Deprotonasi gugus-gugus fungsional asam Humat akan menurunkan

kemampuan pembentukan ikatan hidrogen, baik antar molekul maupun sesama

molekul dan meningkatkan jumlah muatan negatif gugus fungsional asam Humat,

sehingga akan meningkatkan gaya tolak menolak antar gugus dalam molekul

asam humat. Kedua pengaruh tersebut akan menyebabkan permukaan partikel-

partikel koloid asam Humat bermuatan negatif dan menjadi lebih terbuka serta

berbentuk linear dengan meningkatnya pH. Salah satu faktor yang mempengaruhi

kelarutan asam humat adalah pH, yang lebih lanjut akan mempengaruhi disosiasi

gugus yang bersifat asam pada asam humat. Disosiasi proton yang terjadi pada

gugus fungsional yang bersifat asam pada asam humat dipengaruhi oleh: atraksi

elektrostatik atau tolakan muatan yang ada dalam molekul dan ikatan hidrogen

sesama dan antar molekul (Swift, 1989).

Pelapukan bahan organik menghasilkan asam-asam organik seperti asam

humat dan fulfat yang bersifat polielektrolit. Kedua asam ini memegang peranan

penting dalam pengikatan Al dan Fe sehingga P menjadi tersedia. Keefektifan

pengikatan tersebut dipengaruhi oleh struktur bahan organik yang ditambahkan

dan pH medium (Russel, 1973).

Universitas Sumatera Utara

Senyawa organik yang cukup memungkinkan terjadinya khelat yaitu

senyawa organik yang berikatan dengan kation logam (Fe, Mn, dan Al).

Terbentuknya khelat logam akan mengurangi pengikatan P oleh oksida maupun

lempung silikat sehingga P menjadi lebih tersedia (Soepardi, 1983).

Bersama bahan lempung, bahan-bahan humat bertanggung jawab atas

sejumlah aktivitas kimia dalam tanah. Mereka terlibat dalam reaksi kompleks dan

dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman secara langsung dan tidak langsung.

Senyawa humat juga berperan serta dalam pembentukan tanah dan memainkan

peranan penting khususnya dalam translokasi atau mobilisasi lempung, aluminium

dan besi yang menghasilkan horison spodik dan argilik. Oleh karena itu gunanya

yang sangat penting dalam kesuburan tanah, belakangan ini telah dilakukan

usaha-usaha untuk memproduksi bahan-bahan humat dan fulvat dalam skala besar

untuk dipakai sebagai amandemen tanah atau bahan pembenah tanah, dan pupuk

organik (Tan, 1998).

Universitas Sumatera Utara