1

SOIL PHYSICSOIL PHYSIC

Foto: Dwi Priyo AriyantoFoto: Dwi Priyo Ariyanto

Reading MaterialReading MaterialBrady. The Elements of Nature and Properties of SoilBrady. The Elements of Nature and Properties of SoilRattan & Shukla. 2004. Principles of Soil PhysicRattan & Shukla. 2004. Principles of Soil Physic 3

SOIL PHYSICSOIL PHYSIC22 –– 11

4

Chapter:1. Introduction2. Soil Texture3. Interaction Soil Chemistry and Physic4. Soil Structure5. Soil Consistency6. Water in The Soil7. Air in The Soil8. Soil Temperature9. Soil Colour10. Clay Pan

5

TANAH (TANAH (SOILSOIL))Terdiri dari:Terdiri dari:1.1.MateriMateri2.2.Faktor produksiFaktor produksi3.3.Tubuh alamTubuh alam

MateriMateriSoil PhysicSoil PhysicSoil ChemistrySoil ChemistrySoil BiologySoil Biology

6

Tubuh alam/sumberdayaTubuh alam/sumberdaya Tanah tidak dikaitkan denganTanah tidak dikaitkan dengan

tanaman di atasnya (hanyatanaman di atasnya (hanyasecara murni), tetapi dari prosessecara murni), tetapi dari prosesdan pembentukan sertadan pembentukan sertapenyebarannyapenyebarannya

ProductionProduction Crop ProductionCrop ProductionFertilizer ScienceFertilizer ScienceSoil Management ScienceSoil Management ScienceLand Suitable Clasification ScienceLand Suitable Clasification ScienceSoil Economic Society ScienceSoil Economic Society ScienceConservation ScienceConservation Science

2

7

DEFINISI TANAHDEFINISI TANAHLiebeg Minimum Law (Justus von Liebeg,Liebeg Minimum Law (Justus von Liebeg,

Germany, 1840)Germany, 1840) tempat cadangan hara yang setiap saattempat cadangan hara yang setiap saat

dapat diserap tanaman, yang harusdapat diserap tanaman, yang harusdigantikan dengan menggunakandigantikan dengan menggunakanpupuk (kandang dan kimia) serta kapurpupuk (kandang dan kimia) serta kapur

E.W. Hilgard (1860)E.W. Hilgard (1860)tubuh alam yang bersifat dinamis yangtubuh alam yang bersifat dinamis yang

harus dipelajari dan dibuatharus dipelajari dan dibuatklasifikasinyaklasifikasinya 8

Joffee (1917)Joffee (1917) bangunan alami yang tersusun atasbangunan alami yang tersusun atas

horizonhorizon--horizon yang terdiri atashorizon yang terdiri atasbahan mineral, organik, bersifat padubahan mineral, organik, bersifat padudan mempunyai tebal yang samadan mempunyai tebal yang sama

Glinka (1927)Glinka (1927) Natural body that having morphologyNatural body that having morphology

as interaction result from climate,as interaction result from climate,organism, main material,organism, main material,relief/topography and timerelief/topography and time

Main MaterialMain Material

OrganismOrganism

ClimateClimate

TopographyTopography

TimeTime

SOILSOIL

TANAHTANAH

PadatPadat CairCair UdaraUdaraPadatPadatMineralMineral bahan terlapukkanbahan terlapukkanBahan organikBahan organik hasil dekomposisihasil dekomposisi

CairCairAir KapilerAir Kapiler Pori mikro/kapilerPori mikro/kapilerAir kristalAir kristalAir gravitasiAir gravitasi

UdaraUdaraUdara dalam tanahUdara dalam tanah pori makropori makrouap air dalam tanahuap air dalam tanah

3

13

Fisika Tanah (SOIL PHYSICS)Fisika Tanah (SOIL PHYSICS)ilmu yang mempelajari keadaan danilmu yang mempelajari keadaan dan

perpindahan (perubahan) segala bentukperpindahan (perubahan) segala bentukbahan dan energi di dalam tanahbahan dan energi di dalam tanah

Zona perakaranZona perakaran

permukaanpermukaan

Air tanahAir tanah

tanamantanaman

AtmosphereAtmosphere

aliranaliran

14

TANAHTANAHSumber hara danSumber hara dan

air bagi tanamanair bagi tanamanSaluran antaraSaluran antara

permukaan tanahpermukaan tanahdan airdan air

Sebagai penyaringSebagai penyaringdan penyanggadan penyangga

Why Soil Physics must be learnWhy Soil Physics must be learn ??

15

Tanah sangat kompleksTanah sangat kompleks perlu dipelajariperlu dipelajaridan dipahami prinsip fisika tanah,dan dipahami prinsip fisika tanah, e.ge.g.:.:

••Partikel tanah berbentukPartikel tanah berbentukbolabola

••Pori tanah perpaduan dariPori tanah perpaduan daripipapipa--pipa kapilerpipa kapiler

••Tanah adalah homogenitasTanah adalah homogenitas

R C

B

A

OPerlu informasi:WarnaTekstur TanahStruktur TanahKonsistensiPori

Setiap horison padaseluruh profil tanah

17

Kerak bumiKerak bumi tersusun bahan mineraltersusun bahan mineral

Mineral PrimerMineral PrimerSilika/KuartsSilika/KuartsFeldsparFeldspar

WheatWheatheringhering

ColoidColoid

Pelepasan ionPelepasan ion--ionionPadatan mineralPadatan mineral•• SizeSize•• FormForm•• Chemistry composeChemistry compose

BeragamBeragam //variousvarious

18

Fase padat tanah dipengaruhi oleh:Fase padat tanah dipengaruhi oleh:Soil textureSoil textureChemistry andChemistry and mineralogymineralogyBentuk dan luas permukaan partikel tanahBentuk dan luas permukaan partikel tanahSoil structureSoil structure

12

Antar padatan terdapatAntar padatan terdapatruangruang poripori ((porepore):):1.1.Macro poreMacro pore airair2.2.Micro poreMicro pore waterwater(moist)(moist)

4

19

Kesuburan tanahKesuburan tanah1.1. ChemistryChemistry cukup haracukup hara2.2. BiologyBiology cukup organismecukup organisme3.3. PhysicPhysic tercukupi dan keseimbangantercukupi dan keseimbangan

antara air dan udara dalam tanahantara air dan udara dalam tanah

Tanaman dapat tertancapTanaman dapat tertancap(secara fisik/mekanik)(secara fisik/mekanik)pada padatanpada padatan

CRUMBCRUMB (remah)(remah)

•• AirAir sebagai pelarut dan pengangkutsebagai pelarut dan pengangkut((dissolver and transponderdissolver and transponder) hara) hara

•• UdaraUdara pernafasan akarpernafasan akar 20

AtmosphereAtmosphere

HidrosphereHidrosphere

BiosphereBiosphereLitosphereLitosphere

Mineral45%

Air 25 %

Water25 %

organic5%

21

22

SOIL TEXTURESOIL TEXTURE

Relative comparison between sand, siltRelative comparison between sand, silt

and clayand clay

SandSand

SiltSilt

ClayClay

Soil particleSoil particle == Varied sizeVaried sizecomponentscomponents

Relative comparison of soil singleRelative comparison of soil single

particleparticle

23

Tekstur tanah sangat penting karenaTekstur tanah sangat penting karenaberkaitan dan berdampak pada:berkaitan dan berdampak pada:-- soil structuresoil structure-- aerationaeration-- water holding capacitywater holding capacity-- water movementwater movement-- nutient storage and soil chemistrynutient storage and soil chemistry-- etcetc

24

Tekstur geluhan (Tekstur geluhan (Loam textureLoam texture))comparison of sand, silt and clay is balancecomparison of sand, silt and clay is balance

SandSand SiltSilt ClayClay(45 %)(45 %) (30 %)(30 %) (25 %)(25 %)

Mudah mengolahMudah mengolah

Penyerapan (perpindahan) air baikPenyerapan (perpindahan) air baikLoam soilLoam soil ((physicphysic) belum tentu subur) belum tentu suburDasar subur fisik pada struktur tanahDasar subur fisik pada struktur tanahTanah remahTanah remah

5

25

BatuBatu ((Stones and cobblesStones and cobbles)) >> 64 mm (64 mm (diameterdiameter))

Kerikil (Kerikil (GravelGravel )) 2 mm2 mm –– 6464 mmmm

Pasir (Pasir (SandSand)) .05.05 –– 22 mmmmDebu (Debu (SiltSilt)) .002.002 –– .05 mm.05 mmLempung (Lempung (ClayClay)) << .002 mm.002 mm

How to know and measure soil particle sizeHow to know and measure soil particle size

??

26

??

27

SEBARAN UKURAN FRAKSI TANAHSEBARAN UKURAN FRAKSI TANAH

Size (Size (μμm)m) Particle / grParticle / gr Spesific surface (cmSpesific surface (cm22/g)/g)20002000 –– 200200 5 x 105 x 1022 2020

200200 –– 2020 5 x 105 x 1055 2002002020 –– 22 5 x 105 x 1066 2000200022 –– 0.20.2 5 x 105 x 101111 20,00020,000 –– 20 m20 m22

28

UkuranUkuran JumlahJumlah Permukaan spesifikPermukaan spesifikPartikelPartikel

29 30

Fraksi mayaFraksi maya(Pseudo / sham particle)(Pseudo / sham particle) fraksi debu ataufraksi debu atau

lempung yanglempung yangmembentuk ukuranmembentuk ukuranpartikel lebih besarpartikel lebih besar

Etc.Etc.““Pseudosand/ShamsandPseudosand/Shamsand””(Pasir maya)(Pasir maya) Fraksi debu yangFraksi debu yang

membentuk fraksimembentuk fraksipasirpasir

6

31

Primary ParticlePrimary ParticleParticle Single CircleParticle Single Circle

SandSand““SkeletonSkeleton””

SiltSilt

ClayClay32

““SkeletonSkeleton” membentuk agregat karena:” membentuk agregat karena:Organic matterOrganic matterClayClay fraksi tunggal primerfraksi tunggal primerSesquioksidaSesquioksida ((Al and Fe oxida / hydroxidaAl and Fe oxida / hydroxida))AlofanAlofan (Oksida Si amorf / koloid)(Oksida Si amorf / koloid)

33

1.1. Argile lourdeArgile lourde (lempung berat)(lempung berat)> 60 %> 60 % clayclay

2.2. ArgileArgile (lempungan)(lempungan)>> 40 %40 % clayclay, < 45 %, < 45 % sandsand, dan < 40 %, dan < 40 % siltsilt

3.3. Argile limoneuseArgile limoneuse (lempung debuan)(lempung debuan)>> 40 %40 % clayclay dandan >> 40 %40 % siltsilt

4.4. Argile sableuseArgile sableuse (lempung pasiran)(lempung pasiran)>> 35 %35 % clayclay dandan >> 45 %45 % siltsilt

5.5. Loam limonoLoam limono--argileuxargileux (geluh lempung debuan)(geluh lempung debuan)2727 –– 40 %40 % clayclay dan < 20 %dan < 20 % sandsand

6.6. Loam argileuxLoam argileux (geluh lempungan)(geluh lempungan)2727 –– 40 %40 % clayclay dan 20dan 20 –– 45 %45 % sandsand

Soil TextureSoil Texture

34

7.7. Loam sabloLoam sablo--argileuxargileux (geluh lempung pasiran)(geluh lempung pasiran)2020 –– 35 %35 % clayclay, < 28 %, < 28 % siltsilt, dan, dan >> 45 %45 % sandsand

8.8. LimonLimon (debuan)(debuan)>> 80 %80 % siltsilt dan < 12 %dan < 12 % clayclay

9.9. Loam lomoneuxLoam lomoneux (geluh debuan)(geluh debuan)>> 50 %50 % siltsilt dan 12dan 12 –– 27 %27 % clayclay, atau 50, atau 50 –– 80 %80 %siltsilt dan < 12 %dan < 12 % clayclay

10.10. LoamLoam (geluhan)(geluhan)77 –– 27 %27 % clayclay, 28, 28 –– 50 %50 % siltsilt, dan < 52 %, dan < 52 % sandsand

11.11. Loam sableuxLoam sableux (geluh pasiran)(geluh pasiran)<< 20 %20 % clayclay,, persentase siltpersentase silt 2 x2 x pesentasepesentaseclay >clay > 30, dan30, dan >> 52 %52 % sandsand; atau < 7 %; atau < 7 % clayclay, <, <50 %50 % siltsilt, dan 43, dan 43 –– 52 %52 % sandsand

35

•• Loam sableux grossierLoam sableux grossier (geluh pasiran kasar)(geluh pasiran kasar)>> 25 %25 % coarse and very coarse andcoarse and very coarse and < 50 %< 50 %another sandanother sand

•• Loam sableuxLoam sableux (geluh pasiran)(geluh pasiran)>> 30 % coarse,30 % coarse, medium and very coarse, butmedium and very coarse, but< 25 %< 25 % very coarse, andvery coarse, and < 30 %< 30 % fine and veryfine and veryfinefine

•• Loam sableux finLoam sableux fin (geluh pasiran halus)(geluh pasiran halus)>> 30 %30 % fine andfine and < 30 %< 30 % very fine orvery fine or 1515 –– 30 %30 %medium, coarse and very coarsemedium, coarse and very coarse

•• Loam sableux trLoam sableux trèès fins fin (geluh pasiran sangat(geluh pasiran sangathalus)halus)>> 30 %30 % very fine orvery fine or > 40 %> 40 % fine and very fine,fine and very fine,that half of very fine, andthat half of very fine, and < 15 %< 15 % medium,medium,coarse and very coarsecoarse and very coarse 36

12.12. Sable loameuxSable loameux (pasir geluhan)(pasir geluhan)top limit 85top limit 85 –– 90 % sand, and percentage of silt 1,5 x90 % sand, and percentage of silt 1,5 xpercentage of clay not less 15 bottom limit not less 70percentage of clay not less 15 bottom limit not less 70–– 85 % sand, and percentage of silt 2 x percentage85 % sand, and percentage of silt 2 x percentageclay not more 30clay not more 30•• Sable grossier loameuxSable grossier loameux (pasir kasar geluhan)(pasir kasar geluhan)

>> 25 % coarse and very coarse and < 50 %25 % coarse and very coarse and < 50 %other sandother sand

•• Sable laomeuxSable laomeux (pasir geluhan)(pasir geluhan)>> 25 % medium, coarse and very coarse and25 % medium, coarse and very coarse and< 50 % fine and very fine< 50 % fine and very fine

• Sable fin loameuxSable fin loameux (pasir halus geluhan)(pasir halus geluhan)>> 50 % fine or < 25 % medium, coarse and50 % fine or < 25 % medium, coarse andvery coarse and < 50 % very finevery coarse and < 50 % very fine

• Sable trSable trèès fin loameuxs fin loameux (pasir sangat halus geluhan)(pasir sangat halus geluhan)>> 50% very fine50% very fine

7

37

13.13. SableSable (pasiran)(pasiran)>> 85 % sand; percentage of silt 1,5 x85 % sand; percentage of silt 1,5 xpercentage of clay not more 15percentage of clay not more 15

•• SableSable grossiergrossier (pasiran kasar)(pasiran kasar)>> 25 % coarse and very coarse, and < 50 %25 % coarse and very coarse, and < 50 %other sandother sand

•• SableSable (pasiran)(pasiran)>> 25 % medium, coarse and very coarse,25 % medium, coarse and very coarse,and < 50 % fine and very fineand < 50 % fine and very fine

•• Sable finSable fin (pasiran halus)(pasiran halus)>> 50 % fine or < 25 % medium, coarse and50 % fine or < 25 % medium, coarse andvery coarse, and < 50 % very finevery coarse, and < 50 % very fine

•• Sable trSable trèès fins fin (pasiran sangat halus)(pasiran sangat halus)>> 50 % very fine50 % very fine 38

Kecepatan partikel (fraksi) yangKecepatan partikel (fraksi) yangmengendap melalui media cair tergantungmengendap melalui media cair tergantungpada faktor ketetapan dan diameter fraksipada faktor ketetapan dan diameter fraksi

Gaya yang bekerja pada partikel adalahGaya yang bekerja pada partikel adalahpercepatan gravitasi, gaya mengapung danpercepatan gravitasi, gaya mengapung dangaya gesekgaya gesek

Partikel terbesar mengendap terlebihPartikel terbesar mengendap terlebihdahulu dalam larutandahulu dalam larutan

STOKES LAWSTOKES LAW

39

η9

2rgd)2(dpV

vv :: velocityvelocitydpdp :: density of particledensity of particledd :: density of liquiddensity of liquidgg :: gravity accelerationgravity accelerationrr :: radius of particleradius of particleηη :: viscosity of liquidviscosity of liquid

40

Cara pengukuran (analisis):Cara pengukuran (analisis):1.1. Analisis mekanikAnalisis mekanik2.2. Metode perasaanMetode perasaan

Analisis laboratorium:Analisis laboratorium:1.1. MetodeMetode Hydrometer (Bouyoucos)Hydrometer (Bouyoucos)2.2. Metode PemipetanMetode Pemipetan

41

Analisis GranulerAnalisis Granuler

SoilSoil Soil MineralSoil Mineral+ H+ H22OO22

NaNa++CaCa++++

MgMg++++

NaNa++KK++++AlAl++++++HH++ HH++ HH++

HH++HH++

HH++HH++

HH++

NaNa++ NaNa++ NaNa++

NaNa++

NaNa++

NaNa++NaNa++

NaNa++

+ HCl+ HCl

+ NaOH+ NaOH

Perekat:Perekat:1.1. ClayClay2.2. HumusHumus3.3. SesquioksidaSesquioksida

stirstir

Pemipetan 1Pemipetan 1 : x = silt + clay: x = silt + clayPemipetan 2Pemipetan 2 : y = lempung: y = lempung

silt = xsilt = x –– yy sand = 100sand = 100 –– xx

(%)(%)η

42

1.1. AddedAdded HH22OO22 30%30% Penghilangan bahanorganikPenghilangan bahanorganikReaksi kimia:Reaksi kimia:

HH22OO22 + C+ C HH22O + COO + CO22

2.2. AddedAdded HClHCl Penghilangan kapurPenghilangan kapurReaksi kimia:Reaksi kimia:

HCl + CaCOHCl + CaCO33 HCl+ CaCOHCl+ CaCO33

3.3. AddedAdded NaOHNaOH Pendispersian tanah menjadi fraksiPendispersian tanah menjadi fraksi

8

43

Hydrometer MethodHydrometer Method-- CalgonCalgon-- Soil MixerSoil Mixer-- HydrometerHydrometer-- Erlemenyer/Erlemenyer/settling cylindersettling cylinder

44

1.1. PenambahanPenambahan calgon pada 50 g tanahcalgon pada 50 g tanah2.2. Pencampuran/pengadukan larutanPencampuran/pengadukan larutan

hingaa tanah/agregat menjadi teruraihingaa tanah/agregat menjadi terurai3.3. Pemindahan kePemindahan ke settling cylindersettling cylinder4.4. Pengadukan larutan dan mendiamkanPengadukan larutan dan mendiamkan

sekitar 40 detik dan mengukursekitar 40 detik dan mengukurmenggunakan hydometermenggunakan hydometer

5.5. Setelah sekitar 2 atau 6Setelah sekitar 2 atau 6 –– 8 jam8 jam(tergantung suhu), diukur kembali(tergantung suhu), diukur kembali 45

Metode lapanganMetode lapangan

Remas tanah (hancurkan agregat)Remas tanah (hancurkan agregat)Basahi tanah (jika kering) hingga menjadiBasahi tanah (jika kering) hingga menjadi

pastapasta

Bentuk bolaBentuk bola

If you canIf you can Next stepNext step

If you can’tIf you can’t sandysandy

46

Bentuk menjadi pitaBentuk menjadi pita

If you canIf you can Next stepNext step

If you can’tIf you can’t Loamy sandLoamy sand

47

Jika pita terbentuk sepanjang < 2,5 cmJika pita terbentuk sepanjang < 2,5 cm(sebelum sepanjang itu sudah patah)(sebelum sepanjang itu sudah patah)

Sandy loamSandy loamDominan kasarDominan kasar

Silty loamSilty loamDominan halus danDominan halus danlicinlicin

LoamyLoamyTerasa seimbangTerasa seimbang

48

Jika pita terbentuk sepanjang 2,5Jika pita terbentuk sepanjang 2,5 –– 5 cm5 cm

Sandy clay loamSandy clay loamDominan kasarDominan kasar

Clay loamClay loamDominan halus danDominan halus danlicinlicin

Loam clayLoam clayTerasa seimbangTerasa seimbang

9

49

Jika pita terbentuk sepanjang > 5 cmJika pita terbentuk sepanjang > 5 cm

Sandy claySandy clayDominan coarseDominan coarse

Silty claySilty clayDominan halus danDominan halus danlicinlicin

ClayClayTerasa seimbangTerasa seimbang

50

Lempung (Lempung (ClayClay))

Basah (lembab)Basah (lembab)

KimiaKimia FisikaFisika

Lempung /Lempung / ClayClay AKTIFAKTIF

dandanKimiaKimia FisikaFisika

MengembangMengembang

HH++

CaCa++++ AlAl++ KK++

MgMg++++NaNa++

Butiran Padatan MineralButiran Padatan Mineral

51

SegitigaSegitiga teksturtekstur terbagiterbagi atasatas 1212 kelas,kelas, yaituyaitu::

--PasirPasir--PasirPasir geluhangeluhan--GeluhGeluh pasiranpasiran--GeluhGeluh lempunglempung pasiranpasiran--LempungLempung pasiranpasiran--LempungLempung

--LempungLempung debuandebuan--GeluhGeluh lempunganlempungan--GeluhGeluh--GeluhGeluh lempunglempung debuandebuan--GeluhGeluh debuandebuan--DebuDebu

Contoh mencari kelas tekstur dalamContoh mencari kelas tekstur dalamSEGITIGA TEKSTURSEGITIGA TEKSTUR

USDA Textural Triangle

53

Sifat Pasir Debu Lempung

Kapasitas menahan air Rendah Sedang – tinggi TinggiAerasi Baik Sedang JelekTingkat drainase Tinggi Lambat – sedang Sangat lambatTingkat BOT Rendah Sedang – tinggi Tinggi – sedangDekomposisi BO Cepat Sedang LambatPotensi kembang-kerut Sangat

rendahRendah Sedang –

sangat tinggiPotensi pelindian polutan Tinggi Sedang RendahKemampuan menyimpahunsur hara

Rendah Sedang – tinggi Tinggi

Resistensi perubahan pH Rendah Sedang Tinggi

Pengaruh umum sebaran fraksi padaPengaruh umum sebaran fraksi padabeberapa sifat tanahbeberapa sifat tanah