Pertukaran Kation adalah Kemampuan tanah untuk menarik dan menukar kation dengan kation tanah solusi; tinggi untuk tanah liat dan humus dan rendah untuk pasir.
di dalam tanah, komponen yang mempunyai muatan adalah lempung dan bahan organik tanah (senyawa organik). Muatan negatif lempung / bahan organik biasanya mengikat kation (ion bermuatan positif) yang ada disekitarnya (dalam larutan tanah) sehingga terjadi reaksi elektronetralitas yang menghasilkan keseimbangan kimia. Secara praktikal, pertukaran kation sangat penting dalam fisika tanah, kimia tanah, kesuburan tanah, retensi hara dalam tanah, serapan hara oleh tanaman, pemupukan dan pengapuran. Secara umum kation yang terjerap tersedia bagi tanaman melalui pertukaran kation dengan ion H yang dihasilkan oleh respirasi akar-akar tanaman. Hara yang ditambahakan kedalam tanah dalam bentuk pupuk akan diretensi oleh permukaan koloid.
Kation;
Kation adalah ion bermuatan positif seperti Ca++, Mg+, K+, Na+, NH4+, H+, Al3+, dan sebagainya. Di dalam tanah kation-kation tersebut terlarut di dalam air tanah atau dijerap oleh koloid-koloid tanah. Banyaknya kation (dalam miliekivalen) yang dapat dijerap oleh tanah per satuan berat tanah (biasanya per 100 g) dinamakan kapasitas tukar kation (KTK). Kation-kation yang telah dijerap oleh koloid-koloid tersebut sukar tercuci oleh air gravitasi, tetapi dapat diganti oleh kation lain yang terdapat dalam larutan tanah. Hal tersebut dinamakan pertukaran kation. Jenis-jenis kation yang telah disebutkan di atas merupakan kation-kation yang umum ditemukan dalam kompleks jerapan tanah.(Rosmarkam dan Yuwono, 2002)
Klasifikasi KTK;
Kapasitas Tukar Kation (KTK) atau Cation Exchange capacity (CEC) merupakan jumlah total kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid yang bermuatan negative. Berdasarkan pada jenis permukaan koloid yang bermuatan negative, KTK dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:
a) KTK koloid anorganik atau KTK liat yaitu jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid anorganik (koloid liat) yang bermuatan negative,
b) KTK koloid organic yaitu jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid oerganik yang bermuatan negative, dan
c) KTK total atau KTK tanah yaitu jumlah total kation yang dapat dipertukarkan dari suatu tanah baik kation pada permukaan koloid organic (humus) maupun kation pada permukaan koloid anorganik (liat) (Madjid, 2007).
Kapasitas Tukar Kation (KTK) setiap jenis tanah berbeda-beda. Humus yang berasal dari bahan organic mempunyai KTK jauh lebih tinggi (100-300 meq/100g). Koloid yang bersal dari batuan memiliki KTK lebih rendah (3-150 meq/100g). Secara kualitatif KTK tanah dapat diketahui dari teksturnya. Tanah dengan kandungan pasir yang tinggi memiliki KTK yang lebih rendah dibandingkan dengan tanah dengan kandungan liat atau debu. KTK tanah yang rendah dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan organic seperti kompos atau pupuk kandang, penambahan hancuran batuan zeolit secara signifikan juga dapat meningkatkan KTK tanah (Novizan, 2005).
Pertukaran kation merupakan pertukaran antara satu kation dalam suatu larutan dan kation lain dalam permukaan dari setiap permukaan bahan yang aktif. Semua komponen tanah mendukung untuk perluasan tempat pertukaran kation, tetapi pertukaran kation pada sebagaian besar tanah dipusatkan pada liat dan bahan organic. Reaksi tukar kation dalam tanah terjadi terutama di dekat permukaan liat yang berukuran seperti klorida dan partikel-partikel humus yang disebut misel. Setiap misel dapat memiliki beribu-ribu muatan negative yang dinetralisir oleh kation yang diabsorby (Soares et al., 2005).
Hubungan KTK dengan pH Tanah;
Pada kebanyakan tanah ditemukan bahwa pertukaran kation berubah dengan berubahnya pH tanah. Pada pH rendah, hanya muatan permanen liat, dan sebagian muatan koloid organik memegang ion yang dapat digantikan melalui pertukaran kation. Dengan demikian KTK relatif rendah.(Harjowigeno, 2002)
KTK tanah berbanding lurus dengan jumlah butir liat. Semakin tinggi jumlah liat suatu jenis tanah yang sama, KTK juga bertambah besar. Makin halus tekstur tanah makin besar pula jumlah koloid liat dan koloid organiknya, sehingga KTK juga makin besar. Sebaliknya tekstur kasar seperti pasir atau debu, jumlah koloid liat relatif kecil demikian pula koloid organiknya, sehingga KTK juga relatif lebih kecil daripada tanah bertekstur halus.(Hakim, 1986)
Nilai kapasitas tukar kation tanah pada umumnya berkisar antara 25-45 cmol/kg sampai dengan kedalaman 1 meter. Besarnya nilai KTK sangat dipengaruhi oleh kadar lempung, C-organik, dan jenis mineral lempungnya. Pengaruh kadar lempung dan C-organik terhadap nilai KTK tanah terlihat dari grafik hubungan sifat-sifat fisik-kimia. Kadar lempung berpengaruh cukup tinggi terhadap KTK dengan nilai koefisien determinasi R2 = 0.62. Makin tinggi kadar lempung maka makin tingi nilai KTK, sedangkan untuk C-organik pengaruhnya kacil terhadap KTK (R2 = 0.29), hal ini mungkin karena kadar C-organik yang rendah, selain itu jenis mineral lempung pun berpengaruh terhadap nilai KTK (Al-Jabri, 2008).
Dalam kondisi tertentu kation teradsorpsi terikat secara kuat oleh lempung sehingga tidak dapat dilepaskan kembali oleh reaksi pertukaran, kation ini disebut kation terfiksasi. Mineral lempung yang banyak menyumbang fiksasi K+ dan NH4+ antara lain : zeolit, mika, dan ilit. Fiksasi K penting didalam tanah pasiran untuk mencegah dari pelindian dan pemupukan K+ dan NH4+ yang terus menerus yang dapat menurunkan fiksasi K (Aragno dan Michel, 2005).
Masukan kapur akan menaikkan pH tanah. Pada tanah-tanah yang bermuatan tergantung pH, seperti tanah kaya montmorillonit atau koloid organik, maka KTK akan meningkat dengan pengapuran. Di lain pihak pemberian pupuk-pupuk tertentu dapat menurunkan pH tanah, sejalan dengan hal itu KTK pun akan turun. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa pengaruh pengapuran dan pemupukan ini berkaitan erat dengan perubahan pH, yang selanjutnya memperngaruhi KTK tanah (Hakim, dkk., 1986)
Sifat-sifat pertukaran kation dalam tanah banyak digunakan dalam menilai tingkat kesuburan tanah dan klasifikasi tanah. Kapasitas tukar kation berhubungan dengan kapasitas penyediaan Ca, Mg, dan K, efisiensi pemupukan dan pengapuran pada lapisan olah. KTK digunakan sebagai salah satu penciri untuk menentukan kelasnya. Pertukaran kation dalam tanah terjadi karena adanya muatan negatif dari koloid tanah yang menjerap kation-kation dalam bentuk dapat ditukarkan (exchangeable).
Hubungan KTK dengan Tekstur dan Bahan Organik;
KTK mempunyai hubungan dengan tekstur dan bahan organik. Jika tekstur makin halus, maka KPKnya akan makin besar. KPK biasanya dinyatakan dalam C mol (+) kg-1 tanah atau lempung.[6] Kation adalah ion-ion yang bermuatan positif di dalam tanah, misalnya H+, Al3+, Ca++, Mg++, dll. Kation-kation ini dijerap pada permukaan koloid mineral dan ataupun organik dengan ikatan elektrostatik yang tidak terlalu kuat, sehingga dapat dilepaskan ataupun dipertukarkan. Nilai KPK tanah sangat beragam dipengaruhi jumlah dan jenis kandungan lempung, kadar, dan takaran dekomposisi bahan organik serta pH tanah.
Besarnya KTK suatu tanah dapat ditentukan dengan menjenuhkan kompleks jerapan atau misel dengan kation tertentu. Misalnya misel dijenuhkan dengan kation Ba2+ atau NH4+ yang bertujuan agar seluruh kation yang terjerap dapat digantikan oleh ion Ba2+ atau NH4+. Dengan menghitung jumlah Ba2+ atau NH4+ yang dapat menggantikan seluruh kation terjerap tadi, maka nilai tersebut adalah KTK tanah yang ditentukan
Faktor yang mempengaruhi kapasitas pertukaran kation adalah pH Larutan pengekstrak, Sifat komplek pertukaran, Konsentrasi larutan pengekstrak, Sifat kation yang dipakai, Pendekatan Analitik, Adanya interaksi yang tidak diinginkan, Keterbatasan metode analisis.
Suatu jenis tanah yang mempunyai nilai KPK tertentu dapat diubah (dinaikan atau diturunkan) dengan cara mencampur dengan bahan-bahan lain yang nilai KPKnya berbeda. Untuk membuktikan muatan negatif zarah-zarah tanah digunakan dua macam zat warna yaitu :
(1) gention violet (+) yang bermuatan positif untuk menunjukan tanah yang bermuatan negatif dan
(2) eosin red (-) yang bermuatan negatif untuk menunjukan tanah yang bermuatan positif.
KTK merupakan jumlah total kation yang dapat dipertukarkan (cation exchangable) pada permukaan koloid yang bermuatan negatif. Satuan hasil pengukuran KTK adalah milliequivalen kation dalam 100 gram tanah atau me kation per 100 g tanah.
Beberapa Istilah KTK
Berdasarkan pada jenis permukaan koloid yang bermuatan negatif, KTK dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:
1. KTK koloid anorganik atau dikenal sebagai KTK liat tanah,
2. KTK koloid organik atau dikenal sebagai KTK bahan organik tanah, dan
3. KTK total atau KTK tanah.
KTK Koloid Anorganik atau KTK Liat
KTK liat adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid anorganik (koloid liat) yang bermuatan negatif.
Nilai KTK liat tergantung dari jenis liat, sebagai contoh:
a. Liat Kaolinit memiliki nilai KTK = 3 s/d 5 me/100 g.
b. Liat Illit dan Liat Klorit, memiliki nilai KTK = 10 s/d 40 me/100 g.
c. Liat Montmorillonit, memiliki nilai KTK = 80 s/d 150 me/100 g.
d. Liat Vermikullit, memiliki nilai KTK = 100 s/d 150 me/100 g.
KTK Koloid Organik
KTK koloid organik sering disebut juga KTK bahan organik tanah adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid organik yang bermuatan negatif.
Nilai KTK koloid organik lebih tinggi dibandingkan dengan nilai KTK koloid anorganik. Nilai KTK koloid organik berkisar antara 200 me/100 g sampai dengan 300 me/100 g.
KTK Total atau KTK Tanah
KTK total merupakan nilai KTK dari suatu tanah adalah jumlah total kation yang dapat dipertukarkan dari suatu tanah, baik kation-kation pada permukaan koloid organik (humus) maupun kation-kation pada permukaan koloid anorganik(liat).
Perbedaan KTK Tanah Berdasarkan Sumber Muatan Negatif
Berdasarkan sumber muatan negatif tanah, nilai KTK tanah dibedakan menjadi 2, yaitu:
1. KTK muatan permanen, dan
2. KTK muatan tidak permanen.
KTK Muatan Permanen
KTK muatan permanen adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid liat dengan sumber muatan negatif berasal dari mekanisme substitusi isomorf. Substitusi isomorf adalah mekanisme pergantian posisi antar kation dengan ukuran atau diameter kation hampir sama tetapi muatan berbeda. Substitusi isomorf ini terjadi dari kation bervalensi tinggi dengan kation bervalensi rendah di dalam struktur lempeng liat, baik lempeng liat Si-tetrahedron maupun Al-oktahedron.
Contoh peristiwa terjadinya muatan negatif diatas adalah: (a). terjadi substitusi isomorf dari posisi Si dengan muatan 4+ pada struktur lempeng liat Si-tetrahedron oleh Al yang bermuatan 3+, sehingga terjadi kelebihan muatan negatif satu, (b). terjadinya substitusi isomorf dari posisi Al yang bermuatan 3+ pada struktur liat Al-oktahedron oleh Mg yang bermuatan 2+, juga terjadi muatan negatif satu, dan (c). terjadi substitusi isomorf dari posisi Al yang bermuatan 3+ dari hasil substitusi isomorf terdahulu pada lempeng liat Si-tetrahedron yang telah bermuatan neatif satu, digantikan oleh Mg yang bermuatan 2+, maka terjadi lagi penambahan muatan negatif satu, sehingga terbentuk muatan negatif dua pada lempeng liat Si-tetrahedron tersebut. Muatan negatif yang terbentuk ini tidak dipengaruhi oleh terjadinya perubahan pH tanah. KTK tanah yang terukur adalah KTK muatan permanen.
KTK Muatan Tidak Permanen
KTK muatan tidak permanen atau KTK tergantung pH tanah adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid liat dengan sumber muatan negatif liat bukan berasal dari mekanisme substitusi isomorf tetapi berasal dari mekanisme patahan atau sembulan di permukaan koloid liat, sehingga tergantung pada kadar H+ dan OH- dari larutan tanah.
Hasil Pengukuran KTK Tanah
Berdasarkan teknik pengukuran dan perhitungan KTK tanah di laboratorium, maka nilai KTK dikelompokkan menjadi 2, yaitu:
1. KTK Efektif, dan
2. KTK Total.
