Tanah padat atau soil compaction berlaku apabila ruang pori tanah berkurang dan ketumpatan pukalnya meningkat. Keadaan ini mengehadkan pergerakan air dan udara, meningkatkan kekuatan mekanikal tanah serta menyukarkan akar menembusi lapisan tanah.
Masalah pemadatan bukan sahaja melibatkan struktur fizikal tanah. Apabila udara sukar bergerak dalam ruang pori, kandungan oksigen di zon akar turut menurun. Kesannya, respirasi akar, penyerapan nutrien dan aktiviti mikroorganisma tanah boleh terganggu. Berdasarkan dokumen yang diberikan, tanda-tanda ini boleh dikenal pasti melalui pemerhatian visual, pemeriksaan akar dan beberapa pengukuran pengudaraan tanah.
Bagaimanakah pemadatan mengubah tanah?
Tanah yang sihat mempunyai gabungan zarah mineral, bahan organik, air dan udara. Ruang antara zarah tanah dikenali sebagai pori. Sebahagian pori mengandungi air, manakala sebahagian lagi mengandungi udara.
Apabila tanah dimampatkan, zarah-zarahnya menjadi lebih rapat. Akibatnya:
- Ketumpatan pukal meningkat;
- Jumlah pori berkurang;
- Liang udara besar semakin sedikit;
- Penyusupan dan pergerakan air menjadi perlahan;
- Pertukaran gas antara tanah dengan atmosfera terhad; dan
- Akar menghadapi rintangan mekanikal yang lebih tinggi.
Pemadatan turut mengurangkan kestabilan agregat tanah. Struktur tanah yang sepatutnya berbutir atau berongga boleh berubah menjadi lapisan keras dan mendatar.
Tanda visual dan fizikal di lapangan
Dokumen tersebut menyenaraikan empat tanda medan utama yang boleh digunakan untuk mengenal pasti pemadatan dan kekurangan pengudaraan.
| Tanda medan | Penerangan | Petunjuk utama |
|---|---|---|
| Zon terendam | Air bertakung di permukaan atau lapisan bawah di atas lapisan padat | Porositi terisi udara berkurang |
| Akar terhad | Akar berkumpul pada lapisan cetek dan tidak berkembang ke bawah | Rintangan mekanikal dan hipoksia |
| Daun pucat | Warna daun menjadi pucat dan pertumbuhan bahagian atas terbantut | Pengambilan nutrien berkurang |
| Struktur berplat | Tanah membentuk lapisan nipis dan mendatar | Agregat berubah serta tanah mengalami mampatan |
Tanda-tanda ini perlu dinilai secara bersama. Satu gejala sahaja mungkin mempunyai punca lain, tetapi gabungan genangan air, akar cetek dan pertumbuhan tanaman tidak seragam memberikan petunjuk yang lebih kuat terhadap masalah pemadatan.
Genangan air di atas lapisan padat
Salah satu tanda yang mudah diperhatikan ialah air bertakung selepas hujan atau pengairan. Genangan ini boleh berlaku walaupun tanah di bahagian bawah belum tepu sepenuhnya.
Lapisan padat bertindak sebagai penghalang kepada pergerakan air ke bawah. Air kemudiannya berkumpul di permukaan atau membentuk zon terendam pada lapisan subpermukaan.
Apabila liang tanah dipenuhi air, ruang untuk udara menjadi semakin sedikit. Keadaan ini memperlahankan kemasukan oksigen ke zon akar dan membentuk persekitaran hipoksia atau kekurangan oksigen.
Corak pertumbuhan akar yang terhad
Akar ialah petunjuk penting bagi menilai keadaan fizikal tanah. Dalam tanah yang tidak padat, akar lazimnya berkembang ke pelbagai arah dan menembusi tanah dengan lebih dalam.
Sebaliknya, dalam tanah padat, akar boleh menunjukkan beberapa ciri:
- Berkumpul pada lapisan atas;
- Membesar secara mendatar;
- Membengkok apabila bertemu lapisan keras;
- Kurang akar halus;
- Mempunyai taburan yang cetek; dan
- Menunjukkan perkembangan yang tidak sekata.
Keadaan ini berpunca daripada gabungan rintangan mekanikal dan kekurangan oksigen. Walaupun tanah mempunyai air dan nutrien, akar mungkin tidak mampu mencapainya kerana pertumbuhan terbatas pada zon tertentu.
Daun pucat dan pertumbuhan terbantut
Pemadatan tanah boleh menyebabkan daun tanaman menjadi pucat. Gejala tersebut berkait dengan pengurangan fungsi akar dan penyerapan nutrien.
Akar yang mengalami tekanan mekanikal atau hipoksia kurang berupaya menyerap air serta unsur pemakanan. Gangguan pada proses nitrifikasi dan kehilangan nitrogen melalui denitrifikasi turut boleh mengurangkan bekalan nitrogen kepada tanaman.
Akibatnya, bahagian atas tanaman mungkin menunjukkan:
- Daun berwarna hijau pucat;
- Pertumbuhan perlahan;
- Saiz daun lebih kecil;
- Kanopi tidak seragam; dan
- Pokok terbantut.
Namun begitu, daun pucat juga boleh disebabkan oleh kekurangan nutrien, penyakit akar atau keadaan saliran yang buruk. Oleh itu, pemeriksaan akar dan struktur tanah perlu dilakukan bagi mengesahkan puncanya.
Pembentukan struktur tanah berplat
Tanah padat boleh membentuk struktur berplat atau platy structure. Struktur ini terdiri daripada lapisan nipis yang tersusun secara mendatar.
Susunan mendatar tersebut mengehadkan pergerakan air, udara dan akar melalui profil tanah. Akar mungkin bergerak di sepanjang permukaan lapisan, tetapi sukar menembusinya.
Struktur berplat lazimnya berkaitan dengan:
- Tekanan jentera;
- Pemijakan berulang;
- Kerja tanah ketika terlalu basah;
- Mampatan lapisan permukaan; dan
- Perubahan atau pemusnahan agregat tanah.
Kehadiran lapisan ini boleh diperhatikan dengan menggali profil tanah dan memeriksa cara tanah pecah apabila ditekan.
Porositi terisi udara sebagai petunjuk kritikal
Pengudaraan tanah bergantung pada jumlah pori yang tidak dipenuhi air. Parameter ini dikenali sebagai porositi terisi udara atau air-filled porosity.
Dokumen menyatakan bahawa porositi terisi udara di bawah 0.10 m³ m?³, bersamaan kira-kira 10% daripada isipadu tanah, menunjukkan keadaan pengudaraan yang tidak mencukupi.
Pada tahap ini, pergerakan oksigen menuju ke akar menjadi terhad. Risiko hipoksia meningkat, terutama apabila tanah kekal basah untuk tempoh yang panjang.
Nilai tersebut perlu ditafsir mengikut jenis tanah, kandungan air dan keperluan tanaman kerana tindak balas mungkin berbeza antara tanah berpasir, tanah liat dan tanah berasaskan abu gunung berapi.
Potensi redoks tanah
Kekurangan oksigen turut boleh dinilai menggunakan potensi pengoksidaan-penurunan atau potensi redoks, yang biasanya ditulis sebagai Eh.
Dokumen menyatakan bahawa nilai Eh di bawah 200 mV mengesahkan keadaan pengudaraan yang lemah. Nilai rendah menunjukkan persekitaran tanah semakin bersifat penurunan kerana oksigen sebagai penerima elektron semakin berkurang.
Dalam keadaan tersebut, proses kimia dan biologi tanah berubah. Mikroorganisma mula menggunakan bahan lain sebagai penerima elektron, termasuk nitrat, yang boleh meningkatkan proses denitrifikasi.
Kadar resapan oksigen
Kadar resapan oksigen atau oxygen diffusion rate menerangkan keupayaan oksigen bergerak melalui tanah menuju ke permukaan akar.
Dokumen melaporkan bahawa kadar resapan oksigen jatuh di bawah tahap kritikal apabila ketumpatan pukal mencapai 1.7 Mg m?³ dalam kajian yang dirujuk. Keadaan ini mengehadkan respirasi akar.
Walau bagaimanapun, nilai ketumpatan pukal kritikal tidak sama bagi semua tanah. Tanah bertekstur kasar dan halus mempunyai susunan pori serta had pemadatan yang berbeza.
Kebolehtelapan dan kapasiti udara
Kebolehtelapan udara merujuk kepada kemudahan udara bergerak melalui rangkaian pori tanah. Kapasiti udara pula menggambarkan jumlah ruang yang tersedia untuk diisi udara.
Dalam tanah abu gunung berapi yang dikaji, nilai kritikal berlaku apabila:
- Kebolehtelapan udara kurang daripada 1 µm²; dan
- Kapasiti udara kurang daripada 10%.
Keadaan tersebut dilaporkan berlaku apabila ketumpatan pukal melebihi 0.80 Mg m?³. Nilai yang kelihatan rendah ini menunjukkan bahawa had kritikal perlu dinilai mengikut jenis tanah. Tanah gunung berapi mempunyai struktur dan ketumpatan semula jadi yang berbeza daripada tanah mineral biasa.
Pengumpulan etilena dalam zon akar
Pemadatan bukan sahaja mengurangkan kemasukan oksigen, tetapi turut menghalang gas daripada keluar. Salah satu gas yang boleh terkumpul ialah etilena.
Etilena ialah hormon tumbuhan berbentuk gas yang terlibat dalam pelbagai proses pertumbuhan. Apabila pergerakannya keluar dari tanah terhad, etilena boleh terkumpul di sekitar akar.
Dokumen menyatakan bahawa pengumpulan etilena dalam tisu akar boleh menghentikan atau mengehadkan pemanjangan akar. Dengan kata lain, akar bukan sahaja menghadapi halangan fizikal, tetapi turut bertindak balas terhadap isyarat kimia yang menunjukkan tanah terlalu padat.
Hipoksia dan anoksia
Hipoksia ialah keadaan apabila kandungan oksigen rendah, manakala anoksia bermaksud hampir tiada oksigen tersedia.
Dalam tanah padat dan basah, ruang pori udara berkurang dan oksigen digunakan dengan cepat oleh akar serta mikroorganisma. Oleh sebab pergerakan gas perlahan, oksigen yang digunakan tidak dapat diganti pada kadar yang mencukupi.
Keadaan anoksik boleh membentuk poket tanpa oksigen dalam profil tanah. Poket ini mendorong perubahan besar dalam proses biokimia tanah.
Kesan terhadap respirasi akar
Akar memerlukan oksigen untuk menjalankan respirasi aerobik dan menghasilkan tenaga. Tenaga tersebut diperlukan bagi pertumbuhan, penyelenggaraan sel dan penyerapan nutrien secara aktif.
Dalam tanah padat, kandungan oksigen menurun manakala karbon dioksida meningkat. Gabungan O? yang rendah dengan CO? yang tinggi mengehadkan respirasi aerobik.
Apabila tenaga yang dihasilkan berkurang, akar mungkin:
- Tumbuh lebih perlahan;
- Menghasilkan kurang akar halus;
- Kurang cekap menyerap nutrien;
- Lebih mudah rosak; dan
- Tidak mampu menyokong pertumbuhan bahagian atas tanaman.
Perubahan kepada respirasi anaerobik
Apabila oksigen tidak mencukupi, sel akar beralih sebahagiannya kepada laluan respirasi anaerobik. Laluan ini kurang cekap menghasilkan tenaga dan boleh menghasilkan sebatian yang memudaratkan jika berterusan.
Dokumen menyatakan bahawa aktiviti beberapa enzim meningkat dalam tanah padat yang kurang pengudaraan, termasuk:
- Laktat dehidrogenase;
- Piruvat dekarboksilase; dan
- Alkohol dehidrogenase.
Peningkatan enzim ini menjadi petunjuk bahawa akar mengalami tekanan hipoksia dan menggunakan laluan metabolisme alternatif.
Denitrifikasi dan kehilangan nitrogen
Dalam keadaan beroksigen, bakteria tertentu menukarkan ammonium kepada nitrat melalui proses nitrifikasi. Nitrat kemudiannya boleh digunakan oleh tanaman.
Apabila tanah menjadi anoksik, nitrifikasi berkurang. Pada masa yang sama, denitrifikasi meningkat. Dalam proses denitrifikasi, nitrat ditukarkan kepada gas nitrogen seperti N? dan N?O.
Akibatnya, nitrogen boleh hilang daripada sistem tanah. Tanaman mungkin menunjukkan gejala kekurangan nitrogen walaupun baja nitrogen telah digunakan.
Risiko ini menjadi lebih tinggi apabila pemadatan digabungkan dengan pengairan atau hujan berlebihan kerana ruang udara tanah semakin banyak dipenuhi air.
Pelepasan nitrus oksida
Nitrus oksida atau N?O ialah salah satu gas yang boleh terbentuk melalui proses denitrifikasi. Struktur tanah yang buruk, kebolehtelapan udara rendah dan kandungan nitrogen mineral yang tinggi boleh meningkatkan pelepasannya.
Pemadatan menghasilkan keadaan mikro yang tidak seragam. Sesetengah pori masih mempunyai oksigen, manakala pori lain menjadi anoksik. Keadaan ini boleh menyokong beberapa peringkat transformasi nitrogen yang akhirnya menghasilkan N?O.
Oleh itu, pemadatan tanah bukan sahaja menjejaskan pertumbuhan tanaman, malah boleh mempengaruhi pelepasan gas rumah hijau.
Kesan terhadap komuniti mikroorganisma
Mikroorganisma tanah mempunyai keperluan oksigen yang berbeza. Apabila tanah kurang pengudaraan, komposisi komuniti mikrob boleh berubah daripada organisma aerobik kepada organisma yang lebih toleran terhadap keadaan anaerobik.
Perubahan ini mempengaruhi:
- Penguraian bahan organik;
- Kitaran nitrogen;
- Pembentukan dan kehilangan nitrat;
- Aktiviti bakteria pengikat nitrogen; dan
- Pelepasan gas daripada tanah.
Dokumen menyatakan bahawa pengudaraan rhizosfera meningkatkan kepelbagaian bakteria pengikat nitrogen dalam kajian tanah padat.
Kesan pengudaraan rhizosfera
Pengudaraan rhizosfera ialah usaha meningkatkan bekalan udara di kawasan tanah yang berdekatan dengan akar.
Dalam kajian yang dirujuk, pengudaraan rhizosfera:
- Mengurangkan aktiviti enzim respirasi anaerobik;
- Meningkatkan morfologi dan perkembangan akar; dan
- Meningkatkan kepelbagaian bakteria pengikat nitrogen.
Dapatan ini menunjukkan bahawa masalah tanah padat melibatkan interaksi antara struktur tanah, fisiologi akar dan komuniti mikroorganisma.
Pemeriksaan praktikal di lapangan
Pemeriksaan tanah padat boleh dimulakan dengan menggali lubang profil pada kawasan tanaman yang bermasalah dan kawasan yang tumbuh normal untuk tujuan perbandingan.
Perkara yang perlu diperhatikan termasuk:
- Kedalaman akar;
- Arah pertumbuhan akar;
- Kehadiran lapisan keras;
- Struktur tanah;
- Keadaan lembap atau bertakung;
- Warna tanah;
- Bau tanah; dan
- Keseragaman pertumbuhan tanaman.
Tanah yang kekurangan oksigen kadangkala menunjukkan warna kelabu atau bertompok akibat perubahan keadaan redoks. Namun, ciri warna ini tidak dihuraikan secara khusus dalam dokumen dan perlu dinilai bersama petunjuk lain.
Kepentingan menilai kandungan air
Tahap pemadatan dan pengudaraan sangat dipengaruhi oleh kandungan air tanah. Tanah padat mungkin masih mempunyai udara apabila kering, tetapi cepat mengalami hipoksia apabila basah.
Oleh itu, pemeriksaan lebih bermakna dilakukan selepas hujan atau pengairan, ketika perbezaan saliran dan genangan lebih jelas.
Jenis tanah turut mempengaruhi kesannya. Tanah liat biasanya mempunyai pergerakan udara lebih perlahan berbanding tanah berpasir, manakala tanah berstruktur baik boleh mengekalkan gabungan pori air dan udara yang lebih seimbang.
Gabungan petunjuk yang paling berguna
Berdasarkan dokumen, pengesanan tanah padat dan kekurangan pengudaraan sebaiknya menggabungkan tiga kumpulan petunjuk:
| Kumpulan petunjuk | Contoh |
|---|---|
| Pemerhatian medan | Zon terendam, struktur berplat, pertumbuhan tidak seragam |
| Pemeriksaan tanaman | Akar cetek, akar membengkok, daun pucat, pertumbuhan terbantut |
| Pengukuran tanah | Porositi terisi udara di bawah 0.10 m³ m?³, Eh di bawah 200 mV, kebolehtelapan udara rendah |
Pendekatan gabungan lebih tepat berbanding bergantung kepada satu bacaan atau satu gejala sahaja.
Kata kunci: tanah padat, pemadatan tanah, kekurangan pengudaraan, hipoksia akar, anoksia tanah, ketumpatan pukal, porositi terisi udara, struktur berplat, respirasi akar, denitrifikasi, nitrifikasi, etilena, mikroorganisma tanah, pengudaraan rhizosfera, pertumbuhan akar
Sumber Rujukan
Asady, G. H., & Smucker, A. (1989). Compaction and root modifications of soil aeration. Soil Science Society of America Journal, 53, 251–254.
Ball, B. C. (2013). Soil structure and greenhouse gas emissions: A synthesis of 20 years of experimentation. European Journal of Soil Science, 64.
Batey, T., & McKenzie, D. C. (2006). Soil compaction: Identification directly in the field. Soil Use and Management, 22.
Batey, T. (2009). Soil compaction and soil management: A review. Soil Use and Management, 25.
Dörner, J., Bravo, S., Stoorvogel, M., Dec, D., Valle, S., Clunes, J., Horn, R., Uteau, D., Wendroth, O., Lagos, L., & Zúñiga, F. (2022). Short-term effects of compaction on soil mechanical properties and pore functions of an Andisol. Soil and Tillage Research.
Hansson, L., Šim?nek, J., Ring, E., Bishop, K., & Gärdenäs, A. I. (2019). Soil compaction effects on root-zone hydrology and vegetation in boreal forest clearcuts. Soil Science Society of America Journal.
Kozlowski, T. (1999). Soil compaction and growth of woody plants. Scandinavian Journal of Forest Research, 14, 596–619.
Liang, H., Yang, L., He, X., Wu, Q., Chen, D., Liu, M., & Shen, P. (2024). Rhizosphere ventilation effects on root development and bacterial diversity of peanut in compacted soil. Plants, 13.
Mentges, M. I., Reichert, J. M., Rodrigues, M. F., Awe, G. O., & Mentges, L. R. (2016). Capacity and intensity soil aeration properties affected by granulometry, moisture and structure in no-tillage soils. Geoderma, 263, 47–59.
Pandey, B. K., Huang, G., Bhosale, R., Hartman, S., Sturrock, C., Jose, L., Martin, O., Karády, M., Voesenek, L., Ljung, K., Lynch, J., Brown, K., Whalley, W. R., Mooney, S., Zhang, D., & Bennett, M. (2021). Plant roots sense soil compaction through restricted ethylene diffusion. Science, 371, 276–280.
Shah, A. N., Tanveer, M., Shahzad, B., Yang, G., Fahad, S., Ali, S., Bukhari, M. A., Tung, S. A., Hafeez, A., & Souliyanonh, B. (2017). Soil compaction effects on soil health and crop productivity: An overview. Environmental Science and Pollution Research, 24, 10056–10067.
Startsev, A., & McNabb, D. (2009). Effects of compaction on aeration and morphology of boreal forest soils in Alberta, Canada. Canadian Journal of Soil Science, 89, 45–56.
Stepniewski, W., Gli?ski, J., & Ball, B. (1994). Effects of compaction on soil aeration properties. Developments in Agricultural Engineering, 11, 167–189.
Weisskopf, P., Reiser, R., Rek, J., & Oberholzer, H. (2010). Effect of different compaction impacts and varying subsequent management practices on soil structure, air regime and microbiological parameters. Soil & Tillage Research, 111, 65–74.
