karakteristik tanah yang diolah secara strip … · hubungan antar sifat fisik tanah dan...
TRANSCRIPT
11
KARAKTERISTIK TANAH YANG DIOLAH SECARA STRIP BERIRIGASI BAWAH PERMUKAAN
Pendahuluan
Tanah merupakan suatu benda alami heterogen yang terdiri atas komponen-
komponen padat, cair dan gas, dan mempunyai sifat serta perilaku yang dinamik.
Bowles (1989) menyatakan bahwa tanah adalah sistem yang heterogen, berfase
banyak, rumit bersifat dispersi serta sarang, dimana luas pertemuan antar fase per
satuan volume bisa sangat besar. Kondisi dispersi dari tanah dan kegiatan antar fase
akan menghasilkan peristiwa seperti adsorbsi air dan bahan kimia, pertukaran ion,
adesi, pengembangan dan pengkerutan, dispersi dan penggumpalan dan kapilaritas
tanah merupakan sistem dispersi tiga fase yang selalu berada dalam keseimbangan
yang dinamis. Ketiga fase tanah terdiri dari fase padat yang menyusun matrik tanah,
fase cair yang terdiri dari air tanah yang selalu mengandung bahan-bahan terlarut dan
fase gas yaitu atmosfir tanah (Hillel 1998; Sapei et al. 1990).
Tanah yang baik untuk pertumbuhan tanaman harus bertekstur sedang sampai
berat. Lapisan solum sebaiknya cukup dalam, kira-kira 60 cm, sehingga akar dapat
dengan mudah masuk ke dalam. Struktur tanah baik dan mantap, tidak ada lapisan
pedas yang tidak bisa ditembus oleh akar, tidak tergenang air dan tanah mampu
menahan kapasitas air tersedia (available water capacity) yang cukup pada waktu
musim kemarau (Mostaghimi dan Mcmahon 1989).
Menurut Doorenbos dan Kassam (1979), kemampuan tanah untuk menahan air
(water holding capacity) atau air tanah tersedia adalah total ketersediaan air untuk
tanaman atau selisih antar kadar air tanah pada kondisi kapasitas lapang (pF 2.54)
dengan kadar air pada titik layu permanen (pF 4.2). Kalsim dan Sapei (1992)
menerangkan bahwa notasi pF merupakan logaritma dari nilai absolut head tekanan
(h), pF = log (-h), secara teoritis nilai pF mempunyai selang dari - ∞ sampai 7, tetapi
dari - ∞ sampai 0 umumnya diabaikan dan pada nilai diatas 5.0 tidak mempunyai
pengertian praktis (tanaman umumnya mati pada pF 4.2).
Hubungan antar sifat fisik tanah dan pertumbuhan tanaman menunjukkan
bahwa aerasi merupakan faktor pembatas yang penting dalam pengembangan sistem
perakaran tanaman. Keadaan aerasi yang kurang baik dapat merugikan dan
12
melemahkan proses respirasi yang mantap, memperlambat penyerapan air, dan
makanan serta menghambat fungsi pengaturan proses biologis terutama sehubungan
dengan kesuburan tanah. (Harjowigeno, 1986). Kadar air tanah berpengaruh terhadap
perubahan sifat fisik tanah yang dapat merugikan pertumbuhan tanaman. Hubungan
air, udara dan tanah dapat dilihat pada sifat fisik tanah terutama pada porositas dan
permeabilitas tanah. Koduktivitas hidrolik merupakan rasio terhadap gradien hidrolik
atau kemiringan flux terhadap kurva gradien. Konduktivitas hidrolik mengatur
kemampuan tanah untuk menaikkan air. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai
konduktivitas hidrolik tanah adalah distribusi ukuran pori tanah, tekstur tanah, gaya
gesek antar molekul air dan kekentalan air. Oleh karena itu konduktivitas hidrolik
tanah sangat berbeda antara satu jenis dengan jenis yang lain, bahkan antar lapisan
tanah. (Hillel 1998)
Tekstur merupakan atribut tanah yang bersifat permanen dan alami. Sehingga
tekstur tanah ini dijadikan sebagai ciri susunan fisik tanah (Sapei et al. 1990).
Vermeiren dan Jobling (1980) menyatakan bahwa pada tanah dengan textur halus
seperti liat dan lempung berliat, gaya-gaya kapiler berkerja kuat dan gaya gravitasi
dapat diabaikan.
Liat tidak hanya memiliki permukaan yang luas tetapi juga bermuatan negatif.
Muatan negatif tersebut menyebabkan liat mempunyai kemampuan mengikat air
lebih tinggi dan juga jumlah ruang pori mikro pada liat jauh lebih besar daripada
jumlah ruang pori mikro diantara butiran pasir selingga gerak air dan udara dalam
fraksi liat terhambat (Sarief 1985). Harjowigeno (2002) menambahkan bahwa karena
halusnya butir-butir liat maka susunan butir-butirnya sangat rapat. Air dan udara
sukar masuk didalamnya, artinya sukar merembeskan air dan air yang telah masuk
akan sukar keluar, maka itu tanah liat lambat kering.
Lahan bertekstur lempung berliat sebagian besar merupakan lahan marjinal
yang berpotensi untuk pengembangan perbaikan teknologi pemanfaatan lahannya.
Notohadiprawiro (2006) mengungkapkan tanah yang didominasi terkstur lempung
dan liat seperti podsolik merah-kuning memiliki banyak permasalahan terkait dengan
hampir semua sifatnya, yaitu; fisik, fisikokimia, kimia, biologi dan morfologi.
Pengelolaan lahan marjinal (podsolik merah kuning) diharapkan meningkatkan nilai
manfaat menjadi berproduktivitas secara berkelanjutan. Perbaikan karakteristik tanah
13
diperlukan suatu teknologi yang dapat bekerja secara serbacakup (comprehensive).
Mostaghimi et al. (1989) menyatakan lapisan tanah bertekstur liat tinggi biasanya
memiliki permeabilitas yang lambat. Aliran air pada tanah liat tersebut didominasi
oleh aliran pori makro. Hukum Darcy menggambarkan aliran air pada pori kecil
(micropores), namun dalam aplikasinya pergerakan air memerlukan pori-pori makro
karena sifat grafitasinya merupakan gaya pengendali utama. (Hillel 1980).
Bahan organik membantu mengikat butiran liat membentuk ikatan butiran yang
lebih besar sehingga memperbesar ruang-ruang udara diantara ikatan butiran
(Schjønning et al. 2007). Kandungan bahan organik yang semakin banyak
menyebabkan air yang berada dalam tanah akan bertambah banyak. Bahan organik
dalam tanah dapat menyerap air 2–4 kali lipat dari berat bobotnya yang berperan
dalam ketersediaan air (Sarief 1985). Penambahan bahan organik dalam tanah dapat
dilakukan dengan cara pemberian pupuk organik. Keuntungan dari penambahan
pupuk organik ke dalam tanah tidak hanya terletak pada kadar unsur haranya saja
tetapi juga mempunyai peranan lain ialah meinperbaiki keadaan struktur, aerasi,
kapasitas menahan air tanah, mempengaruhi atau mengatur keadaan temperatur tanah
dan menyediakan suatu zat hasil perombakan yang dapat membantu pertumbuhan
tanaman (Purnomo et al. 1992).
Sifat fisik tanah juga sangat penting dalam mempelajari pergerakan air
dalam tanah yang pada akhirnya dapat dipergunakan dalam menentukan suatu
efesiensi kinerja irigasi di lapangan. Menurut Israelsen dan Hansen (1962), ada
enam buah konsep efisiensi irigasi yaitu efisiensi penyaluran air, efisiensi pemberian
air, efisiensi penyebaran air, efisiensi penampungan air, efisiensi penggunaan air
dan efisiensi penggunaan air konsumtif. Efisiensi penyaluran air merupakan
efisiensi tingkat pertama yang harus dipertahankan sebelum efisiensi lainnya
diperoleh.
Sifat fisik tanah dalam penelitian lanjut di Laboratorium diperlukan dalam
mempelajari pergerakan air dalam tanah untuk menentukan suatu proses infiltrasi air
dalam tanah atau model sebaran kadar air. Infiltrasi air dalam tanah pada sebuah
media tanah kering yaitu berupa kolom tanah horisontal merupakan dasar metode
untuk mengukur “fungsi difusi air” tanah. Metode ini pertama kali diperkenalkan
oleh Bruce dan Klute (1956), meliputi infiltrasi (absorbsi) air kedalam kolom
14
horizontal tanah diikuti oleh pengukuran sampel untuk mendapatkan distribusi
kandungan air pada waktu yang tetap. Metode Bruce dan Klute (1956) berdasarkan
bentuk transformasi difusi dari persamaan aliran tak jenuh Boltzman. Aliran
horizontal membentuk persamaan diperlihatkan di bawah.
���� = �
�� ��() ����� /1/
θ adalah kadar air (L3L-3), D adalah diffusi (L2T-1), x adalah koordinat spasial (L)
dan t adalah waktu (T).
Nielsen et al. (1962) menyatakan bahwa persamaan (1) secara tidak langsung
menyakatan bahwa hukum Darcy cukup akurat untuk aliran tidak jenuh dan dapat
menjadikan asumsi adanya hubungan unik antara kadar air dan “pressure head”.
Kondisi awal dan batasan (boundary) untuk suatu infiltrasi horisontal dijelaskan
bahwa kondisi kandungan air awal (initial condition) dan terikat (boundary) adalah θi
dan θo dengan asumsi θi < θo.
Penggunaan transformasi Boltzman:
�() = ���/� /2/
“partial differential” persamaan (1) ditransformasikan ke dalam persamaan
“ordinary differential” :
− ��
���� = �
�� �� ����� /3/
Kesatuan persamaan dan penggunaan kondisi persamaan initial condition dan
boundary menjadi persamaan diffusi air tanah :
�() = − �� ���
�� � � � ����� /4/
atau, x pada titik waktu, t ;
�() = − ��� ���
�� � � � ���� /5/
Pengumpulan data informasi mengenai sifat karakteristik tanah pada olah
tanah terbatas beririgasi bawah permukaan bertujuan untuk:
1) Mendapatkan informasi data sifat fisik tanah untuk tanah yang tidak diolah
(padat) dan yang diolah serta kinerja irigasi pada lahan yang dipilih serta
membangun definisi strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan.
2) Mempelajari sifat penambahan kandungan bahan organik pada tanah berliat.
15
3) Mendapatkan nilai-nilai parameter yang dibutuhkan dalam memenuhi sifat fisik
tanah penelitian guna disimulasikan pada model pergerakan air horizontal pada
strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan.
Bahan dan Metode
Pengukuran sifat fisik tanah dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika
Tanah, Departemen Teknik Pertanian, Fateta-IPB, Bogor. Pengukuran efesiensi
irigasi dilakukan di lahan petani di Desa Hambaro, Kecamatan Leuwiliang, Bogor.
Penelitian dilakukan dari bulan Mei 2010 sampai dengan Februari 2011.
Contoh bahan tanah uji diambil dari daerah Leuwiliang, Bogor. Bahan yang
digunakan adalah contoh tanah tak terganggu dan tanah terganggu, larutan Natrium
Hexametaphospate, larutan H202 6%, air destilasi dan aliran air. Alat yang
digunakan adalah oven, timbangan digital, alat-alat pengambil sampel tanah, three
phase meter, falling head (untuk konduktivitas tanah jenuh), timbangan analitik,
alat-alat pengukur distribusi partikel, gelas ukur, mistar, pressure membrane
apparatus, alat-alat untuk membuat bak uji, stopwatch, hand sprayer, alat pengolah
tanah, ember, ajir elektronik, moisturemeter, stopwatch, dan pot pengalir.
Karakteristik tanah yang di ukur adalah: density of solids (mean particle
density) (ρs), dry bulk density (ρb), total (wet) bulk density (ρt), dry specific volume
(vb), porosity (f), void ratio (e), soil wetness, mass wetness (w), volume wetness
(θ),water volume ratio (vw), derajat kejenuhan (s), air-failed porosity (fractinal air
content) (fs), tekstur tanah menurut USDA, stabilitas agregat, kadar bahan organik
tanah, konduktivitas hidrolik jenuh, difusifitas, dan konduktivitas hidrolik tidak
jenuh
Pengukuran sifat fisik tanah: pengukuran kadar air dilakukan dengan
gravimetri (JIS A 1230-1978), konduktivitas hidrolik kondisi jenuh menggunakan cara
falling head method, hubungan massa dan volume pada three phase, analisis ukuran
partikel menggunakan standar JIS A 1204-1980, klasifikasi tekstur tanah mangacu
pada USDA (US Departement of Agriculture) menggunakan segitiga tekstur.
Diagram alir dari pengumpulan data sifat fisik tanah untuk dipergunakan di lapangan
dan laboratorium serta simulasi model ditunjukkan sebagai berikut:
16
Gambar 4 Diagram alir data sifat fisik tanah dalam penggunaan informasi karakteristik tanah untuk pengujian di lapangan dan Laboratorium
Pengukuran kadar air dilakukan di laboratorium untuk menentukan jumlah air
dalam suatu tanah dalam berat keringnya. Definisi lain kadar air adalah perbandingan
berat air dengan berat total (berat air dan padatan) yang disebut kadar air basis basah.
Pengeringan tanah memerlukan suhu 110 oC selama minimal 24 jam. (Sapei et al.
1990)
Konduktivitas hidrolik merupakan konstanta yang proporsional berhubungan
dengan kemudahan fluida/air lolos pada suatu media porus. Konduktivitas hidrolik
menggunakan cara falling head method mengikuti hukum Darcy (Bowles 1986).
Hubungan massa dan volume pada three phase digunakan sebagai karakter
kondisi fisik tanah. Gambar 5 adalah skema representative hipotikal tanah volume
dan massa pada three phase. Sebelah kanan menunjukkan massa yang terdiri atas
massa udara (Ma) yang diabaikan jika dibandingkan massa padatan dan air, massa air
(Mw), massa padatan (Ms) dan massa total (Mt). Volume ditunjukkan pada sebelah
kiri diagram. Volume udara (Va), Volume air (Vw), Volume pori (Vf=Va+Vw),
volume padatan (Vs) dan volume total (Vt). Berdasarkan diagram dasar ini,
digunakan untuk menentukan properties/sifat-sifat fisik tanah (Hillel 1998).
a) Density of solids (mean particle density) (ρs)
Karakteristik tanah dalam penelitian
Pengembangan konsep efesiensi irigasi
Uji Infiltrasi horisontal
Sifat fisik tanah digunakan untuk di lapangan
Sifat fisik tanah digunakan untuk di Laboratorium dan pembuatan simulasi model
Data sifat fisik tanah untuk kinerja irigasi
Data sifat fisik tanah untuk simulasi model pergerakan air dalam tanah
Pengujian sifat fisik tanah di Laboratorium
17
Kebanyakan tanah-tanah mineral memiliki Density of solids pada 2.6-2.7 g
cm-3. Density of solid juga disebut dengan specific gravity, yaitu perbandingan
kerapatan bahan terhadap kerapatan air pada suhu 4 oC dan tekanan 1 atmosfer.
Gambar 5 Skema diagram tanah sebagai three phase system
b) Dry bulk density (ρb)
Dry bulk density mengekspresikan rasio antara massa tanah kering atau
padatan dengan volume total tanah. Tanah pasir ρb bias dapat mencapai 1.6 g
cm-3sedangkan pada tanah agregat lempung dan liat ρb mempunyai nilai lebih
rendah yaitu 1.1 g cm-3. Dry bulk density dipengerahui oleh struktur tanah,
seperti kelonggaran atau derajat pemadatan, pengembangan, penyusutan yang
dipengerahui oleh kandungan liat dan tingkat kebasahan/kadar air.
c) Total (wet) bulk density (ρt)
Persamaan tersebut mengekspresikan total massa tanah basah per unit
volume dimana wet bulk density sangat tergantung pada kadar air tanah.
d) Dry specific volume (vb)
Merupakan volume perunit massa tanah kering, dan dapat sebagai indeks
pemadatan tanah.
e) Porosity (f)
Porositas merupakan indeks volume relatif pori-pori dalam tanah, nilainya
berkisar antara 0.3~0.6 (30~60%).
udara
air
padatan
18
f) Void ratio (e)
Void ratio juga merupakan indek volume fraksi pori tanah, tetapi ini terkait
dengan perbandingan volume pori dengan volume padatan. Keuntungan void
ratio adalah perubahan volume pori hanya tergantung pada pembilang sendiri,
dibandingkan porositas akan berubah baik pada pembilang maupun penyebut.
g) Soil wetness
Kadar air tanah dapat diekspresikan bermacam-macam bentuk misalnya i)
relatif terhadap massa padatan; ii) relatif terhadap total massa; iii) relatif
terhadap volume padatan; iv) relatif terhadap total volume dan v) relatif
terhadap volume pori.
h) Mass wetness (w)
Mass wetness adalah perbandingan berat air dengan berat partikel tanah
kering, sering juga disebut sebagai gravimetric water content. Pada tanah
mineral yang dijenuhkan, w biasanya berkisar antara 25~60% tergatung pada
bulk density. Tanah liat umumnya mempunyai kadar air jenuh yang lebih tinggi
daripada tanah pasir.
i) Volume wetness (θ)
Volume wetness sering juga disebut volumetric water content atau volume
fraction of soil water adalah persentase volume air terhadap volume total.
Volume wetness sering digunakan pada bidang pertanian seperti infiltrasi,
evapotranspirasi dan irigasi.
j) Water volume ratio (vw)
Water volume ratio merupakan perbandingan antara kandungan volume air
dengan volume padatan.
k) Derajat kejenuhan (s)
Indeks ini mengekspresikan volume air relatif terhadap volume pori.
Indeks berkisar antara 0 pada tanah kering hingga satu pada tanah jenuh.
l) Air-filled porosity (fractinal air content) (fs)
Nilai ini menunjukkan kandungan udara relatif terhadap volume total pada
tanah. Nilai ini penting untuk indikator aerasi tanah.
19
Tabel 2 Jenis, metode, dan alat-alat yang digunakan dalam analisis di laboratorium
No. Jenis analisis Metode Alat yang digunakan
Fisik: 1 Tekstur tanah Pipet Tabung sedimentasi,
gelas piala, pipet, dll 2. Stabilitas agregat,
DMR, dan GMD Pengayakan basah dan kering
Ayakan
3 Karakteristik/distribusi pori
- Kurva pF - Bouma, Rao, dan Brown
(2004) - Inggaramo et al. (2004)
Panci tekan
4 Bobot isi Blake dan Hartge (1986) Timbangan, oven, ring sampel
5 Bobot jenis partikel Blake dan Hartge (1986) Labu ukur/piknometer, timbangan, gelas ukur
6 Jumlah pori Perhitungan menggunakan BI dan BJP
7 Konduktivitas hidrolik jenuh
Falling head Permeameter
Kimia:
8 Kadar bahan organik tanah
Walkley dan Black Alat-alat gelas
9 Nitrogen total Kjeldahl Kjeldahl Tabung 10 Fosfor tersedia P-Bray I Spektrofotometer 11 Kalium tersedia NH4OAc pH 7.0 Flamefotometer 12 Kadar air Gravimeter Oven 13 N-NH4 dan N-N02 Ekstraksi H20 FIA Star Analyzer 5000 14 P larut air Ekstraksi H20, Murphy dan
Raleigh Spektrofotometer
15 K larut air Ekstraksi H20 Flamefotomete Keterangan: DMR = diameter massa rataan; GMD = geometric mean diameter (diameter rataan
geometri), BI = bobot isi, BJP = bobot jenis partikel
Pendefinisian metode strip olah tanah terbatas yang diaplikasikan dalam
penelitian disertasi ini adalah dengan membuat suatu pengujian awal menggunakan
bak uji. Bak uji irigasi bawah permukaan pada dasarnya terdiri dari kondisi tanah
yang dipadatkan (tanah tidak terolah) dan strip olahan tanah (200 cm x 20 cm x 20
cm). Aplikasi pengairan menggunakan perbedaan debit dari pipa berdiameter 0.5
inch, dan 0.75 inch.
Prosedur pemadatan tanah dalam apparatus uji dilakukan setiap 10 cm
pemadatan lalu diisi lagi dengan tanah dan dipadatkan lagi setinggi 10 cm dan
seterusnya. Sebelumnya tanah dikering anginkan dan ditimbang terlebih dahulu.
Berat tanah kering angin dengan volume 40 cm3 adalah ± 170 kg. Kondisi kadar air
dijaga relatif sama pada setiap 10 cm pemadatan tanah dengan penyemprotan air
20
menggunakan hand spryer sebanyak 1700 ml air. Kadar air rata-rata adalah 57.79 %
untuk setiap penambahan 10 cm tinggi tumpukan tanah dengan proses pemadatan
manual (ditumbuk/tekan dengan batu bata). Setelah tanah tidak diolah siap, maka
dilakukan pembuatan strip olahan tanah berukuran 200x 20x20 cm. Tumpukan
agregat olahan tanah disebar merata pada ruang strip olahan tanah.
Proses aliran air irigasi bawah permukaan dalam strip olahan tanah mengalir
secara langsung (konvensional). Parameter debit aliran air diatur oleh perbedaan
diameter pipa (0.5 dan 0.75 inch) pada inlet dengan masing-masing debit 0.378
liter/detik dan 0.510 liter/detik. Air yang mengalir sebelumnya ditampung pada
wadah, selanjutnya ketika pengaliran air ke bak uji maka head atau ketinggian muka
air pada wadah dipertahankan. Kontrol tinggi muka air pada wadah dilakukan secara
manual menggunakan operator pengontrol head dengan cara memasukan air.
Pengukuran karakteristik aliran dan pergerakan air dengan cara mengukur kecepatan
aliran dalam bak uji, perbedaan debit masuk dan keluar, serta pengukuran kadar air
(di daerah pangkal, tengah dan ujung bak uji). Pengukuran kadar air pada kedalaman
15-20 cm, 10-15 cm, 5-10 cm dan 0-5 cm pada strip olahan tanah untuk
mendapatkan pola pembasahan pada strip olahan tanah.
Perhitungan efisiensi irigasi adalah dengan menghitung efisiensi penyaluran air
(Ec), efasiensi aplikasi irigasi (Ea) dan efisiensi penyimpanan air irigasi (Es). efisiensi
penyaluran irigasi dinyataka dalam persamaan oleh Hansen et al. (1986):
�� = ����
100 /6/
Ec adalah efisiensi penyaluran air (%), Wf adalah jumlah air yang sampai pada lahan
(l s-1) dan Wr adalah jumlah air yang dialirkan dari inlet (l s-1)
Perhitungan efisiensi aplkasi irigasi dihitung berdasarkan persamaan oleh
James (1988)
�" = #$%&
100 /7/
'( = 10 �)( *+� − ,-./ /8/
+0 = 1�23
/9/
Ea adalah efisiensi aplikasi (%), Rz adalah jumlah air yang tersimpan dalam zona
perakaran (mm), Fg adalah total air yang diaplikasikan (mm), Drz adalah kedalaman
zona perakaran (m), Fc dan Pwp adalah kadar air tanah dalam persen volum pada
21
kondisi kapasitas lapang dan titik layu permanen secara berturut-turut, Q adalah debit
rata-rata selama irigasi (mm3 s-1), t adalah lama irigasi (s), dan Al adalah luas areal
irigasi.
Efisiensi penyimpanan air irigasi menggunakan persamaan:
�4 = #$-5
100 64 ≈ 8-) /10/
8-) = 9:� − ;< /11/
9:� = 10 += >4 �)( /12/
;< = 10 ;?=@ >4 �)( /13/
ws adalah jumlah air irigasi yang diperlukan untuk mengisi zona prakaran sampai
kapasitas lapang (mm), Nwr adalah kebutuhan air netto (mm), Whc adalah kemampuan
tanah menyimpan air pada daerah perakaran (mm), So adalah tinggi kolom air pada
daerah perakaran sebelum irigasi (mm), SMCO adalah kadar air tanah pada daerah
perakaran (%berat) dan As adalah apparent specific gravity.
Beberapa pengujian sifat fisik dan kimia tanah dilakukan di Laboratorium Balai
Penelitian Tanah, Balitbang Bogor. Hasil pengujian disajikan pada Tabel 2.
Nilai konduktivitas hidrolik tak jenuh didapat menggunakan metode distribusi
kadar air pada tabung infiltrasi horizontal dengan membuat aparatus uji infiltrasi
horizontal yang terdiri dari tabung perspek 1 cm sepanjang 65 perspek. Tekanan head
pada tabung mariot sebesar -2.5 cm dengan peresapan pada tabung-tabung perspek
selama 7 jam.
Percobaan difusivitas tanah dilakukan di laboratorium dengan serapan
horizontal seperti yang diajukan oleh Bruce dan Klute (1956). Alat yang digunakan
berupa tabung-tabung perspek berukuran panjang 1.0 cm dan garis tengah 3.2 cm .
Tabung-tabung tersebut dihubungkan hingga panjangnya 65.0 cm. Bagian bawah
dari tabung diberi sarangan, kemudian dihubungkan dengan tabung gelas ukuran
panjang 60.0 cm dan garis tengah 4.0 cm. Tabung perspek yang telah diberi tanah
ditekan sampai kerapatan massa tanah tetap. Kemudian diberi air melalui tabung
gelas seperti ditunjukkan pada Gambar 5 berikut:
Tahapan pemberian air analisis difusivitas tanah dengan aparatus yang dirancang
sebagai berikut:
a. Kran K1 dibuka, kemudian secara lambat dan bersamaan kran K3 dan K4
dibuka,
22
b. Apabila udara telah keluar seluruhnya dari tabung B, maka dengan cepat dan
bersamaan kran K1 dan K4 ditutup, Sedangkan kran K2 dibuka,
c. Perhitungan serapan horizontal dilakukan sejak gelembung udara masuk ke
dalam tabung A melalui kran K2.
Gambar 6 Aparatus analisis difusivitas tanah dilakukan di laboratorium dengan serapan kolom horizontal
Waktu serapan ditentukan 500 menit dan setelah jangka waktu tersebut, kolom
tanah dipotong-potong sesuai dengan tabung perspeknya. Kemudian kandungan
airnya ditetapkan secara gravimetris.
Metode Bruce dan Klute populer pada tahun 1960-an, 1970-an, dan awal 1980-
an karena prosedurnya membutuhkan komputasi yang sedikit. Selama periode waktu
ini, komputer masih tidak banyak digunakan atau digunakan tidak teratur sebagai alat
untuk analisis data dalam pengukuran tekanan tanah. Metode Bruce dan Klute agar
dapat dianalisis lebih baik dan lebih akurat dengan penggunaan inversi numerik,
selain itu analisis berdasarkan pada persamaan (5) untuk penyelesaian fungsi
kandungan “diffusivity-water”, dimana inversi numerik dapat menyediakan tambahan
informasi tentang kurva retensi air dan fungsi “hydraulic conductivity” secara baik.
K1
K2
K3
K4
Tanah dipadatkan dalam tabung perspek
Tabung- tabung perspek 65 buah pada kolom infiltrasi horisontal
Kain kassa
Tabung perspek
h=-2
Pengaliran air pada kolom infiltrasi horizontal pada h =-2 dengan t = 500 menit
Tabung mariot
Tabung A
Tabung B
23
Gambar 7 Foto pegujian infiltrasi kolom horisontal tanah dilakukan di Laboratorium
Hasil dan Pembahasan
Pengumpulan data sifat fisik tanah merupakan langkah awal dalam penelitian
pengolahan tanah dan pengairannya. Data sifat fisik tanah hasil pengujian dari
sampel tanah di lahan lokasi penelitian selanjutnya digunakan dalam
mendeskripsikan peluang keberhasilan penelitian terhadap pengolahan tanah dan
pengairannya. Data sifat fisik tanah pada penelitian lanjut digunakan sebagai
penyusun pendekatan simulasi model matematik terhadap hasil pengukuran pada
pengujian untuk validasi. Hillel (1998) mengemukakan bahwa kajian dasar fisika
tanah bertujuan untuk pengelolaan yang tepat pada tanah dengan cara irigasi,
24
drainase, konservasi tanah dan air, pengolahan tanah, aerasi, dan kegunaan bahan
tanah untuk tujuan keteknikan.
Data-data sifat fisika tanah yang berhubungan dengan pergerakan air dalam
tanah di setiap tahapan penelitian ini sangat dibutuhkan untuk mempelajari kinerja
pemberian air pada kondisi tak jenuh suatu strip olah tanah terbatas. Perlakuan
pemberian air selanjutnya merupakan salah satu faktor utama dalam penelitian ini.
Faktor lainnya adalah metode pengolahan tanah serta pemberian bahan organik.
Faktor-faktor tersebut diaplikasikan pada upaya perbaikan lahan marjinal yaitu tanah
jenis Podsolik bertekstur lempung liat berdebu. Soedarmo dan Prayoto (1985)
mengungkapkan bahwa terdapat hubungan yang erat antara tekstur tanah dengan
sifat-sifat tanah lain, seperti kapasitas tukar kation, porositas, kecepatan infiltrasi dan
permeabilitas. Sifat fisik tanah juga sangat mempengaruhi sifat-sifat tanah yang lain
dalam hubungannya dengan kemampuannya untuk mendukung kehidupan tanaman.
Kemampuan tanah menyimpan air tersedia, merupakan fungsi dari tekstur dan
struktur tanah. Kemampuan tanah untuk menyimpan hara dan kemudian
menyediakannya untuk tanaman sangat ditentukan oleh tekstur tanah dan macam
mineral liat (Danielson 1972).
Awal penelitian dilakukan pengujian sampel tanah di laboratorium terhadap
sifat fisik tanah yang digunakan dalam uji kinerja pengairan bawah permukaan pada
parit strip olah tanah terbatas (dalam bak aparatus uji seperti ditunjukkan pada
Gambar 5). Hasil data sifat fisik tanah ditunjukkan pad Tabel 3 dan 4.
Tabel 3 Sifat fisik tanah berdasarkan three phase (konduktifitas tanah jenuh)
Variabel Simbol Nilai hasil pengukuran pada tanah
olah dalam strip
Specific gravity (g cm-3) ρs 2.62 Dry bulk density (g cm-3) ρb 1.36 Total (wet) bulk density (g cm-3) ρt 1.83 Dry specific volume (cm3g-1) vb 0.73 Porosity (%) f 47.85 Void ratio (cm3 cm-3) e 0.91 Mass wetness (%) w 34.44 Volume wetness (%) θ 30.00 Water volume ratio (%) vw 57.54 Degree of saturation (%) s 62.67
25
Hasil pengukuran distribusi partikel menggunakan analisis ukuran partikel
(JIS A 1204-1980) untuk menentukan tekstur tanah yang digunakan ditunjukkan
pada Tabel 4.
Tabel 4 Tekstur tanah yang digunakan dalam penelitian awal (USDA)
Fraksi Persentase kandungan Tekstur tanah pasir 25.05
Lempung berliat Jenis : Podsolik
debu 30.56 liat 44.39
Pengujian awal pada Gambar 8 menunjukkan definisi strip olah tanah terbatas
beririgasi bawah permukaan yang dikembangkan dalam penelitian disertasi ini.
Proses aliran air irigasi bawah permukaan dalam strip olahan tanah mengalir secara
langsung (ilustrasi pada Gambar 8). Parameter debit aliran air diatur oleh perbedaan
diameter pipa (0.5 dan 0.75 inch) pada inlet dengan masing-masing debit 0.378
liter/detik dan 0.510 liter/detik.
Gambar 8 Pendefinisian strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan menggunakan aparatus bak uji pengukuran aliran air pada irigasi bawah permukaan di tanah lempung berliat
26
Air yang mengalir sebelumnya ditampung pada wadah, selanjutnya ketika
pengaliran air ke bak uji maka head atau ketinggian muka air pada wadah
dipertahankan. Kontrol tinggi muka air pada wadah dilakukan secara manual
menggunakan operator pengontrol head dengan cara memasukan air. Pengukuran
karakteristik aliran dan pergerakan air dengan cara mengukur kecepatan aliran dalam
bak uji, perbedaan debit masuk dan keluar, serta pengukuran kadar air (di daerah
pangkal, tengah dan ujung bak uji). Pengukuran kadar air pada kedalaman 0-5 cm, 5-
10 cm, 10-15 cm dan 15-20 cm pada strip olahan tanah untuk mendapatkan pola
pembasahan pada strip olahan tanah.
Pengukuran hisapan matriks tanah atau uji pF pada sampel tanah pada strip
olahan dan sampel tanah yang tidak diolah tampak pada Gambar 9 menunjukkan
grafik tegangan matriks tanah menunjukkan bahwa kurva kadar air tanah sangat
dipengaruhi oleh tekstur tanah berliat. Bentuk grafik menunjukan sudut kurva yang
lebih halus (gradual), keadaaan demikian menunjukan bahwa air akan banyak
tertahan pada hisapan matrik tertentu. Informasi data sifat fisik tanah untuk tanah
tidak diolah (padat) dan diolah sangat penting untuk menjelaskan harapan
kepentingan drainase yang baik pada tanah padat dan drainase yang kurang baik pada
strip olah tanah terbatas (air diserap agregat olah tanah terbatas). Sesuai pendapat
Hardjowigeno (1986) menyatakan bahwa Keberadaan air dalam tanah karena
tertahan (terserap) oleh masa tanah, tertahan oleh lapisan kedap air, atau karena
keadaan drainase yang kurang baik. Banyaknya kandungan air dalam tanah
berhubungan erat dengan besarnya tegangan air (moisture tension) dalam tanah
tersebut. Kemampuan tanah dalam menahan air dipengaruhi oleh tekstur tanah.
Gambar 9 Grafik tegangan matriks tanah dari tanah padat (tidak diolah) dan tanah
olahan
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
0 10 20 30 40 50 60
wat
er r
eten
tion
(pF
)
% kadar air
tegangan matriks tanah yang tidak diolahtegangan matriks tanah yang diolah
27
Pengujian distribusi agregat untuk melihat kekuatan struktur tanah pada
agregat-agregat tanah pada strip olahan tanah di bak uji. Hasil pengujian distribusi
agregat dari tanah yang digunakan dalam apparatus uji irigasi bawah permukaan
menunjukan nilai indeks kestabilan 35.55. nilai tersebut menunjukkan kurang stabil
sehingga dapat mengakibatkan keadaan struktur tanah yang mudah terdegradasi
(menyebabkan pelumpuran, pengembangan, penyusutan dan erosi). Stabilitas agregat
ini menunjukan kerawanan atau ketahanan yang kurang terhadap perusakan akibat
gaya-gaya yang bekerja pada tanah tersebut oleh mekanis atau lingkungan alami
(air).
Agregat tanah hasil olahan pada strip olahan tanah dapat terkikis oleh
pembasahan tiba-tiba sehingga abrasi oleh partikel terjadi karena bahan terlarut pada
air limpasan (dalam irigasi bawah permukaan) mengikis permukaan agregat dan
dapat merusak struktur agregat-agregat tanah. Kemantapan agregat tanah juga
dipengaruhi oleh tipe mineral liat, dijelaskan oleh Sarief (1989), bahwa tanah-tanah
yang terdiri dari mineral liat kaolinit (tipe 1:1) seperti pada tanah podsolik merah
kuning ternyata menunjukkan kemantapan agregat yang rendah sekali dibandingkan
pada tanah-tanah yang terdiri dari mineral liat montmorillonit atau illit (tipe 2:1).
Langkah perbaikan stabilitas agregat selanjutnya adalah dengan penambahan bahan organik
serta pemilihan lahan dengan tekstur tanah yang memiliki distribusi agregat lebih stabil.
Pengukuran aliran air pada bak uji ini merupakan pengujian awal dalam
mempelajari kinerja irigasi bawah permukaan pada tanah lempung berliat (podzolik).
Sifat fisik tanah dari tanah yang digunakan dalam penelitian ini menunjukkan sifat
fisik tanah lempung berliat. Pengkondisian dengan keadaan tidak terolah dan tanah
terolah pada suatu strip olahan (pendekatan minimum tillage) dengan irigasi bawah
permukaan secara langsung. Tanah tidak diolah menunjukkan kadar air 57.79 % dan
tanah pada strip olahan adalah 38.43 %, dengan kemiringan (gradient flow) 3o.
Perbedaan kadar air bertujuan untuk mendapatkan dan memperjelas pola penyebaran
kadar air pada strip olahan tanah dari adanya irigasi bawah permukaan. Fenomena
aliran air pada irigasi bawah permukaan pada bak uji merupakan aliran tidak tetap
(unsteady), tidak seragam dan mengalir di dalam ruang olahan tanah yang porus. Air
melaju di dasar sepanjang strip olahan tanah serta terjadi peresapan dan pembasahan
28
(pergerakan air) disebabkan oleh gaya kapilaritas dan kemiringan (gradient flow)
suatu lahan (bak uji).
Sifat fisik tanah yang berbeda antara perlakuan tanah tidak diolah dan
perlakuan strip olahan tanah memungkinkan terjadinya aliran air pada bawah
permukaan yaitu di sepanjang dasar strip olahan tanah. Hasil pengukuran aliran air
ditunjukkan pada Tabel 5 di mana kinerja aliran air irigasi bawah permukaan dalam
strip olah tanah terbatas yang dialiri air secara langsung di sepanjang dasar strip olah
tanah.
Parameter debit aliran air diatur oleh perbedaan diameter pipa pada inlet,
dengan aliran debit 0.378 l s-1 dan 0.510 l s-1. Waktu rata-rata yang dapat ditempuh
dari debit 0.378 l s-1 adalah 59.95 s dengan kecepatan aliran dalam strip olahan 0.033
m s-1. Pada debit 0.510 l s-1 adalah 61.89 s dengan kecepatan aliran dalam strip
olahan 0.032 m s-1.
Nilai yang didapat menunjukan kondisi tidak berbeda jauh antara kedua
perlakuaan debit yang berbeda. Keadaan demikian diduga bukan dari tekanan air
akibat besarnya debit aliran. Aliran air lebih disebabkan oleh perambatan diantara
agregat tanah dan adanya gradient flow.
Tabel 5 Hasil pengukuran aliran air irigasi bawah permukaan pada saat pengujian di aparatus bak uji
Pengukuran Debit 0.378 l s-1 Debit 0.510 l s-1
Rata-rata waktu aliran dari inlet strip olahan 59.95 s 61.89 s
Kecepatan aliran pada strip olahan tanah 0.033 m/s 0.032 m s-1
Aliran debit air rata-rata dari outlet strip olahan pada bak uji
0.076 l s-1 0.087 l s-1
Keterangan : Panjang strip olahan 200 cm Head wadah penampung air = 30 l dari ukuran 80 l
Sesuai dengan pendapat Hillel (1998) bahwa perbedaan penting antara aliran
tidak jenuh dan aliran jenuh adalah pada kehantaran hidraulik. Jika tanah jenuh dan
aliran jenuh, semua pori terisi air dan mengalirkan air sehingga kontinuitas serta
keterhantaran dalam keadaan maksimum. Ketika tanah menjadi kering, beberapa
bagian pori akan terisi udara dan bagian pengaliran dari luas penampang melintang
29
tanah juga menurun. Saat tebentuk hisapan, pori-pori yang pertama kosong adalah
pori-pori terbesar yang mudah mengalirkan air sehingga air hanya mengalir pada
pori-pori yang lebih kecil. Selanjutnya tanah-tanah beragregat dengan ruang antar
agregat yang besar mempunyai kehantaran tinggi pada kondisi jenuh, namun saat
proses pengeringan dapat menjadi penghalang terhadap aliran cairan dalam satu
agregat ke agregat di sebelahnya
Gambar 10 dan 11 merupakan grafik sebaran kadar air pada strip olahan
tanah yang masing masing terkait dengan pengaruh dari hasil pengaliran air dari
aliran debit 0.378 l s-1 dan 0.510 l s-1.
Gambar 10 Grafik pengukuran kadar air (sebaran kadar air) pada strip olahan
tanah, pada bagian pangkal, tengah dan ujung dalam apparatus uji. Pengukuran setelah aplikasi aliran air debit 0.378 l s-1.
Gambar 11 Grafik pengukuran kadar air (sebaran kadar air) pada strip olahan tanah, pada bagian pangkal, tengah dan ujung dalam apparatus uji. Pengukuran setelah aplikasi aliran air debit 0.510 l s-1.
Perhitungan terhadap kinerja irigasi selanjutnya menunjukkan nilai efisiensi
irigasi dari debit 0.378 l s-1 dan 0.510 l s-1 adalah masing-masing untuk efisiensi
30
penyaluran air (Ec) sebesar 20% dan 17%, sedangkan efisiensi aplikasi (Ea) sebesar
47.25% dan 33.92%. Rendahya efisiensi penyaluran irigasi dan efisiensi aplikasi
dapat disebabkan lintasan yang pendek (2 m) dan banyaknya pori pada agregat tanah
dalam strip olahan yang dialiri irigasi bawah permukaan. Pertimbangan selanjutnya
terhadap nilai parameter kinerja yang rendah (< 70%) adalah menunjukkan belum
memenuhi kriteria atau kinerja irigasi yang rendah, dimana selanjutnya kondisi
demikian pada nilai-nilai input perlu perbaikan sampai diperoleh kinerja irigasi yang
tinggi. Efisiensi pemakaian air irigasi (Es) sebesar ≥ 0.99% dan ≥0.86%
menyesuaikan pada zona perubahan kadar air dalam strip olahan. Nilai efisiensi
yang cukup tinggi pada efisiensi pemakaian air irigasi menunjukkan kinerja yang
baik terkait dengan jenis tanah yaitu lempung berliat. Hal ini ditunjang oleh
pendapat Vermeiren and Jobling (1980) bahwa pada tanah dengan tekstur halus
seperti liat dan lempung berliat, gaya-gaya kapiler berkerja kuat dan gaya gravitasi
dapat diabaikan.
Sifat fisik tanah lainnya pada penelitian lanjutan di lapangan (lahan) untuk
keperluan data pendukung kinerja irigasi dan budidaya tanaman cabai ditunjukkan
pada Tabel 6 dan 7, serta sebagai informasi kandungan bahan organik pada
perlakuan di lahan percobaan ditunjukkan pada Tabel 8.
Tabel 6 Hasil analisis Tekstur tanah dan distribusi agregat dari sampel tanah di lapangan yang digunakan dalam penelitian di lahan
Fraksi Persentase kandungan (fraksi) Tekstur tanah
pasir 6 Lempung liat berdebu debu 59
liat 35 perlakuan kontrol Agregat
Indeks Kemantapan
K0 93 stabil K2 128.9 stabil
Sumber: Hasil pengujian sampel di Litbang Tanah, Balitbang Pertanian Bogor
Tabel 7 Sifat fisik tanah yang digunakan dalam penelitian
Perlakuan Kadar
air (%)
Ruang Pori Total
Kadar air Pori drainase Air tersedia
pF 1 pF 2 pF 2.54 pF 4.2 Cepat Lambat (% volume)
K1 45.1 55.1 53.8 44.1 39.3 28.3 11.1 4.7 11.1 K2 42.31 56.4 55 44.2 39.9 39.2 12.2 4.3 9.7 K3 38.31 58 56.9 46.4 41.5 31.3 11.6 4.9 10.1
Sumber: Hasil pengujian sampel di Litbang Tanah, Balitbang Pertanian Bogor
31
Tabel 8 Hasil analisis bahan organik pada setiap perlakuan di lapangan
Sumber: Hasil pengujian sampel di Litbang Tanah, Balitbang Pertanian Bogor
Informasi kandungan bahan organik tersebut menjadi penting dalam
penjelasan pengaruhnya terhadap pertumbuhan tanaman. Data analisa kimia tanah
disajikan pada Tabel 10 sebagai perbandingan yang menunjukkan komposisi mineral
tanah dan kadar organik sebelum perlakuan.
Tabel 9 Hasil analisis kimia tanah
Parameter Metode Nilai Satuan Ph H20 5.22
KCl 4.28
Bahan organik Walkley & Black C 0.67 %
Kjeldhl N 0.11 %
C/N
6.00 % P205 Eks. HCl 25% 7.00 mg/100 g K20 Eks. HCl 25% 9.00 mg/100 g
Bray 1 P205 16.00 ppm
Morgan K20 21.00 ppm
Ca Ekstrak NH4-asetat 1 N pH 7 3.54 cmol(+)/kg Mg Ekstrak NH4-asetat 1 N pH 7 1.65 cmol(+)/kg K Ekstrak NH4-asetat 1 N pH 7 0.09 cmol(+)/kg Na Ekstrak NH4-asetat 1 N pH 7 0.12 cmol(+)/kg
Jumlah 5.40 cmol(+)/kg
KTK Ekstrak NH4-asetat 1 N pH 7 10.49 cmol(+)/kg KB* Ekstrak NH4-asetat 1 N pH 7 51.00 % Al 3
+
1.82 cmol(+)/kg H+
1.12 cmol(+)/kg
Sumber: Hasil pengujian sampel di Litbang Tanah, Balitbang Pertanian Bogor
Penelitian awal tentang pengaruh pemberian bahan organik pada tanah liat dan
lempung berliat terhadap kemampuan mengikat air terdiri tanah bertekstur liat dan
lempung berliat serta pupuk organik kompos dan kandang ayam dengan perlakuan
dosis pupuk organik 30 gram dan 50 gram dan kontrol untuk tiap-tiap tekstur tanah
(tanpa bahan organik): 0 g dalam 5 kg-1 tanah bertekstur liat, 0 g dalam 5 kg-1 tanah
bertekstur lempung berliat, pupuk kandang ayam dengan dosis 25 g, pupuk kandang
Perlakuan Analisis bahan organik
C (Walkley & Black0 N (Kjeldhl) C/N % % %
K0 0.67 0.11 6 K1 0.69 0.13 5 K2 0.64 0.1 6 K3 0.66 0.12 6
32
ayam dengan dosis 50 g, pupuk kompos dengan dosis 25 g, dan pupuk kompos
dengan dosis 50 g.
Data evaporasi aktual dilakukan dengan cara penimbangan pada masing-
masing perlakuan, dari kondisi kapasitas lapang hingga tanah kembali pada keadaan
berat kering semula. Hasil pengumpulan data dapat menunjukkan berapa lama tanah
pada masing-masing tekstur untuk mengikat air. Suhu harian diukur pada pagi, siang
dan sore di luar dan di dalam green house. Penentuan kandungan air tanah
berdasarkan metode gravimetri. Volume air ditetapkan berdasarkan metode pressure
plate pada berbagai tekanan. Air tanah tersedia (%) kandungan air tanah pada pF
2.54 (kapasitas lapang) dikurangi dengan kandungan air pada pF 4.2 (titik layu
permanen). Kandungan karbon organik (%) yang ditetapkan dengan metode Walkley
& Black, selanjutnya data diolah dengan cara analisis deskriftif.
Hasil analisis sifat fisika tanah sebelum diberikan pelakuan bahan organik
ditunjukkan pada Tabel 10 yang menunjukkan kandungan bahan organik, titik layu
permanen, kadar air tersedia pada beberapa tekstur.
Tabel 10 Hasil analisis kelas tekstur, kandungan bahan organik, kadar air tanah dan berat volume tanah sebelum pemberian bahan organik.
Kelas tekstur
% Fraksi BO (%)
Berat Volume (g cm-3)
Kadar air tanah (% volume) Kadar air
tersedia liat debu pasir Jenuh
air (pF 0)
Kapasitas lapang
(pF 2.54)
Titik layu permanen (pF 4.2)
Liat 45 23 32 3.19 1.25 68.13 31.85 16.24 15.60 Lempung
berliat 32 31 39 3.82 1.25 57.60 30.76 15.85 14.91
Hasil penimbangan menunjukkan bahwa pemberian bahan organik mampu
menekan laju evaporasi yang terjadi didalam tanah. Pemberian bahan organik pada
perlakuan pemberian pupuk kompos dengan dosis 50 g dapat menekan laju evaporasi
yang terjadi sedangkan laju evaporasi tertinggi pada perlakuan kontrol. Rendahnya
evaporasi yang terjadi pada perlakuan pemberian pupuk kompos dengan dosis 50 g
diduga karena dengan pemberian pupuk kompos dapat menambah kandungan bahan
organik yang sekaligus pula meningkatkan kadar humus dalam tanah. Humus bersifat
hidrofil, oleh sebab itu humus dapat meningkatkan daya serap air dalam tanah dan
juga menyebabkan daya simpan air menjadi tinggi.
33
Tanah dengan tekstur liat memiliki laju evaporasi terendah bila dibandingkan
dengan tanah bertekstur lempung berliat. Hal ini diduga karena liat memiliki ukuran
yang kecil dengan permukaan yang sangat luas sehingga manpu menahan air dalam
jumlah yang besar dan sekaligus menyebabkan evaporasi yang terjadi pun rendah.
Hasil pada Tabel 11, menunjukkan adanya penurunan kadar air tanah dengan
semakin tinggi pF. Kadar air tertinggi terdapat pada pF 0 yaitu pada saat kondisi
tanah jenuh air dan kadar air terendah pada pF 4.2 yaitu pada saat kondisi tanah titik
layu permanen. Hasil analisa menunjukkan bahwa pada tanah dengan tekstur liat
memiliki kadar air tertinggi daripada tanah dengan tekstur lempung berliat baik
dalam kondisi jenuh air (pF0), kondisi jenuh lapang (pF1), kondisi kapasitas lapang
(pF2.54), dan kondisi titik layu permanen (pF4.2).
Tabel. 11 Hasil rata-rata analisis kadar air tanah berbagai pF dan berat volume.
Perlakuan Kadar air (% vol) Kadar air
tersedia (% vol)
pF1 pF2.54 pF4.2
(Kontrol) 0 g/ 5 kg tanah bertekstur liat 54.07 34.11 17.12 16.99 Pupuk kandang ayam; 30 g/5 kg tanah bertekstur liat
53.42 34.03 17.36 16.66
Pupuk kandang ayam; 50 g/5 kg tanah bertekstur liat
51.58 33.63 17.09 16.54
Pupuk kompos; 30 g/5 kg tanah bertekstur liat
63.04 33.37 16.37 17.00
Pupuk kompos; 50 g/5 kg tanah bertekstur liat
63.41 33.87 16.51 17.35
0 g /5 kg tanah bertekstur lempung berliat
47.87 28.08 14.42 13.66
Pupuk kandang ayam; 30 g/5 kg tanah bertekstur lempung berliat
47.75 27.27 14.44 14.91
Pupuk kandang ayam; 50 g/5 kg tanah bertekstur lempung berliat
48.15 29.46 15.30 14.16
Pupuk kompos; 30 g/5 kg tanah bertekstur lempung berliat
48.26 29.94 15.34 14.59
Pupuk kompos; 50 g/5 kg tanah bertekstur lempung berliat
49.47 30.16 15.47 15.47
Pemberian bahan organik dapat meningkatkan kadar air tersedia sehingga
dapat mengurangi besarnya penguapan. Pada perlakuan yang diberi bahan organik
baik berupa pupuk kandang ayam dan kompos mampu meningkatkan kadar air
tersedia dalam tanah dibandingkan dengan tanpa bahan organik. Keadaan tersebut
diduga dengan meningkatnya bahan organik dalam tanah akan meningkatkan daya
34
pegang tanah terhadap air, sehingga akan mengurangi laju evaporasi yang terjadi di
dalam tanah. Sesuai pendapat Sarief (1989), bahwa dengan meningkatnya daya
pegang tanah terhadap air akibat pemberian bahan organik maka akan meningkatkan
pula volume air yang terkandung dan tersimpan dalam tanah yang berarti
meningkatkan air tersedia bagi tanaman.
Tabel 11 di atas menunjukkan pemberian bahan organik memberikan pengaruh
terhadap kapasitas air tersedia dalam tanah. Pada perlakuan kompos dengan dosis
kompos 50 g pada masing-masing tekstur menghasilkan kapasitas air tersedia yang
tinggi yaitu pada tanah dengan tekstur liat rata-rata kapasitas air tersedia tertinggi
sebesar 17.35 % dan pada tanah bertekstur lempung berliat rata-rata kapasitas air
tersedia tertinggi adalah 15.47 %. Hal ini karena kompos berasal dari penumpukan
bahan-bahan organik yang telah terdekomposisi sehingga lebih dapat menghasilkan
humus dalam tanah, dan humus ini dapat memperbaiki sifat fisik tanah. Menurut
Sarief (1989), bahwa bahan organik dalam tanah dapat menyerap air 2–4 kali lipat
dari berat bobotnya yang berperan dalam ketersediaan air. Pemberian kompos dalam
tanah dapat membentuk struktur tanah menjadi lebih baik sehingga daya ikat air
dalam tanah menjadi lebih besar.
Hasil penelitian awal tersebut lebih merekomendasikan pemilihan bahan
organik berupa pupuk kompos untuk penelitian lanjutan di lahan karena bersifat
lebih dapat mempertahankan kapasitas air tersedia dibandingkan pupuk kandang
Penelitian lanjutan yang berhubungan dengan sifat fisik tanah dalam
membentuk karakteristik tanah yang digunakan dalam penelitian adalah pengukuran
sifat fisik tanah menggunakan kolom infiltrasi horizontal. Hasil data yang diperoleh
digunakan dalam pembuatan model simulasi pergerakan air horizontal pada strip
olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan. Hasil data pengukuran
menggunakan apparatus uji kolom infiltrasi horizontal yang telah diolah
menggunakan transformasi Boltzman ditunjukkan pada Gambar 12.
Formulasi perhitungan selanjutnya adalah mendapatkan data menggunakan
fitting curve by eyes pada grafik D vs θ untuk hasil nilai θs, θr, α dan n, Ks dan ℓ
dalam parameter model van Gencuhten yang juga digunakan dalam pembangunan
model simulasi pergerakan air horizontal pada strip olah tanah terbatas beririgasi
bawah permukaan.
35
Gambar 12 Hasil pengukuran perubahan kadar air pada infiltrasi kolom horizontal untuk tanah lempung liat berdebu (desa Hambaro,Leuwiliang), t = 500 menit
Hasil grafik di atas selanjutnya diolah menggunakan persamaan difusivitas untk
mendapatkan nilai hubungan atara difusifitas dengan kadara air, seperti ditunjukkan
pada Gambar 13.
Gambar 13 Grafik hasil perhitungan difusivitas dari nilai pengukuran kadar air dan plot grafik infiltrasi horizontal, h= -2cm, t=500 menit
Pada saat air bergerak di tanah diperlukan lagi besaran yaitu unsaturated
hydraulic conductivity, K(h) atau K(θ) yang merupakan fungsi pressure head atau
water content. Fungsi Soil water rention yang paling terkenal dan sering digunakan
adalah van Genuchten model (van Gencuhten 1980):
00.020.040.060.08
0.10.120.140.160.18
0.20.220.240.260.28
0.30.320.340.360.38
0.40.420.440.46
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
Ka
da
r a
ir (
θ)
Transformasi Boltzman (λ=xt -0.5) θ
0.1
1
10
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Difu
sifit
as, D
(θ)
[cm
2m
in-1]
Kadar air, θ [cm3 cm-3]h=-2cm, t=500 menit
36
( ) ( )( )
1
1
re mn
s r
hS h
h
θ θθ θ α
−= =
− +
/14/
( )( )1
s rrmn
hh
θ θθ θα
−= + + /15/
Se merupakan derajat jenuh efektif, θr and θs adalah residual dan saturated water
content (L3L-3), sedangkan m=1-1/n, selanjutnya n dan α merupakan suatu parameter
empiris.
Fungsi hidrolik konduktivitas tak jenuh lainnya yang paling terkenal adalah
Mualem model (Mualem, 1976). Bentuk pendekatan dapat dihubungkan (closed
form) dengan model dari van Genuchten (van Genuchten, 1980) sebagai berikut:
( ) ( )2
1/11 1
mme s e eK S K S S = − −
l
/16/
Ks dan ℓ merupakan hidrolik konduktivitas jenuh.
Model dari van Gencuhten menjadi terkenal karena tersedia bentuk yang
berhubungan dekat (closed form) dengan model Mualem. Hidrolik konduktivitas tak
jenuh adalah sifat fisik tanah yang paling sulit diukur. Penggunaan closed form
tersebut menjadikan hidrolik konduktivitas tak jenuh dapat diprediksi dengan mudah
melalui parameter-parameter yang terdapat pada model dari van Gencuhten.
Persamaan air horizontal flow di tanah didapat dengan cara sebagai berikut:
( ) ( )x
hq
t x
θ∂ ∂=∂ ∂ karena /17/
( )x
hq K h
x
∂=∂ /18/
maka ( ) ( )h h
K ht x x
θ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ /19/
Persamaan 19 diatas dapat diubah dalam bentuk difusivitas menjadi ( ) ( ) ( )
( )h hhK h
t x h x
θ θθ
∂ ∂∂ ∂= ∂ ∂ ∂ ∂ /20/
( ) ( ) ( )( )1
/
h hK h
t x h h x
θ θθ
∂ ∂∂= ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ /21/
Karena soil water capacity, C:
37
( ) ( ) ( ) ( )
( )( )
1
1
1
nns
mn
h m n hC h
hh
θ α θ θ
α
−
+
∂ −= =
∂ + /22/
Maka persamaan 22 diatas menjadi ( ) ( )
( )( )h K h h
t x C h x
θ θ ∂ ∂∂= ∂ ∂ ∂ /23/
Difusitivitas [L2T-1]:
( ) ( )( )
K hD
C hθ =
/24/
Maka ( ) ( ) ( )h h
Dt x x
θ θθ
∂ ∂∂= ∂ ∂ ∂ . /25/
Hasil perhitungan menggunakan lembar kerja di Ms. Excel ditunjukkan pada
Lampiran 6 dan 7. Cara setting parameters dengan fitting by eyes pada diffusivity
curve, melihat grafik hubungan antara difusivitas dengan kadar air (D vs θ) seperti
tampak pada Gambar 14.
Gambar 14 Grafik hubungan antara difusivitas dengan kadar air dari hasil pengukuran menggunakan aparatus kolom infiltrasi horizontal (D vs θ)
Hasil fitting by eyes terhadap grafik tersebut maka didapatkan nilai-nilai
parameter yang dibutuhkan dalam memenuhi sifat fisik tanah penelitian yang
selanjutnya disimulasikan pada model pergerakan air horizontal pada strip olah tanah
terbatas beririgasi bawah permukaan. Data hasil fitting by eyes terhadap plot pada
grafik hubungan antara difusivitas dan kadar air ditunjukkan pada Tabel 12.
0.001
0.01
0.1
1
10
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
D (
cm2
/min
)
θ (cm3/cm3)
D
data pengukuran di Lab. data pembanding pada h =100 (Nilsen 1962)
38
Koefesien-koefesien tersebut didapatkan dari formula van Gnuchten (1980) dan
Mualem (1976) yang merupakan formula yang sama dalam pembuatan model
pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas (Bab 4).
Tabel 12 Hasil fitting by eyes terhadap plot pada grafik hubungan antara difusivitas dan kadar air.
Symbol Nilai (fitting pada
grafik D vs θ) Unit Keterangan
Θr 0.065 (cm3cm-3) <theta s θs 0.44 ( cm3cm-3) >theta r dan <1 α 0.075 (1 cm-1) <0.5 n 1.51 (-) >1.1
Ks 0.005528 (cm min-1) 0.000165 cm s-1 ℓ 1.6 (-) >-4 m 0.47644 (-)
Kesimpulan
1. Uji kinerja irigasi bawah permukaan menggunakan box aparatus uji merupakan
definisi bentuk pengembangan metode strip olah tanah terbatas beririgasi bawah
permukaan. Karakteristik tanah menunjukkan kondisi lahan marjinal yang sesuai
untuk aplikasi perbaikan lahan menggunakan metode strip olah tanah terbatas
beririgasi bawah permukaan.
2. Hasil penelitian awal pemilihan tekstur tanah dan penambahan bahan organik
terhadap ketersediaan air menunjukkan pemberian bahan organik (kompos) pada
tanah dengan tekstur liat dapat meningkatkan kadar air tanah dan kapasitas air
tersedia serta dapat menurunkan berat volume tanah sehingga baik untuk
diaplikasikan pada penelitian ini.
3. Hasil fitting by eyes terhadap grafik difusifitas dan kadar air didapatkan nilai-
nilai parameter yang dibutuhkan dalam memenuhi sifat fisik tanah penelitian
yang selanjutnya disimulasikan pada model pergerakan air horizontal pada strip
olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan.