Foto : Kurniatun Hairiah

Bab 4. AIR TANAH

2

Kapilaritas dan Air Tanah

Konsep Enerji Air Tanah

Kadar Air dan Potensial

Air

Mengukur Kadar dan

Potensial Air

Macam-macam aliran air

di dalam tanah

Retensi Air di Lapangan

Klasifikasi Air

Ketersediaan air bagi

Tanaman

Apa yang dipelajari ?

AIR berada di ………………… dalam ruangan PORI (diantara MATRIKS tanah)

Partikel Tanah

Ruangan Pori

Air Tanah

Bagaimana air bisa tinggal dalam ruangan pori ?

• Diikat oleh partikel (padatan)

• Diikat oleh gaya adhesi dan kohesi

KAPILARITAS

Molekul Air dan Kapilaritas

• Satu melekul air terbentuk ketika 2 atom H terikat secara kovalen dengan 1 atom O

• Di dalam ikatan kovalen, elektron dijumpai antar atom

• Atom oksigen menarik elektron lebih kuat dibanding hidrogen. Keadaan ini menyebabkan terjadinya distribusi muatan yang tidak simetris pada air .

Molekul Air dan Kapilaritas

• Molekul yang memiliki ujung akhirdengan muatan positif dan negatifdisebut molekul polar

• Sifat polar tersebut memungkinkanair untuk memisahkan molekullarutan polar , oleh karena itu air dapat melarutkan banyak sekalisenyawa kimia

• Jadi, satu molekul air bukan molekulnetral

Kohesi & Adesi

• Penarikan 1 molekul air ke molekul air lainnya disebut kohesi

• Adesi terjadi jika molekul-molekul air ditarik oleh jenis melekul lainnya, seperti gelas, tanah, logam, atau daun tanaman karena permukan molekul lain tersebut juga mempunyai muatan

• Gaya Adesi lebih kuat dibandingkan dengan gaya kohesi

Air Adesi- air yang ditarik ke permukaaan padatan

• Di ikat oleh gaya elektrik yang kuat – energi rendah

• Sedikit pergerakan- di ikat kuat oleh tanah

• Berada dalam bentuk film

• Tidak tersedia bagi tanaman

• Dapat hilang dari tanah melalui pengeringan tanah dalam oven

Air Kohesi – air ditarik oleh molekul air lainnya

• Di ikat oleh ikatan hidrogen

• Status cair dalam film air

• Sumber air utama untuk tanaman

• energi lebih besar dibandingkan adesi

Air Gravitasi

• Dijumpai dalam pori-pori makro

• Mempunyai energi terbesar

• Bergerak bebas akibat gaya gravitasi

Air mengalir ……

Apakah air selalu

mengalir ke bawah ?

Aliran permukaan

terjadi karena gaya

gravitasi

gravitasi

Foto: M van Noordwijk

Menyiram tanaman melalui selokan ………..

Air diberikan

lewat

selokan

Air

membasahi

permukaan

Air juga bisa mengalir ke atas . . . . .

Kapilaritas

Air bisa mengalir naik melalui ruang pori tanah secara

kapiler, disebabkan oleh gaya-gaya adhesi dan kohesi

Potensial Air

AIR

gravitasi

AKAR

LARUTAN TANAH

PARTIKEL TANAH

osmotik

matriks

absorpsi

PUSAT BUMI

Potensial Air - Y

Yt = Yg + Ym + Yo

• Potensial gravitasi

• Potensial matriks Potensial Total

• Potensial osmotik

Tegangan Air (+) atau Potensial (-)

0 bar

-0.33 bar-1 bar

--15 bar

Gaya Kapiler (matriks)

Pori yang halus menahan air ditahan

dengan energi yang lebih besar

h = 0.15/r

g = tegangan permukaan

a = sudut kontak

r = jari-jari pipa (pori)

r = berat jenis air

g = gravitasi

2g cos a

r r gh =

Gaya OsmotikAir mengalir melewati selaput semi-

permeabel

O

H

H

O

H

H

O

H

H O

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

K+

Cl-O

H

H

Na+

Cl-

O

H

H

O

H

H

O

H

H

Konsep Energi

perbedaan enerji bebas menyebabkan pergerakan H2O

Air mengalir dari energi tinggi ke enerji rendah

tanah basah tanah kering

pori kasar pori halus

enerji H2O

lebih tinggi

enerji H2O

lebih rendah

(lebih negatif)

Aliran H2O

Potensial Air

• Potensial air tanah total = Potensial Matrik + potensialgravitasi + Osmotik (garam)

• Jika tanah mengering, maka potensial matrikberkurang atau jumlah negatif lebih besar

• 0 -5 -8 -10 -15 -55 -100

• jenuh. basah - -------- kering ------- > sangat kering

Mengukur Kadar Air Tanah

Gravimetrik :

•• Timbang Tanah (Padatan + Air) = G1

•• Keringkan dan Timbang (Padatan) = G2

•• Hitung kadar air (w)

w =G1 – G2

G2(g g-1)

Alat-alat untuk Mengukur Air Tanah

Gypsum Block

Elektroda (Resistensi)

Sinar Gamma

Sinar Neutron

Tensiometer

TDR (Time Domain Reflectometer)

Neutron Probe

Berapa banyaknya air dalam tanah ?

Kadar Air

w (massa) = Ma/Mp kg kg-1

q (volume)= Va/Vt m3 m-3

t (tebal) = Ta/Tt mm m-1

Ma=massa air Mp = massa padatan

Va =volume air Vt = volume tanah

Ta =tebal air Tt = tebal tanah

Satuan Pengukuran Air Tanah

Kadar Air Tanah :

Kadar Air massa kg kg-1

Kadar Air Volume m3 m-3

Tebal Air mm

Potensial Air Tanah

Potensial per massa J kg-1

Potensial per volume N m-2 = Pa

Potensial per berat m

Konversi Satuan

cm H2O bars kPa pF

300 -0.3 -30 2,5

1.000 -1 -100 3,0

10.000 -10 -1000 4,0

15.000 -15 -1500 4.2

1 atm = 760 mm Hg = 1020 cm H2O = 1 bar = 100 KPa

pF = logaritma tekanan air dalam satuan cm H2O

Kadar Air dan Potensial Air

Tanah kering = jumlah air sedikit

• Potensial kuat (nilai makin negatif)

• Air sulit dilepaskan

Tanah jenuh = jumlah air banyak

• Potensial rendah

• Air mudah dilepaskan

Kadar Air dan Potensial Air

Semakin kering tanah semakin kuat potensial

air tanah :

• Ada hubungan antara Kadar Air vs

Potensial

• Hubungan berbentuk semi-logaritmik

• Disebut :

o Kurva Karakteristik Air Tanah

o Kurva pF

tanah berpasir

tanah berliat

Kadar Air (%)

Tek

an

an

Air

(b

ars

)

0

-20

Kurva pF : Pengaruh Tekstur Tanah

Tanah beragregat

Kadar Air (%)

Tek

an

an

Air

(b

ars

)

0

-100

tanah mampat

Kurva pF : Pengaruh Struktur Tanah

Histeresis

pengeringan

pembasahan

q

Tekanan Air (bars)

2r

2R

pengeringan

pembasahan

0 -100

0.5

Alat ukur pF

Air Tanah : Klasifikasi & Ketersediaan

FISIK BIOLOGI0.0

- 30

-15

- 0.3

gravitasi

kapiler

uap

tdk tersedia

(drainase)

tersedia

tdk tersedia

y (bars)

Klasifikasi Air didalam Pori

Klasifikasi Air Tanah

• 0 sampai -0.3 bar = Gravitasi (tidak tersedia)

• -0.3 bar = kapasitas lapangan

• -15 bar = titik layu

• antara -0.3 & -15 air tersedia bagi tanaman (available water capacity = AWC)

• -15 sampai -100 bar = status tanah kering udara

• -10,000 bar = tanah kering oven

Kapasitas Menahan Air

Prosentase Air (Kadar air volume, q)TEKSTUR Kapasitas Koefisien AirTANAH Lapangan Higroskopis Kapiler

Lempung berpasir 12 3 9Lempung berdebu 30 10 20Liat 35 18 17

Tekanan (atm = bar) - 0,3 - 31 (-0,3)–(-31)

Bandingkan istilah2 ini dengan klasifikasi air secara fisik & biologi !

Kapasitas beberapa tanah dalam menahan air

Air Tanah dan Tanaman

• Air tanah terikat dalam berbagai

tingkat kekuatan (potensial)

• Tanaman menyerap air melalui akar

dengan kekuatan isap maksimum

Fakta :

Air tanah dapat diserap akar, bila

kekuatan isap akar lebih besar dari

kekuatan ikatan matriks

Konsekuensinya :

AIR TERSEDIA BAGI TANAMAN

Faktor mempengaruhi AWC tanamanAWC = Kapasitas lapangan-Titik Layu

• Kedalaman perakaran – Jenis tanaman – Stadium pertumbuhan

• Kedalaman lapisan pembatas pertumbuhan akar• Infiltrasi vs. limpasan permukaan (makin banyak

air masuk ke tanah, makin banyak air disimpan)• Jumlah fraksi kasar (terutama kerikil)• Tekstur Tanah – ukuran dan jumlah pori

– Lempung berdebu memiliki AWC terbesar, kemudian lempung, lempung berliat, lempuang liat berdebu

Apa Komentar Anda ?

Sebaran akar sorghum (a) di tanah kering dan (b)

tanah yang diairi (Russel, 1994)

Ketersediaan Air bagi Tanaman

Titik Layu :

Air tinggal sedikit diikat sangat kuat

sehingga akar tidak bisa menyerapnya

(tanaman menunjukkan gejala layu)

Kapasitas Lapangan :

Air yang tidak mengalir ke bawah lagi tetapi

tinggal/diikat dalam ruangan pori

Air Drainasi :

Setelah hujan atau penggenangan, air

masih mengalir ke bawah (drainasi)

Aliran Air dalam Tanah

Ada 3 macam Aliran Air dalam Tanah:

1. Aliran jenuh (saturated flow)

2. Aliran tidak jenuh (unsaturated flow)

3. Aliran uap air (vapor flow)

Air mengalir karena ada perbedaan tekanan antara dua titik

(dY/ds)

Aliran air melalui pori-pori tanah, memiliki sifat daya hantar

berbeda-beda (k)

Prinsip Aliran (hukum Darcy) : q = - k ds dY

Aliran Tidak Jenuh :Pengaruh Tekstur Tanah

Pergerakan Air

• Air tidak akan bergerak ke pasir sampai lempung menjadi jenuh

t 1

t 2

t3

t4

Pergerakan Air

• Air bergerak ke liat setelah kontak dengan liat, tetapi karena liat menggerakan air lambat yang terbentuk di atas lapisan liat

Siklus Hidrologi

• Evaporasi

• Transpirasi

• Cadangan air tanahmenentukankandungan air bawahtanah

Neraca Air

http://wwwcimis.water.ca.gov/cimis/infoIrrBudget.jsp

52

AIR adalah sahabat kita,

AIR selalu dibutuhkan

dalam kehidupan

kita…TETAPI……

AIR bisa juga tidak

bersahabat dengan kita!

………….Kapan?