mk. dasar ilmu tanah air tanah (soil moisture = soil water) www// marno.lecture.ub.ac.id

MK. DASAR ILMU TANAH

AIR TANAH(SOIL MOISTURE = SOIL WATER)

www//marno.lecture.ub.ac.id

PEREDARAN AIR , air tanah sebagai cadangannya.

Diunduh dari: http://systemexplorations.wordpress.com/2011/09/05/of-complex-systems/ …… 17/3/2013

AIR TANAH

Tumbuhan

Hujan

Air di atmosfir

Manusia

Binatang

Perairan

http://systemexplorations.files.wordpress.com/2011/09/soil-moisture-system-diagrampost12.jpg


Perubahan Air Tanah. Kapasitas lapang minus titik layu adalah jumlah air yg tersedia bagi tanaman.

.

Diunduh dari: http://systemexplorations.wordpress.com/2011/09/05/of-complex-systems/ …… 17/3/2013

Kondisi tanah jenuh air:

Seluruh pori terisi air

Kapasitas Lapang:

Separuh pori terisi air

Titik layu : Tanaman tidak dapat menyerap

air yang ada

Air Hujan

Infiltrasi EvaporasiTranspirasi

Setelah berminggu-

minggu kering

Setelah beberapa

hari

Tabel Air:Lapisan tanah yg

selalu jenuh air


LENGAS TANAH = SOIL MOISTURELENGAS (Moisture) menyatakan adanya suatu cairan,

terutama air , seringkali dalam jumlah terbatas.

Sejumlah air ditemukan dalam udara (kelembaban udara), dalam tanah (lengas tanah) .

Kadar lengas tanah merupakan kuantitas air yang terkandung dalam tanah.

Kadar lengas dinyatakan sebagai rasio , yang berkisar dari 0 (kering lengkap) hingga nilai jenuh.

Kadar lengas ini dapat dinyatakan secara volumetrik atau gravimetrik.

5

Kadar air volumetrik , θ, dirumuskan sebagai:

dimana :Vw adalah volume airVT = Vs + Vv = Vs + Vw + Va adalah total volume (vol tanah + vol. air + rongga udara).

6

Kadar air Gravimetrik dirumuskan sbb:

Dimana:mw adalah masa airmb adalah masa total. Masa total adalah masa tanah kering mutlak

Untuk mengubah kadar air gravimetrik menjadi kadar air volumetrik, kalikan kadar air gravimetrik dengan

berat isi tanah.

STRUKTUR &

CIRI

Molekul air terdiri atas atom oksigen dan dua atom hidrogen, yang berikatan secara kovalen

Atom-atom tidak terikat secara linear (H-O-H), tetapi atom hidrogen melekat pada atom oksigen

seperti huruf V dengan sudut 105o.

Molekul air bersifat dipolar:

Zone elektro positif

+ H H

105o

Zone elektro negatif

-

8

Air adalah molekul polar dengan ikatan hidrogen di antara molekul-molekul air

9

Partikel koloidal yang bersifat hidrofilik dan selubung hidrasinya

10

SIFAT-SIFAT FISIK AIR

Peranan air dalam tumbuhan hidup:

1. Komponen protoplasm2. Substrat untuk metabolisme tanaman3. Solvent untuk absorpsi dan transportasi4. Menjaga tanaman tetap dalam bentuknya 5. Menjaga keseimbangan suhu tubuh

tanaman

PENYERAPAN AIR OLEH AKAR TANAMAN

Penyerapan air pada tumbuhan dilakukan dengan dua cara yaitu penyerapan air secara aktif dan penyerapan air secara pasif.

Penyerapan air secara aktif dilakukan oleh sel hidup. Pada penyerapan ini sel memerlukan energi. Kemampuan penyerapan air ini dipengaruhi oleh

kendungan O2. Apabila akar tanaman mendapat 02 yang cukup proses penyerapan air oleh akar akan berlangsung sangat lancar. Sebaliknya apabilla

02 sangat kurang, penyerapan air oleh akar akan sangat lambat atau tidak terjadi sama sekali.

Teori ini didukung oleh beberapa bukti :1. Akar tanaman yang hidup pada tanah yang aerasinya buruk, bentuk akarnya

menggulung.2. Apabila respirasi dihalangi dengan zat penghalang misalnya KCN, maka

absorpsi air akan berkurang.3. Absorpsi air hanya dilakukan oleh sel yang hidup.

Penyerapan air secara pasif terjadi sebagai akibat dari proses transpirasi . Semakin lancar transpirasi , semakin lancar pula absorpsi air oleh akar.

Transpor lateral air dalam akar :

Ada dua jalur dalam akar untuk menyerap air dari tanah. Setiap jalur ini mempunyai keunggulan dan kelemahannya.

Jalur Apoplastik dapat terjadi kalau tidak ada hypodermis . Air bergerak menembus dinding sel dan rongga-rongga antar sel.

Kalau air mengalir, zat terlarut ikut bergerak bersama aliran atau dengan cara difusi. Jalur ini sangat efisien.

Jalur Symplastik, dapat eterjadi kalau ada hypodermis. Air bergerak menembus membran sel dan sel-sel hidup. Air

bergerak secara osmosis, sehingga solutes dapat bergerak dari sel ke sel melalui plasmodesmata.

Proses ini lebih lambat dibandingkan dengan jalur apoplastik.

14

Bulu-bulu akar, zone penyerapan air

15

Penyerapan air oleh akar tanaman: 1. Proses aktif2. Proses pasifProses penyerapan air secara aktif: Penyerapan air berlangsung oleh

adanya aktivitas fisiologis akar tanaman

Apoplast: Suatu sistem kontinyu terdiri atas dinding sel, rongga sel (interplace) dan pembuluh xylem, kecuali protoplast, dianggap sebagai bagian yang mati .

• Resistensi rendah dan transpor air lebih cepat .

Symplast: Suatu sistem kontinyu terdiri atas protoplast, plasmodesma dan membran plasma, dianggap sebagai bagian yang hidup .

• Air memasuki simplast dengan cara osmosis dan kemudian air diangkut melintasi sel ke sel.

Faktor yang mempengaruhi penyerapan air oleh akar:

1. Faktor Internal , derajat perkembangan, konduktivitas air dan respirasi akar

2. Faktor eksternal: faktor udara→ transpirasi → Penyerapan air (tidak langsung) .

3. Faktor Tanah secara langsung mempengartuhi penyerapan air oleh akar.

17

Suhu tanah dan penyerapan air oleh akar tanaman

Suhu rendah: viskositas air dan plasma meningkat;

konduktivitas air menurun; respirasi menurun karena

energi tidak cukup; pertumbuhan akar dan bulu

akar menurun.Suhu terlalu tinggi: akar

mudah membentuk gabus, konduktivitas air menurun.

Kekuatan ikatan antara molekul air dengan partikel tanah dinyatakan dengan TEGANGAN AIR TANAH. Ini

merupakan fungsi dari gaya-gaya adesi dan kohesi di antara molekul - molekul air dan partikel tanah

Partikel tanah

H2O

Adesi Kohesi

Air terikat Air bebas

Partikel tanah bersingguingan satu

sama lain dan ada rongga di antaranya

(pori tanah).

Kalau tanah kering, porinya terisi udara.

Setelah hujan , pori tanah terisi dengan air.

Akar tanaman dapat membantu aerasi tanah.

Akar

Partikel tanah

Air

Udara

20

Ikatan Hidrogen

Kohesi Adhesi

Permu-kaan

partikel tanah

21

Dijerap kuat

Dijerap lemah

Per-mu-ka-an

LIAT

STRUKTUR &

CIRI

POLARITASMolekul air mempunyai dua ujung, yaitu ujung oksigen yg

elektronegatif dan ujung hidrogen yang elektro-positif.Dalam kondisi cair, molekul-molekul air saling bergandengan

membentuk kelompok-kelompok kecil tdk teratur.Ciri polaritas ini menyebabkan plekul air tertarik pada ion-

ion elektrostatis. Kation-kation K+, Na+, Ca++ menjadi berhidrasi kalau ada molekul air, membentuk selimut air, ujung negatif melekat

kation.Permukaan liat yang bermuatan negatif, menarik ujung

positif molekul air.

Kation hidrasi Tebalnya selubung air tgtpd rapat muatan pd per-mukaan kation.

Rapat muatan = Selubung air muatan kation / luas permukaan

STRUKTUR &

CIRI

IKATAN HIDROGEN Atom hidrogen berfungsi sebagai titik penyambung (jembatan)

antar molekul air.Ikatan hidrogen inilah yg menyebabkan titik didih dan viskositas

air relatif tinggi

KOHESI vs. ADHESIKohesi: ikatan hidrogen antar molekul air

Adhesi: ikatan antara molekul air dengan permukaan padatan lainnyaMelalui kedua gaya-gaya ini partikel tanah mampu menahan air dan

mengendalikan gerakannya dalam tanah

TEGANGAN PERMUKAAN Terjadinya pada bidang persentuhan air dan udara, gaya kohesi antar molekul air lebih besra daripada adhesi antara air dan udara.

UdaraPermukaan air-udara

air

ENERGI AIR TANAH

Retensi dan pergerakan air tanah melibatkan energi, yaitu: Energi Potensial, Energi Kinetik dan Energi Elektrik.

Selanjutnya status energi dari air disebut ENERGI BEBAS, yang merupakan PENJUMLAHAN dari SEMUA BENTUK

ENERGI yang ada.Air bergerak dari zone air berenergi bebas tinggi (tanah basah)

menuju zone air berenergi bebas rendah (tanah kering).

Gaya-gaya yg berpengaruhGaya matrik: tarikan padatan tanah (matrik) thd molekul air; Gaya osmotik: tarikan kation-kation terlarut thd molekul air

Gaya gravitasi: tarikan bumi terhadap molekul air tanah.

Potensial air tanahKetiga gaya tersebut di atas bekerja bersama mempengaruhi energi bebas air tanah, dan selanjutnya menentukan perilaku air tanah, ….. POTENSIAL TOTAL AIR TANAH (PTAT)PTAT adalah jumlah kerja yg harus dilakukan untuk memindahkan secara berlawanan arah sejumlah air murni bebas dari ketinggian tertentu secara isotermik ke posisi tertentu air tanah.PTAT = Pt = perbedaan antara status energi air tanah dan air murni bebas

Pt = Pg + Pm + Po + …………………………

( t = total; g = gravitasi; m = matrik; o = osmotik)

25

AIR Akar tumbuha

n

Groundwater

Potensial Air Tanah

26

Potensial AIR

Potensial Gravitasi

Potensial Osmotik

Potensial Matriks

Besarnya energi potensial air yg terikat pada partikel tanah (matrks tanah)

Energi potensial air tanah pada elevasi lebih tinggi dari kondisi referensi standar

Besarnya energi potensial air yg mengandung garam dan bahan larut lain

Energi potensial air murni pada kondisi referensi standar ditetapkan sebagai nol

Negatif

Positif

0

+

-

-

Bentuk-bentuk Potensial air –Ψ

Potensial matriks ( nilai negatif)

Potensial Gravitasi ( nilai positif)

Potensial Tekanan ( nilai + atau -)

Potensial Osmotik ( nilai negatif)

30

Potensial Matriks

Efek Potensial matriks mengurangi energi bebas

Per-mu-ka-an

LIAT

Dijerap lemahDijerap kuat

31

Pori mikro mengikat molekul air dengan energi yang lebih besar

32

Molekul air bergerak melintasi membran semi-permeabel

Hubungan potensial air tanah dengan energi bebas

Energi bebas naik bila air tanah berada pada letak ketinggian yg lebih tinggi dari titik baku pengenal (referensi)

+

0

-

Poten-sial

positif

Poten-sial

negatif

Energi bebas dari air murni Potensial tarikan bumi

Menurun karena pengaruh osmotik

Menurun karena pengaruh matrik

Energi bebas dari air tanah

Potensial osmotik (hisapan)

Potensial matrik (hisapan)

Klasifikasi air (lengas) tanah

Diunduh dari: http://www.agf.gov.bc.ca/resmgmt/publist/600Series/619000-1.pdf ……….. 16/3/2013

Total volume

air dalam tanahC

Maksimum defisit air

tanahAir tanahTersedia

Titik Layu Permanen

Tanah kering mutlak

Tanah jenuh air

Kapasitas Lapang

Air tersedia dalam tanah


SOIL WATER STORAGE (Simpanan Lengas Tanah)

Kapasitas simpanan lengas tanah (SWS) didefinisikan sebagai jumlah total air yang disimpan dalam tanah pada zone

perakaran tanaman.

Tekstur tanah dan kedalaman akar tanaman snagat menentukan besarnya SWS ini.

Semakin dalam perakaran tanaman, semakin banyak air yang dapat disimpan dalam tanah, sehingga semakin banyak pula

cadangan air yang dapat diserap oleh akar tanaman.


Kedalaman zone akar tanaman


POTENSIAL AIR TANAH

POTENSIAL TARIKAN BUMI = Potensial gravitasi

Pg = G.hdimana G = percepatan gravitasi, h = tinggi air tanah di atas

posisi ketinggian referensi.Potensial gravitasi berperanan penting dalam menghilangkan

kelebihan air dari bagian atas zone perakaran setelah hujan lebat atau irigasi

Potensial matrik dan OsmotikPotensial matrik merupakan hasil dari gaya-gaya jerapan dan kapilaritas.Gaya jerapan ditentukan oleh tarikan air oleh padatan tanah dan kation jerapanGaya kapilaritas disebabkan oleh adanya tegangan permukaan air.Potensial matriks selalu negatifPotensial osmotik terdapat pd larutan tanah, disebabkan oleh adanya bahan-bahan terlarut (ionik dan non-ionik).Pengaruh utama potensial osmotik adalah pada serapan air oleh tanaman

Hisapan dan Tegangan Potensial matrik dan osmotik adalah negatif, keduanya bersifat menurunkan energi bebas air tanah. Oleh karena itu seringkali potensial negatif itu disebut HISAPAN atau TEGANGAN.

Hisapan atau Tegangan dapat dinyatakan dengan satuan-satuan positif.Jadi padatan-tanah bertanggung jawab atas munculnya HISAPAN atau TEGANGAN.

Cara Menyatakan

Tegangan Energi

Tegangan: dinyatakan dengan “tinggi (cm) dari satuan kolom air yang bobotnya sama dengan

tegangan tsb”.Tinggi kolom air (cm) tersebut lazimnya

dikonversi menjadi logaritma dari sentimeter tinggi kolom air, selanjutnya disebut pF.

Tinggi unit Logaritma Bar Atmosferkolom air (cm) tinggi kolom air (pF)

10 1 0.01 0.0097 100 2 0.1 0.0967 346 2.53 0.346 1.3 1000 3 110000 4 10 9.674915849 4.18 15.8 1531623 4.5 31.6 31100.000 5 100 96.7492

KANDUNGAN AIR DAN

TEGANGAN

KURVA ENERGI - LENGAS TANAH Tegangan air menurun secara gradual dengan meningkatnya

kadar air tanah.Tanah liat menahan air lebih banyak dibanding tanah pasir pada

nilai tegangan air yang samaTanah yang Strukturnya baik mempunyai total pori lebih

banyak, shg mampu menahan air lebih banyakPori medium dan mikro lebih kuat menahan air dp pori makro

Tegangan air tanah, Bar 10.000

Liat

Lempung

Pasir

0.0110 Kadar air tanah, % 70

42Potensial air tanah

KDR ai r t nh

Strukturnya baikStrukturnya jelek

Liat

Lempung

Pasir

Kd r

A i r

t nh

Gerakan Air Tanah

Tidak Jenuh

Gerakan tidak jenuh = gejala kapilaritas = air bergerak dari muka air tanah ke atas melalui pori mikro.

Adhesi dan kohesi bekerja aktif pada kolom air (dalam pri mikro), ujung kolom air berbentuk cekung.

Perbedaan tegangan air tanah akan menentukan arah gerakan air tanah secara tidak jenuh.

Air bergerak dari daerah dengan tegangan rendah (kadar air tinggi) ke daerah yang tegangannya tinggi (kadar air rendah,

kering).Gerakan air ini dapat terjadi ke segala arah dan berlangsung

secara terus-menerus.

Pelapisan tanah berpengaruh terhadap gerakan air tanah.Lapisan keras atau lapisan kedap air memperlambat gerakan air

Lapisan berpasir menjadi penghalang bagi gerakan air dari lapisan yg bertekstur halus.

Gerakan air dlm lapisan berpasir sgt lambat pd tegangan

44

Perbedaan energi bebas menyebabkan molekul air bergerak

Molekul air bergerak dari energi tinggi menuju ke tempat yg energinya lebih rendah

45

Pergerakan air dalam tanah

Ada tiga macam gerakan (aliran) air dalam tanah

Pergerakan air melalui pori tanah yang daya hantarnya (k) berbeda-beda

Gerakan Jenuh

(Perkolasi)

Air hujan dan irigasi memasuki tanah, menggantikan udara dalam pori makro - medium - mikro. Selanjutnya

air bergerak ke bawah melalui proses gerakan jenuh dibawah pengaruh gaya gravitasi dan kapiler.

Gerakan air jenuh ke arah bawah ini berlangsung terus selama cukup air dan tidak ada lapisan penghalang

Lempung berpasir Lempung berliat

cm 0

15 mnt 4 jam 30 60

90 1 jam 24 jam

120 24 jam 48 jam

150 30 cm 60 cm Jarak dari tengah-tengah saluran, cm

PERKOLASI

Jumlah air perkolasiFaktor yg berpengaruh:

1. Jumlah air yang ditambahkan2. Kemampuan infiltrasi permukaan tanah3. Daya hantar air horison tanah4. Jumlah air yg ditahan profil tanah pd kondisi kapasitas lapang

Keempat faktor di atas ditentukan oleh struktur dan tekstur tanah

Tanah berpasir punya kapasitas ilfiltrasi dan daya hantar air sangat tinggi, kemampuan menahan air rendah, shg

perkolasinya mudah dan cepat

Tanah tekstur halus, umumnya perkolasinya rendah dan sangat beragam; faktor lain yg berpengaruh:

1. Bahan liat koloidal dpt menyumbat pori mikro & medium2. Liat tipe 2:1 yang mengembang-mengkerut sangat berperan

LAJU GERAKAN

AIR TANAH

Kecepatan gerakan air dlm tanah dipengaruhi oleh dua faktor:1. Daya dari air yang bergerak

2. Hantaran hidraulik = Hantaran kapiler = daya hantar

i = k.fdimana i = volume air yang bergerak; f = daya air yg bergerak dan k = konstante.

Daya air yg bergerak = daya penggerak, ditentukan oleh dua faktor:1. Gaya gravitasi, berpengaruh thd gerak ke bawah2. Selisih tegangan air tanah, ke semua arah

Gerakan air semakin cepat kalau perbedaan tegangan semakin tinggi.

Hantaran hidraulik ditentukan oleh bbrp faktor:1. Ukuran pori tanah2. Besarnya tegangan untuk menahan air

Pada gerakan jenuh, tegangan airnya rendah, shg hantaran hidraulik berbanding lurus dengan ukuran poriPd tanah pasir, penurunan daya hantar lebih jelas kalau terjadi penurunan kandungan air tanahLapisan pasir dlm profil tanah akan menjadi penghalang gerakan air tidak jenuh

Gerakan air tanah

Gerakan air tanah dipengaruhi oleh kandungan air tanah

Penetrasi air dari tnh basah ke tnh kering(cm) 18

Tanah lembab, kadar air awal 29%

Tanah lembab, kadar air awal 20.2%

Tanah lembab, kadar air awal 15.9%

0 26 156

Jumlah hari kontak, hari

Sumber: Gardner & Widtsoe, 1921.

Pergerakan air tanah: Kondisi Jenuh Air

Pergerakan air dalam profil tanah :

Pergerakan air melalui zone tidak jenuh dan zone

jenuh menuju “water table”

Pergerakan air ini

arahnya ke bawah dan ke atas

Groundwater

Zone jenuh-air di bawah Tabel-air

Hujan

Zone tanah

Tabel -Air

Mengisi Tabel - Air

Rumbai-rumbai Kapiler

Distribusi air selama proses infiltrasi pada kondisi tergenang. Ada lima zone dalam profil tanah yang terkait dengan proses infiltrasi .

Profil lengas tanah dalam kondisi tergenang:

Bidang pembasahan

Zone pembasahan

Zone Transmisi

Zone Transisi

Zone Jenuh

Genangan air

Initial air

Kadar air Jenuh air

Zone jenuh. Pori terisi openuh dengan air (jenuh air). Tergantung pada lamanya waktu sejak masukan air , zone ini biasanya hanya sampai

kedalaman beberapa millimeters.

Zone Transisi. Zone ini dicirikan oleh cepatnya penurunan kadar air tanah dengan kedalaman, dan akan meluas hingga beberapa centimeter.

Zone Transmission . Zone ini dicirikan oleh kecilnya perubahan kadar lengas dengan kedalaman tanah. Biasanya zone transmission ini

merupakan zone tidak jenuh yang memanjang yang kadar airnya seragam. Gaya gravitasi berperan dominan dalam gradien hidraulik.

Zone pembasahan. Dalam zone ini, kadar lengas menurun tajam dengan kedalaman tanah, mulai dari kadar air zone transmission hingga mendekati

kadar air awal dari tanah.

Front Pembasahan. Zone ini dicirikan oleh gradien hidraulik yang tajam, dan membentuk batas yang jelas antara tanah kering dan tanah basah.

Gradien hidraulik ini terutama dicirikan oleh potensial matriks.

Pergerakan air tanah: Kondisi tidak jenuh

1. Lebih populer dibanding dnegan aliran jenuh2. Lebih penting daripada aliran jenuh ?3. Dikendalikan oleh Matric Potential (ΨM)4. Pergerakan dari zone potensial negatif rendah

menuju ke zone potential-negatif tinggi

Kapilaritas:

Kapilaritas adalah

kecenderungan air untuk

bergerak naik ke atas melawan

gaya gravitasi

Fungsi gaya-gaya adesi dan

kohesi

Pergerakan kapilaritas air

56

K I pas

Kap i

l e r

cm

Waktu, hari

Pasir berlempung

PasirLempung liat

GERAKAN UAP AIR

Penguapan air tanah terjadi internal (dalam pori tanah) dan eksternal (di permukaan tanah)

Udara tanah selalu jenus uap air, selama kadar air tanah tidak lebih rendah dari koefisien higroskopis (tegangan 31

atm).

Mekanisme Gerakan uap airDifusi uap air terjadi dlm udara tanah, penggeraknya adalah perbedaan tekanan uap air.Arah gerapan menuju ke daerah dg tekanan uap rendah

Pengaruh suhu dan lengas tanah terhadap gerapan uap air dalam tanah

Lembab Dingin Kering Dingin

Kering Panas Lembab Panas

RETENSI AIR TANAH

KAPASITAS RETENSI MAKSIMUM adalah: Kondisi tanah pada saat semua pori terisi penuh air, tanah jenuh air, dan tegangan matrik adalah nol.KAPASITAS LAPANG: air telah meninggalkan pori makro, mori makro berisi udara, pori mikro masih berisi air; tegangan matrik 0.1 - 0.2 bar; pergerakan air terjadi pd pori mikro/ kapiler

KOEFISIEN LAYU: siang hari tanaman layu dan malam hari segar kembali, lama-lama tanaman layu siang dan malam; tegangan matrik 15 bar.Air tanah hanya mengisi pori mikro yang terkecil saja, sebagian besar air tidak tersedia bagi tanaman.Titik layu permanen, bila tanaman tidak dapat segar kembali

KOEFISIEN HIGROSKOPISMolekul air terikat pada permukaan partikel koloid tanah, terikat kuat sehingga tidak berupa cairan, dan hanya dapat bergerak dlm bentuk uap air, tegangan matrik-nya sekitar 31 bar.Tanah yg kaya bahan koloid akan mampu menahan air higroskopis lebih banyak dp tanah yg miskin bahan koloidal.

59

Kemampuan tanah menahan (menyimpan) air

Status Air Tanah

Perubahan status air dalam tanah, mulai dari kondisi jenuh hingga titik layu

Jenuh Kap. Lapang Titik layu

100g 8g udara

Padatan Pori

100g 20g udara

100g 10 g udara

100g air 40g tanah jenuh air

kapasitas lapang

koefisien layu

koefisien higroskopis

TEGANGAN &

KADAR AIR

PERHATIKANLAH proses yang terjadi kalau tanah basah dibiarkan mengering. Bagan berikut melukiskan hubungan antara tebal lapisan air di sekeliling partikel tanah dengan tegangan air

Bidang singgung tanah dan air Koef. Koef. Kapasitaspadatan tanah higroskopis layu lapang

10.000 atm 31 atm 15 atm 1/3 atm

10.000 atm Mengalir krn gravitasi

Tegangan air

1/3 atm

tebal lapisan air

Diunduh dari: ……….. 16/3/2013

Tipe Air Tekanan atmosfir Status air tanah

Tanah kering Oven 10000Air tidak tersedia

Tanah kering udara 100

Koefisien Higroskopis 31Air sulit tersedia

Titik Layu 15

Kapasitas Lapang 0.33 Air Tersedia

Ground Water 0.001 Air tidak tersedia

Air Tersedia dan Air tidak Tersedia

Soil moisture retention curve : Kurva pF

Diunduh dari: http://www.aardappelpagina.nl/explorer/pagina/soilwater.htm……….. 16/3/2013

Kurva tegangan

lengas tanah (Kurva pF) menyajikan hubungan

antara tegangan

lengas tanah dan

kandungan air tanah.

AIR MUDAH TERSEDIA DALAM ZONE PERAKARAN

Diunduh dari: http://www.aardappelpagina.nl/explorer/pagina/soilwater.htm……….. 16/3/2013

Dalam zone akar setebal 50 cm pada tanah tekstur pasir, lempung dan liat berturutan mempunyai air

tersedia 30, 100 dan 85 mm. Diasumsikan bahwa 50% dari air tersedia ini (air mudah tersedia) dapat digunakan oleh tanaman,

sebelum terjadi gangguan pertumbuhan.

This means that well irrigated crops with a water use of 5 mm a day, have to be irrigated every 6,

20 or 17 days for respectively sand, loam and clay.

TEGANGAN vs

kadar air

Kurva tegangan - kadar air tanah bertekstur lempung

Tegangan air, bar

31 Koefisien higroskopis

Koefisien layu

Kapasitas lapang 0.1 Kap. Lapang maksimum

persen air tanah

Air kapilerAir Air tersediahigros-kopis Lambat tersedia Cepat tersedia Air gravitasi

Zone optimum

Klasifikasi Air Tanah

Klasifikasi Fisik:1. Air Bebas (drainase)2. Air Kapiler3. Air Higroskopis

Air Bebas (Drainase):a. Air yang berada di atas kapasitas lapangb. Air yang ditahan tanah dg tegangan kurang dari 0.1-0.5 atmc. Tidak diinginkan, hilang dengan drainased. Bergerak sebagai respon thd tegangan dan tarika gravitasi bumie. Hara tercuci bersamanya

AIR KAPILER: a. Air antara kapasitas lapang dan koefisien higroskopisb. Tegangan lapisan air berkisar 0.1 - 31 atmc. Tidak semuanya tersedia bagi tanamand. Bergerak dari lapisan tebal ke lapisan tipise. Berfungsi sebagai larutan tanah

AIR HIGROSKOPIS : a. Air diikat pd koefisien higroskopisb. Tegangan berkisar antara 31 - 10.000 atmc. Diikat oleh koloid tanahd. Sebagian besar bersifat non-cairane. Bergerak sebagai uap air

Agihan air dalam tanah

Berdasarkan tegangan air tanah dapat dibedakan menjadi tiga bagian: Air bebas,

kapiler dan higroskopis

Koef. Higroskopis Kap. Lapang Jml ruang pori kurang lebih 31 atm kurang lebih 1/3 atm

Lapisan olah

Air higros- Air Kapiler Ruang diisi udara kopik Peka thd gerakan Biasanya jenuh uap air Hampir tdk kapiler, laju pe- Setelah hujan lebat menunjukkan nyesuaian me- sebagian diisi air, sifat cairan ningkat dg me- tetapi air cepat hi- ningkatnya ke- lang krn gravitasi

lembaban tanah bumi Lapisan bawah tanah Karena pemadatan ruang pori berkurang

Strata bawah (jenuh air)

Kolom tanah Jumlah ruang pori

Klasifikasi Biologi

Air tanah

Klasifikasi berdasarkan ketersediaannya bagi tanaman:1. AIR BERLEBIHAN: air bebas yg kurang tersedia bagi

tanaman. Kalau jumlahnya banyak berdampak buruk bagi tanaman, aerasi buruk, akar kekurangan oksigen, anaerobik, pencucian air

2. AIR TERSEDIA: air yg terdapat antara kap. Lapang dan koef. Layu. Air perlu ditambahkan untuk mencapai pertumbuhan tanaman yang optimum apabila 50 - 85% air yg tersedia telah habis terpakai.Kalau air tanah mendekati koefisien layu, penyerapan air oleh akar tanaman tdk begitu cepat dan tidak mampu mengimbangi pertumbuhan tanaman

3. AIR TIDAK TERSEDIA: AIR yg diikat oleh tanah pd TITIK LAYU permanen, yaitu air higroskopis dan sebagian kecil air kapiler.

KH KL KP 100 % pori 31 atm 15 atm 1/3 atm Air Air Ruang udara dan Higroskopis Kapiler air drainase

Tdk tersedia Tersedia Berlebihan Daerah Optimum

69

Air Tersedia

70

Kapasitas lapang

Kapasitas retensi maksimum

Potensial air tanah , kPa

Koef. higroskopis

Koef. Layu

Kadar

A i

r

T anah

%

vo l

Air Gravitasi

AirTersedia Air

Kapiler

Lambat tersedia

71

Kapasitas lapangKadar

A i r

T anah

%

vo l

Tekstur tanah

Air tersedia

Koefisien layu

Air tidak tersedia

Diunduh dari: http://stream2.cma.gov.cn/pub/comet/HydrologyFlooding/UnderstandingtheHydrologicCycleInternationalEdition/ ………

17/3/2013 tanah

Air Tanah Vs Tekstur tanah

AirTersedia

AirGravitasi

Kapasitas Lapang

Titik Layu

AirHigroskopis

Kondisi Air dalam tanah

Diunduh dari: http://stream2.cma.gov.cn/pub/comet/HydrologyFlooding/UnderstandingtheHydrologicCycleInternationalEdition/ ………

17/3/2013 tanah

Kondisi lengas (air) tanah secara umum

Jenuh Air Kapasitas Lapang

Titik Layu

Kondisi Tipikal

Basah Kering

Air Gravitasi

Partikel mineral

Air Kapiler

UdaraAir terjerap (higroskopis)

Faktor yg mempengaruhi Air Tersedia

Faktor yg berpengaruh:1. Hubungan tegangan dengan kelengasan2. Kedalaman tanah3. Pelapisan Tanah

TEGANGAN MATRIK : tekstur, struktur dan kandungan bahan organik mempengaruhi jumlah air yg dapat disediakan tanah bagi tanaman

TEGANGAN OSMOTIK: adanya garam dalam tanah meningkatkan tegangan osmotik dan menurunkan jumlah air tersedia, yaitu menaikkan koefisien layu.

Persen air Sentimeter air setiap 30 cm tanah

1018 Kap. Lapang

Air tersedia

Koef. Layu 5 6 Air tidak tersedia

Pasir Sandy loam Loam Silty-loam Clay-loam Liat Tekstur semakin halus

Air tanah Tersedia

Apakah kapasitas air tersedia?

Kapasitas air tersedia adalah jumlah air yg dapat disimpan dalam tanah dan tersedia untuk dapat diserap oleh akar tanaman.

Ini merupakan air yang ditahan oleh tanah di antara kapasitas lapang dan titik layu permanen.

Kapasitas lapang adalah air yang ditahan dalam tanah setelah mengalami drainage bebas, sekitar dua hari setelah tanah

mengalami pembasahan menyeluruh.. Titik layu permanen adalah kandungan air dalam tanah pada saat

mana tanaman mengalami layu permanen.

Diunduh dari: soils.usda.gov/sqi/publications/files/avwater.pdf ……….. 16/3/2013

Air Tersedia

Sifat tanah yang mempengaruhi air tersedia

1. Fragmen batuan mengurangi kapasitas air tersedia sebanding dengan volumenya, kecuali kalau fragmen batuan tersebut bersifat porus.

2. Bahan organik meningkatkan kapasitas air tersedia. Setiap 1 persen bahan organik menambah sekitar 1.5 % kapasitas air tersedia.

3. Bobot isi sangat penting peranannya melalui efeknya pada pori yang menyimpan air tersedia. Bobot isi yang tinggi untuk suatu tanah cenderung menurunkan kapasitas air tersedia.

4. Osmotic pressure exerted by the soil solution is 0.3 - 0.4 times the electrical conductivity in mmhos/cm. A significant reduction in available water capacity requires an electrical conductivity of more than 8 mmhos/cm.

5. Texture has a significant effect. Some guidelines follow, assuming intermediate bulk density and no rock fragments.

6. Kedalaman perakaran mempengaruhi kapasitas air tersedia total dalam tanah. Suatu tanah yg mempunyai barier akar pd kedalaman 20 inchi dan fraksi air tersedia 0.2 , maka ia mempunyai kapasitas air tersedia 4 inchi.


Air tanah

Tekstur tanah Fraksi air tersedia

Sands, Pasir-berlempung dan Lempung-berpasir yang fraksi pasirnya tidak didominasi oleh pasir sangat halus

Kurang dari 0.10

Pasir-berlempung ; Lempung-berpasir yg fraksi pasirnya didominasi oleh pasir sangat halus; loams, clay loam, sandy clay loam, dan Liat-berpasir

0.10 - 0.15

Silty clay, dan Liat 0.10 - 0.20

Silt, silt loam, dan silty clay loam 0.15 - 0.25


Kualitas Tanah dan Air Tersedia

Pertama-tama, perhatikan perbedaan antara presipitasi (hujan) dan evapotranspirasi selama musim pertumbuhan. Ke dua, tentukan tanaman apa yang dianalisis. Beberapa jenis tanaman perakarannya kurang dalam

dibanding tanaman lainnya.Bandingkan dua tanah yang mempunyai ciri internal dan iklim yang berbeda memilih suatu tanaman yg akan mengekstraks air hingga

kedalaman 60 inchi, kecuali jika ada barier akar yang lebih dangkal.

Kuantitas Lokasi A Lokasi BKedalaman akar (solum) (in.) 30 60Fraksi air tersedia x 0.10 x 0.15Jumlah air tersedia (in.) 3.0 9.0Defisit Evapotranspiration (in./day) : 0.17 : 0.04Time available water satisfies deficit (days) 18 222


Memperbaiki Air Tersedia


Aplikasi bahan organik di permukaan tanah atau dicampur dnegan tanah dapat meningkatkan fraksi air tersedia dalam lapisan tanah atas (topsoil).

Air tersedia dalam topsoil ini snagat epenting bagi pertumbuhan tanaman muda (bibit tanaman).

Tindakan untuk memperbaiki ketersediaan air dalam tanag (air tersedia) a.l. menjaga garam-garam tetap berada dalam lapisan tanah di bawah zone

perakaran, menjaga laju infiltrasi yg tinggi, mengurangi evaporasi dengan mulsa permukaan, olah tanah minimum, menghindari pencampuran lapisan tanah atas dan tanah bawah, menanam benih atau bibit pada gyuludan tanah.

Meminimumkan pemadatan tanah akibat alat-alat pengolahan tanah, terutama apada saat kondisi tanah lembab atau basah. Menghancurkan lapisan tanah

yang padat (keras/ kompak) dengan jalan olah tanah yang dalam.

Memperbaiki Air Tersedia

Diunduh dari: http://www.extension.umn.edu/distribution/cropsystems/components/7399_02.html……….. 17/3/2013

Beberapa cara untuk meningkatkan kapasitas lapang dan memperbaiki infiltrasi:

1. Pengelolaan bahan organik. Organic matter significantly increases the water-holding capacity of soil in two ways. It absorbs and holds large amounts of water, and it improves the structure of the soil - increasing the total volume and size of pores that can hold water and preventing soil crusting.

2. Pengolahan Tanah. Meninggalkan sisa panen di permukaan tanah (sebagai mulsa) dapat menghambat runoff dan mencegah terbentuknya kerak permukaan. Mulsa organik ini jga dapat memicu populasi cacing-tanah dan organisme yg membuat liang dalam tanah; sehingga memudahkan air hujan memasuki tanah melalui liang-liang ini.

3. Mencegah Pemadatan. Compaction reduces water holding capacity by reducing the number and size of soil pores.

4. Pengendalian Erosi. Erosion dapat mengurangi ketebalan tanah dan mengurangi kapasitas simpanan air tanah.

SUPLAI AIR ke

TANAMAN

Dua proses yg memungkinkan akar tanaman mampu menyerap air dlm jumlah banyak, yaitu:

1. Gerakan kapiler air tanah mendekati permukaan akar penyerap

2. Pertumbuhan akar ke arah zone tanah yang mengandung air

LAJU GERAKAN KAPILER

LAJU PERPANJANGAN AKAR Selama masa pertumbuhan tanaman, akar tanaman tumbuh memanjang

dengan cepat, sehingga luas permukaan akar juga tumbuh terus.Jumlah luas permukaan akar penyerap yang bersentuhan langsung dengan

sebagian kecil air tanah (yaitu sekitar 1-2%)

Bulu akar menyerap

air

Jumlah air tanah

berkurang

Tegangan air tanah

meningkat Terjadi perbedaan Tegangan

dg air tanah di sekitarnya

Terjadi gerakan kapiler

air menuju bulu akar

Laju gerakan tgt perbedaan

tegangan dan daya hantar pori tanah

Gerakan kapiler 2.5 cm

sagt penting

KEHILANGAN UAP AIR

DARI TANAH

HADANGAN HUJAN OLEH TUMBUHANTajuk tumbuhan mampu menangkap sejumlah air hujan,

sebagian air ini diuapkan kembali ke atmosfer.Vegetasi hutan di daerah iklim basah mampu menguapkan

kembali air hujan yg ditangkapnya hingga 25%, dan hanya 5% yg mencapai tanah melalui cabang dan batangnya.

Awan hujanAwan hujan Pembentukan Awan Pembentukan Awan

Tanah permukaan

Groundwater Batuan

Sungai - laut

presipitasi

infiltrasi

perkolasi

Run off

transpirasi

evaporasi

Laju Infiltrasi

Laju infiltrasi, cm/jam

Konduktivitas hidraulik adalah

Merupakan fungsi dari:

84KADAR AIR TANAH

Kedalaman

Tanah

cm

Hujan 1 jam

Hujan 3 jam

Bidang pembasahan

Infiltrometer tabung ganda

Waktu setelah pemberian air, jam

Laju in f I l trasi

cm/

jam

Pasir berlempung

Lempung berdebu

Liat mengembang

Hadangan hujan oleh tanaman semusim

Sekitar 5 - 25% dari curah hujan dihadang tanaman dan dikembalikan ke atmosfer.

Besarnya tergantung pada kesuburan tanaman dan stadia pertumbuhan tanaman .

Dari curah hujan 375 mm, hanya sekitar 300-350 mm yang mencapai tanah.

Hadangan curah hujan oleh jagung dan kedelai

Keadaan hujan Persen dari curah hujan total untuk: Jagung Kedelai

Langsung ke tanah 70.3 65.0Melalui batang 22.8 20.4

Jumlah di tanah 93.1 85.4Yang tinggal di atmosfer 6.9 14.6

Sumber: J.L.Haynes, 1940.

Lingkaran Tanah-Air-Tanaman

LTAT mrpk sistem dinamik dan terpadu dimana air mengalir dari tempat dengan tegangan rendah

menuju tempat dengan tegangan air tinggi.

Serapan bulu akarPenguapan

Hilang melalui stomata daun (transpirasi)

Air kembali ke atmosfer

(evapo-transpirasi)

Air dikembalikan ke tanah melalui hujan

dan irigasi

PROFIL TANAH

1. Lapisan Olah (20 - 30 cm): kaya bahan organik dan mengandung banyak akar hidup . Lapisan ini sering diolah dan warnanya kehitaman.

2. Lapisan Olah dalam: mengandung lebih sedikit bahan organik dan lebih sedikit akar hidup. Warnanya lebih terang, seringkali kelabu dan kadangkala berbecak kekuningan atau kemerahan.

3. Lapisan subsoil : sedikit bahan organik dan sedikit akar. Tidak terlalu penting bagi pertumbuhan tanaman .

4. Lapisan bahan induk tanah: terdiri atas batuan induk tanah.

Lapisan Olah

Lapisan Olah-dalam

Lapisan Subsoil

Lapisan Batuan induk

EVAPO-TRANSPIRA

SI

Kehilangan uap air dari tanah:1. EVAPORASI: penguapan air dari permukaan tanah2. TRANSPIRASI: Penguapan air dari permukaan tanaman3. EVAPOTRANSPIRASI = Evaporasi + TranspirasiLaju penguapan air tgt pd perbedaan potensial air = selisih tekanan uap air = perbedaan antara tekanan uap air pd permukaan daun (atau permukaan tanah) dengan atmosfer

Faktor Iklim dan Tanah:1. Energi Penyinaran2. Tekanan uap air di atmosfer3. Suhu4. Angin5. Persediaan air tanah

Air tanah Evapotranspirasi (cm:Jagung Medicago sativa

Tinggi 17.7 24.4Sedang 12.7 20.5

Sumber: Kelly, 1957.

Evapotranspirasi adalah proses kehilangan air dalam bentuk uap air dari permukaan lahan, baik secara langsung melalui evaporasi dari muka-tanah , maupun transpiration melalui permukaan tumbuhan,

selama periode waktu tertentu.

Soil moisture is defined as the water stored in or at the continental surface and available for evaporation.

The processes of evaporation and transpiration (evapotranspiration) are closely linked to the water found in soil moisture; these processes act as driving forces

on water transferred in the hydrological cycle.

Simpanan lengas tanah tergantung pada curah hujan, evaporasi, tipe tanah, kedalmaan tanah (solum) , vegetasi permukaan tanah,

dan kemiringan..

Diunduh dari: http://www.emwis.org/topics/agriculture/ET/doc936252 .. 16/3/2013

Ketersediaan Air Tanah vs

Evapotranspirasi

Ketersediaan air di daerah perakaran sangat menentukan besarnya evapotranspirasi.

Kedalaman daerah perakaran tanaman 50 - 60 cm.Air tanah pada lapisan olah mengalami

pengurangan karena evaporasi permukaan Air tanah pd lapisan bawah mengalami

pengurangan karena diserap akar tanaman

Kedalaman tanah (cm) Evapotranspirasi (cm):Jagung Padang Rumput Hutan

0 - 17.5 24.25 23.45 23.2717.5 - 180.0 20.75 21.17 22.25

Sumber: Dreibelbis dan Amerman, 1965.

PEMAKAIAN KONSUMTIF

(PK)

Pemakaian Konsumtif merupakan jumlah kehilangan air melalui evaporasi dan transpirasi.

Lazim digunakan sebagai ukuran dari seluruh air yg hilang dari tanaman melalui evapotranspirasi

Ini merupakan angka-praktis untuk keperluan pengairan

Dua faktor penting yg menentukan PK adalah:1. KEDALAMAN PERAKARAN TANAMAN2. FASE PERTUMBUHAN TANAMAN

PK dapat berkisar 30 - 215 cm atau lebih:1. Daerah basah - semi arid dg irigasi: 37.5 - 75 cm.2. Daerah panas dan kering dg irigasi: 50 - 125 cm.

EVAPORASI vs TRANSPIRASIFaktor yg berpengaruh adalah:

1. Perbandingan luas tutupan tanaman thd luas tanah2. Efisiensi pemakaian air berbagai tanaman3. Perbandingan waktu tanaman berada di lapangan4. Keadaan iklim

Di daerah basah : EVAPORASI TRANSPIRASIDi daerah kering:

1. EVAPORASI 70 - 75 % dari seluruh hujan yg jatuh2. TRANSPIRASI 20 - 25%3. RUN OFF 5%

WUE : Water Use Efficiency

WUE Produksi tanaman yg dapat dicapai dari pemakaian sejumlah air tersedia

WUE dapat dinyatakan sbg:1. Pemakaian konsumtif (dalam kg) setiap kg jaringan tanaman

yg dihasilkan2. Transpirasi (dalam kg) setiap kg jaringan tanaman yg

dihasilkan ……… NISBAH TRANSPIRASI

Jumlah air yg diperlukan untuk menghasilkan 1 kgbahan kering tanaman

NISBAH TRANSPIRASIUntuk tanaman di daerah humid: 200 - 500, di daerah arid duakalinya

Tanaman Nisbah Transpirasi

Beans 209 - 282 - 736Jagung 233 - 271 - 368Peas 259 - 416 - 788Kentang 385 - 636

Sumber: Lyon, Buckman dan Brady, 1952.

FAKTOR WUE

Faktor yang mempengaruhi WUE: Iklim, Tanah, dan Hara

WUE tertinggi lazimnya terjadi pd tanaman yg berproduksi optimum;

Adanya faktor pembatas pertumbuhan akan menurunkan WUE

Nisbah evapo-transpirasi tanaman di lokasi yg mempunyai defisit kejenuhan dari atmosfer800

Kentang Kacang polong400

Jagung 0 0 Defisit kejenuhan dari atmosfer (mm Hg) 12 14

Jumlah air unt menghasilkan 1 ton bahan kering 30

Kadar air tanah rendah

15 Kadar air tanah tinggi0 0 Pupuk P, kg/ha 600

Pengendalian Penguapan

MULSA & PENGELOLAAN Mulsa adalah bahan yg dipakai pd permukaan tanah untuk

mengurangi penguapan air atau untuk menekan pertumbuhan gulma.

Lazimnya mulsa spt itu digunakan untuk tanaman yang tidak memerlukan pengolahan tanah tambahan

MULSA KERTAS & PLASTIKBahan mulsa dihamparkan di permukaan tanah, diikat spy tdk terbang, dan

tanaman tumbuh melalui lubang-lubang yg telah disiapkanSelama tanah tertutup mulsa, air tanah dapat diawetkan dan pertumbuhan

gulma dikendalikan

MULSA SISA TANAMAN Bahan mulsa berasal dari sisa tanaman yg ditanam sebelumnya, misalnya jerami padi, jagung, dan lainnyaBahan mulsa dipotong-potong dan disebarkan di permukaan tanahCara WALIK DAMI sebelum penanaman kedelai gadu setelah padi sawah

MULSA TANAH Pengolahan tanah Efektivitas mulsa tanah dalam konservasi air-tanah (mengendalikan

evaporasi) masih diperdebatkan, hasil-hasil penelitian masih snagat beragam

Olah Tanah vs Penguapan Air Tanah

Alasan pengolahan tanah: 1. Mempertahankan kondisi fisika tanah yg memuaskan2. Membunuh gulma3. Mengawetkan air tanah.

Pengendalian Penguapan vs Pemberantasan Gulma

Perlakuan Hasil jagung (t/ha) Kadar air tanah (%) hingga kedalaman 1 m

Tanah dibajak dg persiapan yg baik 1. Dibebaskan dari gulma 2.9 22.3 2. Gulma dibiarkan tumbuh 0.4 21.8 3. Tiga kali pengolahan dangkal 2.5 21.9Persiapan Buruk 4. Dibebaskan dari gulma 2.0 23.1

Sumber: Mosier dan Gutafson, 1915.

Pengolahan tanah yg dapat mengendalikan gulma dan memperbaiki kondisi fisik tanah akan berdampak positif thd produksi tanaman

Pengolahan tanah yg berlebihan dapat merusak akar tanaman dan merangsang evaporasi, shg merugikan tanaman

KIPAS KAPILER = Capillary rise

Air dalam tanah dapat bergerak ke arah bawah, ke samping dan ke arah atas.

Air dalam tanah dapat bergerak dari muka-air-tanah (water table) ke arah atas.

The groundwater can be sucked upward by the soil through very small pores that are called

capillars. This process is called capillary rise.

98

“Perched groundwater table”

Lapisan “perched groundwater” dapat

ditemukan pada bagian atas dari lapisan kedap air di

dekat permukaan (20 - 100 cm). Lapisan ini biasnaya

menempati area yang terbatas. Bagian atas dari

lapisan “perched water” ini disebut “perched

groundwater table”.

Lapisan kedap air memisahkan lapisan “perched groundwater” dari “groundwater table” yang lokasinya

lebih dalam.

Lapisan tanah kedap air

Tabel groundwater

Lapisan air

Sebagian air yang diberikan di permukana tanah merembes ke bawah zone akar dan memasuki lapisan tanah yang lebih dalam yang jenuh air permanen; bagian atas dari lapisan jenuh air ini

disebut “groundwater table” atau “water table”.

Kedalaman tabel-air

Tabel groundwater

Tanah jenuh-air permanen

….. dan selanjutnya ……

mk. dasar ilmu tanah air tanah (soil moisture = soil water) www// marno.lecture.ub.ac.id

Documents