1

HUBUNGAN

TANAH - AIR - TANAMAN

2

3

4

5

6

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 akar Penguapan

Hilang melalui stomata daun (transpirasi)

Air kembali ke atmosfer

(evapo-transpirasi)

Air dikembalikan ke tanah melalui hujan dan

irigasi

7

8

Proses fotosintesis memerlukan air

9

Air dari tanah

CO2 dari Udara

Fotosintesis:

CO2 + H2O ---- Karbohidrat

(Glukosa)

Glukosa Pati

dan senyawa organik lain dalam buah

dan biji

10

Stomata:

Pintu lalu lintas CO2,

O2, dan H2O

Fotosintesis: CO2 + H2O Karbohidrat

(Glukosa)

CO2 dari Udara

Glukosa Pati

dan senyawa organik lain

dalam biji

Air dari tanah

11

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

12

Air Tersedia untuk pertumbuhan tanaman

13

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

14

AIR DALAM PORI TANAH

15

KLASIFIKASI AIR DALAM TANAH (FISIK VS BIOLOGI)

16

Klasifikasi Air

Tanah

Klasifikasi Fisik:

1. Air Bebas (drainase)

2. Air Kapiler

3. Air Higroskopis

Air Bebas (Drainase):

a. Air yang berada di atas kapasitas lapang

b. Air yang ditahan tanah dg tegangan kurang dari 0.1-0.5 atm

c. Tidak diinginkan, hilang dengan drainase

d. Bergerak sebagai respon thd tegangan dan tarika gravitasi bumi

e. Hara tercuci bersamanya

AIR KAPILER:

a. Air antara kapasitas lapang dan koefisien higroskopis

b. Tegangan lapisan air berkisar 0.1 - 31 atm

c. Tidak semuanya tersedia bagi tanaman

d. Bergerak dari lapisan tebal ke lapisan tipis

e. Berfungsi sebagai larutan tanah

AIR HIGROSKOPIS :

a. Air diikat pd koefisien higroskopis

b. Tegangan berkisar antara 31 - 10.000 atm

c. Diikat oleh koloid tanah

d. Sebagian besar bersifat non-cairan

e. Bergerak sebagai uap air

17

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

18

19

20

21

22

23

Kurva Penggunaan Air Musiman

oleh Tanaman

KEBUTUHAN AIR

TANAMAN

A plant has different

water needs at different

stages of growth. While

a plant is young it

requires less water than

when it is in the

reproductive stage.

When the plant

approaches maturity, its

water need drops.

Curves have been

developed that show the

daily water needs for

most types of crops.

24

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 kapiler

Air Air tersedia

higros-

kopis Lambat tersedia Cepat tersedia Air gravitasi

Zone optimum

25

Hubungan antara kadar air tanah dan tegangan air

tanah untuk tekstur lempung

26

STRUKTUR

&

CIRI

POLARITAS

Molekul 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 tgt

pd rapat muatan pd per-

mukaan kation.

Rapat muatan =

Selubung air muatan kation / luas permukaan

27

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. ADHESI

Kohesi: ikatan hidrogen antar molekul air

Adhesi: ikatan antara molekul air dengan permukaan padatan

lainnya

Melalui 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 besar daripada adhesi antara air dan udara.

Udara

Permukaan air-udara

air

28

POTENSIAL

AIR TANAH

POTENSIAL TARIKAN BUMI = Potensial gravitasi

Pg = G.h

dimana 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 Osmotik

Potensial matrik merupakan hasil dari gaya-gaya jerapan dan kapilaritas.

Gaya jerapan ditentukan oleh tarikan air oleh padatan tanah dan kation jerapan

Gaya kapilaritas disebabkan oleh adanya tegangan permukaan air.

Potensial matriks selalu negatif

Potensial 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.

29

Tekstur tanah dan air tersedia

30 Pola pergerakan air gravitasi dalam tanah

31

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, pori

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 HIGROSKOPIS

Molekul 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.

32

Faktor yg

mempengaruhi

Air Tersedia

Faktor yg berpengaruh:

1. Hubungan tegangan dengan kelengasan

2. Kedalaman tanah

3. 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

10

18 Kap. Lapang

Air tersedia

Koef. Layu 5

6 Air tidak tersedia

Pasir Sandy loam Loam Silty-loam Clay-loam Liat

Tekstur semakin halus

33

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

34

KEHILANGAN

UAP AIR

DARI TANAH

HADANGAN HUJAN OLEH TUMBUHAN

Tajuk 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 hujan Pembentukan Awan

Tanah permukaan

Groundwater Batuan

Sungai - laut

presipitasi

infiltrasi

perkolasi

Run off

transpirasi

evaporasi

35

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 65.0

Melalui batang 22.8 20.4

Jumlah di tanah 93.1 85.4

Yang tinggal di atmosfer 6.9 14.6

Sumber: J.L.Haynes, 1940.

36

EVAPO-

TRANSPIRASI

Kehilangan uap air dari tanah:

1. EVAPORASI: penguapan air dari permukaan tanah

2. TRANSPIRASI: Penguapan air dari permukaan tanaman

3. EVAPOTRANSPIRASI = Evaporasi + Transpirasi

Laju 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 Penyinaran

2. Tekanan uap air di atmosfer

3. Suhu

4. Angin

5. Persediaan air tanah

Air tanah Evapotranspirasi (cm:

Jagung Medicago sativa

Tinggi 17.7 24.4

Sedang 12.7 20.5

Sumber: Kelly, 1957.

37

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 TANAMAN

2. 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 TRANSPIRASI

Faktor yg berpengaruh adalah:

1. Perbandingan luas tutupan tanaman thd luas tanah

2. Efisiensi pemakaian air berbagai tanaman

3. Perbandingan waktu tanaman berada di lapangan

4. Keadaan iklim

Di daerah basah : EVAPORASI TRANSPIRASI

Di daerah kering:

1. EVAPORASI 70 - 75 % dari seluruh hujan yg jatuh

2. TRANSPIRASI 20 - 25%

3. RUN OFF 5%

38

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

dihasilkan

2. Transpirasi (dalam kg) setiap kg jaringan tanaman yg dihasilkan

……… NISBAH TRANSPIRASI

Jumlah air yg diperlukan untuk menghasilkan 1 kg

bahan kering tanaman

NISBAH TRANSPIRASI

Untuk tanaman di daerah humid: 200 - 500, di daerah arid duakalinya

Tanaman Nisbah Transpirasi

Beans 209 - 282 - 736

Jagung 233 - 271 - 368

Peas 259 - 416 - 788

Kentang 385 - 636

Sumber: Lyon, Buckman dan Brady, 1952.

39

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

atmosfer

800

Kentang

Kacang polong

400

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 tinggi

0

0 Pupuk P, kg/ha 600

40

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 & PLASTIK

Bahan mulsa dihamparkan di permukaan tanah, diikat spy tdk terbang, dan tanaman

tumbuh melalui lubang-lubang yg telah disiapkan

Selama 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 lainnya

Bahan mulsa dipotong-potong dan disebarkan di permukaan tanah

Cara 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

41

The amount of soil water is

usually measured in terms of

water content as percentage

by volume or mass, or as soil

water potential.

Water content does not

necessarily describe the

availability of the water to

the plants, nor indicates, how

the water moves within the

soil profile.

The only information

provided by water content is

the relative amount of water

in the soil.

Jumlah air tersedia dipengaruhi

tekstur tanah

42

Field capacity is a soil-based concept.

That is, it depends on the

texture and structure of the

soil as well as the physical

conditions in the field.

Coarse soils have lower field

capacities than fine soils.

If there is a high water table

or severe stratification that

would restrict drainage, the

field capacity would be higher

than normal.

43

44

45

46

HUBUNGAN SUHU DAN PERTUMBUHAN TANAMAN

• Suhu mrpkn faktor lingkungan yg berpengaruh trhdp pertumbh dan perkembangan tanaman

• Suhu berkorelasi positif dgn radiasi mata hari

• Suhu: tanah maupun udara disekitar tajuk tanaman

• Tinggi rendahnya suhu disekitar tanaman ditentukan oleh radiasi matahari, kerapatan tanaman, distribusi cahaya dalam tajuk tanaman, kandungan lengas tanah

47

Proses Fisiologis

• Suhu mempengaruhi beberapa proses

fisiologis penting: bukaan stomata, laju

transpirasi, laju penyerapan air dan nutrisi,

fotosintesis, dan respirasi

• Peningkatan suhu sampai titik optimum akan

diikuti oleh peningkatan proses di atas

• Setelah melewati titik optimum, proses

tersebut mulai dihambat: baik secara fisik

maupun kimia, menurunnya aktifitas enzim

(enzim terdegradasi)

Pengaruh suhu terhadap lengas tanah

• Peningkatan suhu disekitar iklim mikro tanaman akan menyebabkan cepat hilangnya kandungan lengas tanah

• Peranan suhu kaitannya dengan kehilangan lengas tanah melewati mekanisme transpirasi dan evaporasi

• Peningkatan suhu terutama suhu tanah dan iklim mikro di sekitar tajuk tanaman akan mempercepat kehilangan lengas tanah terutama pada musim kemarau

48

• Pada musim kemarau, peningkatan suhu

iklim mikro tanaman berpengaruh negatif

terhadap pertumbuhan dan perkembangan

tanaman terutama pada daerah yang

lengas tanahnya terbatas

• Pengaruh negatif suhu terhadap lengas

tanah dapat diatasi melalui perlakuan

pemulsaan (mengurangi evaporasi dan

transpirasi)

49

• Penelitian dengan cara mengerudungi

tanah menggunakan mulsa plastik ternyata

dapat mempertahankan kelembaban tanah,

mengendalikan suhu tanah, dan

mengurangi evaporasi yang berlebihan

• Air tanah tidak banyak yang terbuang atau

hilang karena menguap

• Kelembaban tanah merupakan faktor

penting bagi peningkatan penyerapan

unsur hara

50

• Keuntungan pemakaian mulsa:

meningkatkan penyerapan air oleh tanah,

mempebaiki sifat fisik tanah, mengurangi

kisaran suhu tanah, dapat mengendalikan

pertumbuhan gulma

• Salah satu dampak pemulsaan terhadap

perbaikan sifat fisik tanah: memperbaiki

aerasi tanah sehingga akar dapat

berkembang dengan baik, pertumbuhan

tanaman akan lebih subur

51

Kaitan antara pemberian mulsa dan

produktifitas tanaman

• Mulsa plastik dgn warna tertentu mampu

meningkatkan produktifitas tanaman

• Mulsa plastik menyebabkan suhu iklim mikro

lebih stabil (tidak naik turun)

• Proses fisiologis terutama fotosintesis akan

meningkat, produksi bahan kering meningkat

• Pemberian mulsa plastik dengan warna tertentu

menyebabkan distribusi cahaya di dalam tajuk

tanaman lebih merata (mengurangi kasus mutual

shading)

52

Suhu Iklim Global

• Saat ini terjadi peningkatan suhu iklim global

• Efek gas rumah kaca, meningkatnya

konsentrasi CO2 di atmosfer

• Meningkatnya konsentrasi CO2 diatmosfer

sebenarnya berdampak positif terhadap

proses fisiologis tanaman, tetapi pengaruh

positif CO2 dihilangkan oleh peningkatan

suhu atmosfer yg cenderung berdampak

negatif terhadap proses fisiologis tersebut

53

• Pengaruh positif peningkatan CO2 atmosfer : merangsang proses fotosintesis, meningkatkan pertumbuhan tanaman dan produktivitas pertanian tanpa diikuti oleh peningkatan kebutuhan air (transpirasi).

• Pengaruh negatif peningkatan CO2: meningkatnya suhu iklim global, berdampak pada peningkatan respirasi, menurunkan produktifitas tanaman. Peningkatan suhu menghilangkan pengaruh positif dari peningkatan CO2

54

SELAMAT BELAJAR

55