Penentuan Kadar Air Dalam Tanah

Presentasi berjudul: "Penentuan Kadar Air Dalam Tanah"— Transcript presentasi:

1 Penentuan Kadar Air Dalam Tanah
Konsep Energi Air Retensi Air Tanah Prinsip Dasar Pergerakan Air Dalam Tanah Ketersediaan Air dan Absorpsi Unsur Hara

2 Air adalah senyawa yang penting bagi kehidupan di dunia
Air adalah senyawa yang penting bagi kehidupan di dunia. Lebih dari 80% komponen penyusun tubuh tanaman jenis herbaceous dan lebih dari 50% tanaman kayu-kayuan adalah air. Air baukan hanya penyusun tubuh tanaman, tetapi juga sebagai media pelarut dan transportasi unsur hara. Sumber air utama adalah air hujan yang jatuh ke tanah. Air hujan ada yang diteruskan ke dalam tanah dan akan mengisi ruang pori untuk digunakan di masa depan, dan ada/dapat juga mengalir di permukaan dan masuk ke sungai (sumber air lainnya). Modul ini akan menjelaskan potensi air dalam tanah yang akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman dan ketersediaan air.

3 Konsep Energi Air 1. Konsep Potensial Aliran air merembes tanah dapat dibandingkan dengan aliran panas melalui batang metal atau aliran listrik melalui kawat. Gaya yang mendorong air untuk mengalir dapat dibandingkan dengan perbedaan potensial listrik atau perbedaan panas, dan dapat diwujudkan sebagai perbedaan tarikan dari dua bagian tanah terhadap air yang kadar airnya tidak sama.

4 Apabila hanya terdapat satu gaya saja yang bekerja pada air, persoalan aliran air menjadi sangat mudah. Tetapi persoalannya tidaklah demikian, sebab selain gaya matriks, masih ada macam gaya lain yang bekerja, yaitu: gaya osmotik yang disebabkan adanya garam-garam terlarut dan gaya gravitasi. Jika kita dapat mengetahui besarnya ketiga macam gaya ini, maka kita dapat mengetahui bergerak atau tidaknya air, serta arahnya.

5 Potensial Air dapat didefinisikan sebagai tenaga yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah satuan air dari tempat patokan yang dianggap potensialnya sama dengan nol ke tempat lain yang potensialnya mempunyai nilai tertentu. Potensial dapat diartikan sebagai petunjuk status energi atau ketersediaan air tanah. Jika potensialnya rendah maka ketersediaan air juga rendah.

6 Potensial adalah skalar bukan vektor, ia mempunyai besaran tetapi tidak mempunyai arah.
Jumlah aljabar dari komponen-komponen potensial adalah konstan dan jumlah ini disebut potensial total. Dengan demikian gaya dorong untuk pergerakan air hanyalah gradien potensial total untuk dua titik, yaitu potensial enersi Ф dalam jarak X.

7 Konsep potensial air tanah adalah sangat penting
Konsep potensial air tanah adalah sangat penting. Konsep ini mengganti cara penggolongan air tanah yang umum dipakai pada masa lalu yaitu yang menggolongkan air tanah dalam beberapa bentuk: air gravitasi, air kapiler, air higroskopik dan sebagainya. Faktanya adalah bahwa semua air tanah, tidak hanya sebagian saja, dipengaruhi juga gravitasi, sehingga semua air adalah air gravitasi. Selanjutnya hukum kapiler tidak mulai atau berhenti pada suatu nilai kadar air, atau ukuran pori. Dengan demikian air tanah dapat berbeda dari tempat ke tempat dan dari waktu ke waktu tidak dalam bentuk tetapi dalam energi potensial.

8 2. Potensial Air Tanah a. Potensial Gravitasi Setiap benda di atas permukaan bumi ditarik ke arah pusat bumi oleh gaya gravitasi yang sama besarnya dengan berat benda tersebut, dimana berat benda tersebut adalah hasil kali massa dengan percepatan gravitasi. Untuk mengangkut suatu benda melawan tarikan, kerja harus dilakukan, dan kerja ini disimpan oleh benda yang diangkut dari dalam bentuk energi potensial gravitasi. Besarnya energi ini tergantung pada tempat benda itu dalam medan gaya gravitasi.

9 Potensial gravitasi air tanah, pada setiap titik ditentukan oleh elevasi relatif titik bersangkutan terhadap suatu tempat referensi tertentu. Untuk mudahya adalah umum untuk menentukan tempat referensi pada suatu elevasi titik yang penting di dalam tanah, atau dibawah profil tanah yang sedang diteliti, agar potensial gravitasi selalu dapat bernilai + atau 0.

10 Pada ketinggian z di atas suatu referensi, energi potensial gravitasi Eg, suatu massa air M air yang bervolum V adalah: E =Mgz =ρwVgz Dimana: ρw=kerapatan air=BD air g=percepatan gravitasi z=ketinggian diatas referensi

11 b. Potensial tekanan =Potensial matriks
Jika air tanah berada dalam keadaan dimana tekanan hidrostatik lebih besar daripada tekanan atmosfer, maka potensial tekanan dianggap positif (+). Jika air berada pada keadaan dimana tekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer, maka potensial tekanan dianggap negatif.

12 c. Potensial Total dan Potensial Hidrolik
Potensial total adalah hasil kombinasi komponen-komponen potensial yang bersangkutan : Ф = Фg + Фm + Фo + Ф (eksternal) Suatu keadaan seimbang akan tercapai jika transfer massa air dalam fase cair tidak ada. Keadaan ini dapat terjadi apabila potensial totalnya mencapai nilai yang tetap. Syarat yang cukup untuk terjadinya keseimbangan ini ialah jika jumlah komponen-komponen potensial adalah tetap. Dalam praktek potensial osmotik sering dapat diabaikan.

13 Dalam keadaan seimbang jika tidak ada gaya external, yaitu jika tekanan di dalam tanah dan atmosfer sama, diperoleh persamaan : Фh = Фg + Фm = konstan (untuk tanah tidak jenuh) Фh = Фg + Фp = konstan (untuk tanah jenuh) Dimana : Фh = potensial hidrolik Фp = ghp = potensial tekanan hidrostatik Hp = tekanan hidrostatik yang diukur dengan tinggi kolom air

14 Sifat-sifat fisik air tanah sangat bergantung dari sifat-sifat tanah yang bersangkutan.
Tanah yang halus atau yang mempunyai luas permukaan yang besar per satuan berat, mempunyai kadar air yang lebih besar dari pada tanah yang kasar atau mempunyai luas permukaan yang lebih kecil. Luas permukaan tanah berkisar antara 1000 cm2/g sampai dengan 106 cm2/g. Partikel tanah bersifat hidrofilik atau suka menyerap air dan yang terutama yang berbentuk koloida.

15 Dalam air tanah terdapat dua macam interaksi
antara permukaan ialah antara benda padat dan cair serta antara benda cair dan udara. Interaksi antara permukaan inilah yang menyebabkan adanya tegangan antara permukaan dalam tanah dan mengakibatkan bergeraknya air. Tanah yang baik untuk pertumbuhan tanaman dapat ditunjukkan oleh adanya air dan udara yang seimbang dalam tanah.

16 Penentuan Kandungan Air Tanah
Kadar air tanah dinyatakan dalam satuan cm3/100 cm3 (air per tanah) atau g air/100 g tanah. Pada banyak literatur dinyatakan sebagai persen volume yaitu persentase volume air terhadap volume tanah atau persen berat. Cara penetapan kadar air dapat dilakukan dengan sejumlah tanah basah dikering-ovenkan dalam oven pada suhu 100 °C – 110 °C selama 2 x 24 jam. Air yang hilang karena pengeringan merupakan sejumlah air yang terkandung dalam tanah tersebut.

17 Air irigasi yang memasuki tanah mula-mula menggantikan udara yang terdapat dalam pori makro dan kemudian pori mikro. Jumlah air yang bergerak melalui tanah berkaitan dengan ukuran pori-pori pada tanah. Air mempunyai fungsi yang penting dalam tanah, antara lain pada proses pelapukan mineral dan bahan organik tanah, yaitu reaksi yang mempersiapkan hara larut bagi pertumbuhan tanaman.

18 Selain itu, air juga berfungsi sebagai media gerak hara ke akar-akar tanaman. Akan tetapi, jika air terlalu banyak tersedia, hara-hara dapat tercuci dari daerah-daerah perakaran atau bila evaporasi tinggi, garam-garam terlarut mungkin terangkat kelapisan tanah atas. Air yang berlebihan juga membatasi pergerakan udara dalam tanah, merintangi akar tanaman memperoleh O2 sehingga dapat mengakibatkan tanaman mati.

19 Dua fungsi yang saling berkaitan dalam penyediaan air bagi tanaman yaitu memperoleh air dalam tanah dan pengaliran air yang disimpan ke akar-akar tanaman. Jumlah air yang diperoleh tanah sebagian bergantung pada kemampuan tanah yang menyerap air cepat dan meneruskan air yang diterima dipermukaan tanah ke bawah. Akan tetapi jumlah ini juga dipengaruhi oleh faktor-faktor luar seperti jumlah curah hujan tahunan dan sebaran hujan sepanjang tahun.

20 Kapasitas lapang adalah keadaan tanah yang cukup lembab yang menunjukan air terbanyak yang dapat ditahan oleh tanah terhadap gaya tarik gravitasi. Air yang dapat ditahan oleh tanah tersebut terus menerus diserap oleh akar tanaman atau menguap sehingga tanah makin lama makin mengering. Pada suatu saat akar tanaman tidak mampu lagi menyerap air tersebut sehingga tanaman menjadi layu (titik layu permanen).

21 Kandungan air tanah antara kapasitas lapang dan titik layu permanen disebut total air tanah tersedia (TAW = Total Available Water). Titik kritis adalah batas minimum air tersedia yang dipertahankan agar tidak habis mengering diserap tanaman hingga mencapai titik layu permanen. Titik kritis ini berbeda untuk berbagai jenis tanaman, tanah, iklim serta diperoleh berdasarkan penelitian di lapangan (Benami dan Offen, 1984 dalam Yanwar , 2003).Kandungan air antara kapasitas lapang dan titik kritis disebut RAW (Readily Available Water).

22 Perbandingan antara RAW dengan total air tanah yang tersedia dipengaruhi oleh iklim, evapotranspirasi, tanah, jenis tanaman dan tingkat pertumbuhan tanaman (Raes,1988). Retensi Air-Tanah Kapasitas lapang adalah kadar air yang dapat ditahan dengan gaya yang sama dengan gaya gravitasi tetapi arahnya berlawanan. Kapasitas lapangan ini juga dikenal dengan batas atas air yang tersedia untuk pertumbuhan tanaman.

23 Jika terdapat permukaan air-bumi (groundwater table) yang dangkal dan tidak ada pergerakan air ke atas yang kuat karena evaporasi pada permukaan tanah, maka pada kurun waktu tertentu, terdapatlah suatu keseimbangan antara pergerakan air ke atas (kapiler) dan pergerakan air kebawah (gravitasi). Dalam keadaan seperti di atas maka kadar air di dekat permukaan tanah akan akan merupakan kadar air pada kapasitas lapang kadar air pada kapasitas lapang sering diambil setara dengan hisapan matriks sebesar 1/3 bar. Titik layu adalah kadar air dimana tanaman akan layu dan tidak dapat segar lagi. Kadar air pada titik layu ini dalam praktek akan seimbang dengan hisapan matriks sebesar 15.

24 Ada beberapa mekanisme yang aktip dalam adsorpsi air oleh partikel-partikel tanah. Diantaranya ialah muatan listrik yang ada pada partikel-partikel tanah dan ion-ion lawan yang diadsorpsikan. Mekanisme retensi air oleh tanah ialah adanya tegangan permukaan antara air dan udara di dalam tanah. Tengangan permukaan ini besarnya kurang lebih 72 dyne/cm atau 72 erg/cm2 pada 25⁰C.

25 Air menempel pada permukaan tabung kapiler sekuat dengan adhesi dengan dirinya sendiri karena kerja untuk kohesi besarnya juga sama dengan 2σ. Oleh karena itulah maka air dapat membasahi dinding gelas tabung kapiler, dan air yang menempel pada dinding tabung tersebut menarik sejumlah cairan setinggi h.

26 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Air dalam Tanah
Masing-masing tanah mempunyai kadar air tanah kering udara, kadar air kapasitas lapang, dan kadar air maksimum yang berbeda-beda. Hal itu disebabkan oleh beberapa faktor: a. Jenis air yang yang diserap yang didasarkan pada air tanah yaitu gaya adhesi, kohesi dan gravitasi.

27 b. Kemampuan tanah menahan air dipengaruhi antara lain oleh tekstur tanah.
Tanah-tanah bertekstur kasar mempunyai daya menahanair yang lebih kecil dari pada tanah yang bertekstur halus. Oleh karenanya tanaman yang ditanam pada tanah pasir umunya lebih mudah kekeringan daripada tanah-tanah bertekstur lempung atau liat.

28 c. Kadar bahan organic tanah (BOT).
Semakin tinggi kadar BOT akan makin tinggi kadar dan ketersediaan air tanah. d. Senyawa kimiawi. Semakin banyak senyawa kimiawi di dalam tanah akan menyebabkan kadar dan ketersediaan air tanah menurun. Tanah kering udara adalah tanah yang tidak terkena cahaya matahari langsung.

29 Sebagian besar air yang diperlukan oleh tumbuhan berasal dari tanah ( disebut air tanah). Air ini harus tersedia pada saat tumbuhan memerlukannya. Kebutuhan air setiap tumbuhan berbeda. Kadar dan komposisi udara tanah sebagian besar ditentukan oleh hubungan air dan tanah. Udara tanah yang terdiri dari campuran gas itu bergerak menuju ke pori-pori yang belum diduduki oleh air (Hakim,1986).

30 Tumbuhan air umumnya memerlukan air lebih banyak dibandingkan jenis tumbuhan lain.
Air diperlukan oleh tumbuhan untuk memenuhi kebutuhan biologisnya, antara lain untuk memenuhi transpirasi, dalam proses asimilasi untuk pembentukan karbohidrat, serta untuk mengangkut hasil-hasil fotosintesisnya ke seluruh jaringan tumbuhan. Air tanah berfungsi sebagai pelarut unsur hara dalam tanah. Air tanah dan unsur hara ini membentuk larutan tanah. Air tanah berfungsi membawa unsur hara ke permukaan akar tumbuhan. Di dalam jaringan atau tubuh tumbuhan ini air juga berperan mengangkut unsur hara yang diserap akar ke seluruh tanaman (Indranada, 1994).

31 Tanah yang diovenkan beratnya akan berkurang dari berat awal
Tanah yang diovenkan beratnya akan berkurang dari berat awal. Hal ini disebabkan hilangnya kadar air yang terkandung pada tanah tersebut. Hal ini sesuai dengan literatur Craig (1994) yang menyatakan bahwa energi yang telah dilepaskan ketika air berubah dari uap air menjadi cairan. Pembebasan panas dan pembentukan air hujan merupakan sumber energi utama untuk sistem hujan. Bila butir-butir air hujan jatuh ke atas tanah kering dan diserap oleh perm. partikel tanah, terjadi penurunan lebih lanjut dalam pergerakan (tapak positif dan negatif.

32 Faktor-faktor yang mempengaruhi kadar air di dalam tanah adalah:
1. Kadar Bahan Organik Tanah. Bahan organik tanah mempunyai pori-pori yang jauh lebih banyak daripada partikel mineral tanah yang berarti luas permukaan penyerapan juga lebih banyak sehingga makin tinggi kadar bahan organik tanah makin tinggi kadar dan ketersediaan air tanah. 2. Kedalaman Solum atau Lapisan Tanah Kedalaman solum atau lapisan tanah menentukan volume simpan air tanah, semakin dalam maka ketersediaan dan kadar air tanah juga semakin banyak.

33 3. Iklim dan Tumbuhan Faktor iklim dan tumbuhan mempunyai pengaruh yang berarti pada jumlah air yang dapat diabsorbsi dengan efisiensi tumbuhan dalam tanah. Temperatur dan perubahan udara merupakan perubahan iklim dan berpengaruh pada efisiensi pengguanaan air tanah dan penentuan air yang dapat hilang melalui saluran evaporasi permukaan tanah. Kelakuan akan ketahanan pada kekeringan keadaan dan tingkat pertumbuhan adalah fakto pertumbuhan yang berarti.

34 4. Senyawa Kimiawi Garam-garam dan senyawa pupuk atau amelioran baik alamiah maupun non alamiah mempunyai gaya osmotik yang dapat menarik dan menghidrolisis air sehingga laju koefisien meningkat. Faktor lainnya yang mempengaruhi kadar air tanah adalah tekstur tanah, dengan adanya perbedaan jenis tekstur tanah dapat menggambarkan tingkat kemampuan tanah untuk mengikat air, contohnya tanah yang bertekstur liat lebih mampu mengikat air dalam jumlah banyak dibandingkan tanah yang bertekstur pasir, sedangkan tanah bertekstur pasir lebih mampu mengikat air daripada tanah bertekstur debu.

35 Selain itu, faktor lain yang mempengaruhi kadar air tanah adalah struktur tanah, pori tanah, dan peremeabilitas tanah. Tanah yang mempunyai ruang pori lebih banyak akan mampu menyimpan air dalam jumlah lebih banyak. Karena ruang-ruang pori tanah akan terisi oleh air.

36 Peranan Air Tanah dalam Absorpsi Unsur Hara
Air adalah salah satu komponen fisik yang sangat vital dan dibutuhkan dalam jumlah besar untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Sebanyak % dari bobot segar sel-sel dan jaringan tanaman tinggi adalah air. Setiap tanaman harus menyeimbangkan antara proses kehilangan air dan proses penyerapan nya, bila proses kehilangan air tidak diimbangi dengan penyerapan melalui akar makan akan terjadi kekurangan air di dalam sel tanaman yang dapat menyebabkan berbagai kerusakan pada banyak proses dalam tanaman.

37 fungsi air bagi tanaman yaitu:
1) sebagai senyawa utama pembentuk protoplasma, 2) sebagai senyawa pelarut bagi masuknya mineral-mineral dari larutan tanah ke tanaman dan sebagai pelarut mineral nutrisi yang akan diangkut dari satu bagian sel ke bagian sel lain, 3) sebagai media terjadinya reaksi-reaksi metabolik,

38 4) sebagai rektan pada sejumlah reaksi metabolisme seperti siklus asam trikarboksilat, 5) sebagai penghasil hidrogen pada proses fotosintesis, 6) menjaga turgiditas sel dan berperan sebagai tenaga mekanik dalam pembesaran sel, 7) mengatur mekanisme gerakan tanaman spt membuka/menutupnya stomata, membuka dan menutupnya bunga serta melipatnya daun-daun tanaman tertentu,

39 9) sebagai bahan metabolisme dan produk akhir respirasi, serta
8) berperan dalam perpanjangan sel, 9) sebagai bahan metabolisme dan produk akhir respirasi, serta 10) digunakan dalam proses respirasi. Kehilangan air pada jaringan tanaman akan menurunkan turgor sel, meningkatkan konsentrasi makro molekul serta senyawa-senyawa dengan berat molekul rendah, mempengaruhi membran sel dan potensi aktivitas kimia air dalam tanaman.

40 Peran air yang sangat penting tersebut menimbulkan konsekuensi bahwa langsung atau tidak langsung kekurangan air pada tanaman akan mempengaruhi semua proses metaboliknya sehingga dapat menurunkan pertumbuhan tanaman. Cekaman kekeringan dapat disebabkan oleh 2 (dua) faktor, yaitu kekurangan suplai air di daerah perakaran atau laju kehilangan air (evapotraspirasi) lebih besar dari absobsi air meskipun kadar air tanahnya cukup.

41 Kekurangan air secara internal pada tanaman berakibat langsung pada penurunan pembelahan dan pembesaran sel. Pada tahap pertumbuhan vegetatif, air digunakan oleh tanaman untuk pembelahan dan pembesaran sel yang terwujud dalam pertambahan tinggi tanaman, pembesaran diameter, perbanyakan daun dan pertumbuhan akar. Keadaan cekaman air menyebakan penurunan turgor pada sel tanaman dan berakibat pada menurunnya proses fisiologi.

42 Pada waktu musim kemarau maka ketersediaan air akan berkurang sehingga mengakibatkan penurunan pertumbuhan. Berapa tanaman masih dapat tumbuh dengan baik pada kondisi air tanah berkurang. Bergantung responnya terhadap kekeringan, tanaman dapat diklasifikasikan menjadi: 1) tanaman yang menghindari kekeringan (drought avoiders), dan 2) tanaman yang mentoleransi kekeringan (drought tolerators).

43 Tanaman yang menghindari kekeringan membatasi aktivitasnya pada periode air tersedia atau akuisisi air maksimum antara lain dengan meningkatkan jumlah akar dan modifikasi struktur dan posisi daun. Tanaman yang mentoleransi kekeringan mencakup penundaan dehidrasi atau mentoleransi dehidrasi. Penundaan dehidrasi mencakup peningkatan sensitivitas stomata dan perbedaan jalur fotosintesis, sedangkan toleransi dehidrasi mencakup penyesuaian osmotik.

44 Tanaman memiliki reaksi yang sangat kompleks menghadapi cekaman kekeringan.
Bentuk morfologi, anatomi dan metabolisme tanaman yang berbeda menyebabkan tanaman memiliki respon yang beragam. Ketika kekeringan semakin meningkat maka tanaman menyesuaikan diri melalui proses fisiologi yang kemudian diikuti perubahan struktur morfologi tanaman seperti layu, meningkatkan pertumbuhan akar dan menghambat pertumbuhan pucuk. Penurunan proses fotosintesis dan pertumbuh an sehingga tanaman juga mengalami penurunan produksi seperti berkurangnya hasil panen secara kualitas maupun kuantitas

45 Bila tanaman dihadapkan pada kondisi kering terdapat dua macam tanggapan yang dapat memperbaiki status air, yaitu: (1) tanaman mengubah distribusi asimilat baru untuk mendukung pertumbuhan akar dengan mengorbankan tajuk, sehingga dapat meningkatkan kapasitas akar menyerap air serta menghambat pemekaran daun untuk mengurangi transpirasi, (2) tanaman akan mengatur derajat pembukaan stomata untuk menghambat kehilangan air lewat transpirasi.

46 Relative Water Content (RWC) yang mengambarkan kadar relatif air daun merupakan parameter ketahanan tanaman menghadapi cekaman kekeringan. Proses fotosintesis pada sebagaian besar tanaman akan mulai tertekan bila nilai RWC tanaman lebih rendah dari 70 persen, sehingga tanaman memerlukan pengaturan dalam tubuhnya diantaranya dengan melakukan penutupan stomata.

47 PENUTUP Air dalam tanah mempunyai tingkat energi yang beragam sesuai dengan kandungan air tanah. Tingkat energi air tanah menaik jika kadar air naik, dan menurun jika kadar air tanah menurun. Hal inilah yang melahirkan konsep energi air tanah. Energi air tanah ditunjukkan dengan potensial air tanah dengan satuan bar atau kilopascal.

48 Sumber Pustaka: 1. Foth, H.D. 1990. Fundamentals of Soil Science. 8Ed.
John Wiley & Sons. New York. 2. Hillel, D Soil and Water. Physical Principles and Process. Academic Press, New York-London. 3. Hakim, Nurhajati dkk Dasar-Dasar Ilmu Tanah. UNILA: Lampung. 4. Hanafiah, K., A Dasar-Dasar ILmu Tanah. Rajawali Pers : Jakarta. 5. Indranada, Henry Pengelolaan Kesuburan Tanah. Bumi Aksara, Semarang. 6. Mawardi, M Asas Irigasidan Konservasi Air. Bursa Ilmu, Yogyakarta. 7. Raes, D., Herman L. , Paul V. A. Matman dan V.B Martin Irrigation Schedulling Information Sistem. Katholike Universiteit Leuven: Leuven. 8. Soetjipto Dasar-Dasar Irigasi. Erlangga :Jakarta.

49 Terima Kasih