(SOIL MOISTURE = SOIL WATER)

Presentasi berjudul: "(SOIL MOISTURE = SOIL WATER)"— Transcript presentasi:

1 (SOIL MOISTURE = SOIL WATER)
MK. DASAR ILMU TANAH AIR TANAH (SOIL MOISTURE = SOIL WATER) www//marno.lecture.ub.ac.id DASAR ILMU TANAH, 2003

2 PEREDARAN AIR , air tanah sebagai cadangannya
. Air di atmosfir Hujan Manusia AIR TANAH Tumbuhan Binatang Perairan Diunduh dari: …… 17/3/2013

3 Perubahan Air Tanah. Kapasitas lapang minus titik layu adalah jumlah air yg tersedia bagi tanaman. . Air Hujan Infiltrasi Evaporasi Transpirasi Setelah beberapa hari Setelah berminggu-minggu kering Tabel Air: Lapisan tanah yg selalu jenuh air Kondisi tanah jenuh air: Seluruh pori terisi air Kapasitas Lapang: Separuh pori terisi air Titik layu : Tanaman tidak dapat menyerap air yang ada Diunduh dari: …… 17/3/2013

4 LENGAS TANAH = SOIL MOISTURE
LENGAS (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 air VT = Vs + Vv = Vs + Vw + Va adalah total volume (vol tanah + vol. air + rongga udara).

6 Kadar air Gravimetrik dirumuskan sbb:
Dimana: mw adalah masa air mb 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.

7 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

11 Peranan air dalam tumbuhan hidup:
Komponen protoplasm Substrat untuk metabolisme tanaman Solvent untuk absorpsi dan transportasi Menjaga tanaman tetap dalam bentuknya Menjaga keseimbangan suhu tubuh tanaman

12 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 : Akar tanaman yang hidup pada tanah yang aerasinya buruk, bentuk akarnya menggulung. Apabila respirasi dihalangi dengan zat penghalang misalnya KCN, maka absorpsi air akan berkurang. 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.

13 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:
Proses aktif Proses pasif Proses 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.

16 Faktor yang mempengaruhi penyerapan air oleh akar:
Faktor Internal , derajat perkembangan, konduktivitas air dan respirasi akar Faktor eksternal: faktor udara→ transpirasi → Penyerapan air (tidak langsung) . 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.

18 AIR TANAH 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 Kohesi Adesi H2O Partikel tanah Air terikat Air bebas

19 Kalau tanah kering, porinya terisi udara.
Akar 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. Partikel tanah Air Udara

20 Permu-kaan partikel tanah
Ikatan Hidrogen Permu-kaan partikel tanah Kohesi Adhesi

21 Dijerap kuat Dijerap lemah
Per- mu- ka- an L I A T Dijerap kuat Dijerap lemah

22 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

23 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 besra daripada adhesi antara air dan udara. Udara Permukaan air-udara air

24 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 berpengaruh Gaya 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 tanah Ketiga 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 Potensial Air Tanah AIR Akar tumbuhan Groundwater

26 Potensial AIR

27 Besarnya energi potensial air yg mengandung garam dan bahan larut lain
Energi potensial air tanah pada elevasi lebih tinggi dari kondisi referensi standar Positif + Potensial Gravitasi Energi potensial air murni pada kondisi referensi standar ditetapkan sebagai nol Potensial Osmotik Besarnya energi potensial air yg mengandung garam dan bahan larut lain Potensial Matriks Negatif - Besarnya energi potensial air yg terikat pada partikel tanah (matrks tanah) -

28 Bentuk-bentuk Potensial air –Ψ
Potensial Gravitasi ( nilai positif) Potensial matriks ( nilai negatif)

29 Potensial Osmotik ( nilai negatif)
Potensial Tekanan ( nilai + atau -)

30 Potensial Matriks Dijerap kuat Dijerap lemah
Per- mu- ka- an L I A T Dijerap kuat Dijerap lemah Efek Potensial matriks mengurangi energi bebas

31 Pori mikro mengikat molekul air dengan energi yang lebih besar

32 Molekul air bergerak melintasi membran semi-permeabel

33 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) + Poten-sial positif Energi bebas dari air murni Potensial tarikan bumi Menurun karena pengaruh osmotik Potensial osmotik (hisapan) Poten-sial negatif Potensial matrik (hisapan) - Menurun karena pengaruh matrik Energi bebas dari air tanah

34 Klasifikasi air (lengas) tanah
Tanah jenuh air Kapasitas Lapang Maksimum defisit air tanah Total volume air dalam tanahC Air tanah Tersedia Titik Layu Permanen Tanah kering mutlak Diunduh dari: ……….. 16/3/2013

35 Air tersedia dalam tanah
Diunduh dari: ……….. 16/3/2013

36 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. Diunduh dari: ……….. 16/3/2013

37 Kedalaman zone akar tanaman
Diunduh dari: ……….. 16/3/2013

38 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.

39

40 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 Atmosfer kolom air (cm) tinggi kolom air (pF)

41 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 sama Tanah yang Strukturnya baik mempunyai total pori lebih banyak, shg mampu menahan air lebih banyak Pori medium dan mikro lebih kuat menahan air dp pori makro Tegangan air tanah, Bar 10.000 Liat Lempung Pasir 0.01 10 Kadar air tanah, % 70

42 Liat Lempung Pasir Potensial air tanah
Strukturnya baik Strukturnya jelek Liat Lempung K D R a i r t n h Kd r A i r t nh Pasir Potensial air tanah

43 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 Perbedaan energi bebas menyebabkan molekul air bergerak

45 Pergerakan air dalam tanah
Ada tiga macam gerakan (aliran) air dalam tanah Pergerakan air melalui pori tanah yang daya hantarnya (k) berbeda-beda

46 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 15 mnt 4 jam 30 60 jam jam 120 24 jam jam 150 30 cm cm Jarak dari tengah-tengah saluran, cm

47 Keempat faktor di atas ditentukan oleh struktur dan tekstur tanah
PERKOLASI Jumlah air perkolasi Faktor yg berpengaruh: 1. Jumlah air yang ditambahkan 2. Kemampuan infiltrasi permukaan tanah 3. Daya hantar air horison tanah 4. 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 & medium 2. Liat tipe 2:1 yang mengembang-mengkerut sangat berperan

48 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.f dimana 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 bawah 2. 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 tanah 2. Besarnya tegangan untuk menahan air Pada gerakan jenuh, tegangan airnya rendah, shg hantaran hidraulik berbanding lurus dengan ukuran pori Pd tanah pasir, penurunan daya hantar lebih jelas kalau terjadi penurunan kandungan air tanah Lapisan pasir dlm profil tanah akan menjadi penghalang gerakan air tidak jenuh

49 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% Jumlah hari kontak, hari Sumber: Gardner & Widtsoe, 1921.

50 Pergerakan air tanah: Kondisi Jenuh Air

51 Pergerakan air dalam profil tanah :
Hujan 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 Zone tanah Tabel - Air Mengisi Tabel - Air Rumbai-rumbai Kapiler Zone jenuh-air di bawah Tabel-air Groundwater

52 Profil lengas tanah dalam kondisi tergenang:
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: Initial air Genangan air Jenuh air Kadar air Zone Jenuh Zone Transisi Zone Transmisi Zone pembasahan Bidang pembasahan

53 Zone jenuh. Pori terisi openuh dengan 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.

54 Pergerakan air tanah: Kondisi tidak jenuh
Lebih populer dibanding dnegan aliran jenuh Lebih penting daripada aliran jenuh ? Dikendalikan oleh Matric Potential (ΨM) Pergerakan dari zone potensial negatif rendah menuju ke zone potential-negatif tinggi

55 Fungsi gaya-gaya adesi dan kohesi Pergerakan kapilaritas air
Kapilaritas adalah kecenderungan air untuk bergerak naik ke atas melawan gaya gravitasi Fungsi gaya-gaya adesi dan kohesi Pergerakan kapilaritas air

56 Pasir berlempung Lempung liat Pasir Waktu, hari
K I pas Kap i l e r cm Pasir berlempung Lempung liat Pasir Waktu, hari

57 Pengaruh suhu dan lengas tanah terhadap gerapan uap air dalam tanah
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 air Difusi 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

58 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 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.

59 Kemampuan tanah menahan (menyimpan) air

60 Status Air Tanah Perubahan status air dalam tanah, mulai dari kondisi jenuh hingga titik layu Jenuh Kap. Lapang Titik layu Padatan Pori 100g air g tanah jenuh air 100g g udara kapasitas lapang 100g g udara koefisien layu 100g g udara koefisien higroskopis

61 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 Kapasitas padatan tanah higroskopis layu lapang 10.000 atm 31 atm atm /3 atm atm Mengalir krn gravitasi Tegangan air 1/3 atm tebal lapisan air

62 Air Tersedia dan Air tidak Tersedia
Tipe Air Tekanan atmosfir Status air tanah Tanah kering Oven 10000 Air tidak tersedia Tanah kering udara 100 Koefisien Higroskopis 31 Air sulit tersedia Titik Layu 15 Kapasitas Lapang 0.33 Air Tersedia Ground Water 0.001 Diunduh dari: ……….. 16/3/2013

63 Soil moisture retention curve : Kurva pF
Kurva tegangan lengas tanah (Kurva pF) menyajikan hubungan antara tegangan lengas tanah dan kandungan air tanah. Diunduh dari: 16/3/2013

64 AIR MUDAH TERSEDIA DALAM ZONE PERAKARAN
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. Diunduh dari: 16/3/2013

65 Kurva tegangan - kadar air tanah bertekstur lempung
TEGANGAN vs kadar air Kurva tegangan - kadar air tanah bertekstur lempung Air kapiler Air Air tersedia higros- kopis Lambat tersedia Cepat tersedia Air gravitasi Zone optimum Tegangan air, bar 31 Koefisien higroskopis Koefisien layu Kapasitas lapang Kap. Lapang maksimum persen air tanah

66 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 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 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 atm c. Diikat oleh koloid tanah d. Sebagian besar bersifat non-cairan e. Bergerak sebagai uap air

67 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

68 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 % 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 % pori 31 atm atm /3 atm Air Air Ruang udara dan Higroskopis Kapiler air drainase Tdk tersedia Tersedia Berlebihan Daerah Optimum

69 Air Tersedia

70 Kapasitas retensi maksimum Potensial air tanah , kPa
Kadar A i r T anah % vo l Kapasitas retensi maksimum Air Gravitasi Kapasitas lapang Air Tersedia Air Kapiler Koef. Layu Koef. higroskopis Lambat tersedia Potensial air tanah , kPa

71 Kapasitas lapang Air tersedia Koefisien layu Air tidak tersedia
Kadar A i r T anah % vo l Kapasitas lapang Air tersedia Koefisien layu Air tidak tersedia Tekstur tanah

72 Air Tanah Vs Tekstur tanah
Kapasitas Lapang Air Gravitasi Air Tersedia Air Higroskopis Titik Layu Diunduh dari: ……… 17/3/2013 tanah

73 Kondisi Air dalam tanah
Kondisi lengas (air) tanah secara umum Kapasitas Lapang Kondisi Tipikal Titik Layu Jenuh Air Air Gravitasi Air Kapiler Air terjerap (higroskopis) Partikel mineral Udara Basah Kering Diunduh dari: ……… 17/3/2013 tanah

74 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 Kap. Lapang Air tersedia Koef. Layu 5 6 Air tidak tersedia Pasir Sandy loam Loam Silty-loam Clay-loam Liat Tekstur semakin halus

75 Apakah kapasitas air tersedia?
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

76 Air Tersedia Sifat tanah yang mempengaruhi air tersedia
Fragmen batuan mengurangi kapasitas air tersedia sebanding dengan volumenya, kecuali kalau fragmen batuan tersebut bersifat porus. Bahan organik meningkatkan kapasitas air tersedia. Setiap 1 persen bahan organik menambah sekitar 1.5 % kapasitas air tersedia. 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. Osmotic pressure exerted by the soil solution is times the electrical conductivity in mmhos/cm. A significant reduction in available water capacity requires an electrical conductivity of more than 8 mmhos/cm. Texture has a significant effect. Some guidelines follow, assuming intermediate bulk density and no rock fragments. 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. Diunduh dari: soils.usda.gov/sqi/publications/files/avwater.pdf ……….. 16/3/2013

77 Air tanah Tekstur tanah Fraksi air tersedia
Sands, Pasir-berlempung dan Lempung-berpasir yang fraksi pasirnya tidak didominasi oleh pasir sangat halus Kurang dari Pasir-berlempung ; Lempung-berpasir yg fraksi pasirnya didominasi oleh pasir sangat halus; loams, clay loam, sandy clay loam, dan Liat-berpasir Silty clay, dan Liat Silt, silt loam, dan silty clay loam Diunduh dari: soils.usda.gov/sqi/publications/files/avwater.pdf ……….. 16/3/2013

78 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 B Kedalaman akar (solum) (in.) Fraksi air tersedia x x 0.15 Jumlah air tersedia (in.) Defisit Evapotranspiration (in./day) : : 0.04 Time available water satisfies deficit (days) Diunduh dari: soils.usda.gov/sqi/publications/files/avwater.pdf ……….. 16/3/2013

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

80 Memperbaiki Air Tersedia
Beberapa cara untuk meningkatkan kapasitas lapang dan memperbaiki infiltrasi: 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. 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. Mencegah Pemadatan. Compaction reduces water holding capacity by reducing the number and size of soil pores. Pengendalian Erosi. Erosion dapat mengurangi ketebalan tanah dan mengurangi kapasitas simpanan air tanah. Diunduh dari: 17/3/2013

81 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 Bulu akar menyerap air Tegangan air tanah meningkat Jumlah air tanah berkurang 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 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%)

82 HADANGAN HUJAN OLEH TUMBUHAN
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 presipitasi transpirasi evaporasi infiltrasi Run off Tanah permukaan perkolasi Groundwater Sungai - laut Batuan

83 Merupakan fungsi dari:
Laju Infiltrasi Laju infiltrasi, cm/jam Konduktivitas hidraulik adalah Merupakan fungsi dari:

84 KADAR AIR TANAH Hujan 1 jam Bidang pembasahan Hujan 3 jam Kedalaman
cm Bidang pembasahan Hujan 3 jam KADAR AIR TANAH

85 Infiltrometer tabung ganda Waktu setelah pemberian air, jam
Laju in f I l trasi cm/ jam Pasir berlempung Lempung berdebu Liat mengembang Waktu setelah pemberian air, jam

86 Hadangan hujan oleh tanaman semusim
Sekitar % 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 mm yang mencapai tanah. Hadangan curah hujan oleh jagung dan kedelai Keadaan hujan Persen dari curah hujan total untuk: Jagung Kedelai Langsung ke tanah Melalui batang Jumlah di tanah Yang tinggal di atmosfer Sumber: J.L.Haynes, 1940.

87 Lingkaran Tanah-Air-Tanaman
LTAT mrpk sistem dinamik dan terpadu dimana air mengalir dari tempat dengan tegangan rendah menuju tempat dengan tegangan air tinggi. Air kembali ke atmosfer (evapo-transpirasi) Hilang melalui stomata daun (transpirasi) Air dikembalikan ke tanah melalui hujan dan irigasi Penguapan Serapan bulu akar

88 PROFIL TANAH Lapisan Olah ( cm): kaya bahan organik dan mengandung banyak akar hidup . Lapisan ini sering diolah dan warnanya kehitaman. Lapisan Olah dalam: mengandung lebih sedikit bahan organik dan lebih sedikit akar hidup. Warnanya lebih terang, seringkali kelabu dan kadangkala berbecak kekuningan atau kemerahan. Lapisan subsoil : sedikit bahan organik dan sedikit akar. Tidak terlalu penting bagi pertumbuhan tanaman . Lapisan bahan induk tanah: terdiri atas batuan induk tanah. Lapisan Olah Lapisan Olah-dalam Lapisan Subsoil Lapisan Batuan induk

89 EVAPO-TRANSPIRASI Faktor Iklim dan Tanah: 1. Energi Penyinaran
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 Sedang Sumber: Kelly, 1957.

90 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: /3/2013

91 Ketersediaan Air Tanah vs Evapotranspirasi
Ketersediaan air di daerah perakaran sangat menentukan besarnya evapotranspirasi. Kedalaman daerah perakaran tanaman 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 Sumber: Dreibelbis dan Amerman, 1965.

92 Ini merupakan angka-praktis untuk keperluan pengairan
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 cm atau lebih: 1. Daerah basah - semi arid dg irigasi: cm. 2. Daerah panas dan kering dg irigasi: 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  % dari seluruh hujan yg jatuh 2. TRANSPIRASI  % 3. RUN OFF  5%

93 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: , di daerah arid duakalinya Tanaman Nisbah Transpirasi Beans Jagung Peas Kentang Sumber: Lyon, Buckman dan Brady, 1952.

94 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 FAKTOR WUE Nisbah evapo-transpirasi tanaman di lokasi yg mempunyai defisit kejenuhan dari atmosfer 800 Kentang Kacang polong 400 Jagung Defisit kejenuhan dari atmosfer (mm Hg) Jumlah air unt menghasilkan 1 ton bahan kering 30 Kadar air tanah rendah 15 Kadar air tanah tinggi Pupuk P, kg/ha 600

95 Pengendalian Penguapan MULSA TANAH  Pengolahan tanah
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

96 Olah Tanah vs Penguapan Air Tanah
Alasan pengolahan tanah: 1. Mempertahankan kondisi fisika tanah yg memuaskan 2. Membunuh gulma 3. 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. Gulma dibiarkan tumbuh 3. Tiga kali pengolahan dangkal Persiapan Buruk 4. Dibebaskan dari gulma 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

97 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 tanah kedap air
Lapisan “perched groundwater” dapat ditemukan pada bagian atas dari lapisan kedap air di dekat permukaan ( 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 air Lapisan tanah kedap air Tabel groundwater

99 Tanah jenuh-air permanen
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

100 ….. dan selanjutnya ……