5 10 WARNA TANAH
5.11 AIR TANAH I Fungsi Air Tanah
(1) sebagai penyusun utama protoplasma (85-95%)
(2) sebagai bahan esesnsial untuk proses fotosintesa dan konversi karbohidrat menjadi gula.
(3) sebagai pelarut hara ke dalam dan melewati bagian-bagian tanaman.
(4) memberi ketegaran tanaman (turgidity), yang memberikan bentuk dan posisi bagian tanaman yang pas untuk menangkap sinar matahari.
25%
25%
50%
II. Prinsip Kapilar dan Air Tanah
Kapilaritas terjadi karena dua gaya:
(1) gaya adhesi oleh dinding (permukaan) padatan pada rongga , dan (2) tegangan permukaan air, yang disebabkan oleh gaya tarik molekul-
molekul air satu dengan yang lain (kohesi). Mekanisme Kapilar
Molekul-molekul air ditarik oleh dinding tabung oleh gaya adhesi dan bergerak naik. Gaya kohesi antara molekul-molekul air juga menyebabkan air yang tidak berkontak dengan dinding tabung naik. Tinggi naiknya air
Udara
Air tersedia Air tak tersedia
Padatan tanah
Gambar 5. 10. Komposisi ideal tanah (udara, air, dan padatan tanah).
dalam tabung sama dengan beratnya untuk mengimbangi gaya-gaya adhesi dan kohesi.
Naiknya kapilar dapat diekspresikan sebagai:
2T 2 T Cos
h = --- h = ---
rdg rdg
h = tinggi naiknya kapilar dalam tabung, T = tegangan permukaan, r = jari-jari tabung, d = densiti (kerapatan) larutan, dan g = percepatan gravitasi. Untuk air, persamaan di atas menjadi:
r
h0.15 cm
h r 0.15103
Naiknya Air dalam Tanah
Gaya kapilar juga bekerja untuk semua tanah basah. Tetapi, kecepatan dan ketinggian naiknya air lebih lambat dalam pori tanah, karena pori tanah tidak lurus dan tidak seragam. Belum lagi adanya udara yang terperangkap dalam pori yang menyebabkan lambatnya gerakan kapilar.
Gambar 5. 11. Tampilan dua dimensi molekul air. Sudut HOH =105° menghasilkan susunan yang asimetri. Satu sisi (dengan dua H) bermuatan elektro
positif, dan lainnya elektro- negatif. Hal ini menyebabkan polarity dari air.
Umumnya, tingginya kenaikan kapilar lebih besar pada tanah bertekstur halus, tetapi tidak terlalu halus atau kompak.
Konsep Energi Air Tanah
Beberapa fenomena yang berhubungan dengan energi adalah: retensi (penambatan) dan pergerakan air dalam tanah, pengambilan dan translokasi dalam tanaman, serta hilangnya air ke atmosfer. Berbagai macam energi terkait termasuk energi potensial, kinetik, dan elektrik. Tetapi, istilah energi bebas digunakan untuk mencirikan status energi air. Energi bebas merupakan gabungan (penjumlahan) semua bentuk energi tersedia.
Gerakan air dalam tanah terjadi dari zona (kedudukan) dengan energi bebas air tinggi ke kedudukan dengan energi bebas air lebih rendah.
Gaya-gaya yang mempengaruhi Energi Bebas
(1) Adhesi, atau penarikan oleh padatan (matriks) tanah terhadap air, memberikan gaya matriks (menyebabkan kapilaritas).
(2) Osmotik, penarikan oleh ion-ion dan larutan lain terhadap air, cenderung mengurangi/menurunkan energiu bebas larutan tanah. Gambar 5. 12. Pergerakan kapileritas ke atas, (a) dalam tabung gelas yang berbeda ukuran, dan (b) dalam tanah. Mekanisme kapilaritas sama dalam tabung dan dalam tanah. Tetapi terdapat ketidak teraturan dalam tanah akibat sifat kekelokan (tortous) dan keragaman ukuran pori, dan udara yang terperangkap.
(3) gravitasi, gaya gravitasi cenderung menarik air tanah ke bawah.
Gambar 5. 13. Dua “bentuk” air yang bersama-sama menaikkan potensial matriks. Padatan tanah menjerap air dengan sangat kuat, sedang gaya kapiler bertanggung-jawab atas air yang dipegang/ditahan dalam pori- pori kapiler.
5. 11. Potensial Air Tanah Total
Perbedaan energi bebas dari suatu tempat ke tempat lain merupakan pengetahuan praktik yang penting. Perbedaan ini sering disebut sebagai potensial air tanah total (t).
t = w + z
t = potensial total; w = potensial air; z = potensial gravitasi
(sering ditulis g). Sedang w merupakan gabungan dari p, m, dan
s.
w = p + m + s
Gambar 5. 14. Hubungan antara enerji bebas air murni dan air tanah, dan pengaruh elevasi terhadap enerji bebas untuk mengilustrasikan potensial gravitasi. Catatan: pengaruh osmotic dan tarikan padatan tanah (matriks) terhadap air keduanya mengurangi enerji bebas air tanah. Tingkat penurunan ini menunjukkan potensial osmotic dan matriks. Pengaruh gravitasi meningkatkan enerji bebas, jika titik referensi standard pada air bebas berada pada elevasi lebih rendah daripada air tanah dalam profil. Catatan: potensial osmotic dan matriks negatip, menerangkan mengapa keduanya sering disebut sebagai
tarikan atau tensi. Potensial gravitasi umumnya positip. Perilaku air tanah pada suatu waktu tertentu dipengaruhi oleh ketiga potensial
p = potensial tekanan; m = potensial matriks; s = potensial
larutan (osmotik). Jadi potensial total:
t = p + m + s + z
5. 12. Potensial Gravitasi (z atau g)
Gaya gravitasi bekerja terhadap air sama seperti terhadap benda lainnya, yaitu penarikan ke pusat bumi. Dinyatakan sebagai.
z = gh
h, ketinggian (jarak air tanah dari kedudukan referensi)
Berat merupakan salah satu metod yang paling mudah untuk menspesifkasi satuan air. Jadi dalam hal z, merupakan perbedaan jarak-
vertikal/ketinggian suatu titik/kedudukan yang ditanyakan dengan titik/kedudukan referensi. Jika titik tersebut berada di atas titik referensi, maka z positif (+), dan jika berada di bawah titik referensi, maka z negatif
(-).
Catatan:
Potensial = = usaha = gaya * jarak = F * h sedang F = m*a (dimana a = percepatan = g)
jadi jika unit potensial dinyatakan dalam satuan berat, maka Gambar 5. 15. Dasar
kapileritas dan Air Tanah. (a) keadaan sebelum tabung kapiler
dimasukkan ke dalam muka air; (b) jika tabung dimasukkan ke dalam air/cairan, air akan naik dalam tabung,
menunjukkan: (c) gaya tarikan antara air dan dinding tabung (adhesi) dan tarikan mutual antara molekul air (kohesi). Air akan naik sampai gaya tarik gravitasi ke bawah sama dengan gaya adhesi
= (F * h)/berat = (F * h)/(F) = h (satuan jarak) 5. 13. Potensial Matriks
Potensial matriks, m, dihubungkan dengan gaya-gaya adsorpsi
matriks tanah. Jika kuantitas satuan air dinyatakan dalam berat, maka m
pada suatu titik, adalah jarak vertikal titik tersebut dalam tanah terhadap permukaan air dalam manometer yang dihubungkan dengan titik tersebut melalui mangkuk keramik.
Potensial matriks merupakan ciri tanah yang dinamik. Pada tanah jenuh, m
= 0.
5. 14. Potensial Tekanan (p)
Pada kondisi lapangan , potensial tekanan, p, berlaku terutama untuk
tanah yang jenuh air. Jika satuan kuantitas air dinyatakan dalam berat, maka p adalah jarak vertikal dari titik yang ditanyakan (dalam tanah)
terhadap permukaan air dalam piezometer ( permukaan air tanah) yang dihubungkan ke titik tersebut.
Di lapangan p = 0 jika berada di atas atau pada permukaan air
dalam piezometer. Di bawah level tersebut p selalu positif, dan bertambah
besar dengan bertambahnya kedalaman dibawah permukaan air. 5. 15. Potensial Osmotik
Potensial osmotik muncul dengan adanya bahan larutan dalam larutan tanah. Bahan larutan mungkin ionik atau non-ionik, tetapi pengaruhnya adalah mengurangi energi bebas air. Hal itu terjadi terutama karena molekul-molekul bahan larutan menarik molekul-molekul air.
Tidak seperti potensial matriks, potensial osmotik mempunyai pengaruh yang kecil terhadap gerakan massa air dalam tanah. Pengaruh utamanya adalah terhadap penyerapan air oleh akar tanaman.
Gambar 5. 16. (A) Potensial matriks air tanah pada mangkkuk keramik adalah jarak vertical pada titik tengah mangkuk terhadap muka air pada manometer. Untuk ilustrasi (A), m= -15 cm.
(B) Suatu tensiometer dibuat dengan menghubungkan mangkuk keramik dengan manometer air raksa melalui tabung penuh air. Simbol-simbol mengacu pada persamaan m= - 13.6 ZHg + Z dan m= - 12.6 ZHg + Z0,
yang dapat digunakan untuk menghitung potensial matriks, C.
(C) Tabung Piezometer yang digunakan untuk menentukan batas muka air tanah dan juga menentukan potensial tekanan air tanah. Potensial tekanan pada sembarang titik dalam tanah adalah jarak antara titik tersebut dengan batas air dalam tabung piezometer. Jadi, potensial tekanan pada titik A, P = 10 cm.
A B C
Gambar 5. 17. Menunjukkan tenaga yang
dibutuhkan untuk menghilangkan sejumlah air dari tanah yang dibasahi. Jumlah tenaga tekanan yang dibutuhkan sama dengan jumlah tenaga hisapan.
5. 16. Pengukuran Kelangasan/Kelembaban Tanah
Beberapa metod untuk mengukur kelengasan tanah (kandungan air tanah).
Gambar 5. 18. Hubungan antara potensial osmotic, matriks, dan kombinasi keduanya.