Lahan yang digunakan untuk pengujian adalah lahan ubi jalar di desa Cikarawang. Lahan ini dikelola oleh kelompok tani setempat secara tradisonal.
Ukuran lahan tersebut adalah 10.63 m x 39.78 m dengan arah guludan mengikuti
panjang 39.78 m. Pengujian tidak dilakukan pada setiap guludan, tetapi hanya pada satu guludan yakni guludan ke-2 dari kanan. Pengujian dilakukan pada pukul 10.49 pagi dalam keadaan cuaca mendung dan operator dalam kondisi fit.
Sehari sebelum pengujian, dilakukan pengukuran sifat-sifat fisik dan mekanik tanah. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kondisi tanah terhadap performa alat.
Kadar air dan bulk density
Dari 6 sampel tanah pada masing-masing kedalaman 0-5 cm dan 5-10 cm, diketahui bahwa tanah memiliki kadar air rata-rata 43.73% dengan kerapatan tanah 0.81 gram/cm3 (tabel 6). Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan, tanah Cikarawang tergolong famili tanah Typic Dystrudept dengan ciri berliat halus dan berbahan induk batuan andesitik (Budiawati, 2004).
Tabel 6. Nilai kadar air dan bulk density lahan uji desa Cikarawang No
Dalam hubungannya dengan kinerja pemanenan, kadar air berbanding lurus terhadap nilai slip. Dengan kata lain, pembajakan pada lahan dengan kadar air tinggi akan menghasilkan nilai slip yang tinggi pula. Sementara itu, nilai bulk density berbanding terbalik dengan nilai slip. Pada lahan dengan bobot isi tanah yang rendah, nilai slip cenderung tinggi karena roda berada diatas tanah yang rapuh.
Indeks plastisitas
Nilai indeks plastisitas didapat dengan menghitung batas cair dan batas plastis tanah. Dari 6 sampel tanah yang diambil, didapat nilai batas cair rata-rata sebesar 61.10%, dan nilai batas plastis rata-ratanya sebesar 40.26%, sehingga didapat indeks plastisitas rata-rata sebesar 20.84% (tabel 7).
Tabel 7. Nilai indeks plastisitas lahan uji desa Cikarawang
No. Sampel Batas Cair (%) Batas Plastis (%) Indeks Plastisitas
1 61.75 39.23 22.52 2 60.09 39.51 20.58 3 60.66 40.60 20.06 4 57.89 41.02 16.87 5 64.32 40.21 24.11 6 61.91 41.01 20.90
Rata-rata 61.10 40.26 20.84
Indeks plastisitas rata-rata yang lebih besar dari 17 menunjukkan bahwa tanah tergolong clay dengan plastisitas tinggi dan bersifat kohesif. Penentuan ini mengacu pada batasan mengenai indeks plastis, sifat, macam tanah dan kohesinya yang dikemukakan oleh Atterberg (Jumikis, 1962) yang dijelaskan pada tabel 8.
Tanah dengan plastisitas tinggi akan menjadi sulit terbelah. Selain itu, dalam aplikasinya dalam pengujian pemanenan kali ini akan mengakibatkan tanah mudah menempel pada implemen.
Tabel 8. Penggolongan jenis tanah menurut Atterberg Indeks
Plastisitas
Sifat Macam tanah Kohesi
0 Nonplastis Sand Nonkohesif
< 7 Plastisitas rendah Silt Kohesif sebagian 7 – 17 Plastisitas sedang Silty clay (Clayey silt) Kohesif
> 17 Plastisitas tinggi Clay Kohesif
Tanah dengan indeks plastisitas tinggi sangat tergantung pada kadar air.
Pada keadaan basah, tanah akan menjadi sangat becek dan pada keadaan kering, tanah akan menjadi sangat keras. Walaupun demikian, interval antara keadaan basah dan keringnya cukup besar. Selama dalam interval tersebut, tidak akan ditemui hambatan dalam pengolahan tanah tersebut, seperti halnya di lahan uji desa Cikarawang.
Kuat geser tanah
Kuat geser tanah diukur dengan cara pengujian kuat geser langsung (direct shear test) pada dua sampel dengan kedalaman 0-5 cm dan 5-10 cm. Beban yang diberikan dalam uji direct shear ini sebesar 0.5 kg, 1 kg dan 1.5 kg.
Gambar 14. Grafik nilai direct shear pada sampel 1 lahan uji desa Cikarawang
Dari sampel 1 yang diambil pada kedalaman 5 cm, didapat persamaan direct shear τ = 0.683σneff + 0.061. Seperti terlihat pada grafik pada gambar 14, tangen sudut yang dibentuk oleh gaya geser terhadap gaya normal sebesar 0.683, dan nilai kohesi tanah sebesar 0.061 kg/cm2.
Gambar 15. Grafik nilai direct shear pada sampel 2 lahan uji desa Cikarawang
Sampel 2 diambil pada kedalaman tanah 10 cm. Persamaan yang dihasilkan dari uji geser langsung (direct shear test) adalah τ = 0.770σneff + 0.025.
Persamaan ini menghasilkan tangen sudut terhadap gaya normal sebesar 0.970, dengan kohesi sebesar 0.174 kg/cm2 (gambar 15).
Kuat geser tanah akan mempengaruhi nilai slip. Tanah dengan kuat geser tinggi akan memberikan konsistensi pada tanah terhadap beban yang diberikan oleh traktor sehingga slip yang terjadi kecil. Kuat geser tanah ini sendiri dipengaruhi oleh kadar air, bobot isi tanah dan tahanan penetrasi.
Tahanan penetrasi
Untuk tahanan penetrasi, dilakukan pengukuran pada 6 titik. Masing-masing titiknya diukur tahanan penetrasi untuk kedalaman 5 sampai 40 cm dengan interval 5 cm. Hasilnya dapat dilihat pada tabel 9. Pengukuran dilakukan menggunakan penetrometer sehari sebelum dilakukan pengujian pemanenan (gambar 16).
Nilai tahanan penetrasi berbanding lurus terhadap kuat geser tanah.
Tingginya nilai tahanan penetrasi akan meningkatkan kuat geser tanah sehingga
slip yang terjadi kecil. Nilai tahanan penetrasi menjadi indikator kekerasan tanah sebagai pondasi dari beban yang diberikan traktor.
Gambar 16. Pengukuran tahanan penetrasi
Nilai tahanan penetrasi ini diambil di lahan uji Cikarawang yang memiliki kadar air rata-rata 43.73% dan bulk density rata-rata 0.81 gram/cm3. Dari grafik pada gambar 17 dapat dilihat bahwa perubahan tahanan penetrasi tidak terjadi secara ekstrim. Bentuk grafik yang landai menunjukkan bahwa lahan uji Cikarawang sering diolah hingga kedalaman 45 cm sekalipun. Pada kenyataannya, lahan desa Cikarawang tidak hanya untuk budidaya ubi jalar, tetapi juga untuk budidaya tanaman lain seperti talas, padi, ubi kayu dan tanaman lain yang menuntut lahan untuk diolah pada berbagai kedalaman. Oleh karena itu, perubahan tahanan penetrasi di lahan uji Cikarawang terjaga konstan.
Gambar 17. Grafik perubahan tahanan penetrasi terhadap kedalaman
(kg/cm2)
Tabel 9. Tahanan penetrasi lahan uji desa Cikarawang Kedalaman
Sampel
Tahanan Penetrasi (kg/cm2)
1 2 3 4 5 6 Rata-rata
5 3 3 3 8 3 5 4.17
10 5 4 11 10 5 7 7.00
15 6 8 21 13 15 13 12.67
20 14 15 26 27 20 19 20.17
25 30 35 42 35 27 25 32.33
30 32 33 34 46 35 32 35.33
35 46 33 32 48 25 44 38.00
40 50 47 33 50 25 50 42.50
Slip roda traktor
Perhitungan nilai slip didapat dari perbandingan putaran roda sejauh 10 putaran roda dalam kondisi dengan beban, dibandingkan dengan putaran dalam kondisi tanpa beban (gambar 18). Perhitungan dilakukan sebanyak 3 kali ulangan dengan rata-rata slip roda kanan 15.074% dan slip roda kiri 12.314% (tabel 10).
Nilai slip ini tergolong kecil karena nilainya kurang dari 20%.
Gambar 18. Pengukuran nilai slip
Tabel 10. Nilai slip roda pada pengujian di desa Cikarawang
Nilai slip ini dipengaruhi oleh sifat-sifat tanah di lahan uji dan juga layout lahan. Sifat-sifat tanah tersebut antara lain kadar air, bobot isi tanah, indeks plastisitas dan tahanan penetrasi. Sering terjadi perbedaan nilai slip antara roda kanan dan roda kiri karena guludan sedikit lebih lebar dari lebar traktor sehingga operator harus menyeimbangkan agar jalannya traktor tetap lurus. Nilai slip terbesar terjadi pada ulangan pertama yang dihitung pada pembajakan pertama.
Pembajakan selanjutnya relatif lebih mudah karena tanah sudah terolah, terlihat dari nilai slip yang lebih kecil.
Kapasitas dan mutu pemanenan
Setelah pengambilan data pendukung, dilakukan uji performansi alat berupa kapasitas pemanenan. Pengujian dimulai dengan posisi roda kiri traktor sejajar dengan batas kiri guludan seperti tampak pada gambar 19. Kapasitas pemanenan efektif (KPE) diperoleh dari perbandingan jumlah ubi yang terpanen terhadap waktu yang diperlukan. Berdasarkan hasil perhitungan, didapat nilai kapasitas pemanenan efektif sebesar 353.16 kg/jam. Sebagai data pembanding, diukur nilai kapasitas pemanenan teoritis (KPT) dengan membandingkan jumlah ubi total yang ada dilahan terhadap waktu pemanenan. Didapat nilai KPT sebesar 357.53 kg/jam. Dari kapasitas pemanenan ini didapat efisiensi pemanenan sebesar 98.77%. Nilai efisiensi pemanenan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti slip dan turning point. Pemanenan dilakukan oleh dua orang operator yaitu operator traktor dan pengumpul hasil panen.
Berdasarkan survey yang dilakukan di lahan budidya ubi jalar petani di desa Cikarawang, pada pemanenan secara manual untuk luasan lahan 920 m2 memerlukan waktu 8 jam dengan menggunakan 2 orang operator.
Gambar 19. Posisi awal bajak singkal terhadap guludan
Semua ubi jalar yang dipanen ditimbang dengan mengklasifikasikannya berdasarkan ubi yang berhasil dibalik oleh bajak, ubi yang mengalami kerusakan akibat pembajakan, dan ubi yang tetap terkubur di dalam tanah (gambar 20). Ubi jalar yang berhasil dipanen sebanyak 247 ubi dengan berat total 41 kg. Dari total ubi yang berhasil dipanen, 5 ubi seberat 830 gram mengalami kerusakan akibat terkena bajak. Sementara itu, ubi yang tetap terkubur didalam tanah sebanyak 31 buah dengan berat 2.5 kg. Dari angka ini, dapat dihitung persentase keberhasilan pemanenan adalah 92.5%. Dan persentase kegagalan karena ubi rusak adalah 1.2%. Sementara itu, berdasarkan pengalaman petani ubi jalar, persentasi ubi rusak karena pencangkulan dalam poses pemanenan mencapai 20%. Menurut para petani, kerusakan akibat terbelah atau tergores alat lebih berbahaya daripada kerusakan karena hama karena ubi lebih cepat membusuk.
Gambar 20. Pengukuran bobot ubi terpanen
Untuk menganalisa kesesuaian hasil simulasi dengan pengujian, dilakukan pengukuran arah lemparan ubi akibat pembajakan. Jarak lemparan diukur dengan berpatokan pada roda kiri traktor. Arah lemparan menunjukkan kebanyakan lemparan ubi searah dengan buangan tanah oleh bajak, yakni kesebelah kanan.
Jarak lemparan ubi terhadap roda kiri traktor dapat dilihat pada tabel 11. Proses pengumpulan ubi hasil panen akan menjadi lebih mudah karena ubi terkumpul di satu area saja. Hal ini sesuai dengan hasil simulasi yang telah dilakukan sebelumnya.
Tabel 11. Jarak lemparan ubi jalar akibat pembajakan
Sampel ubi Jarak terhadap roda kiri traktor (cm) Keterangan
1 20 Pembajakan pertama
C. ANALISIS HUBUNGAN PARAMETER TANAH DAN KINERJA ALAT PANEN DI LAHAN UJI LEUWIKOPO
Pengujian pemanenan ubi jalar dengan menggunakan bajak singkal traktor roda dua juga dilakukan di lahan pengujian Leuwikopo. Lain halnya dengan lahan pengujian desa Cikarawang, di Leuwikopo, pengolahan lahan, penanaman dan
perawatan dilakukan oleh mahasiswa dengan mengacu kepada pola budidaya ubi jalar pada umumnya.
Perbedaan yang mendasar antara lahan pengujian Leuwikopo dengan lahan pengujian desa Cikarawang adalah pada proses pengolahan lahan dilakukan secara mekanisasi dengan beragam perlakuan. Lahan seluas 23 x 40 m dibagi menjadi 4 petak dengan perlakuan berbeda pada masing-masing petaknya. Untuk petak pertama (P0), tidak dilakukan pengolahan lahan sama sekali, langsung dibuat guludan. Untuk petak kedua (P1), lahan mengalami pengolahan primer berupa pembajakan menggunakan bajak singkal. Petak ketiga (P2) diberi perlakuan pembajakan menggunakan bajak singkal dan satu kali penggaruan menggunakan garu piring. Dan petak terakhir (P3) mengalami pembajakan menggunakan bajak singkal dan dua kali penggaruan menggunakan garu piring.
Akan tetapi, pada petak pertama (P0), ubi tidak tumbuh sejak dari awal tanam.
Oleh karena itu, tidak dilakukan pengujian selanjutnya untuk P0.
Sebelum dilakukan pengujian, perlu diketahui sifat-sifat tanah diukur pada masing-masing petaknya saat kondisi siap panen. Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan, tanah Leuwikopo tergolong famili tanah Lithic Dystrudept dengan ciri berliat halus dan berbahan induk batu pasir tufaan (Budiawati, 2004).
Kadar air dan bulk density
Pengukuran diawali dengan mengambil sampel tanah dari tiap petak (gambar 21). Sebanyak 6 sampel tanah diambil pada tiga kedalaman berbeda, 0-5 cm, 5-10 cm dan 10-15 cm.
Gambar 21. Pengambilan sampel tanah
Dari tabel 12, diketahui tanah di lahan uji Leuwikopo memiliki nilai bulk density yang lebih besar dari pada desa Cikarawang. Ini mengindikasikan tanah Leuwikopo lebih keras dan akan menjadi sulit dibajak daripada lahan di desa Cikarawang. Nilai bulk density ini semakin meningkat seiring dengan kedalaman sampel tanah. Lahan Leuwikopo ini memang jarang digunakan untuk budidaya tanaman. Dalam hubungannya dengan kinerja pemanenan, kadar air berbanding lurus terhadap nilai slip. Dengan kata lain, pembajakan pada lahan dengan kadar air tinggi akan menghasilkan nilai slip yang tinggi pula. Sementara itu, nilai bulk density berbanding terbalik dengan nilai slip. Pada lahan dengan bobot isi tanah yang rendah, nilai slip cenderung tinggi karena roda berada diatas tanah yang rapuh.
Tabel 12. Nilai kadar air dan bulk density lahan Leuwikopo Petak Kedalaman (cm) Kadar air (%) Bulk density (g/cm3)
Selain nilai kadar air dan bulk density dilakukan juga perhitungan batas cair, batas plastis dan indeks plastisitas. Untuk itu, diambil 2 sampel tanah dari masing-masing petaknya. Dari P1, didapat rata-rata nilai batas cair sebesar 56.7%, batas plastis sebesar 19.7% dan indeks plastisitas 37. Untuk P2, didapat rata-rata nilai batas cair sebesar 52.6%, batas plastis sebesar 23.5% dan indeks plastisitas sebesar 29.1. Untuk P3, didapat rata-rata nilai batas cair sebesar 55.0%, batas plastis sebesar 20.5% dan indeks plastisitas sebesar 34.5. Berdasarkan
penggolongan jenis tanah oleh Attenberg, lahan uji Leuwikopo tergolong tanah dengan plastisitas tinggi (indeks plastisitas lebih besar dari 17), jenisnya clay dan bersifat kohesif. Sama halnya dengan desa Cikarawang, lahan Leuwikopo memiliki plastisitas tinggi yang akan membuat tanah lengket apabila dilakukan pemanenan.
Nilai tahanan penetrasi berbanding lurus terhadap kuat geser tanah.
Tingginya nilai tahanan penetrasi akan meningkatkan kuat geser tanah sehingga slip yang terjadi kecil. Nilai tahanan penetrasi menjadi indikator kekerasan tanah sebagai pondasi dari beban yang diberikan traktor.
Kuat geser tanah
Untuk sifat mekanik dari tanah, dilakukan pengujian geser langsung (direct shear test) dengan dua jenis pembebanan, beban 0.5 kg dan 1 kg seperti terlihat pada gambar 22. Pengujian ini dilakukan terhadap masing-masing petak.
Gambar 22. Pengujian kuat geser langsung
Pergeseran yang terjadi setelah dilakukan uji geser langsung sangat kecil, menunjukkan tanah memiliki konsistensi tinggi. Data ini didukung dengan nilai indeks plastisitas yang tinggi. Traktor akan memerlukan tenaga besar untuk menggerakkan singkal dan memanen ubi jalar.
Sampel tanah pada petak P1 menghasilkan persamaan direct shear τ=0.219σneff+0.304. Tangen sudut yang dibentuk oleh gaya geser terhadap gaya normal sebesar 0.219, dan nilai kohesi tanah sebesar 0.304 kg/cm2. Sampel tanah
pada petak P2 menghasilkan persamaan direct shear τ=0.590σneff+0.019. Tangen sudut yang dibentuk oleh gaya geser terhadap gaya normal sebesar 0.590, dan nilai kohesi tanah sebesar 0.019 kg/cm2. Sampel tanah pada petak P2 menghasilkan persamaan direct shear τ=0.710σneff+0.002. Tangen sudut yang dibentuk oleh gaya geser terhadap gaya normal sebesar 0.710, dan nilai kohesi tanah sebesar 0.002 kg/cm2.
Kuat geser tanah akan mempengaruhi nilai slip. Tanah dengan kuat geser tinggi akan memberikan konsistensi pada tanah terhadap beban yang diberikan oleh traktor sehingga slip yang terjadi kecil. Kuat geser tanah ini sendiri dipengaruhi oleh kadar air, bobot isi tanah dan tahanan penetrasi.
Tahanan penetrasi
Nilai tahanan penetrasi berbanding lurus terhadap kuat geser tanah.
Tingginya nilai tahanan penetrasi akan meningkatkan kuat geser tanah sehingga slip yang terjadi kecil. Nilai tahanan penetrasi menjadi indikator kekerasan tanah sebagai pondasi dari beban yang diberikan traktor.
Gambar 23. Grafik tahanan penetrasi lahan Leuwikopo
Dari grafik pada gambar 23, terlihat bahwa sampai kedalaman 15 cm, tanah memiliki nilai tahanan penetrasi seragam. Memasuki kedalaman 20 cm, tahanan penetrasi mengalami peningkatan signifikan hingga ke kedalaman 45.
Dari nilai-nilai tersebut, dapat diketahui bahwa tanah di lahan uji Leuwikopo
hanya biasa diolah pada lapisan atas, yakni pada kedalaman 0-15 cm. Hal ini bisa disebabkan oleh jarangnya penggunaan lahan untuk budidaya tanaman, atau karena tanaman yang biasa ditanam adalah tanaman sejenis dengan ubi jalar yang hanya memerlukan pengolahan lahan atas saja.
Slip roda traktor
Tabel 13. Nilai slip roda pada pengujian P1 di lahan uji Leuwikopo Ulangan
Pengukuran slip dilakukan seiring dengan proses pemanenan. Diambil 4 kali ulangan dari masing-masing petak yang artinya satu kali pengukuran dari tiap pembajakan. Untuk petak P1, P2 dan P3 nilai slip dapat dilihat pada tabel 13, 14 dan 15.
Tabel 14. Nilai slip roda pada pengujian P2 di lahan uji Leuwikopo Ulangan
Perbedaan yang muncul dari nilai slip roda kanan dan roda kiri muncul karena posisi traktor tidak stabil terhadap guludan. Selain itu, bentuk guludan di lahan uji Leuwikopo tidak seragam.
Tabel 15. Nilai slip roda pada pengujian P3 di lahan uji Leuwikopo
Nilai slip ini dipengaruhi oleh sifat-sifat tanah di lahan uji dan juga layout lahan. Sifat-sifat tanah tersebut antara lain kadar air, bobot isi tanah, indeks plastisitas dan tahanan penetrasi. Sering terjadi perbedaan nilai slip antara roda kanan dan roda kiri karena guludan sedikit lebih lebar dari lebar traktor sehingga operator harus menyeimbangkan agar jalannya traktor tetap lurus. Nilai slip terbesar terjadi pada ulangan pertama yang dihitung pada pembajakan pertama.
Pembajakan selanjutnya relatif lebih mudah karena tanah sudah terolah, terlihat dari nilai slip yang lebih kecil.
Kapasitas dan mutu pemanenan
Setelah dilakukan pengukuran terhadap sifat-sifat tanah pada lahan uji Leuwikopo, dilakukan pengujian pemanenan. Pengujian dilakukan dengan mengambil masing-masing satu guludan dari masing-masing petak.
Tabel 16. Kapasitas pemanenan lahan Leuwikopo Petak Ubi terpanen
(kg)
Waktu (detik)
KPE (kg/jam) KPT (kg/jam) Efisiensi (%)
P1 1.09 228 15.624 17.211 90.78 P2 3.56 238 52.956 53.849 98.34 P3 5.63 253 76.824 80.111 95.90
Kapasitas pemanenan dari lahan uji Leuwikopo dapat dilihat pada tabel 16. Kapasitas pemanenan di lahan uji Leuwikopo lebih rendah jika dibandingkan dengan lahan uji desa Cikarawang. Penyebabnya antara lain kondisi tanah
Leuwikopo dengan nilai indeks plastisitas rata-rata sebesar 34.5 memiliki sifat-sifat tanah yang mengakibatkan slip yang terjadi lebih besar jika dibandingkan dengan lahan uji desa Cikarawang. Selain itu, perlakuan pengolahan lahan juga mempengaruhi jumlah ubi yang tumbuh dan layak panen. Walaupun kapasitas pemanenan rendah, nilai efisiensi pemanenan tetap tinggi, diatas 90%.
Jumlah ubi yang berhasil dipanen menggunakan bajak singkal menjadi indikasi tingkat keberhasilan pemanenan. Jumlah ubi terpanen dengan bajak singkal pada P1 sebanyak 7 buah seberat 0.99 kg dan yang tidak terpanen sebanyak 1 buah seberat 0.1 kg. Pada P2, ubi yang berhasil dipanen sebanyak 27 buah dengan berat 3.5 kg dan yang tidak berhasil dipanen sebanyak 1 buah dengan berat 0.06 kg. Pada P3, ubi yang terpanen sebanyak 38 buah dengan berat 5.4 kg, dan yang gagal terpanen sebanyak 4 buah seberat 0.23 kg. Dari hasil ini, didapat efisiensi pemanenan dengan menggunakan bajak singkal sebesar 90.8%
untuk P1, 98.3% untuk P2 dan 95.9% untuk P3. Untuk lahan uji Leuwikopo, tidak ditemukan adanya indikasi ubi rusak akibat pembajakan.