Kondisi Daerah Penelitian
Lahan percobaan Kwala Bekala USU secara administratif tepatnya berada di desa Kwala Bekala, Kecamatan Pancur Batu, Kabupaten Deli Serdang. Secara geografis lahan ini terletak pada 3° 29' 18,6" LU dan 98° 37' 26,3" BT. Iklim di lokasi ini berdasarkan klasifikasi Schmidt dan Ferguson termasuk iklim tipe A (14,3-33,3 %) dengan curah hujan rata-rata adalah 130 mm/hari dan hari hujan terbesar terjadi pada bulan Oktober sampai dengan April. Suhu udara minimum adalah 22 °C dan maksimum adalah 34 °C (USU, 2009a).
Tata guna lahan di kampus USU Kwala Bekala dalam kaitannya dengan kedudukan USU sebagai perguruan tinggi BHMN dengan visi “University for Industry” akan mengakomodasi baik fungsi akademik, maupun fungsi-fungsi yang dapat diakses oleh publik. Untuk itu tata guna lahan Kampus USU Kwala Bekala dibagi menjadi kawasan-kawasan: (a) akademik dan laboratorium terpadu (b) zona pendukung (c) hutan pendidikan (arboretum) (d) laboratorium kebun bunga dan hortikultura potong (e) laboratorium pembenihan kelapa sawit (f) laboratorium peternakan (USU, 2009b).
Kawasan hutan pendidikan (Arboretum) terletak di bagian selatan kampus, berdampingan dengan kawasan laboratorium terpadu. Menempati lahan seluas ± 7,2 ha, merupakan taman hutan raya sebagai bagian dari kegiatan akademik Fakultas Kehutanan dan Pertanian yang juga dapat diakses oleh publik, baik untuk daerah topografi yang paling tinggi, memungkinkan terlaksananya fungsi area
hijau sebagai daerah konservasi kawasan. Lahan ini juga diperuntukkan untuk mahasiswa untuk keperluan penelitian ataupun observasi (USU, 2009c).
Jenis Tanah
Jenis tanah merupakan salah satu faktor penting dalam pertumbuhan tanaman karena perbedaan jenis tanah mempengaruhi sifat–sifat dari tanah tersebut. Beberapa jenis tanah yang terdapat di Lahan Percobaan Kwala Bekala USU di antaranya Andepts, Entisol, Inceptisol, dan Ultisol. Dari beberapa jenis tanah tersebut terdapat 3 lapisan tanah yakni, lapisan pertama adalah tanah pada lapisan ini mempunyai konsistensi rendah sampai medium berwarna coklat kekuningan sampai coklat gelap. Pada lapisan ini terkadang terdapat sedikit pasir halus yang merupakan tanda-tanda proses pelapukan dari batuan induknya. Lapisan kedua adalah pasir berlempung yang berwarna coklat sampai abu-abu dengan kadar air yang rendah sampai sedang/menengah. Pada lapisan ini terkadang terdapat hanya lapisan pasir murni dengan tingkat kepadatan yang rendah. Lapisan ketiga adalah batuan yang berwarna coklat gelap sampai abu-abu dan kadar air yang rendah dengan tingkat kepadatan yang rendah sampai sedang.
Tekstur Tanah
Pengukuran tekstur tanah di Laboratorium Sentral Fakultas Pertanian USU dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil analisa tekstur tanah
Jenis tanah Fraksi Tekstur tanah Pasir (%) Debu (%) Liat (%)
Andepts 71,12 9,72 19,16 Lempung berpasir Inceptisol 67,12 6,72 26,16 Lempung liat berpasir
Daritabel diatas dapat dilihat bahwa tanah Andepts memiliki tekstur lempung berpasir, tanah Inceptisol memiliki tekstur lempung liat berpasir, dan tanah Ultisol memiliki tekstur lempung liat berpasir yang dapat ditentukan dengan menggunakan segitiga USDA.
Hubungan tekstur tanah dengan daya menahan air dan ketersediaan hara tanah yaitu tanah dengan tekstur liat mempunyai luas permukaan yang lebih besar sehingga kemampuan menahan air dan menyediakan unsur hara tinggi, sebaliknya tanah yang bertekstur pasir mempunyai luas permukaan yang kecil sehingga sulit menyerap (menahan) air dan unsur hara (Hadjowigeno 2007).
Jika dilihat perbandingan persentase pasir, liat, dan debu pada ketiga jenis tanah, persentase kandungan pasir pada tanah Ultisol merupakan yang terbesar dibandingkan tanah Andepts dan Inceptisol, kandungan liat pada tanah Inceptisol lebih besar dibandingkan tanah Andepts dan Ultisol dan untuk kandungan debu pada tanah Andepts lebih besar dibandingkan tanah Inceptisol dan Ultisol. Dengan demikian dapat dipastikan tanah Inceptisol lebih sulituntuk meloloskan air dibandingkan tanah Andepts dan Ultisol berdasarkan kandungan pasirnya .Hal ini sesuai dengan pernyataan Hanafiah (2005) yang menyatakan bahwa tanah yang mengandung persentase pasir cukup besar dalam teksturnya akan mudah melewatkan air dalam tanah. Hal ini terkait dengan pengaruh tekstur terhadap proporsi bahan koloidal, ruang pori dan luas permukaan adsorbsi, yang semakin halus teksturnya akan makin banyak, sehingga makin besar kapasitas simpan airnya, hasilnya berupa peningkatan kadar dan ketersediaan air tanah. Namun kemampuan tanah meloloskan air, tidak hanya bergantung kepada tekstur
tanahnya. Banyak faktor lain yang berpengaruh seperti porositas, bahan organik, dan kontinuitas pori – pori tanah.
Bahan Organik Tanah
Pengukuran kadar C-Organik tanah di Laboratorium Sentral Fakultas Pertanian USU dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil analisa kandungan bahan organiktanah
Jenis tanah Kadar C-organik (%) Kandungan bahan organik (%)
Andepts 1,35 2,33
Inceptisol 0,83 1,43
Ultisol 0,52 0,90
Dari tabel di atas didapat hasil pengukuran kandungan bahan organikdari ketiga jenis tanah, dimana kandungan bahan organik yang terbesar adalah pada tanah Andepts sebesar 2,33 % dan kandungan bahan organik yang terkecil adalah pada tanah Ultisol sebesar 0,90 %. Dengan kandungan bahan organik yang lebih besar pada tanah Andepts maka kemampuan menahan air lebih besar dibandingkan pada tanah Inceptisol dan Ultisol. Hal ini sesuai dengan pernyataan Hakim, dkk (1986) yang menyatakan bahwa bahan organik memiliki pengaruh terhadap sifat fisik tanah di antaranya kemampuan menahan air meningkat, warna tanah menjadi coklat hingga hitam, merangsang granulasi agreggat dan memantapkannya, dan menurunkan plastisitas, kohesi, dan sifat buruk lainnya dari liat.
Kerapatan Massa Tanah
Pengukuran kerapatan massa tanah di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian USU dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil analisa kerapatan massa tanah (Bulk density)
Jenis tanah Bulk density (gr/cm3)
Andepts 1,1
Inceptisol 1,2
Ultisol 1,1
Dari tabel di atas dapat dilihat hasil pengukuran kerapatan massa yang berbeda di antara ketiga jenis tanah, dimana nilai kerapatan massa yang terbesar terdapat pada tanah Inceptisol sebesar 1,2 gr/cm3 dan nilai kerapatan massa yang terkecil terdapat pada tanah Andepts sebesar 1,1 gr/cm3. Hal ini menunjukkan tanah Inceptisol lebih padat dibandingkan dengan tanah Andepts dan Ultisol. Menurut Hardjowigeno (2003)bulk density dipengaruhi oleh padatan tanah, di manatanah yang lebih padat mempunyai bulk density yang lebih besar.
Kerapatan Partikel Tanah
Pengukuran kerapatan partikel tanah di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian USU dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Hasil analisa kerapatan partikel tanah (Particledensity)
Jenis tanah Particle density (gr/cm3)
Andepts 2,35
Inceptisol 2,89
Ultisol 2,27
Dari tabel di atas dapat dilihat hasil pengukuran kerapatan partikelpada ketiga jenis tanah, dimana nilai kerapatan partikel yang terbesar terdapat pada
tanah Andepts sebesar 2,89 gr/cm3 dan nilai kerapatan partikel yang terkecil terdapat pada tanah Ultisol sebesar 2,27 gr/cm3. Menurut Hanafiah (2005) particle density sangat berhubungan dengan bulk density, jika bulk density tanah sangat besar maka particle density juga besar. Hal ini dikarenakan partikel density
berbanding lurus dengan bulk density, namun apabila tanah memiliki tingkat kadar air yang tinggi maka partikel density dan bulk density akan rendah.
Porositas Tanah
Pengukuran nilai porositas tanah di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian USU dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Hasil analisa porositas tanah
Jenis tanah Porositas (%)
Andepts 53
Inceptisol 58
Ultisol 52
Dari tabel di atas dapat dilihat nilai porositas tanah Inceptisol lebih besar dibandingkan nilai porositas tanah Inceptisol dan Ultisol. Menurut Hardjowigeno (2003) porositas tanah dipengaruhi oleh kandungan bahan organik dan tekstur tanah. Porositas tanah tinggi kalau bahan organik tinggi dan tanah dengan tekstur pasir banyak mempunyai pori-pori makro sehingga sulit menahan air. Walaupun memiliki kandungan bahan organik yang lebih kecil dibandingkan tanah Andepts, tekstur tanah Inceptisol memiliki kandungan pasir yang lebih kecil dibandingkan tanah Andepts dan Ultisol sehingga menyebabkan porositasnya menjadi lebih besar.
Berdasarkan persamaan (4) nilai porositas diperoleh dari besarnya kerapatan massa tanah dan kerapatan partikel tanah. Di mana berdasarkan persamaan tersebut dapat dijelaskan bahwa semakin besar kerapatan partikel maka semakin besar pula porositasnya. Faktor – faktor penting yang mempengaruhi besarnya kerapatan massa tanah dan kerapatan partikel tanah di antaranya tekstur tanah dan bahan organik, di mana tekstur tanah berpengaruh terhadap volume padatan tanah. Menurut Hanafiah (2005) volume padatan tanah tersusun atas fraksi pasir, debu, dan liat sehingga dipengaruhi oleh teksturnya. Tanah yang lebih padat tentunya memiliki kerapatan massa dan kerapatan partikel yang lebih besar. Bahan organik juga berpengaruh terhadap kerapatan massa tanah dan kerapatan partikel tanah, di mana keduanya memiliki hubungan yang berbanding terbalik dengan bahan organik. Hal ini sesuai dengan literatur Israelsen and Hansen (1962) yang menyatakan bahwa bahan organik sangat mempengaruhi nilai kerapatan massa dan kerapatan partikel tanah, semakin besar kandungan bahan organik maka kerapatan massa dan kerapatn partikel semakin kecil, begitu juga sebaliknya. Hal tersebut dikarenakan kandungan bahan organik yang besar meningkatkan volume tanah sehingga volume tanah menjadi lebih besar.
Besarnya porositas tanah yang ditentukan oleh kerapatan massa tanah dan kerapatan partikel tanah berdasarkan persamaan (4) berpengaruh kepada laju permeabilitas, di mana semakin besar porositas maka semakin besar pula laju permeabilitas tanahnya, begitu juga sebaliknya.
Kedalaman Efektif Tanah
Pengukuran kedalaman efektif tanah di Lahan Percobaan Kwala Bekala USU dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 8. Hasil pengukurankedalaman efektif tanah
Jenis tanah Kedalaman efektif (cm)
Andepts 103
Inceptisol 128
Ultisol 94
Dari tabel di atas dapat dilihat hasil pengukuran kedalaman efektif ketiga jenis tanah, dimana kedalaman efektif tanah Inceptisol lebih besar dibandingkan kedalaman efektif tanah Andepts dan Ultisol. Hal ini berarti ketersediaan air dan pertumbuhan akar pada tanah Inceptisol sangat terbatas sehingga mempengaruhi daya serap air oleh tanah yang menyebabkan tanah lebih muda tergenang oleh air. Hal ini sesuai dengan literatur Hardjowigeno (2003) yang menyatakan bahwa tanah dengan kedalaman dangkal akan membatasi ketersediaan air dan pertumbuhan akar. Demikian juga, tanah dangkal pada area yang datar dengan permeabilitas rendah akan mungkin tergenang secara musiman. Menurut Israelsen
and Hansen (1962) tebal/kedalaman tanah (L) sangat berpengaruh terhadap laju permeabilitas tanah (k), di mana hukum Darcy menjelaskan hubungan yang searah antara tebal/kedalaman tanah (L) dengan laju permeabilitas tanah (k), semakin besar tebal/kedalaman tanah (L) maka semakin besar pula laju permeabilitas tanah (k) tersebut.
Laju Permeabilitas Tanah
Pengukuran laju permeabilitas tanah di Laboratorium Sentral Fakultas Pertanian USU dan langsung di lapangan dapat dilihat pada Tabel 9.
Tabel 9. Hasil analisa laju permeabilitas tanah
Jenis tanah Laju permeabilitas tanah (cm/jam) Kategori1 Laboratorium Lapangan
Andepts 1,34 1,26 Agak lambat Inceptisol 3,20 2,23 Sedang
Ultisol 1,06 0,98 Agak lambat
1
= Kategori menurut Uhland and O’neal (1951)
Dari hasil pengukuran laju permeabilitas di laboratorium dan lapangan dapat dikategorikan bahwa laju permeabilitas pada tanah Andepts dan Ultisol tergolong agak lambat dan laju permeabilitas pada tanah Inceptisol tergolong sedang. Dengan demikian tanah Inceptisol memiliki laju permeabilitas lebih besar dibandingkan tanah Andepts dan Ultisol.Laju permeabilitas yang lebih besar pada tanah Inceptisol disebabkan oleh porositas tanah tersebut lebih besar dibandingkan porositas pada tanah Andepts dan Ultisol. Hal ini sesuai dengan literatur Hanafiah (2005) yang menyatakan bahwa porositas atau ruang pori adalah rongga antar tanah yang biasanya diisi air atau udara. Pori sangat menentukan sekali dalam permeabilitas tanah, semakin besar pori dalam tanah tersebut, maka semakin cepat pula permeabilitas tanah tersebut.
Selain faktor porositas, kedalaman efektif tanah juga berpengaruh terhadap besarnya laju permeabilitas. Tanah yang memiliki kedalaman efektif yang besar memiliki ruang penyebaran air yang lebih dalam pada tanah Inceptisol sehingga menyebabkan laju permeabilitas tanahnya menjadi lebih besar. Hal ini sesuai dengan literatur Hardjowigeno (2003) yang menyatakan bahwa tanah dengan
kedalaman efektif yang besar mengakibatkan ketersediaan air dan pertumbuhan akar yang cukup besar pula sehingga air semakin mudah diloloskan ke dalam tanah sehingga tanah tidak mudah tergenang.
Pengukuran laju permeabilitas di laboratorium dilakukan dengan cara mengambil sampel tanah dengan menggunakan ring sampel kemudian tanah di dalam ring direndam dalam bak air selama dua belas jam dengan maksud untuk mengeluarkan udara yang ada dalam pori – pori tanah sehingga tanah menjadi jenuh. Setelah perendaman selesai, sampel tanah di dalam ring disambung dengan lima ring sampel lain kemudian ring sampel yang berisi tanah tersebut dipindah ke alat penetapan permeabilitas dan ditambahkan air secara hati – hati setinggi ring sampel dan dipertahankan tinggi air tersebut. Setelah itu, dilakukan pengukuran volume air yang mengalir melalui alat penetapan permeabilitas tanah tersebut dalam kurun waktu satu jam, pengukuran volume air tersebut sebanyak lima kali pada masing – masing sampel tanah, kemudian hasilnya dirata – ratakan.
Pengukuran laju permeabilitas di lapangan dilakukan dengan menggunakan tabung permeameter dengan kedalaman tanah dan tinggi muka air yang tetap. Sebelum dilakukan pengukuran, tanah dijenuhkan terlebih dahulu. Setelah tanah pada kondisi telah dijenuhi, dilakukan penambahan air secara kontinu pada tanah yang telah dijenuhi kemudian diukur volume air yang ditambahkan selama waktu tertentu dengan tinggi muka air yang dijaga konstan. Pengukuran volume air tersebut dilakukan sebanyak tiga kali pada masing – masing tanah sehingga menghasilkan tiga nilai laju permeabilitas, kemudian hasilnya dirata – ratakan.
Dari hasil pengukuran laju permeabilitas di laboratorium dan di lapangan didapat hasil pengukuran di laboratorium selalu lebih besar dibandingkan di lapangan. Berdasarkan pengamatan di lapangan beberapa hal yang mempengaruhi hasil tersebut di antaranya adalah kedalaman tanahnya dan udara yang terjebak pada lapisan tanah pada saat masuknya aliran air ke dalam tanah. Hillel (1981) menyatakan bahwa kedalaman tanah dapat menentukan jumlah air tersedia yang dapat disimpan dalam sebuah profil tanah. Kedalaman tanah dapat diartikan sebagai keseluruhan volume tanah yang tersedia untuk menyimpan air. Dengan asumsi semua faktor lain konstan, tanah yang dalam lebih banyak mengikat air dari pada tanah yang dangkal. Aliran air yang masuk ke dalam tanah dapat terhambat oleh udara yang terdapat dalam pori – pori tanah disebabkan ukuran pori tersebut. Oleh sebab itu, dilakukan proses penjenuhan agar aliran air tidak terhambat oleh udara tersebut. Akan tetapi, dalam proses penjenuhan tidak semua udara dapat dikeluarkan dari pori – pori tersebut terutama pada pori – pori yang kecil sehingga masih terdapat udara yang dapat menghambat masuknya air ke dalam tanah.
Laju permeabilitas merupakan parameter penting dalam irigasi dan drainase terutama yang menggunakan saluran tanah. Selama proses drainase, permeabilitas sangat menentukan besar kecilnya aliran air yang didrainase. Israelsen and Hansen (1962) menyatakan bahwa di dalam studi irigasi dan drainase, permeabilitas adalah variabel yang dominan. Permeabilitas tanah sangat penting di dalam desain sistem drainase untuk reklamasi tanah salin dan alkali. Menurut Sunardi (2006) permeabilitas sangat mempengaruhi irigasi, permeabilitas juga merupakan kemampuan tanah dalam menahan air, jika kemampuan tanah
dalam menahan air lemah maka akan mempengaruhi air yang ada di dalam irigasi, dengan demikian tanah pada saluran irigasi yang mempunyai permeabilitas lemah akan menyebabkan tinggi air yang akan hilang (merembes) sehingga jumlah air yang akan didrainase menjadi berkurang atau memerlukan waktu yang lebih lama.