Latar Belakang
Model prediksi erosi merupakan salah satu model yang digunakan sebagai alat bantu dalam pengelolaan daerah aliran sungai (DAS). Model tersebut terutama digunakan dalam proses penyusunan perencanaan, monitoring dan evaluasi program-program konservasi tanah dan air yang diterapkan dalam suatu DAS agar sumberdaya lahan dan lingkungan dalam DAS tersebut dapat dimanfaatkan secara optimal, dan secara bersamaan fungsi- fungsi hidrologi, ekologi dan ekonomi DAS dalam menunjang dinamika kehidupan dapat dilestarikan.
Model ANSWERS (Areal Non point Source W atershed Environment Response
Simulation) merupakan model prediksi erosi berdasar proses dengan pendekatan
parameter terdistribusi berbasis kejadian hujan. Model tersebut mempunyai struktur model relatif sederhana dan telah digunakan pada beberapa penelitian dan perencanaan pengelolaan DAS di Indonesia. Model ANSWERS dikembangkan berlandaskan model USLE (Universal Soil Loss Equation) dikombinasikan dengan model transportasi sedimen (Beasley dan Huggins, 1981). Aplikasi model ANSWERS di Black Creek Project menunjukkan bahwa model tersebut memberikan hasil prediksi yang cukup baik dan dapat digunakan sebagai alat bantu perencanaan dan evaluasi teknik konservasi tanah dan air yang diterapkan dalam suatu DAS (Bouraoui dan Dillaha, 1996). Penggunaan model ANSWERS di Indonesia telah dilakukan oleh Irianto (1993), Aswandi (1996), Tikno (1996), Ginting dan Ilyas (1997), Ramadhan (1998), dan Hidayat (2001).
Penggunaan model ANSWERS di wilayah tropika basah seperti di Indonesia dihadapkan pada kendala nilai parameter masukan model yang kurang optimal sebagai akibat perbedaan karakteristik biofisik dan pengelolaan lahan di wilayah tropis dan subtropis. Pola penggunaan lahan yang relatif homogen (secara spasial dan temporal) di wilayah sub tropis sangat berbeda dengan pola penggunaan lahan di wilayah tropika basah yang biasanya menggunakan pola tumpang sari (multiple cropping) dan tumpang gilir (inter cropping). Penentuan nilai parameter masukan model ANSWERS khususnya nilai faktor pengelolaan
tanaman (faktor C) dan parameter lain yang terkait dengan faktor pengelolaan tanaman dan penggunaan lahan seperti presentase tutupan tajuk vegetasi (PER), volume intersepsi potensial (PIT) dan koefisien kekasaran permukaan (RC) yang sesuai dengan karakteristik biofisik lahan di wilayah tropika basah, sangat diperlukan untuk meningkatkan keakuraratan model ANSWERS dalam memprediksi erosi DAS di wilayah tropika basah.
Penggunaan nilai parameter faktor C (faktor pengelolaan tanaman) pada sub model produksi sedimen dalam model ANSWERS yang diadopsi dari model USLE kontradiktif dengan filosofis model ANSWERS yang mensimulasikan erosi per-kejadian hujan. Faktor C-USLE merupakan faktor C rataan tahunan yang nilainya ditentukan berdasarkan hasil pengamatan erosi jangka panjang dengan berbagai variasi jumlah dan intensitas hujan serta variasi jenis dan pola tanam yang diusahakan. Selain digunakan dalam model ANSWERS, nilai faktor C- USLE juga digunakan dalam model prediksi erosi lainnya seperti model AGNPS, EPIC, CREAMS dan SWAT baik di negara dimana model tersebut dikembangkan (Amerika Serikat) maupun di negara lain termasuk di Indonesia.
Pendefinisian faktor C-ANSWERS (faktor C yang sesuai dengan kondisi per-tumbuha n tanaman) dalam model ANSWERS diharapkan dapat meningkatkan keakuratan model tersebut dalam memprediksi erosi tanah khususnya di daerah tropika basah. Adanya korelasi linier antara parameter input faktor C dengan erosi keluaran model ANSWERS (Hidayat, 2001) menyebabkan keragaan erosi keluaran model sejalan dengan keragaan nilai faktor C-ANSWERS (parameter input model ANSWERS).
Selain digunakan untuk memprediksi erosi DAS, model ANSWERS juga digunakan untuk mensimulasikan teknik konservasi tanah dan air (best
management practice, BMP) untuk mengendalikan aliran permukaan dan erosi.
BMP yang disimulasikan dalam model ANSWERS meliputi pengolahan tanah konservasi, tile outlet terrace, saluran berumput, dan kolam sedimentasi. Peningkatkan kemampuan model ANSWERS dalam mensimulasikan teras gulud (dan teknik konservasi tanah dan air lainnya) sangat diperlukan agar model ANSWERS dapat digunakan untuk mensimulasikan teknik konservasi tanah dan air yang biasa diterapkan di Indonesia (daerah tropika basah).
3 Penggunaan model ANSWERS (model prediksi erosi parameter terdistribusi) di Indonesia sangat diperlukan untuk menentukan teknik konservasi tanah dan air serta pengelolaan lahan dalam upaya merehabilitasi lahan- lahan kritis dan mengembalikan daya dukung lahan bekas perladangan dan perambahan hutan. Untuk mengidentifikasi keragaman nilai faktor C-ANSWERS pada beberapa penggunaan lahan di daerah tropika basah, mempelajari dampak perubahan penggunaan lahan terhadap aliran permukaan dan kehilangan unsur hara, serta mensimulasikan perubahan penggunaan lahan terhadap fungsi hidrologi dan erosi tanah, maka penelitian dilakukan di DAS Nopu Hulu, Desa Bulili, Kecamatan Palolo, Kabupaten Donggala, Sulawesi Tengah. Lokasi penelitian meliputi areal seluas234.2 hektar, terletak pada wilayah perbukitan di batas tepi dan dalam kawasan Taman Nasional Lore Lindu (TNLL) yang di dalamnya masih terdapat kegiatan perambahan hutan oleh masyarakat sekitar hutan.
Tujuan dan M anfaat Penelitian Tujuan penelitian
• Mendefinisikan faktor C-ANSWERS untuk meningkatkan keakuratan model ANSWERS dalam memprediksi erosi di daerah tropika basah dan evaluasinya dari data empiris.
• Menyusun skript model ANSWERS-PCRaster yang mampu mensimulasikan penerapan teknik konservasi tanah dan air dan perubahan penggunaan lahan.
• Mengkaji dampak perambahan hutan terhadap aliran permukaan, erosi dan kehilangan unsur hara.
M anfaat Penelitian
• Memperkaya khazanah ilmu pengetahuan khususnya yang berkaitan dengan pengembangan model prediksi erosi di Indonesia.
• Memberikan kontribusi terhadap pengembangan model prediksi erosi sebagai alat bantu perencanaan, monitoring dan evaluasi pengelolaan DAS di Indonesia.
• Memberikan masukan kepada instansi terkait dalam pengelolaan DAS Nopu Hulu di Kabupaten Donggala dan Propinsi Sulawesi Tengah (terutama Balai Taman Nasional Lore Lindu) dalam upaya mengatasi dampak perambahan hutan di sekitar Taman Nasional Lore Lindu dan wilayah lainnya dengan kondisi biofisik yang serupa.
Kerangka Pemikiran
Pensimulasian proses dan pengendalian erosi tanah dengan menggunakan model prediksi erosi telah lama dilakukan ahli-ahli konservasi tanah. Pensimulasian tersebut dilakukan mulai dari skala plot (plot erosi/lahan usahatani) dengan pendekatan lump hingga skala DAS menggunakan model parameter terdistribusi. Model USLE (Weischmeier dan Smith, 1965; 1978) merupakan model prediksi erosi empiris yang mendasari pengembangan model prediksi erosi lainnya seperti model ANSWERS, AGNPS dan SWAT. Penggunaan model prediksi erosi tersebut dalam perencanaan pengelolaan DAS sangat diperlukan untuk menentukan teknik konservasi tanah dan air guna menjamin kelestarian fungsi dan manfaat DAS.
Peningkatan keakuratan model ANSWERS dalam memprediksi erosi tanah dapat dilakukan melalui: a) pendefinisian faktor C-ANSWERS yaitu faktor C yang sesuai dengan karakteristik model ANSWERS dan kondisi pertumbuhan tanaman di lapangan, dan b) penyusunan model ANSWERS dalam format PCRaster (ANSWERS-PCRater) yang dikombinasikan dengan pendekatan penelusuran kinematic routing. Faktor C-ANSWERS didefinisikan sebagai faktor C pada setiap fase pertumbuhan tanaman yang nilainya ditentukan berdasarkan nisbah erosi dari lahan dengan penggunaan dan pengelolaan tertentu terhadap erosi dari lahan terbuka yang diolah bersih dan tidak ditanami secara terus menerus.
Penyusunan skript model ANSWERS-PCRaster dilakukan dengan mengkom-binasikan algoritma model ANSWERS dengan fungsi dan operator model PCRaster sehingga proses dan penghitungan erosi tanah serta pensimulasian tindakan konservasi tana h dan air dapat dimodelkan secara lebih baik. Penyusunan model ANSWERS-PCRaster dimaksudkan untuk mempermudah pengolahan data masukan dan penyajian keluaran model, memodifikasi algoritma model yang diperlukan, dan menambahkan kemampuan
5 model yang diperlukan untuk mesimulasikan penerapan teknik konservasi tanah dan air serta perubahan penggunaan lahan yang biasa diterapkan di daerah tropika basah. Diagram alir kegiatan penelitian disajikan pada Gambar 1.
Kebaruan Penelitian
Perbedaan pendekatan model USLE yang memprediksi rataan erosi tanah tahunan dengan model ANSWERS yang memprediksi erosi tanah per-kejadian hujan menyebabkan penggunaan parameter faktor C (faktor pengelolaan tanaman) dalam model ANSWERS yang diadopsi langsung dari model USLE (C-USLE), kontradiktif dengan paradigma kedua model yang dikembangkan. Nilai faktor C- USLE merupakan nilai rataan faktor C jangka panjang untuk suatu pola penggunaan lahan dan penge-lolaan tanaman tertentu. Oleh karena itu nilai faktor C tersebut tidak dapat merep-resentasikan keragaan nilai faktor C pada setiap fase pertumbuhan tanaman. Penggunaan nilai faktor C-ANSWERS (faktor C yang sesuai dengan kondisi pertumbuhan tanaman) sebagai masukan model ANSWERS yang dilakukan dalam penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan keakuratan model tersebut dalam memprediksi erosi di daerah tropika basah.
Penyusunan skript model ANSWERS-PCRaster (model ANSWERS berbasis PCRaster) dengan menggunakan sistem lookup table akan mempermudah proses pengolahan parameter masukan model dan perancangan simulasi (skenario) penerapan teknik konservasi tanah dan air serta perubahan penggunaan lahan yang akan dilakukan. Penggunaan data berbasis raster yang dapat mendefinisikan sistem kurangan DAS secara lebih baik diharapkan dapat meningkatkan keakuratan model dalam memprediksi erosi tanah. Skript PCRaster untuk model ANSWERS merupakan bentuk awal pengembangan piranti lunak
(software) untuk memprediksi erosi tanah dengan parameter terdistribusi di
Indonesia (tropika basah). Selain itu pensimulasian teras gulud dalam model yang dikembangkan merupakan keluaran penelitian ini yang ditujukan untuk meningkatkan kemampuan model dalam mensimulasikan teknik konservasi tanah dan air yang banyak diterapkan di Indonesia.
Gambar 1. Diagram alir kegiatan penelitian
baik baik
Input Peta Dasar
DEM Karakteristik tanah Karakteristik lahan Liputan penakar hujan
Jaringan sungai Analisis II Deliniasi DAS Distribusi hujan Kemiringan lereng Ldd, Outlet PER, RC, C Erodibiltas tanah Infiltrasi Intersepsi Analisis III
Curah hujan neto Simpanan depresi Overland flow Erosi tanah Routing aliran permukaan Kapasitas transportasi aliran Routing sedimen R2 Efisiensi Model Simulasi Perubahan penggunaan lahan dan penerapan teknik
konservasi tanah dan air ANSWERS-PCRaster Hasil Sedimen Aliran Permukaan Analisis I Faktor C-ANSWERS Faktor C-USLE tidak ANSWERS-Fortran Hasil sedimen Aliran Permukaan R2 Efisiensi Model tidak Pengukuran Lapang II Curah hujan Karakteristik tanah Tutupan tajuk vegetasi
RC, HU Permeabilitas Hidrologi Pengukuran Lapang I (Plot Erosi) Erosi tanah Aliran permukaan Pengukuran Lapang III (DAS) Erosi tanah Aliran permu kaan
Kehilangan Hara
Tanah Sedimen Aliran permukaan
DAS Nopu Hulu Lesatari
Qmax/Qmin dan Hasil Sedimen : Rendah
TINJAUAN PUSTAKA