KARAKTERISTIK PORI TANAH DAN
HUBUNGANNYA DENGAN KADAR HARA N, P, K
ENNI DWI WAHJUNIE
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN DISERTASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Pergerakan Air pada Berbagai Karakteristik Pori Tanah dan Hubungannya dengan Kadar Hara N, P, K adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini
Bogor, Juni 2009
and Their Relation with N, P, K Concentration. Under direction of OTENG HARIDJAJA, SOEDODO HARDJOAMIDJOJO, and SUDARSONO.
In dryland, water movement plays an important role in crop water relation, air, and nutrient availability. In the soil, water movement is highly affected by soil pore characteristics, such as total porosity, pore size distribution, and pore stability. This research aimed to: (1) Determine the relationship between water movement and soil pore characteristics (2) Determine the relationship model between rainfall and water movement and soil moisture dynamic in dryland, (3) Assess the effect of water movement and soil moisture dynamic on soil moisture and nutrient distribution and (4) Determine soil pore characteristics that affect soil nutrient concentration. This research was conducted in the field and laboratory. The field experiment was conducted on Inceptisols (reddish brown Latosol) Bojong, Kemang, Bogor county. The measurements were focused on the water content, rainfall, and daily weather that used for assessing water fluxes, transient water movement, and water distribution. The measurements of soil nutrient concentration were taken every week. The results showed that the water fluxes increased with the increase in mobile water pores. The transient water movements increased with the increase in micro pores. The water fluxes increased with the increase in total rainfall, whereas the transient water movement increased to maximum, and then tended to reach a constant rate with total rainfall. The effect of water fluxes and transient water movement on water content depend on water holding capacity, while on nutrient concentration depend on soil adsorption and type of the soil nutrients. The nitrate and potassium concentrations decreased with the increase of water content. Besides affected by water content, nutrient concentration was affected by soil pore characteristics. The soil nutrient concentration increased if mobile water pores increased and it decreased if immobile water pores increased. This research implies that the pore characteristics play an important role in soil and water conservation and nutrient management in dry lands. The application of this research is suitable in other places which have different pore characteristics and rainfall.
Tanah dan Hubungannya dengan Kadar Hara N, P, K. Di bawah bimbingan
OTENG HARIDJAJA, SOEDODO HARDJOAMIDJOJO, dan SUDARSONO.
Pergerakan air di lahan kering sangat penting perannya dalam ketersediaan air, udara, dan hara bagi tanaman; maupun konservasi air dan hara tanaman. Pergerakan air dalam tanah sangat dipengaruhi oleh karakteristik pori tanah, seperti jumlah, distribusi ukuran, dan stabilitas pori. Di lahan kering, karena sumber air hanya berasal dari hujan, maka pergerakan air juga sangat dipengaruhi oleh curah hujan. Penelitian ini bertujuan: (1) menentukan keterkaitan antara pergerakan air (fluks aliran air dan laju pergerakan air transient) dengan karakteristik pori dalam tanah, (2) menentukan model keterkaitan antara curah hujan dengan pergerakan air (fluks aliran air dan pergerakan air transient) dalam tanah, (3) mengkaji pengaruh pergerakan air terhadap distribusi air dan hara dalam tanah, dan (4) menentukan karakteristik pori yang berpengaruh terhadap kadar hara dalam tanah.
Serangkaian penelitian telah dilakukan di lapangan dan di laboratorium. Penelitian dimulai dengan pemilihan lokasi tanah yang memiliki karakter pori berbeda, dilanjutkan dengan percobaan lapangan, analisis tanah di laboratorium, dan pengolahan data. Percobaan lapangan dilakukan pada Inceptisols (Latosol coklat kemerahan) di Desa Bojong, Kecamatan Kemang, Kabupaten Bogor, yang memiliki karakteristik pori berbeda dalam hal jumlah, distribusi ukuran, dan stabilitas pori tanah. Pengamatan lapangan dilakukan terhadap kadar air tanah, hujan, dan iklim setiap hari, yang digunakan untuk mengkaji fluks aliran air, laju pergerakan air transient, dan distribusi air, serta kadar hara tiap minggu.
pergerakan air transient semakin besar dengan makin besarnya ruang pori mikro tanah, dan mencapai maksimum pada kapasitas retensi air maksimum tanah. Perbedaan karakteristik pori dalam setiap lapisan kedalaman tanah mempengaruhi fluks aliran air dan laju pergerakan air transient tiap lapisan kedalaman tanah, sehingga besarnya fluks aliran air dan laju pergerakan air transient tiap kedalaman tanah berfluktuasi.
Semakin besar jumlah hujan, fluks aliran air makin besar sampai mencapai maksimum (negatif paling besar), kemudian besarnya konstan dengan model :
q = - 2,12 + 2,36 e
- 0,023 CH; r = 0,73 ……….(1)Pengaruh jumlah hujan terhadap fluks aliran air setiap kejadian hujan menentukan potensial air tanah, yang merupakan daya penggerak dalam pergerakan air. Laju pergerakan air transient meningkat sampai nilai maksimum, kemudian cenderung konstan dengan makin besarnya hujan dengan model:
d
θ
/dt =- 0,24 + (CH/(2,92)
0,46; CH < CH
KL; r = 0,76 ……….(2)Laju pergerakan air transient mencapai maksimum pada curah hujan 44,65 mm dengan laju pergerakan air transient sebesar 2,92 cm/hari. Pengaruh fluks aliran air dan laju pergerakan air transient (dinamika kadar air) terhadap kadar air dalam tanah tergantung pada kapasitas retensi air maksimum tanah dan jumlah hujan.
juga dipengaruhi oleh karakteristik pori dalam tanah, karena hara di dalam tanah berada di dalam pori tanah. Pengaruh karakteristik pori terhadap kadar hara dapat terjadi secara langsung maupun tak langsung. Kadar ammonium secara tak langsung meningkat dengan peningkatan ruang pori drainase sangat cepat, karena ruang pori drainase sangat cepat mempengaruhi ketersediaan air dan udara dalam tanah yang menentukan keberadaan ion amonium. Kadar nitrat secara tak langsung menurun dengan peningkatan ruang pori air imobil dalam tanah. Kadar P dan K larutan tanah meningkat dengan makin besarnya ruang pori air mobil dalam tanah. Ruang pori air mobil merupakan ruang pori makro yang dapat mendesorpsi hara dengan mudah dan mengadsorpsinya secara lemah; sehingga makin besar ruang pori air mobil dalam tanah, kadar P dan K larutan tanah makin besar; sebaliknya, kadar K larutan tanah menurun dengan makin besarnya ruang pori air imobil.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, karakteristik pori tanah dari jenis tanah yang sama sangat bervariasi, sehingga mempengaruhi pergerakan dan distribusi air dan hara tanah. Perbedaan dalam karakter pori tanah juga berdampak pada jumlah hujan yang dapat dikonservasi maupun pola perubahan kadar air dan hara tanah. Oleh karena itu dalam rangka penyediaan air dan hara yang optimum bagi tanaman maupun konservasi tanah, air, dan hara di lahan kering, penelitian seperti ini sangat baik direplikasikan di tempat lain yang memiliki karakteristik pori dan sebaran curah hujan berbeda.
@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
KARAKTERISTIK PORI TANAH DAN
HUBUNGANNYA DENGAN KADAR HARA N, P, K
ENNI DWI WAHJUNIE
Disertasi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Doktor pada Sekolah Pascasarjana
Institut Pertanian Bogor
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Penguji pada Ujian Tertutup:
Dr. Ir. Dwi Putro Tedjo Baskoro, MSc.
Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian Institut Pertanian Bogor
Penguji pada Ujian Terbuka:
1. Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fateta, IPB 2. Dr. Ir. Undang Kurnia, MSc., APU
Nama Mahasiswa : ENNI DWI WAHJUNIE
Nomor Pokok : A. 261020011
Menyetujui, 1. Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Oteng Haridjaja, MSc Ketua
Prof. Dr. Ir. Soedodo H., MSc. Prof. Dr. Ir. Sudarsono, MSc. Anggota Anggota
Mengetahui,
2. Ketua Program Studi Ilmu Tanah 3. Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Atang Sutandi, MS. Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS.
rahmat, dan hidayahNya sehingga disertasi ini berhasil diselesaikan. Disertasi dengan judul Pergerakan Air pada Berbagai Karakteristik Pori Tanah dan Hubungannya dengan Kadar Hara N, P, K ini merupakan hasil penelitian lapang dan laboratorium yang dilaksanakan sejak April 2005 sampai dengan April 2007, dan merupakan prasyarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Sekolah Pascasarjana IPB.
Pergerakan air dalam tanah di lahan kering berperan sangat penting dalam ketersediaan air, udara, dan hara bagi tanaman, maupun konservasi air dan hara. Pergerakan air dan kadar hara dalam tanah di lahan kering sangat dipengaruhi oleh karakteristik pori tanah maupun curah hujan. Dengan adanya penelitian tentang Pergerakan Air pada Berbagai Karakteristik Pori Tanah dan Hubungannya dengan Kadar Hara N, P, K ini diharapkan dapat memberikan masukan untuk pengelolaan air dan hara di lahan kering, terutama untuk prediksi ketersediaan air dan hara bagi tanaman maupun konservasi air untuk lahan-lahan lain yang memiliki karakteristik pori dan curah hujan berbeda.
Model keterkaitan antara pergerakan air dan dinamika kadar air pada berbagai karakteristik pori tanah dengan curah hujan sangat cocok diaplikasikan pada tempat yang memiliki karakteristik pori maupun sebaran curah hujan berbeda. Semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukannya.
Bogor, Juni 2009
dengan judul Pergerakan Air pada Berbagai Karakteristik Pori Tanah dan Hubungannya dengan Kadar Hara N, P, K ini merupakan hasil penelitian lapang dan laboratorium yang dilaksanakan sejak April 2005 sampai dengan April 2007, dan merupakan prasyarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Sekolah Pascasarjana IPB.
Dengan rendah hati penulis menghaturkan terimakasih dan rasa hormat kepada Bapak Dr. Ir. Oteng Haridjaja, MSc., sebagai Ketua Komisi Pembimbing, serta Bapak Prof. Dr. Ir. Soedodo H., MSc., dan Bapak Prof.Dr.Ir. Sudarsono, MSc. sebagai Anggota Komisi Pembimbing yang telah banyak memberikan pengarahan sejak penyusunan proposal, pelaksanaan penelitian, dan penulisan disertasi.
Kepada Dr. Ir. Dwi Putro Tedjo Baskoro, MSc, sebagai Penguji Luar Komisi dalam Ujian Tertutup, serta Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS, dan Dr. Ir. Undang Kurnia, APU sebagai Penguji Luar Komisi dalam Ujian Terbuka, diucapkan terimakasih
Kepada Departemen Pendidikan Nasional RI, melalui Rektor dan Dekan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, diucapkan terimakasih atas pemberian beasiswa BPPS untuk kelangsungan studi.
Ucapan terimakasih juga disampaikan kepada Rektor, Dekan SPS, Dekan dan Wakil Dekan Fakultas Pertanian, Ketua dan Sekretaris Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, serta Ketua Program Studi Ilmu Tanah atas ijin yang diberikan kepada penulis untuk menempuh program Doktor di IPB. Tak lupa penulis sangat berterimakasih kepada Prof. Dr. Ir. Naik Sinukaban, MSc. yang terus memberi semangat, serta keluarga Bagian Konservasi Tanah dan Air atas segala pengertian, dukungan, dan kekeluargaan.
Kepada Bayu Hartanta Ginting, Irma Primawati, Mariana, dan Hijriah, terimakasih bantuannya selama penelitian. Terimakasih juga disampaikan kepada Dr. K. Subagyono, Dr. U. Sudadi, Ir. B. Budijanto, Ir D. R Panuju, MSi, Dr. G. Djajakirana, Dr. S. Djuniwati, dan Dr Suwarno, atas segala saran, masukan, dan bantuan yang telah diberikan kepada penulis. Kepada seluruh analis dan laboran laboratorium di Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, terimakasih atas bantuannya. Kepada teman-teman seperjuangan selama menempuh pendidikan S3, terimakasih atas kebersamaannya.
Kepada Ibu, mbak, dan adik-adik, terimakasih atas doa dan dukungannya. Terimakasih atas doa, dukungan dana penelitian maupun penyelesaian studi, serta dorongan mental dan motivasi, penulis ucapkan kepada suami (Mas Nurwadjedi). Ananda Fahmi Akbar, terimakasih atas dorongan motivasi, pengorbanan, dan pengertiannya.
Bogor, Juni 2009
Penulis dilahirkan di Blitar pada tanggal 30 Maret 1960 sebagai anak kedua dari Bapak Joesoef Rahardjo (Alm) dan Ibu Hj. Tariatoen. Pada tahun 1989 penulis menikah dengan Nurwadjedi dan pada tahun 2003 mendapat seorang putra yang diberi nama Fahmi Akbar.
Pendidikan sarjana ditempuh di Departemen Ilmu-Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor sejak tahun 1979 sampai dengan 1983. Pada tahun 1990 penulis mendapat kesempatan melanjutkan ke Pascasarjana IPB di Program Studi Ilmu Tanah dan lulus tahun 1994. Sejak tahun 2002 penulis kembali ke program studi yang sama di Sekolah Pascasarjana, IPB untuk melanjutkan program Doktor dengan beasiswa dari BPPS Departemen Pendidikan Nasional RI.
Pada tahun 1986 penulis diangkat sebagai staf pengajar di Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian, Universitas Brawijaya, Malang. Tahun 1997 penulis pindah ke Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian IPB, Bogor untuk mengikuti suami. Selama lima tahun terakhir sambil menyelesaikan studi penulis terlibat dalam pengajaran mata kuliah Pengelolaan Tanah, Fisika Tanah, dan Konservasi Tanah dan Air.
DAFTAR TABEL ……….………....….……. vi
DAFTAR GAMBAR ……….………. vii
DAFTAR LAMPIRAN ………... viii
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ………..………... 1
1.2. Kerangka Pemikiran ………..……… 4
1.3. Tujuan ……….……… 6
1.4. Hipotesis ………..……… 6
1.5. Manfaat Penelitian ………... 7
1.6. Kebaruan Penelitian ... 7
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Karakteristik Pori Tanah ... 8
2.2. Konduktivitas Hidrolik Tanah ... 11
2.3. Pergerakan Air dalam Tanah ... 15
2.3.1. Pergerakan Air dalam Tanah Jenuh ………….….….. 17
2.3.2. Pergerakan Air dalam Tanah tak Jenuh ……..……… 18
2.4. Pengaruh Pergerakan Air terhadap Kadar Hara dalam Tanah .... 20
2.4.1. Adsorpsi Tanah ………..……..…………....…... 21
2.4.2. Pergerakan Air yang Membawa Hara ……… 24
2.4.3. Curah Hujan dan Kadar Air ………...……..…. 27
2.4.4. Tanaman ……….………...…... 29
III. BAHAN DAN METODE 3.1. Tempat dan Waktu ………..…………... 30
3.2. Bahan dan Alat ………..………...……..…… 30
3.3. Metode Penelitian ………..…………...………… 31
3.3.1. Pemilihan Lokasi Penelitian…………...……… 31
3.3.2. Percobaan Lapangan… ……….……….. 31
3.3.3. Pengambilan contoh tanah ……… 33
3.3.4 Analisis Laboratorium ……….……… 36
4.2. Iklim ... 43
4.3. Tanah dan Topografi ... 45
4.4. Sistem Pengelolaan/Penggunaan Tanah ... 47
4.5. Karakteristik Pori Tanah Lokasi Penelitian ... ... 48
V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Konduktivitas Hidrolik Tanah ... 50
5.1.1 Hubungan Karakteristik Pori dengan Konduktivitas Hidrolik Jenuh ... 50
5.1.2. Hubungan Karakteristik Pori dengan Konduktivitas Hidrolik tak Jenuh ... 52
5.2. Pergerakan Air Selama Masa Pertumbuhan Tanaman ... 55
5.2.1. Fluks Aliran Air ... 55
5.2.2. Pergerakan Air Transient dalam Tanah ... ... 61
5.3. Distribusi Air Tanah Selama Masa Pertumbuhan Tanaman ... 64
5.4. Kadar Hara Selama Masa Pertumbuhan Tanaman ... 69
5.4.1. Kadar Nitrogen dalam Tanah ... 69
5.4.2. Kadar Amonium Selama Masa Pertumbuhan Tanaman 70 5.4.3. Kadar Nitrat Selama Masa Pertumbuhan Tanaman 74 5.4.4. Kadar Fosfor dalam Tanah ... 79
5.4.5. Kadar Fosfor Selama Masa Pertumbuhan Tanaman 80 5.4.6. Kadar Kalium dalam Tanah ... 83
5.5.7. Kadar Kalium Selama Masa Pertumbuhan Tanaman 84 5.5. Produksi Tanaman ………... 89
5.6. Pembahasan Umum 91 5.6.1. Pergerakan Air dalam Tanah ... 92
5.6.2.. Kadar Hara dalam Tanah ... 94
VI. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan ... 97
6.2.. Saran ... 98
DAFTAR PUSTAKA ….…….……….….…………. 99
1. Berbagai klasifikasi pori berdasar ukuran, fungsi, dan
kesetaraan potensial ………... 10
2. Matrik antara tujuan, masukan data, proses/analisis data, dan
keluaran pada setiap tahapan penelitian ... 34
3. Penetapan volume tiap kelas ukuran pori tanah ... 38
4. Jenis, metode, dan alat-alat yang digunakan dalam analisis di
laboratorium ... 39
5. Pengelolaan lahan yang dilakukan selama lima tahun sebelum
percobaan ... 47
6. Karakteristik pori tanah pada lahan di lokasi 1, 2, dan 3 ... 48
7. Nilai rataan konduktivitas hidrolik jenuh ... 50
8. Regresi antara karakteristik pori dengan konduktivitas hidrolik
jenuh ... 51
9. Kebutuhan irigasi minimum berdasar defisit air pada
kedalaman akar 20 cm dan 50 cm ... 69
10. Korelasi antara fluks aliran air, laju pergerakan air transient, dan kadar air terhadap kadar NH4+, NO3-, P, dan K larutan
tanah ...………
72
11. Produksi tanaman dan tongkol jagung ... ... 89
12. Pengaruh sifat-sifat fisik tanah, kadar air, dan kadar hara tanah
1. Diagram alir peranan karakteristik pori tanah dalam penyusunan model pergerakan air dalam tanah ... 5
2. Diagram alir pelaksanaan penelitian ... 32
3. Kurva karakteristik kelembaban tanah untuk
penetapan distribusi pori tanah ... 37
4. Neraca air lahan lokasi penelitian ... 44
5. Neraca air lahan mingguan lokasi penelitian ... 45
6. Kurva hubungan antara konduktivitas hidrolik tak jenuh
dengan kadar air tanah ... 53
7. Hubungan curah hujan dengan fluks aliran air ... 56
8. Fluks aliran air pada tiap kedalaman tanah ... 59
9. Hubungan kadar air tanah dengan fluks aliran air selama masa
pertumbuhan tanaman ……….. 60
10. Hubungan curah hujan dengan laju pergerakan air transient 62
11. Hubungan curah hujan, laju perubahan cadangan air, fluks aliran air, dan kadar air tiap kedalaman tanah ... 65
12. Perbandingan antara kadar air tanah dengan kadar air minimum tersedia bagi tanaman menurut Allen et al. (1998) dan USDA (1991) selama masa
pertumbuhan tanaman ...
68
13. Kadar nitrogen sebelum tanam (No) dan pada waktu panen (N
10) ... 70
14. Kadar amonium selama masa pertumbuhan tanaman ... 71
15. Kadar NH4+, curah hujan, dan fluks aliran air selama massa
pertumbuhan tanaman ... 73
18 Pengaruh kadar air terhadap kadar nitrat larutan tanah ... 77
19. Pengaruh ruang pori air imobil terhadap kadar nitrat larutan
tanah ... 78
20. Kadar fosfor sebelum tanam (Po) dan pada waktu panen (P10) 79
21. Kadar P larutan tanah selama masa pertumbuhan tanaman 80
22. Kadar P larutan tanah pada tiap kedalaman tanah ... 81
23. Pengaruh ruang pori air mobil terhadap kadar P larutan tanah 82
24. Kadar kalium sebelum tanam (K0) dan pada waktu panen (K
10) ... 83
25. Kadar K, fluks, dan curah hujan selama masa pertumbuhan 85
26. Kadar K larutan tanah pada tiap kedalaman tanah ... 86
27. Hubungan kadar air dengan kadar K larutan tanah ... 87
28. Hubungan ruang pori air mobil dengan kadar K larutan tanah 88
1. Nilai rataan karakteristik pori tanah lahan lokasi penelitian 108
2. Uji beda nilai tengah karakteristik pori tanah lahan lokasi
penelitian ... 108
3. Penetapan Stabilitas Agregat Tanah ………... 109
4. Prosedur perhitungan Neraca Air Thornthwaite dan Mather (1957) ... 110
5. Pengaruh stres air terhadap evapotranspirasi (Allen et. al., 1998) ………... 116
6. Curah hujan, Suhu, Kelembaban, Tekanan Udara, Kecepatan Angin, dan Lama penginaran Rataan Bulanan Pada Tahun 1994-1995 ... 117 7. Neraca air bulanan pada lokasi penelitian ... 118
8. Pengaruh kadar air terhadap laju pertumbuhan tanaman (USDA, 1991) ……... 119
9. Neraca air mingguan selama musim pertumbuhan tanaman di lokasi penelitian ... 120
10. Sifat-sifat fisik dan morfologi tanah pada lahan 1 ... 121
11. Sifat-sifat fisik dan morfologi tanah pada lahan 2 ... 121
12. Sifat-sifat fisik dan morfologi tanah lahan 3 ... 122
13. Penampang melintang profil tanah lokasi penelitian ... 123
14. Sifat fisik dan kimia tanah lokasi penelitian ... 124
15. Sifat-sifat fisik tanah pada lahan lokasi penelitian ... 125
16. Sifat-sifat kimia tanah lokasi penelitian ... 126
17. Sidik ragam model hubungan konduktivitas hidrolik jenuh (Ks) dan tak jenuh (Kus) dengan karakteristik pori ... 127
18. Konduktivitas hidrolik tak jenuh kedalaman (0-50) cm pada lokasi penelitian ... 127
21. Korelasi antara karakteristik pori tanah dengan konduktivitas
hidrolik jenuh, fluks aliran air dan laju aliran air transient .... 131
22. Sidik ragam regresi antara karakteristik pori terhadap fluks aliran air, laju pergerakan air transient, dan kapasitas retensi maksimum tanah ...
131
23. Sidik ragam regresi antara jumlah hujan terhadap fluks aliran air, laju pergerakan air transient dalam tanah, dan kapasitas retensi maksimum tanah ...
132
24. Pengaruh curah hujan terhadap kadar air pada kapasitas lapang 132
25. Data hujan di lokasi penelitian selama masa pertumbuhan
tanaman ... 133
26. Kadar air tanah tiap kedalaman selama masa pertumbuhan
(ulangan = 30) ... 134
27. Uji beda nilai tengah kadar air dan hara antar kedalaman tanah 134
28. Kadar air tanah tiap lokasi penelitian selama masa
pertumbuhan (10 ulangan) ... 135
29. Kadar N, P, dan K sebelum tanam dan pada waktu panen 136
30. Kadar NH4 tiap kedalaman selama masa pertumbuhan (ulangan
= 30) …...…... 136
31. Kadar amonium tanah pada tiap lokasi penelitian selama masa
pertumbuhan (ulangan = 10) ... 137
32. Korelasi karakteristik pori tanah terhadap kadar NH4+, NO3- ,
P, dan K ... 138
33. Uji beda nilai tengah kadar Amonium tiap kedalaman antar
waktu pengukuran (minggu) ... 139
34. Sidik ragam regresi antara karakteristik pori terhadap kadar NH4+, NO3-, P, dan K ...
140
35. Kadar NO3- selama masa pertumbuhan tanaman (ulangan=30) 140
36. Kadar nitrat pada tiap lokasi penelitian selama masa
pengukuran (minggu) ...
38. Sidik ragam regresi antara kadar air terhadap kadar NO3- dan K
larutan tanah ... 143
39. Kadar Fosfor tiap kedalaman selama masa pertumbuhan
(ulangan=30) ... 143
40. Kadar fosfor pada tiap lokasi penelitian selama masa
pertumbuhan tanaman ... 144
41. Uji beda nilai tengah kadar Fosfor tiap kedalaman antar waktu
pengukuran (minggu) ... 145
42. Kadar Kalium tiap kedalaman selama masa pertumbuhan
(ulangan=30) ... 146
43. Kadar kalium pada tiap lokasi penelitian selama masa
pertumbuhan tanaman ... 147
44. Uji beda nilai tengah kadar Kalium tiap kedalaman antar waktu
pengukuran (minggu) ... 148
45. Bobot tanaman waktu panen (kg/ha) ... 149
46. Bobot tongkol waktu panen (kg/ha) ... 149
47. Sidik ragam pengaruh sifat-sifat fisik, kadar air, dan kadar hara
tiap kedalaman tanah terhadap produksi tanaman ... 150
48. Uji t dari parameter pengaruh sifat-sifat fisik, kadar air dan kadar hara tiap kedalaman tanah terhadap bobot tanaman jagung ...
150
49. Pengaruh sifat-sifat fisik, kadar air dan kadar hara tiap
Pergerakan air di lahan kering sangat penting perannya dalam pergerakan hara
(nutrient transport) dan dapat digunakan untuk estimasi ketersediaan air dan udara bagi tanaman. Pergerakan air dalam tanah sangat dipengaruhi oleh karakteristik pori tanah,
seperti distribusi ukuran pori, kontinuitas pori, stabilitas, dan resiliensi pori (Hillel, 1980
dan Kay, 1990). Ketersediaan air, udara, dan hara yang cukup dan seimbang dalam
tanah di lahan kering dapat menentukan pertumbuhan dan produksi tanaman. Selain
diperlukan untuk pertumbuhan tanaman, air yang masuk ke dalam tanah juga berfungsi
sebagai penyangga suhu tanah, pelarut dan pembawa hara tanaman, reaksi-reaksi dalam
tanah, dan merupakan sumber ground water recharge.
Karakteristik pori mempengaruhi pergerakan air dalam tanah baik dalam keadaan
jenuh maupun tak jenuh melalui proses interaksi antara air dengan padatan tanah.
Apabila pori di dalam tanah didominasi oleh pori makro, maka pergerakan air secara
jenuh lebih cepat. Pergerakan air secara jenuh tersebut juga dipengaruhi oleh kontinuitas
dan stabilitas pori. Pori yang kontinu (pori dengan ukuran seragam dan saling
bersambungan) lebih mudah menghantarkan air daripada pori yang tidak saling
bersambungan dan berukuran tidak seragam. Adapun pori yang berada dalam agregat
tanah yang stabil juga menentukan kecepatan aliran air, karena pori yang berada pada
agregat yang tidak stabil mudah rusak dan aliran air menjadi terhambat.
Apabila pori di dalam tanah didominasi oleh pori mikro, dapat mempercepat
pergerakan air secara tak jenuh. Air yang berada di dalam pori tanah diikat secara kuat
oleh matrik tanah melalui gaya adhesi, sedangkan di antara molekul air terjadi gaya
kohesi. Apabila gaya adhesi oleh matrik tanah lebih kuat daripada gaya kohesi, maka
air bertahan mengisi pori tanah. Keadaan ini yang menyebabkan air tetap bertahan di
dalam ruang pori. Semakin besar ukuran pori tanah, kemampuan gaya adhesi makin
lemah dan gaya kohesi lebih kuat sehingga terjadi aliran air menuju potensial yang lebih
rendah. Oleh karena itu pergerakan air dalam kondisi jenuh lebih dipengaruhi oleh gaya
kohesi; sedangkan dalam keadaan tak jenuh, pada kadar air rendah, lebih dipengaruhi
Pergerakan air sangat menentukan terhadap distribusi air dalam tanah. Pergerakan
air yang cepat lebih mudah mendistribusikan air; sehingga air merata di dalam solum
tanah. Keadaan ini menunjang dalam proses/reaksi biokimia dalam tanah, sehingga
mempengaruhi kadar hara dalam tanah. Selain dipengaruhi oleh kadar air, kadar hara
di dalam zona perakaran juga dipengaruhi oleh pergerakan air yang dapat membawa
hara. Pergerakan hara melalui pergerakan air dalam tanah dapat terjadi baik dalam
bentuk hara terlarut, masih berupa pupuk, maupun yang terikat dalam koloid tanah.
Karena karakteristik pori di dalam tanah sifatnya sangat dinamis, maka perlu adanya
penelitian pengaruh karakteristik pori terhadap pergerakan air, selanjutnya pengaruh
pergerakan air maupun karakteristik pori tersebut terhadap kadar hara tanah.
Seperti telah disebutkan di atas, pergerakan air maupun laju perubahan kadar air
tanah sangat ditentukan oleh karakteristik pori tanah (Hillel, 1980; Kay, 1990).
Bagarello, Iovino, dan Elrick (2004) juga menyatakan bahwa kemampuan tanah
meretensi air maupun pergerakan air baik jenuh dan tak jenuh dalam tanah dipengaruhi
oleh karakteristik pori tanah. Karakteristik pori yang ada di dalam tanah sangat
bervariasi, yang sangat dipengaruhi oleh stabilitas dan distribusi ukuran agregat,
maupun tekstur tanah, sehingga berpengaruh terhadap pergerakan air dalam tanah.
Bodhinayake, Cheng Si, dan Xiao (2004) menyatakan bahwa porositas tanah yang
banyak berkaitan dengan pergerakan air dan solute secara cepat adalah pori makro dan pori meso. Adapun Perfect, Sukop, dan Haszler (2002) menyatakan bahwa laju
pergerakan air dapat mempengaruhi distribusi air dan kelarutan hara dalam tanah,
sehingga hara terdistribusi secara merata pada zona perakaran. Pergerakan dan
distribusi air yang ada dalam tanah juga sangat tergantung pada sifat-sifat hujan yang
jatuh (Edwards et al., 1992; Toor et al., 2004).
Distribusi hara dalam tanah, selain dipengaruhi oleh pergerakan air (Hamlen dan
Kachanoski, 2004; Nemati et al., 2003) yang sangat tergantung pada karakter pori tanah, juga sangat tergantung pada sifat-sifat tanah yang lain seperti kemampuan
dipengaruhi oleh distribusi agregat tanah Hara yang berasal dari pupuk, dapat
diadsorpsi lebih kuat apabila berada dalam agregat tanah yang berukuran kecil (Linguist
et al., 1997). Namun belum ada penelitian tentang bagaimana adsorbsi hara pada berbagai ukuran pori, sehingga berpengaruh terhadap kadar hara dalam tanah.
Keterkaitan antara distribusi ukuran pori yang lebih berperan dalam kelarutan hara di
dalam tanah juga belum diketahui.
Begitu juga penelitian tentang hubungan curah hujan dengan pergerakan air dan
hara dalam tanah dan pengaruh karakteristik pori terhadap pergerakan air yang
berpengaruh terhadap kadar hara dalam tanah selama ini masih banyak dilakukan pada
skala laboratorium (Shipitalo et al., 1990; Edwards et al., 1992; Granovsky et al., 1993; dan Sugita et al., 2004). Namun penelitian tentang hubungan curah hujan dengan pergerakan air dan dinamika kadar air, selanjutnya pengaruh pergerakan dan dinamika
kadar air terhadap kadar hara pada berbagai karakteristik pori tanah selama masa
pertumbuhan tanaman di lahan kering pada skala lapangan belum pernah dilakukan.
Selain itu, Bejat et al. (2000) menyatakan bahwa penelitian tentang hubungan empiris antara distribusi ukuran pori dengan dispersivitas solute relatif sedikit. Bagaimana pengaruh karakteristik pori terhadap dispersivitas solute, yang selanjutnya berpengaruh terhadap distribusi hara dalam tanah belum banyak diketahui. Adapun Aydin, Yano,
dan Kilic (2004) menyatakan bahwa hubungan secara kuantitatif antara stabilitas pori
tanah terhadap konduktivitas hidrolik, selanjutnya terhadap pergerakan air yang dapat
membawa hara dalam tanah belum cukup diketahui. Dalam penelitian ini ingin dikaji
tentang karakteristik pori yang paling berpengaruh terhadap pergerakan air maupun
kadar hara sehingga mempengaruhi distribusi air dan hara pada tiap kedalaman tanah.
Karena sumber air utama di lahan kering hanya berasal dari hujan dan adanya
perubahan iklim yang telah mempengaruhi curah hujan (Climate Ark, 2008), serta
karakter pori tanah di lapangan sangat bervariasi, maka penelitian tentang pergerakan
dan dinamika kadar air di lahan kering dalam hubungannya dengan karakteristik pori
maupun curah hujan perlu dilakukan. Selanjutnya pergerakan dan dinamika kadar air
dapat mempengaruhi distribusi hara di zona perakaran. Dengan dilakukannya penelitian
pengelolaan lahan kering guna mencapai ketersediaan air dan hara yang optimum bagi
tanaman, maupun untuk konservasi air, tanah, dan hara.
1.2. Kerangka Pemikiran
Kerangka pemikiran dari penelitian ini ditampilkan pada Gambar 1. Karakteristik
pori tanah berperan sangat penting dalam proses pergerakan air dalam tanah baik jenuh
maupun tak jenuh (Hillel, 1980 dan Kay, 1990). Makin baik kontinuitas dan stabilitas
pori, dan makin banyak pori dengan ukuran besar menyebabkan pergerakan air secara
jenuh makin cepat (Bodhinayake et al., 2004). Pergerakan air yang makin cepat dapat membawa hara terlarut maupun yang belum terlarut makin cepat dan kesempatan hara
teradsorpsi tanah makin rendah (Bejat et al., 2000). Menurut Perfect et al. (2002), retensi maupun pergerakan air dan hara dalam tanah, serta dispersivitas hara juga
ditentukan oleh geometri pori.
Pergerakan air, terutama di lahan kering, secara jenuh maupun tak jenuh selalu
terjadi secara simultan dalam tanah untuk mencapai keseimbangan (Jury, Gardner, dan
Gardner, 1991). Apabila terjadi hujan dengan intensitas tinggi yang menciptakan tanah
jenuh, maka terjadi aliran air jenuh dalam tanah. Air ini (mobile water)1 bergerak dalam tanah melalui pori-pori makro maupun proses preferential flow (aliran preferensial, aliran kontinu melalui pori-pori makro yang saling bersambungan), dengan
membawa pupuk maupun hara terlarut. Begitu hujan berhenti, terjadi aliran tak jenuh
sampai kondisi di mana aliran air (immobile water1, berada dalam pori mikro) yang membawa hara terjadi melalui proses difusi.
Pergantian kondisi tanah dari jenuh menjadi tidak jenuh pada saat hujan dan tidak
hujan sangat mempengaruhi distribusi air dan hara dalam tanah, walaupun distribusi
hara tersebut juga tergantung pada sifat pupuk (tingkat kelarutan dan mobilitas) yang
diberikan, sifat-sifat tanah (tingkat adsorpsi), maupun jenis tanaman yang ada. Oleh
karena itu dalam penelitian ini dirancang suatu penelitian tentang hubungan antara
karakteristik pori tanah terhadap pergerakan air; selanjutnya pergerakan air berpengaruh
1
Mobil water adalah air yang terikat pada potensial matrik > - 0,2 MPa dan imobil water adalah air yang terikat pada potensial matrik < - 0,2 MPa (Addiscott dan Whitmore, 1991).
5 Karakteristik
(jumlah, distribusi, dan stabilitas) pori
Pergerakan Air Curah Hujan
Pupuk Tanaman
Tanah
Kadar Air
Kadar Hara Tanaman Produksi
Model Pergerakan Air
Gambar 1. Kerangka pemikiran peranan karakteristik pori tanah terhadap model pergerakan air dan kadar hara dalam tanah
Analisis Deterministik
Perubahan iklim Siklus hidrologi
Ketersediaan air di lahan
terhadap distribusi air dan hara dalam tanah. Pergerakan air yang dapat
mempengaruhi distribusi air dan selanjutnya pada kadar hara tanah dengan
berbagai karakteristik pori dapat dimodelkan dengan analisis korelasi dan regresi.
Analisis korelasi dan regresi baik tunggal maupun berganda dilakukan terhadap
karakteristik pori tanah yang mempengaruhi pergerakan air dan kadar hara
sehingga dapat diketahui karakteristik pori tanah yang paling berpengaruh
terhadap pergerakan air dan kadar hara tanah.
Karena pergerakan air dan kadar hara tanaman di lahan kering juga sangat
tergantung pada curah hujan yang ada, maka hubungan keterkaitan antara curah
hujan dengan pergerakan air juga perlu dimodelkan. Pemodelan hubungan antara
curah hujan terhadap pergerakan air dapat dilakukan dengan analisis
deterministik. Selanjutnya dapat dikaji pengaruh pergerakan air terhadap kadar
air dan hara dalam tanah. Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai
bahan masukan dalam pengelolaan lahan kering guna mencapai ketersediaan air
dan hara yang optimum bagi tanaman, maupun untuk konservasi air, tanah dan
hara.
1.3. Tujuan
1. Menentukan keterkaitan antara pergerakan air (fluks aliran air dan pergerakan
air transient) dengan karakteristik pori dalam tanah
2. Menentukan model keterkaitan antara curah hujan dengan pergerakan air
(fluks aliran air dan pergerakan air transient) dalam tanah
3. Mengkaji pengaruh pergerakan air terhadap distribusi air dan hara dalam tanah
4. Menentukan karakteristik pori yang lebih berpengaruh terhadap kadar hara
dalam tanah.
1.4. Hipotesis
1. Fluks aliran air maupun pergerakan air transient dipengaruhi oleh
karakteristik pori yang lebih menentukan konduktivitas hidrolik jenuh, tak
2. Fluks aliran air maupun pergerakan air transient dalam tanah dipengaruhi oleh curah hujan sampai nilai curah hujan tertentu.
3. Semakin besar fluks aliran air dan pergerakan air transient mempercepat distribusi air dan hara dalam tanah
4. Karakteristik pori yang berpengaruh terhadap kadar hara dalam tanah adalah
ruang pori tanah yang paling mudah mendesorpsi hara.
1.5. Manfaat Penelitian
1. Model keterkaitan antara pergerakan air dan laju perubahan kadar air dengan
curah hujan pada berbagai karakteristik pori tanah dapat memberikan
informasi untuk pengelolaan air di lahan kering, terutama untuk prediksi
ketersediaan air bagi tanaman maupun konservasi air.
2. Hubungan keterkaitan antara pergerakan air dengan karakteristik pori dan
keterkaitan antara karakteristik pori dengan kadar hara dalam tanah dapat
digunakan sebagai bahan masukan dalam pengelolaan air dan hara tanaman
di lahan kering.
1.6. Kebaruan Penelitian
1. Model keterkaitan antara pergerakan air dan laju perubahan kadar air dengan
curah hujan pada berbagai karakteristik pori tanah dapat memberikan
informasi untuk pengelolaan air di lahan kering, terutama untuk prediksi
ketersediaan air bagi tanaman maupun konservasi air.
2. Model keterkaitan antara ruang pori air mobil dan ruang pori air imobil
dengan kadar hara larutan tanah yang dapat digunakan sebagai masukan
Porositas tanah merupakan ruang fungsional yang menjadi penghubung antara tubuh tanah dengan lingkungannya (atmosfer) maupun tempat aktivitas biologi dalam tanah yang mendukung kehidupan dan proses-proses biokimia dan fisik yang menentukan kualitas lingkungan (Lal dan Shukla, 2004). Banyaknya ruang pori dibandingkan dengan ruang padatan dalam tanah, yang biasa diistilahkan rasio ruang pori (void ratio atau pore space ratio), sangat menentukan dinamika air, udara, suhu, hara, dan ketersediaan ruang untuk pertumbuhan akar, serta memudahkan di dalam pengolahan tanah (Roy et al., 2006). Banyak istilah digunakan untuk mengekspresikan pori dalam tanah. Porositas tekstural dan struktural digunakan untuk membedakan antara pori yang tercipta oleh agregasi partikel primer (pori tekstural) dengan pori yang tercipta di antara agregat tanah (pori struktural) (Lal dan Shukla, 2004).
Menurut Kay (1990), jumlah, ukuran, distribusi, kontinuitas, dan stabilitas pori disebut sebagai karakteristik pori tanah. Karakteristik pori tersebut sangat penting dalam proses pergerakan air dalam tanah seperti infiltrasi dan drainase (Kay, 1990). Di dalam sistem tanah, masing-masing karakter pori tanah tersebut tidak bekerja sendiri-sendiri dalam mempengaruhi pergerakan air, karena terjadinya perubahan dalam karakter yang satu akan berpengaruh terhadap karakter yang lain. Misalnya, pori yang jumlahnya banyak biasanya terdapat pada pori yang berukuran kecil, sebaliknya pori yang berukuran besar jumlahnya sedikit. Begitu juga pori yang kontinu dan stabil; stabilitas pori di dalam agregat tanah yang tinggi akan mempertahankan kekontinuitasan pori. Gangguan terhadap pori dapat mengurangi jumlah, ukuran, dan kontinuitas pori.
berdasarkan distribusi ukuran maupun fungsinya secara berbeda-beda. Semuanya sangat beralasan karena setiap tanah memiliki karakteristik pori yang berbeda-beda dalam kaitannya dengan air tanah. Oleh karena itu, setiap tanah memiliki kurva karakteristik air tanah yang berbeda-beda. Distribusi ukuran pori berdasarkan fungsinya menurut Hamblin (1985), Oades (1986), Addiscott dan Whitmore (1991), dan Pearson, Norman, dan Dixon (1995) dapat dibedakan seperti pada Tabel 1.
Perbedaan di dalam jumlah, ukuran, kontinuitas, dan stabilitas pori sangat menentukan terhadap pergerakan air (Beven dan German, 1982; Durner, 1994; Bouma, Brown, Rao, 2004; dan William et al., 2003), dan selanjutnya terhadap pergerakan dan distribusi solute dalam tanah (Cresswell et al., 1992; Cote et al., 1999; Edwards et al., 1992; Linguist et al., 1997; Sugita et al., 2004; dan Vanderborght et al., 2000).
Karena pori di dalam tanah sangat berkaitan dengan agregasi tanah, maka setiap tindakan yang dapat mempengaruhi agregat/struktur tanah akan mempengaruhi karakteristik pori tanah. Oleh karena itu, karakteristik pori dalam tanah sangat dipengaruhi oleh pengolahan tanah, pemupukan, sistem penanaman, pengapuran , dan penambahan bahan organik.
Tabel 1. Berbagai klasifikasi pori berdasar ukuran, fungsi, dan kesetaraan potensial
Setara Potensial Air No Ukuran pori
(mm) Fungsi (kPa) bar
2 - 50 Sarang dan lubang semut, mempermudah air terdrainase dan udara masuk
0,006– 0,15 (0.6-15)x10-4
0,5 – 3,5 Lubang cacing, mempermudah
air terdrainase dan udara masuk 0,0086-0,06 (0.86-6)x10
-4
0,1-0,3 Mempermudah penetrasi akar 1-3 0.01-0.03 > 0,05 Aerasi, pergerakan air cepat < 6 < 0,06
0,0002-0,05 Air tersedia bagi tanaman 6 -1500 0,06-15 1. 1*)
<0,0002 Air sisa, tidak tersedia bagi
tanaman >1500 >15
Drainase sangat cepat, aerasi < 1 < 0.01 > 0,1
Drainase cepat, aerasi 1- 10 0.01–0.1 0,025 – 0,1 Drainase lambat, tersedia bagi
tanaman 10 - 33 0.1-0.33
0,0002 – 0,025 Air tersedia bagi tanaman 10 - 1500 0.1 – 15 2. *2)
< 0,0002 Air sisa, teradsorbsi > 1500 > 15 > 0,0015 Pori air mobil < 200 < 2 3. *3)
< 0,0015 Pori air imobil > 200 > 2
4. *4) > 0,5 Aerasi < 0.6 < 0.006
0,5 – 0,05 Infiltrasi dan permeabilitas 0,6 – 6,0 0,006– 0,6 0,05 – 5x10-4 Air tersedia 6,0 - 600 0,6 – 6
< 5x10-4 Air sisa, tidak tersedia bagi
tanaman > 600 >6
Keterangan: 1*) Hamblin, 1985; 2*)Oades, 1986; 3*) Addiscott dan Whitmore, 1991; *4) Pearson et al., 1995
(< 250 μm) lebih kuat daripada makroagregat (> 250 μm) karena terbentuknya distabilisasi oleh bahan humik aromatik persisten yang berasosiasi dengan bahan Al dan Fe amorf, sedangkan makroagregat distabilisasi oleh transient atau temporary binding agent seperti akar tanaman, hifa, dan polisakarida.
Distribusi ukuran agregat dalam tanah menentukan bobot isi tanah, volume, dan bentuk pori yang mempengaruhi konduktivitas hidrolik tanah. Lado et al. (2004) menemukan bahwa tanah berukuran agregat < 2 mm dan antara 2-4 mm dengan kadar bahan organik tinggi (3,5 %), memiliki konduktivitas hidrolik lebih tinggi daripada tanah dengan bahan organik rendah (2,3 %). Pengurangan konduktivitas hidrolik pada tanah dengan kadar bahan organik rendah terjadi pada agregat < 2 mm dan 2-4 mm, sedangkan pada tanah dengan kadar bahan organik tinggi hanya terjadi pada agregat < 2 mm. Pengurangan konduktivitas hidrolik yang disebabkan dispersi liat pada tanah dengan bahan organik rendah lebih tinggi daripada tanah dengan bahan organik tinggi.
Metode yang digunakan untuk menentukan distribusi dan stabilitas agregat tanah adalah pengayakan basah dan kering (De Boodt, De Leenheer, dan Kirkham 1961; Kemper dan Rosenau, 1986). Kuantifikasi struktur tanah dapat dilakukan melalui pengukuran stabilitas agregat (biasanya pada lapisan tanah permukaan). Stabilitas agregat tanah sangat menentukan stabilitas saluran pori-pori tanah, sehingga setiap tindakan yang mempengaruhi struktur tanah (misalnya pengolahan tanah) dapat mempengaruhi proses-proses pergerakan air dan solute dalam tanah.
2.2. Konduktivitas Hidrolik Tanah
tanah terus menerus terjadi secara simultan untuk mencapai keseimbangan (Jury et al., 1991).
Kondisi jenuh di lahan kering dapat terjadi pada saat hujan yang sampai menjenuhi tanah. Pada keadaan demikian, seluruh pori dalam tanah berperan dalam proses pergerakan air, dan konduktivitas hidrolik jenuh nilainya konstan apabila struktur tanah stabil (Marshall dan Holmes, 1988). Apabila pori-pori dalam tanah didominasi oleh pori makro, maka konduktivitas hidrolik jenuh makin besar. Dengan makin berkurangnya proporsi pori makro dan makin bertambahnya proporsi pori mikro, maka konduktivitas hidrolik jenuh makin kecil. Adapun menurut Korevaar, Menelik, dan Dirksen (1983). konduktivitas hidrolik tanah merupakan fungsi dari banyaknya pori-pori yang terisi oleh air seperti persamaan berikut:
( )
28 1
i i i r
K =
∑
Δθητ ...(1)
di mana: K = konduktivitas hidrolik (cm/jam); η = viskositas; τ = tegangan permukaan; θ = kadar air (% vol); dan r = jari-jari pori (cm)
Berdasarkan persamaan tersebut, konduktivitas hidrolik tanah terutama ditentukan oleh jumlah dan ukuran pori terbesar yang terisi oleh air.
Karakateristik pori yang sangat menentukan konduktivitas hidrolik baik jenuh maupun tak jenuh adalah jumlah maupun ukuran pori yang dapat mengkonduksikan air. Sebagai contoh, dalam pergerakan air jenuh tanah-tanah berpasir yang didominasi pori-pori berukuran besar dapat memiliki konduktivitas hidrolik yang lebih tinggi dibanding tanah-tanah liat dengan pori-pori sempit, walaupun total pori pada tanah liat lebih tinggi. Perekahan, lubang bekas cacing dan bekas akar merupakan saluran yang sangat baik untuk pergerakan air dalam tanah. Pada aliran jenuh, struktur tanah yang stabil dengan pori yang kaku seperti batu pasir memiliki konduktivitas hidrolik jenuh (Ks) relatif konstan, dan besarnya kira-kira 10-2 – 10-3 cm/detik pada pasir, dan 10-4 – 10-7 cm/detik pada tanah liat (Hillel, 1980).
Perubahan di dalam ukuran, jumlah, dan kontinuitas pori dapat berpengaruh terhadap konduktivitas hidrolik dalam tanah (Aydin et al., 2004; Bodhinayake et al., 2004; Dunn dan Philips, 1992). Perubahan dalam jumlah, ukuran, dan kontinuitas pori dapat disebabkan oleh berbagai proses fisik, kimia, dan biologi yang ada dalam tanah. Konsentrasi dan kandungan ion pada air irigasi yang masuk pada tanah dapat merubah ukuran, jumlah dan kontinuitas pori sehingga berpengaruh terhadap konduktivitas hidrolik tanah. Konduktivitas hidrolik tanah dapat menurun apabila konsentrasi solute berkurang, misalnya setelah irigasi atau terjadi hujan, akibat terjadinya swelling (pembengkakan) dan dispersi.
Swelling dan dispersi liat dalam matrik tanah merupakan fenomena yang saling berhubungan. Terjadinya swelling dan dispersi ini juga dipengaruhi oleh jenis kation yang ada dalam larutan tanah. Hancuran dan migrasi partikel liat selama terjadi aliran menyebabkan penyumbatan pori, sehingga mengurangi ukuran dan jumlah pori tanah (Aydin et al., 2004), selanjutnya mengurangi konduktivitas hidrolik tanah (Lado et al., 2004).
penyebab pengurangan konduktivitas hidrolik apabila tanah-tanah tercuci dan terdeionisasi, melalui penutupan pori oleh partikel-partikel liat yang terdispersi. Kebalikannya pada konsentrasi elektrolit di atas 10 mmol/liter pembengkakan liat merupakan proses utama yang menyebabkan penurunan konduktivitas hidrolik di mana pada konsentrasi larutan di bawah nilai flokulasi, dispersi dan migrasi partikel-partikel liat yang terdispersi ke dalam pori-pori konduktif merupakan proses-proses dominan (Lado et al., 2004).
Konduktivitas hidrolik (permeabilitas) tanah dapat bersifat sama atau bervariasi dari titik ke titik dalam tanah. Apabila permeabilitas tanah sangat heterogen, dikatakan memiliki permeabilitas yang inhomogenous. Inhomogenous bisa disebabkan oleh layering pada lapisan tanah. Tanah–tanah yang berlapis umumnya memilki konduktivitas hidrolik yang tidak homogen, disebabkan oleh perbedaan sifat-sifat fisik tanah. Iwata et al. (1995) membuat persamaan untuk menentukan konduktivitas hidrolik tanah-tanah yang berlapisan.
... (2)
Di mana Li adalah ketebalan tiap lapisan (cm) dan Ki (cm/jam) adalah konduktivitas tiap lapisan tanah. Apabila tanah memiliki permeabilitas yang sama pada setiap arah, dikatakan tanah yang isotropic. Tanah yang memiliki hantaran berbeda pada tiap arah, dikatakan anisotropic, misalnya konduktivitas pada arah vertikal lebih tinggi atau lebih rendah dari pada arah horisontal. Anisotropic umumnya disebabkan oleh bentuk struktur tanah, yang bisa laminar, lempeng, kolumnar, atau bentuk yang lain. Sedangkan perbedaan nilai K yang tergantung pada arah aliran sepanjang garis aliran disebut dengan asymetris.
Perubahan karakteristik pori tanah yang diakibatkan oleh pengelolaan tanah dapat mempengaruhi konduktivitas hidrolik tanah, sehingga berpengaruh pada pergerakan air dalam tanah. Pengelolaan tanah yang dapat memperbaiki pori dapat meningkatkan konduktivitas hidrolik tanah, sebaliknya pengelolaan tanah yang merusak pori tanah dapat menurunkan nilai konduktivitas hidrolik tanah.
K
rataan =Σ Li Ki
Perbedaan konduktivitas hidrolik tanah baik jenuh maupun tak jenuh tiap lapisan kedalaman tanah dapat sebagai petunjuk cepat atau lambatnya aliran air pada tiap kedalaman, sehingga berpengaruh pada distribusi air tiap lapisan kedalaman tanah. Distribusi air tiap kedalaman tanah berpeluang pada kelarutan hara. Selain itu, pergerakan air yang cepat berpotensi membawa hara baik yang masih berupa pupuk, terlarut, maupun yang terikat oleh koloid tanah; sehingga menentukan kadar hara pada setiap lapisan profil tanah.
2.3. Pergerakan Air dalam Tanah
Air dalam tanah berfungsi sebagai hara esensial bagi kehidupan tanaman dan organisme tanah, sebagai pelarut dan transport hara, dan sebagai pengatur suhu dalam tanah (Roy et al., 2006). Baik dalam keadaan jenuh maupun tidak jenuh air dalam tanah selalu bergerak untuk mencapai keseimbangan, karena keseimbangan tidak pernah tercapai akibat air di suatu tempat selalu digunakan dan kadang-kadang mendapat tambahan dari tempat lain. Air dalam tanah, baik jenuh maupun tak jenuh selalu bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah (Hillel, 1980; Jury et al., 1991).
Pergerakan air dalam tanah baik jenuh maupun tak jenuh selalu berperan dalam tanah. Dalam keadaan jenuh, terutama pada lahan kering, air harus segera dihilangkan/didrainase dari profil tanah agar segera tersedia aerasi yang baik. Segera setelah air drainase hilang oleh gaya gravitasi, tanah berada dalam keadaan tidak jenuh dan air bergerak ke segala arah mengikuti perbedaan potensial air tanah.
Arah dan kecepatan aliran air tergantung pada perbedaan potensial hidrolik antara dua titik yang berbeda, dan jarak dua titik yang diperhitungkan. Agar terjadi aliran dalam tanah harus ada perbedaan tekanan/potensial hidrolik (ΔH) dan antara 2 (dua) titik tersebut harus cukup permeabel untuk menghantarkan air. Kemampuan tanah untuk dapat melalukan air disebut konduktivitas hidrolik (K). Makin besar nilai K tanah, berarti tanah tersebut makin mudah dilewati air.
Tanah yang memiliki nilai K besar akan lambat pergerakan airnya apabila gradient hidroliknya kecil, begitu juga sebaliknya walaupun gradient potensial hidroliknya besar tidak menyebabkan pergerakan air apabila nilai K sangat rendah akibat adanya lapisan impermeabel.
Pergerakan air dalam solum tanah secara umum dinyatakan sebagai perubahan flux (fluks) air dalam arah satu dimensi vertikal seperti telah dikemukakan oleh Henry Darcy pada tahun 1856, yang selanjutnya dikenal sebagai hukum Darcy sebagai berikut:
( )
⎥⎦⎤ ⎢⎣⎡ Δ Δ =
z H K
q θ ...(3)
di mana q adalah fluks aliran air, yaitu banyaknya air yang melalui suatu luasan penampang tertentu dalam tanah per satuan waktu, yang dinyatakan dalam volume per waktu (liter per detik, liter per jam) atau satuan panjang per waktu (cm/jam atau cm/detik). K(θ) adalah konduktivitas hidrolik yang tergantung pada nilai kadar air (cm/jam atau cm/menit), dan ∆H/∆z adalah gradient hidrolik, perubahan potensial hidrolik per satuan jarak.
Berdasarkan pada nilai fluks (q), konduktivitas hidrolik (K), dan kadar air (θ), maka aliran air dalam tanah dapat dibedakan dalam aliran dalam keadaan steady dan transient (Korevaar et al., 1983). Aliran air jenuh dalam keadaan steady apabila fluks, konduktivitas hidrolik, dan kadar air pada setiap titik sepanjang aliran dan setiap waktu besarnya konstan. Dalam keadaan transient terjadi apabila kadar air konstan, tetapi fluks aliran air bervariasi setiap saat sepanjang aliran air. Pada aliran air tak jenuh keadaan steady terjadi apabila fluks aliran air konstan setiap waktu dan setiap titik sepanjang aliran tetapi konduktivitas hidrolik dan kadar air konstan hanya setiap waktu. Keadaan transient pada aliran tak jenuh terjadi apabila fluks, konduktivitas hidrolik, dan kadar air pada setiap titik sepanjang aliran dan setiap waktu besarnya bervariasi.
( )
⎥⎦⎤ ⎢⎣ ⎡ ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ z H K z t θ θ ... (4)di mana θ adalah kadar air volumetrik (L3L-3, cm/cm). K(θ) menunjukkan konduktivitas hidrolik yang tergantung pada nilai kadar air (cm/jam atau cm/menit), dan t adalah waktu (jam atau menit). Perubahan kadar air dalam suatu solum tanah (Δθ) dapat ditentukandari:
( )
z( )
zL z
j L
z
j Δ − Δ
= Δ
∑
∑
= + = 0 1 0 θ θ θ ...(5)di mana 0 < z < L ( z = kedalaman tanah, cm) dan (θj) dan (θj+1) adalah rata-rata
kadar air pada interval kedalaman Δz (0< Δz < L) (% volume atau cm/cm) pada waktu j dan j+1 (manit atau jam). Apabila terdapat perakaran dalam suatu profil tanah, maka perubahan kadar air setiap saat dapat dituliskansbb:
( )
v Sw t =−∇ −∂
∂θ θ
=−∇qw−Sw...(6)
di mana θ = kadar air volumetrik (% volume), t = waktu (jam), ∇ = operator divergence, v = kecepatan air (cm/jam), q = θv (cm3/jam), merupakan kerapatan flux air volumetrik, dan Sw merupakan sink/source volumetrik (cm/jam, cm/hari), misalnya serapan akar.
2.3.1. Pergerakan Air dalam Tanah Jenuh
jenuh. Pergerakan air dalam keadaan jenuh ditentukan oleh gaya penggerak (driving force) (ΔH ), yang merupakan perbedaan potensial, dan konduktivitas hidrolik tanah seperti pada persamaan (2) di atas. Perbedaan potensial hidrolik (ΔH) pada pergerakan jenuh merupakan jumlah dari potensial tekanan dan potensial gravitasi, sedangkan potensial matrik tidak bekerja. Potensial gravitasi ditentukan oleh jarak ketinggian dari titik reference yang telah ditetapkan, sedangkan potensial tekanan merupakan jarak dari permukaan air tanah (water table). Makin jauh jarak dari permukaan air tanah, potensial tekanan makin tinggi.
Nilai konduktivitas hidrolik pada keadaan jenuh besarnya konstan, dan sangat ditentukan oleh sifat-sifat tanah, antara lain geometri ruang pori (distribusi ukuran pori, total pori, dan luas permukaan internal), tekstur, dan struktur tanah (Hillel, 1980). Laju aliran ditentukan oleh lebar, kontinuitas, bentuk, dan tortuositas (faktor kelok-kelok, merupakan ratio panjang rata-rata saluran pori terhadap panjang tanah) aliran dari saluran, sehingga media yang tersusun dari pori mikro dengan porositas total tinggi memiliki hantaran hidrolik yang lebih rendah dibanding media yang memiliki porositas lebih rendah tetapi lebih besar ukuran porinya.
Karena porositas tanah bervariasi dalam bentuk, ukuran, dan arah, maka fluks aliran juga sangat bervariasi pada setiap titik. Fluks aliran ini berbeda dengan aliran air dalam tanah. Aliran air dalam tanah tidak dapat menembus penampang melintang apabila tersumbat oleh partikel. Hal ini disebabkan oleh tortuositas tanah. Tortuositas ini merupakan parameter geometri media berpori tanpa dimensi, sulit diukur secara tepat, dan selalu lebih besar satu atau bahkan lebih besar 2 (Hillel, 1980).
2.3.2. Pergerakan Air dalam Tanah Tak Jenuh
Perubahan-perubahan tersebut merupakan hubungan yang komplek antara variabel-variabel tanah seperti pembasahan, hisapan, dan konduktivitas hidrolik tanah.
Pada pergerakan tidak jenuh gaya penggerak merupakan hisapan yang sebanding dengan potensial tekanan negatif. Potensial matrik merupakan afinitas air terhadap permukaan partikel tanah dan pori-pori kapiler. Air cenderung bergerak dari potensial matrik rendah ke potensial matrik tinggi, yaitu dari mantel air yang tebal ke yang tipis dan dari meniskus kapiler yang kurang melengkung ke yang lebih melengkung. Persamaan umum yang digunakan dalam pergerakan tak jenuh dalam tanah adalah:
q = - K(ψ) ∇H ...( 7 ) yang mana q adalah fluks aliran (cm/jam), K(ψ) = Kus (cm/jam), adalah konduktivitas hidrolik tanah tak jenuh yang merupakan fungsi dari hisapan matriks, dan ∇H adalah gradient potensial hidrolik (cm) yang terdiri dari komponen hisapan dan potensial gravitasi. K(ψ) merupakan fungsi histeresis, dan hubungan K dengan kadar air volumetrik (K(θ)) atau derajat penjenuhan K(s) dipengaruhi oleh histeresis untuk beberapa derajat lebih rendah dari pada fungsi K(θ), sehingga hukum Darcy untuk tanah tidak jenuh dapat ditulis sebagai berikut:
q = - K(θ) ∇H ...(8) Perbedaan penting antara pergerakan jenuh dan tak jenuh dalam tanah adalah konduktivitas hidrolik tanah. Pada kondisi jenuh, seluruh pori terisi oleh air sehingga konduktivitasnya maksimal. Pada kondisi yang tidak jenuh, beberapa pori terisi oleh udara dan luas permukaan konduktifnya berkurang. Seiring meningkatnya hisapan, pori paling besar yang paling konduktif kosong lebih dulu; sehingga air mengalir hanya melalui pori-pori kecil. Pori-pori yang kosong harus sempurna sehingga dengan desaturasi, tortuositas meningkat.
Namun bila kosong menjadi hambatan aliran cairan dari satu agregat ke agregat yang lain. Dengan alasan tersebut, perubahan dari jenuh menjadi tidak jenuh umumnya menyebabkan pengurangan K secara bertahap yang mungkin berkurang beberapa tingkat (kadang-kadang turun hingga 1/100.000 dari nilai pada saat jenuh) seperti peningkatan hisapan dari 0 menjadi 1 bar. Pada keadaan kadar air yang lebih rendah, hisapan makin tinggi, dan Kus sangat rendah.
Pada hisapan yang sangat tinggi, mungkin peningkatan dalam tortuositas dan penurunan dalam jumlah dan ukuran pori yang dikonduksikan, serta perubahan dalam viskositas air (terutama yang diadsorpsi), cenderung menurunkan konduktivitas hidrolik tanah. Perubahan hisapan sangat bertahan, dan memerlukan waktu yang sangat lama untuk dapat terjadi aliran.
Pada keadaan jenuh, tanah-tanah yang paling konduktif adalah yang memiliki pori-pori besar dan kontinu, sementara yang paling kurang konduktif adalah tanah-tanah yang didominasi pori-pori mikro. Sehingga tanah pasir jenuh mengkonduksikan air lebih cepat dari pada tanah-tanah berliat. Namun kebalikannya pada kondisi tidak jenuh, pada tanah-tanah yang memiliki pori-pori besar, pori cepat kosong dan menjadi tidak konduktif seperti perubahan hisapan. Dengan demikian secara bertahap mengurangi konduktivitas hidrolik awal yang tinggi. Sebaliknya pada tanah-tanah dengan pori-pori kecil, banyaknya pori yang menahan dan menghantarkan air sesuai hisapan, menyebabkan nilai Kus tidak menurun secara bertahap dan mungkin lebih besar dari pada tanah dengan pori-pori besar pada nilai hisapan yang sama. Kenyataan di lapangan, pada tanah tidak jenuh sering terjadi bahwa aliran kelihatan lebih lama pada tanah berliat daripada tanah berpasir. Dengan alasan ini, lapisan pasir yang terdapat pada profil tanah bertekstur halus dapat menghambat aliran tak jenuh hingga air terkumpul di atas lapisan pasir dan hisapan menurun sampai cukup untuk menghantarkan air masuk ke pori-pori besar pada lapisan pasir (Hillel, 1980).
2.4. Pengaruh Pergerakan Air terhadap Kadar Hara dalam Tanah
membawa hara. Kadar hara tanah dalam kaitannya dengan pergerakan air tersebut sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat tanah dalam mengadsorpsi dan mendesorpsi hara (Nemati et al., 2003), sifat-sifat hara yang terlarut (Nemati et al., 2003), adanya pergerakan air dalam tanah yang dapat membawa hara (Hamlen, dan Kachanoski, 2004; Nemati et al., 2003), iklim (Gentry et al., 2000) dalam hal ini sifat-sifat hujan (Edwards dan Daniel, 1993), waktu dan metode pemberian (Gentry et al., 2000) serta tanaman yang tumbuh di atasnya (Timlin et al, 1992).
2.4.1. Adsorpsi Tanah
Sifat-sifat tanah yang dapat mempengaruhi adsorpsi hara adalah jenis dan jumlah liat. Hara yang teradsorbsi oleh partikel-partikel tanah dapat bergerak ke lapisan tanah yang lebih dalam apabila terjadi pergerakan partikel yang berukuran koloid. Pergerakan hara dalam tanah juga dipengaruhi oleh mobilitas hara dan tingkat kelarutannya.
Tingkat adsorpsi tanah merupakan retardasi tanah dalam pergerakan solute dalam tanah. Solute yang terikat kuat sulit bergerak dalam solum tanah. Kekuatan adsorpsi solute oleh tanah sangat tergantung pada reaksi solute dengan komponen tanah (Ben-Hur et al., 2003). Distribusi solute dalam fase larutan dan fase padatan dalam tanah sering ditampilkan sebagai konstanta adsorpsi (Kd), yaitu perbandingan antara solute yang teradsorpsi tanah dengan solute yang terlarut. Pendugaan nilai Kd dari perubahan konsentrasi solute dalam larutan tanah setelah terjadi keseimbangan (adsorption isoterm) dengan padatan tanah, umumnya diukur dalam batch standart (Hayes dan Mingelgrin, 1990; Coquet 2003; dan Communar, Keren, dan Li, 2004). Secara umum, solute yang memiliki nilai Kd < 0,5 relatif mobil, dan yang memiliki nilai >5, bila kurang mobil (Hayes dan Mingelgrin, 1990). Sorpsi isotherm dapat terjadi pada subsoil sampai kedalaman 3 m, tetapi jarang terjadi pada kedalaman yang lebih tinggi (Coquet, 2003). Parameter isoterm tergantung pada komposisi mineral tanah, tekstur, dan pH tanah (Communar et al., 2004).
2003). Komponen-komponen organik dan mineral tersebut dapat berfungsi sebagai pengadsorpsi apabila berada dalam ukuran koloidal, yaitu partikel atau bahan-bahan diskontinu yang porus, dengan dimensi 1 nm sampai 1 μm (Hayes dan Mingelgrin, 1990). Koloid organik yang berfungsi sebagai adsorbent adalah bahan-bahan humik dan polisakarida. Keduanya memiliki gugus-gugus hidroksil dan karboksil yang dapat terdisosiasi pada pH tinggi (Newman dan Hayes, 1990), sehingga merupakan tempat-tempat adsorpsi kation-kation. Selain itu, polisakarida juga memiliki gugus acetilamino yang merupakan sumber muatan positif (Hayes dan Mingelgrin, 1990), sehingga dapat mengikat anion-anion.
Proses-proses adsorpsi dalam tanah sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan seperti suhu dan kelembaban tanah. Kelembaban tanah merupakan faktor yang sangat berpengaruh terhadap sorpsi dan interaksi molekul-molekul organik dengan permukaan-permukaan sorpsi dalam tanah. Adsorpsi komponen organik oleh fraksi mineral dibatasi oleh kelembaban karena molekul-molekul air masuk kepermukaan adsorptif pada permukaan mineral. Hal ini berlaku untuk bahan organik yang mengandung gugus fungsional nonpolar, seperti hidrokarbon aromatik, dan bahan organik yang mengandung gugus fungsional sedikit, seperti -Cl. Namun bahan organik yang memiliki gugus fungsional tinggi dan sedang seperti kebanyakan pestisida, memiliki beragam mekanisme serapan yang beroperasi (Li et al ., 2003).
sehingga mengakibatkan peningkatan ketersediaan P yang baru diberikan. Dengan P yang terekstrak sama, desorpsi dari agregat besar dapat lebih kecil jika P terdifusi lebih dalam ke dalam agregat.
Linquist et al. (1997), mempelajari peranan ukuran agregat pada serapan dan pelepasan P dan menemukan bahwa serapan P meningkat dengan berkurangnya ukuran agregat, dan P yang dilepas dari agregat berkorelasi linier dengan massa reaktif agregat. Mereka menyimpulkan bahwa agregasi mempengaruhi ketersediaan P tanaman jangka panjang dan pendek. Dengan demikian, perbedaan sifat-sifat struktur tanah di lapangan juga mempengaruhi ketersediaan P .
Fosfor memiliki afinitas yang tinggi terhadap tanah sehingga umumnya bergerak ke bawah secara lambat menembus matrik tanah (Sims et al., 1998), atau secara lateral melalui interflow. Namun P dapat bergerak melalui aliran preferential (Simard et al., 2000) dengan sedikit adsorpsi pada matrik tanah karena waktu yang terlalu singkat dalam melewati dinding pori (Jensen et al., 1998).
Sebaliknya apabila larutan netral seperti KCl ditambahkan ke dalam tanah, keseimbangan Cl- dalam larutan tanah lebih tinggi daripada konsentrasi Cl- larutan awal. Segera setelah ditambahkan KCl, ion K+ diadsorpsi oleh muatan negatif tanah, sebaliknya ion Cl- ditolak yang menyebabkan adsorpsi negatif (Tan, 1982). Proses ini menyebabkan ion Cl- bergerak lebih cepat dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah, dan berakibat lebih cepatnya distribusi ion Cl- dalam profil tanah.
2.4.2. Pergerakan Air yang Membawa Hara
Seperti telah disebutkan didepan, bahwa pergerakan air yang dapat membawa hara sangat tergantung pada konduktivitas hidrolik tanah, dan konduktivitas hidrolik tanah sangat dipengaruhi oleh karakteristik pori tanah. Menurut Bagarello et al. (2004), dalam tanah yang tidak terganggu, pergerakan solute sangat bervariasi dan dapat terjadi pada laju yang lebih rendah dari konduktivitas hidrolik jenuh. Variasi laju pergerakan solute tersebut terjadi secara spasial dan temporal, tergantung pada tingginya variasi kecepatan maupun konsentrasi solute (Akhtar et al., 2003 b). Menurut Jury et al. (1991), koefisien variasi konsentrasi solute dalam tanah dapat berkisar antara 13-260%. Adapun menurut Bagarello et al. (2004), tingginya variasi konduktivitas hidrolik secara spasial tergantung pada karakteristik pori tanah. Perubahan laju pergerakan air akibat perubahan porositas tanah tersebut disebabkan oleh perubahan struktur tanah selama terjadi aliran air. Selama ini belum cukup diketahui hubungan secara kuantitatif dari perubahan karakteristik pori tanah terhadap pergerakan solute tanah (Aydin et al., 2004). Sedikit informasi tentang mekanisme fisik yang menyebabkan pengurangan konduktivitas hidrolik selama pembasahan tanah dan pencucian (Lebron, 2002).
Pergerakan air dan solute secara cepat di dalam solum tanah oleh Steenhuis et al. (1994) disebut sebagai preferential flow, yaitu pergerakan air dan solute tanah secara cepat dan nonuniform menembus pori-pori makro dan saluran-saluran bawah permukaan tanah. Adapun menurut Beven dan Germann (1982), preferential flow merupakan aliran solute melalui pori-pori makro, ruangan kontinu yang besar, dengan diameter antara 0,03-30,00 mm. Ada tiga penyebab utama aliran preferential, yaitu: 1) Pori makro yang terbentuk dari lubang cacing, lubang bekas akar, rekahan, dan permukaan interpedal pada struktur tanah, 2) Batas pembasahan (wetting front) yang tidak stabil atau aliran finger, dan 3) Lapisan tanah yang miring akibat aliran yang terkonsentrasi (Akhtar et al., 2003a). Selanjutnya William et al. (2000), menyebutkan bahwa saluran preferential dapat terjadi dalam medium tak berstruktur di mana mekanismenya menunjukkan akibat cairan yang tidak stabil. Lebih umum, sejumlah aliran berkembang karena struktur inherent tanah dan asosiasinya dengan pori-pori makro yang terbentuk oleh fauna tanah, saluran-saluran akar yang terlapuk, dan pengkerutan mineral. Sifat saluran tergantung pada medium tanah, dalam hal ini konduktivitas hidroliknya, kontinuitas pori, dan water repellency. Ada dua tipe preferensial flow akibat perbedaan tekstur tanah, yaitu fingering (Baker dan Hillel, 1990) dan funnel flow (Kung, 1990 a, b)
Preferential flow tidak melibatkan seluruh pori-pori makro, tetapi tergantung pada sifat-sifat fisik tanah, kadar air tanah, intensitas hujan, dan laju infiltrasi (William et al., 2003). Preferential flow menyebabkan besarnya fluks atau kecepatan aliran yang tinggi menembus saluran yang terbatas dan membawa konsentrasi solute relatif tinggi, sehingga untuk menilai sifat aliran dan proses transport dalam tanah digunakan kurva breakthrough (Southwick et al., 1995 dan William et al., 2003), yaitu kurva hubungan antara perubahan konsentrasi solute (ordinat) terhadap waktu (absis) pada berbagai lokasi kedalaman tanah untuk menentukan pola aliran.
ada dalam tanah sangat berkaitan dengan ukuran agregat/struktur tanah, bukan dengan tekstur tanah (Bagarello et al., 2004). Namun tekstur tanah menentukan ukuran struktur/agregat tanah yang terbentuk, sehingga keduanya menentukan keadaan pori tanah.
Variasi struktur dan heterogenitas tekstur tanah sangat mempengaruhi pergerakan solute melalui terciptanya perbedaan kecepatan aliran air sehingga terjadi ketidakseimbangan konsentrasi solute dalam tanah. Kejadian ini juga menyebabkan aliran preferential. Dalam kaitannya dengan pergerakan solute, apabila terjadi aliran preferential, sering digunakan wilayah/zone pendekatan. Zone pertama berhubungan dengan bagian tanah yang sangat permeabel (misalnya jaringan pori makro pada tanah-tanah yang berstruktur) disebut sebagai saluran aliran preferential, dan zone lain merupakan sistem pori yang kurang permeabel dalam matrik tanah sebagai agregat-agregat (Cote et al., 1999). Pergerakan solute dalam saluran preferential biasanya ditentukan oleh gerakan adveksi, sementara dalam agregat-agregat adalah pertukaran secara difusi. Transfer solute antar dua wilayah dapat ditentukan melalui dua cara: 1) menggunakan koefisien transfer massa, berhubungan dengan kecepatan pertukaran akibat perbedaan konsentrasi dua tempat, dan 2) menggunakan hukum Fiks kedua tentang difusi. Metode ini membutuhkan deskripsi dari geometri agregat. Aliran preferential akan berhenti apabila pemberian air dihentikan, selanjutnya solute diredistribusikan, hingga perbedaan konsentrasi dalam agregat tidak ada.
