DIOLAH SECARA STRIP UNTUK MEMENUHI
KEBUTUHAN AIR TANAMAN
YAZID ISMI INTARA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
i
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Pergerakan Air pada Tanah Liat yang Diolah secara Strip untuk Memenuhi Kebutuhan Air Tanaman adalah karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Januari 2012
Yazid ismi intara
ii
Fulfill Plant Water Requirement. Under Supervision of ASEP SAPEI, M. H. BINTORO DJOEFRIE, ERIZAL and E NAMAKEN SEMBIRING.
Dry land is one of the land resources having the possibility for the development of food crop agriculture especially on lands with light and medium technical constraints. The development of technology for the utilization of marginal land by turning it into productive land is still a big opportunity in agricultural development in Indonesia. Improvement of planting media by means of soil tillage method and appropriate plant irrigation technology is one of the efforts in solving the problem in clay loam land. The objective of this research was to develop water movement model in clay loam soil with minimum tillage and subsurface irrigation. Concept used in the model development was minimum tillage method with subsurface irrigation at the base of the tillage and irrigation method to fulfill crop water requirement. The concept was part of the dissertation research strengthened by scientific analyses as the basis for advanced research development. The analyses among others resulted in data of soil physical properties and making of interface for measurement together with a set of water movement testing apparatus. At the final stage this dissertation research was supported by analysis of water movement in a laboratory test and field validation on the performance of subsurface irrigation as well as test of cultivation technique on chili plant (Capsicum annuum L.) growth. The results showed that the movement pattern displayed on the contour indicated that the wetting process could reach a depth of -5 cm for the rooting zone of annual crop seedling. The result of the irrigation performance showed that effective wetting by using minimum strip tillage could only be developed by means of short irrigation path of less than 5 cm; so that it was suitable to be applied on limitedland management or improvement in traditional form. The test result of cultivation technique on annual crop (Capsicum annuum L.) using minimum strip tillage with subsurface irrigation showed that the soil moisture for plant growth could be maintained where the plant was able to grow in accordance with the treatment used until the end of the research period. The developed model showed that the wetting pattern required time for distributing balanced moisture. This confirmed that the system developed in the form of research novelty was subsurface water movement to maintain the moisture at the strip tillage soil in order to give water availability for plant.
iii
YAZID ISMI INTARA. Pergerakan Air pada Tanah Liat yang Diolah secara Strip untuk Memenuhi Kebutuhan Air Tanaman. Dibimbing oleh ASEP SAPEI, M. H. BINTORO DJOEFRIE, ERIZAL, dan E NAMAKEN SEMBIRING.
Penelitian ini merupakan pengembangan konsep alternatif teknik budidaya tanaman pada lahan kering dengan tanah bertekstur lempung liat berdebu. Konsep berupa metode olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan pada dasar olahannya serta cara pemberian air untuk kebutuhan air tanaman. Konsep yang dikembangkan dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu: (a) tanaman semusim dan media tanam; (b) parit atau strip; dan (c) sistem pengairan (irigasi) dan drainase. Konsep tersebut merupakan bagian dari penelitian disertasi ini yang dikuatkan dengan analisa-analisa ilmiah sebagai dasar pengembangan penelitian lanjutan. Analisa-analisa tersebut di antaranya pembangunan model pergerakan air pada suatu tanah liat yang diolah terbatas dengan irigasi bawah permukaan. Sejalan dengan hal tersebut dihasilkan informasi data-data analisa sifat fisik tanah serta pembuatan suatu alat ukur (interface) beserta rangkaian apparatus uji pergerakan air. Penelitian ini pada tahapan akhir dikuatkan dengan penelitian analisa pergerakan air dalam suatu pengujian di laboratorium serta validasi di lapangan terhadap kinerja irigasi bawah permukaan di lapangan dan pengujian teknik budidaya terhadap pertumbuhan tanaman uji.
Penelitian utama ditujukan guna merealisasikan pendekatan novelti penelitian dengan konsep pengembangan teknik budidaya tanaman merupakan pengelolaan kelembaban tanah di zona perakaran. Hal tersebut dimaksudkan untuk mempertahankan kelembaban atau kadar air tanah agar tersedia pada saat dibutuhkan oleh tanaman.
Hasil fitting by eyes terhadap grafik difusifitas dan kadar air didapatkan nilai-nilai parameter yang dibutuhkan dalam memenuhi sifat fisik tanah penelitian yang selanjutnya disimulasikan pada model pergerakan air horizontal pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan. Data yang dihasilkan tersebut diaplikasikan pada pembangunan konsep simulasi pergerakan air pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan menggunakan konsep untuk kuantifikasi jumlah air dalam tanah, yang terdiri dari 2 pendekatan yaitu
volumetric water content, θ (volume air) dan besaran hisapan matriks (matrix suction (cm)) atau pressure head, h (-cm). Langkah selanjutnya mengkonversi data hasil simulasi ke bentuk kontur setelah diolah menggunakan software Surfer 8 menjadikan tampilan lebih mudah dipelajari pola pergerakan yang terjadi.
iv
pangkal sesuai tekanan penuangan air. Selanjutnya terjadi proses penyebaran, penyimpanan dan penipisan kadar air.
Hasil kinerja irigasi menunjukkan pembasahan efektif dengan menggunakan strip olah tanah terbatas hanya dapat dikembangkan dengan lintasan pengairan irigasi yang pendek < 5 m, sehingga cocok diaplikasikan pada pegelolaan lahan subsistem atau perbaikan bentuk tradisional. Pada penelitian menggunakan tanaman uji cabai menunjukkan hasil rekapitulasi data rancangan percobaan bahwa perlakuan penambahan bahan organik dinilai berpengaruh nyata terhadap pertumbuhan tanaman cabai akan tetapi untuk perlakuan pemberian air menunjukkan tidak berpengaruh nyata terhadap pertumbuhan tanaman cabai sebagai tanaman uji. Hal tersebut menunjukkan bahwa perhitungan statistik secara kuantitatif menunjukkan kearah penjelasan lebih luas bersifat agronomis. Bertolak belakang terhadap pengamatan grafik pertumbuhan tanaman yang secara kualitatif menunjukkan bahwa pada level pemberian air satu kali memberikan pengaruh lebih baik terhadap kondisi air tersedia bagi tanaman. Hal lainnya adalah penambahan bahan organik terbanyak (K3) yang tampak
meyebabkan air terikat lebih banyak sehingga dapat memberikan pegaruh negatif ketika pertumbuhan akar tanaman mencapai zona pembasahan aliran air.
Fenomena lain yang tampak adalah tanaman-tanaman pada perlakuan kontrol (K0) tanpa penambahan bahan organik menunjukkan kondisi stagnasi
pertumbuhan sangat berbeda dengan perlakuan penambahan bahan organik (K2
dan K3) tampak tumbuh normal baik batang maupun perakarannya. Namun
selanjutnya pada dengan perlakuan penambahan bahan organik (K2 dan K3)
kondisi tanaman menunjukkan pertumbuhan yang kurang baik. Kondisi penurunan kualitas pertumbuhan menerangkan bahwa tanaman cabai sebagai tanaman uji pada teknik budidaya strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan memiliki karakteristik tanaman semusim yang sensitif terhadap kelebihan pemberian air.
Gabungan antara analisa simulasi model dan uji terhadap tanaman cabai di lahan menunjukkan prediksi model dalam pembasahan ruang olah tanah (ruang pertumbuhan tanaman) adalah sesuai, dimana tanaman uji dapat tumbuh. Pada sistem model yang dibangun tersebut menunjukkan pola pembasahan air membutuhkan waktu untuk penyebaran kadar air yang seimbang, hal ini menegaskan bahwa sistem yang dikembangkan dalam bentuk novelti penelitian adalah pergerakan kadar air bawah permukaan untuk menjaga kelembaban pada strip tanah olahan sehingga memberikan ketersediaan air bagi tanaman.
v
©Hak cipta milik IPB, tahun 2012 Hak cipta dilindungi
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
vii
PERGERAKAN AIR PADA TANAH LIAT YANG
DIOLAH SECARA UNTUK MEMENUHI
KEBUTUHAN AIR TANAMAN
YAZID ISMI INTARA
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh geler Doktor pada
Program studi Ilmu Keteknikan pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
viii Penguji pada Ujian Tertutup :
Dr. Ir. Yanuar J Purwanto (Dept. SIL, Fateta IPB)
Dr. Ir. Kukuh Murtilaksono, M.Sc. (Dept. ITSL, Faperta IPB) Penguji pada Ujian Terbuka :
Dr. Ir. Roh Santoso Budi Waspodo, M.T (Dept. SIL, Fateta IPB)
ix
Nama : Yazid Ismi Intara
NRP : F161060021
Program Studi : Ilmu Keteknikan Pertanian
Disetujui: Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS Prof. Dr. Ir. M. H. Bintoro Djoefrie, M.Agr Ketua Anggota
Dr. Ir. Erizal, M.Agr Dr. Ir. E. Namaken Sembiring, MS Anggota Anggota
Diketahui:
Ketua program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Ilmu Keteknikan Pertanian
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S Dr. Ir. Dahrul Syah, M Agr. Sc
xi
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah mencurahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat membuat usulan penelitian ini sebagai rencana disertasi yang berjudul ” Pergerakan Air pada Tanah Liat yang Diolah secara Strip untuk Memenuhi Kebutuhan Air Tanaman”. Penelitian ini dimulai dari penetapan tema, studi literatur (state of the art), analisis data sifat fisik tanah, perencanaan dan pembuatan aparatus uji irrigasi bawah permukaan, analisis pergerakan air dalam strip olahan tanah, dan validasi dilapangan terhadap kinerja irigasi serta aplikasi terhadap tanaman uji.
Terimakasih penulis ucapkan kepada: Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS (Ketua komisi), Prof. Dr. Ir. M. H. Bintoro Djoefrie, M.Agr (Anggota), Dr. Ir. E. Namaken Sembiring, MS (Anggota), dan Dr. Ir. Erizal, M.Agr (Anggota) yang telah memberikan bimbingan dalam penelitian ini. Ucapan terimakasih penulis sampaikan pula kepada Almarhum Dr. Ir. I Nengah Suastawa, M. Eng., dan Dr. Ir. Radite PAS, M. Agr., yang telah membentuk mental keteknikan pertanian pada penulis serta Dr. Ir. Sam Herodian, MS., Prof. Dr. Ir. Kudang B Seminar, M.Sc., Prof. Dr. Ir. Budi I Setiawan, M.Agr., dan Prof. Dr. Ir. Armansyah H Tambunan, M.Agr yang telah memberi semangat pantang mundur dalam studi di Sekolah Pascasarjana IPB.
Ucapan terimakasih pula penulis sampaikan kepada DIKTI yang telah memberikan beasiswa BPPS selama 3 tahun, dan kepada Pemprov. Kalimantan Timur yang telah memberikan stimulan bantuan dana penelitian.
Tidak lupa ucapan terimakasih kepada istri dan anak tercinta, abah, mama, ibuk, kakak/adik (saudara kandung) dan kakak ipar (uni/uda) atas dorongan matril dan spirituil semangat yang diberikan untuk menyelesaikan studi doktoral ini.
Terimakasih juga kepada sahabat yang telah membantu terbentuknya disertasi ini yaitu: mas Rudianto, Rahmondia, Husen Asbanu, Sjahrul, pa Trisnadi, opek dan teman-teman di P6
xii
Penulis dilahirkan di Tenggarong pada tanggal 27 Juli 1974 sebagai anak ke enam dari tujuh bersaudara dari pasangan Erahamsyah Anang Acil dan Norhasanah. Penulis menikah pada tahun 2007 dengan Riska Ekawita dikaruniai seorang anak bernama Zulazmi Rahman pada tahun 2009.
Penulis menempuh pendidikan sarjana di Program studi Agronomi jurusan Budidaya Pertanian Fakultas Pertanian di Universitas Mulawarman, lulus pada tahun 1999. Pada tahun 2002, penulis diterima di Program studi Ilmu Keteknikan Pertanian (konsentrasi pada Teknik Mesin Pertanian) pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada tahun 2005. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian diperolah pada tahun 2006 dengan beasiswa BPPS dari DIKTI.
Penulis bekerja sebagai dosen di Fakultas Pertanian jurusan Agroteknologi sejak tahun 2005. Bidang keahlian yang menjadi tanggung jawab penulis adalah Agronomi, Agrohidrologi dan Mekanisasi Pertanian.
Selama mengikuti Program S3, penulis menghasilkan karya ilmiah sebagai berikut:
1. Draf paten sederhana berjudul ’ Teknik Budidaya strip olah tanah Minimal Beririgasi bawah Permukaan untuk Tanaman Semusim’. Nomor pendaftaran paten: P00201100496
2. Studi awal karakteristik sebaran kadar air pada strip olah tanah lempung berliat yang dialirkan air. Jurnal keteknikan Pertanian (accepted proses publikasi April 2012)
3. Mempelajari pengaruh pengolahan tanah dan cara pemberian air terhadap pertumbuhan tanaman cabai. (Capsicum annum L.). Jurnal Embryo Vol. 8 No. 2, 2011.
xiii
DAFTAR TABEL……….. xv
DAFTAR GAMBAR……….. xvi
DAFTAR LAMPIRAN……….. xx
PENDAHULUAN Latar Belakang……….. 1
Tujuan Penelitian………... 4
Manfaat Penelitian……….... 5
Ruang Lingkup Penelitian……….... 5
KARAKTERISTIK TANAH PADA OLAH TANAH TERBATAS BERIRIGASI BAWAH PERMUKAAN Pendahuluan………... 11
Bahan dan Metode………... 15
Hasil dan Pembahasan………... 23
Kesimpulan……… 38
PERANCANGAN APPARATUS UJI DAN INTERFACE PENGUKUR PERGERAKAN AIR Pendahuluan………... 39
Bahan dan Metode………... 42
Hasil dan Pembahasan………... 49
Kesimpulan……… 53
MODEL PERGERAKAN AIR PADA STRIP OLAH TANAH TERBATAS BERIRIGASI BAWAH PERMUKAAN Pendahuluan………... 55
Bahan dan Metode………... 63
Hasil dan Pembahasan………... 75
Kesimpulan……… 85
PENAMBAHAN BAHAN ORGANIK PADA TANAH BERLIAT DALAM PENGOLAHAN TANAH TERBATAS BERIRIGASI BAWAH PERMUKAAN UNTUK TANAMAN SEMUSIM Pendahuluan………... 87
Bahan dan Metode………... 96
Hasil dan Pembahasan………... 101
Kesimpulan……… 117
xiv
Pengembangan Model Pergerakan Air pada Strip Olah Tanah Terbatas
Beririgasi Bawah
Permukaan………..
125
Peta Jalan Pengembangan Hasil Penelitian untuk Pembangunan Pertanian
Indonesia……….…… 129 KESIMPULAN DAN SARAN…..……….……… 133 DAFTAR PUSTAKA……….……. 135
xv
1 Matriks dari outline isi disertasi “Pergerakan air pada tanah lempung berliat yang diolah secara strip untuk memenuhi
kebutuhan air tanaman “………. 9
2 Jenis, metode, dan alat-alat yang digunakan dalam analisis di
laboratorium………. 19
3 Sifat fisik tanah tanah berdasarkan three phase (konduktifitas tanah
jenuh)……….……. 24
4 Tekstur tanah yang digunakan dalam penelitian awal………. 25 5 Hasil pengukuran aliran air irigasi bawah permukaan pada saat
pengujian di apparatus bak uji……….… 28
6 Hasil analisis Tekstur tanah dan distribusi agregat dari sampel tanah
di lapangan yang digunakan dalam penelitian di lahan……….. 30 7 Sifat fisik tanah yang digunakan dalam penelitian……….. 30 8 Hasil analisis bahan organik pada setiap perlakuan di lapangan……. 31
9 Hasil analisis kimia tanah………... 31
10 Hasil analisis kelas tekstur, kandungan bahan organik, kadar air
tanah dan berat volume tanah sebelum pemberian bahan organik….. 32 11 Hasil rata-rata analisis kadar air tanah berbagai pF dan berat
volume………. 33
12 Hasil fitting by eyes terhadap plot pada grafik hubungan antara
difusivitas dan kadar air………... 38
13 Hasil pengukuran kalibrasi hambatan (k ohm) dengan kadar air menggunakan interface multi kanal yang terdiri dari
elektroda-elektroda blok gypsum………. 51
14 Hasil pengujian pengaliran irigasi bawah permukaan pada strip olah
tanah terbatas di lapangan………... 102
15 Hasil analisis hisapan matriks (pF), total lengas tanah tersedia (Available Moisture, AM) dan total air tanah segera tersedia (Ready
Available Moisture, RAM) pada tanah sampel dari lahan penelitian 104 16 Hasil analisis kebutuhan air untuk tanaman cabai pada lahan
penelitian………. 105
17 Rekapitulasi hasil penelitian aplikasi strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan dengan penambahan bahan organik dan
pemberian air terhadap pertumbuhan tanaman cabai………... 107 18 Hubungan kegiatan penelitian pendukung pada tahapan penelitian
utama dalam disertasi dan luaran yang dihasilkan………. 123
xvi
1 Ilustrasi konsep sebaran pergerakan air pada ruang olahan tanah... 6 2 Diagram alir penelitian secara umum... 7 3 Kerangka konseptual pendekatan masalah dan tahapan penelitian
pergerakan air pada tanah liat yang diolah secara strip untuk
memenuhi kebutuhan air tanam ... 8 4 Diagram alir data sifat fisik tanah dalam penggunaan informasi
karakteristik tanah untuk pengujian di lapangan dan Laboratorium. 16 5 Skema diagram tanah sebagai three phase system ………... 17 6 Aparatus analisis difusivitas tanah dilakukan Laboratorium dengan
serapan kolom horizontal………... 22
7 Foto pegujian infiltrasi kolom horisontal tanah dilakukan
Laboratorium………. 23
8 Ilustrasi apparatus bak uji pengukuran aliran air pada irigasi bawah
permukaan di tanah lempung berliat……….………… 25
9 Grafik tegangan matriks tanah dari tanah padat (tidak diolah) dan
tanah olahan………... 28
10 Grafik pengukuran kadar air (sebaran kadar air) pada strip olahan tanah, pada bagian pangkal, tengah dan ujung dalam apparatus uji.
Pengukuran setelah aplikasi aliran air debit 0.378 liter/detik……... 29 11 Grafik pengukuran kadar air (sebaran kadar air) pada strip olahan
tanah, pada bagian pangkal, tengah dan ujung dalam apparatus uji.
Pengukuran setelah aplikasi aliran air debit 0.510 liter/detik…….. 29 12 Hasil pengukuran perubahan kadar air pada infiltrasi kolom
horizontal untuk tanah lempung liat berdebu (desa
hambaro,leuwiliang), t = 500 menit……….. 35
13 Grafik hasil perhitungan difusivitas dari nilai pengukuran kadar air
dan plot grafik infiltrasi horizontal, h= -2cm, t=500 menit………… 35 14 Grafik hubungan antara difusivitas dengan kadar air dari hasil
pengukuran menggunakan aparatus kolom infiltrasi horizontal (D vs
θ)………. 37
15 Diagram alir penelitian pembuatan interface dan pengujian pengukuran pergerakan air pada apparatus uji (skala Laboratorium)……….……
43
16 a) Konfigurasi Pin AT89S52 b) Blok Diagram AT89S52………... 44 17 Diagram alir sub sistem pengukur tegangan………. 44 18 Sirkuit hardware interface untuk pengukuran kadar air tanah…….. 45 19 Ilustrasi tiga dimensi aparatus uji pergerakan air pada strip olahan
tanah dan skema pemasangan elektroda blok gypsum pendeteksi
xvii
46 21 Foto-foto saat penelitian pengujian pergerakan kadar air
menggunakan aparatus uji dan interface pengukuran yang terubung elektroda blok gypsum sebagai.pendeteksi perubahan hamabatan dalam mendapatkan pola pembasahan pada strip olah tanah terbatas
... 48 22 Foto instalasi interface pengukura multi kanal dan proses kalibrasi
menggunakan elektroda-elektroda blok gypsum dalam menentukan pembacaan analog perubahan nilai hambatan unttuk nilai kadar air
tanah………... 50
23 Instalasi apparatus uji pengukuran dan visualisasi proses pola pergerakan pembasahan dalam strip olah tanah terbatas di Laboratorium dan foto visualisasi pergerakan pembasahan menggunakan apparatus uji setelah melewati waktu 3 jam
pengariran irigasi bawah permukaan………. 51
24 Grafik kontur kadar air (% basis volume) menunjukkan pola pergerakan pembasahan dalam strip olah tanah terbatas dalam kotak
apparatus uji di Laboratorium……….. 52
25 Penggalan dari pengamatan kandungan air dalam suatu eksperimen terhadap fenomena infiltrasi pada kolom tanah horizontal
(Pachepsky et al., 2003)………..…………. 59
26 Skematik drainase pada parit (Ahmad et al., 1993)………..….. 61 27 Input (angka dilingkar) dan output (angka yang dikotak) keadaan
dilapangan pada tampilan dalam menu utama dari toolbar lembar
kerja (Raes and Deproost, 2003)………... 62
28 a) Indikasi nilai untuk kenaikan kapiler pada suatu permukaan tanah tanpa tanaman terhadap bermacam tipe tanah dan kedalaman air tanah, b) indikasi nilai (kurva garis-garis) kenaikan kapiler pada suatu zona perakaran terhadap bermacam tipe tanah dan kedalaman
air tanah (Raes and Deproost, 2003)………... 62 29 Diagram pembuatan model pergerakan kadar air pada strip olahan
tanah menggunakan Ms excel VBE………...….. 63
30 Ilustrasi keseimbangan massa air dalam model tangki……… 66 31 Kesetimbangan air pada strip olahan tanah tanpa tanaman pada
penampakan potongan melintang……….. 67
32 Kesetimbangan air pada strip olahan tanah tanpa dan dengan
tanaman pada penampakan potongan membujur………... 69 33 Skema boundary condition untuk pergerakan air dalam parit olahan
tanah……… 70
34 Tampilan program pergerakan kadar air pada strip olah tanah
xviii
36 Tampilan hasil grafik soil water retention , konduktivitas hodrolik kadar air basis volum dan difusivitas pada program pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah
permukaan……….. 79
37 Grafik iterasi pressure head dari hasil running program model pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah
permukaan………..……… 80
38 Tampilan grafik kontur pressure head (cm H2O) yang menunjukan
pola pergerakan air dalam tanah dari suatu tampilan iterasi program
komputer ………….………... 81
39 Grafik iterasi kadar air basis volum dari hasil running program model pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas beririgasi
bawah permukaan……….……….. 82
40 Tampilan grafik kontur kadar air basis volum yang menunjukan pola pergerakan air dalam tanah dari suatu tampilan iterasi program
komputer ……… 83
41 Sistem pengolahan tanah dalam strip merupakan suatu sistem konservasi pertanian dimana sedikitnya 75% bidang area adalah "interrow" yang tidak diolah dan perlindungan ruang tanam pada
barisan tanaman (Morrison, 2002)………. 91
42 Ilustrasi dari pengolahan tanah yang berbeda pada perlakuan: pengolahan tanah yang seragam (T); 30 mm kedalaman celah, (Ns); 30 mm kedalaman lubang (Nh) 30 mm kedalaman celah dengan
retakan vertikal buatan hingga kedalaman 120 mm (Nc120), dan 300
mm (Nc300)………..……… 92
43 Skema pengujian strip olah tanah terbatas beririgasi permukaan terhadap budidaya tanaman semusim cabai dalam perlakuan
pengairan dan penambahan bahan organic……… 98
44 Ilustrasi aplikasi di lapangan perlakuan penelitian terhadap
pengujian budidaya tanaman semusim pada lahan kering…………. 98 45 Ilustrasi pengembangan konsep irigasi bawah pemukaan pada strip
olahan tanah di lahan lempung beliat... 99 46 Foto-foto di lahan percobaan saat penelitian pengujian metode strip
olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan dengan para meter penambahan bahan organik dan pemberian air terhadap budidaya
tanaman cabai……….…. 99
47 Tahapan persiapan pengujian kinerja irigasi bawah permukaan pada
strip olah tanah terbatas di lahan……….... 101 48 Grafik pertumbuhan rata-rata tinggi tanaman pada 14, 42, 70, 98,
112, dan 140 hari setelah tanam……… 108
49 Foto-foto pertumbuhan tanaman pada 14, 42, 70, 98, 112, dan 140
xix
51 Grafik kontur pola pergerakan air pada strip olah terbatas beririgasi
bawah permukaan dengan perlakuan K0A1………... 112
52 Grafik kontur pola pergerakan air pada strip olah terbatas beririgasi
bawah permukaan dengan perlakuan K0A2………..… 113
53 Grafik kontur pola pergerakan air pada strip olah terbatas beririgasi
bawah permukaan dengan perlakuan K3A1………..……… 114
54 Grafik kontur pola pergerakan air pada strip olah terbatas beririgasi
bawah permukaan dengan perlakuan K3A2………... 115
55 Penggunaan naungan atap plastik transparan guna mengkondisikan lahan kering berdampak pada kondisi iklim mikro disekitar tanaman sehingga tampak pertumbuhan tanaman di bawahnya kurang
baik………..…… 116
56 a) Pengolahan tanah di Indonesia umumnya secara konvensional, b) Tanah-tanah marjinal merupakan sasaran dalam usaha perluasan areal pertanian (ekstensifikasi) di masa yang akan datang, dan c) Salah satu tanah yang digolongkan pada marginal tersebut adalah
tanah podsolik merah kuning bertekstur tanah lempung berliat…….. 119 57 Konsep awal pengembangan teknik budidaya tanaman semusim
dengan strip olah tanah terbatas neririgasi permukaan………. 121 58 Pemilihan lahan penelitian yang cocok untuk pendekatan lahan
sempit (tradisional) dengan tekstur tanah lempung liat berdebu dari
jenis podsolik………. 124
59 Validasi bentuk pola sebaran kadar air (baasis volume) yang dihasilkan dalam peneitian pergerakan air pada strip olah tanah
terbatas beririgasi bawah permukaan ………..……….. 127 60 Ilustrasi perubahan pola sebaran pembasahan oleh kadar air (basis
volume) terhadap waktu pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan untuk menjaga kelembaban tanah dalam
xx
1 Data kadar air tanah pada bagian-bagian strip olah tanah terbatas
di lahan penelitian (menggunakan metode gravimetri)………….. 142 2 Pengukuran nilai hambatan (k ohm)memekai gypsum blok
elektrode di strip olah tanah terbatas……… 150
3 Analisis sidik ragam perhitungan rancangan percobaan………... 154
4 Analisis fisika tanah di Laboratorium……….….. 160
5 Data suhu harian di dalam naungan plastic………... 164
6 Analisis data konduktivitas horizontal……….. 165
7 Analisis data konduktivitas horizontal: konversi dari difusivitas ke
konduktifitas hidrolik……… 167
8 Program DAQ – Visual C++ 6.0………... 169
9 Program pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan (visual basic editor: macros Ms.
Excel)………..…... 172
PENDAHULUAN
Latar belakang
Lahan kering mempunyai potensi yang besar untuk memenuhi kebutuhan pangan namun harus dengan pengelolaan dan penggunaan yang tepat, yaitu sesuai kemampuan lahannya. Sinukaban (1994) menyatakan bahwa pengembangan pertanian di lahan kering berpotensi untuk swasembada pangan. Potensi tersebut antara lain dapat dilihat dari luas lahan kering yang tersebar cukup luas di Indonesia. Tanah podsolik merah kuning adalah jenis tanah yang mendominasi lahan kering di Indonesia. Daerah-daerah di Kalimantan luas lahan kering dengan jenis tanah podsolik merah kuning diperkirakan sekitar 20,7 juta ha (60%), umumnya tersebar pada daerah beriklim basah (Partohardjono et al. 1994). Podsolik merah kuning di indonesia secara keseluruhan luasnya diperkirakan mencapai 34,6 juta ha, sebagian besar terdapat di Sumatera, Kalimatan, Sulawesi dan Irian Jaya (Hidayat dan Mulyani 2002).
Pengembangan teknologi pemanfaatan lahan marjinal agar menjadi lahan produktif masih menjadi peluang besar dalam pembangunan pertanian di Indonesia. Perbaikan media tanam berupa hasil olah tanah dan teknologi irigasi tanaman yang tepat merupakan salah satu upaya pemecahan masalah di lahan marjinal. Penelitian lanjut terhadap perbaikan teknologi pengolahan tanah beserta teknologi aliran air irigasi tanaman, dapat menjadi salah satu informasi penting bagi pengembangan perbaikan teknik budidaya tananan pada lahan marginal.
Hidayat dan Mulyani (2002) menyatakan bahwa pada umumnya tanah-tanah subur di Indonesia sebagian besar sudah diusahkan penduduk. Tanah-tanah yang belum diusahakan umumnya berupa tanah kurang baik yang disebut tanah marjinal. Tanah-tanah marjinal merupakan sasaran dalam usaha perluasan areal pertanian (ekstensifikasi) di masa yang akan datang.
usaha membentuk keadaan fisik tanah yang baik untuk pertumbuhan tanaman. Pengolahan tanah terbatas memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan metode pengolahan tanah lainnya (Monzon et al. 2006). Pengembangan serta modifikasi terhadap metode tanah olah terbatas masih terbuka guna mendapatkan aplikasi teknik pengairan dalam suatu hasil tanah olah.
Adopsi konsep sederhana penelitian merupakan pengembangan teknik tanaman dalam pot dalam arti pengkondisian pot tanaman sepanjang jalur pengolahan, sedangkan pemberian irigasi untuk penyedia kebutuhan air tanaman mengadopsi dari benerapa teknik hidroponik (tanpa larutan pupuk).
Hubungan bahan organik dalam membentuk sifat fisik tanah tehadap konsep ketersediaan pergerakan air di dalam tanah diungkapkan oleh Sarief (1985) yang menyatakan bahwa dengan pemberian bahan organik pada tanah bertekstur liat dapat meningkatkan kadar air tanah dan kapasitas air tersedia serta dapat menurunkan berat volume tanah, sehingga tanah menjadi gembur. Bahan organik selain dapat meningkatkan ketersedaiaan air bagi tanaman sekaligus menambah unsur hara bagi tanaman dan meningkatkan jumlah pori tanah yang berguna memperbaharui drainase dan erasi tanah.
Bahan organik pada tanah (lahan pertanian) yang berfungsi sebagai pemegang, perekat dan menjaga ketersediaan air bagi tanaman serta membentuk struktur tanah menjadi lebih baik. Pengolahan tanah terbatas dengan dimensi ruang olah terbatas yaitu kedalaman 20 cm x 20 cm lebar yang mamanjang sepanjang alur tanam. Penambahan bahan organik dilakukan bertujuan menjaga ketersediaan air dan membentuk struktur agregat yang lebih baik sehingga konsep olahan tanah terbatas beririgrasi diharapkan juga menjadi pengendali drainase di lahan pertanian.
Permasalahan selain tekstur dan penambahan bahan organik dalam konsep ketersediaan air bagi tanaman adalah, fenomena pola pergerakan sebaran air pada kondisi tidak jenuh dalam tanah. Sebaran air pada kondisi tidak jenuh dalam tanah merupakan pergerakan air kapiler. Air kapiler dalam tanah dapat terjadi karena daya kohesi dan adhesi lebih kuat dari gravitasi. Air ini dapat bergerak ke samping atau ke atas karena gaya-gaya kapiler. Sebagian besar dari air kapiler merupakan air yang tersedia (dapat diserap) bagi tanaman (Hillel 1998),.
Pergerakan air dalam tanah secara umum perlu mencermati beberapa konsep pergerakan air secara teoritis, guna memahami batasan-batasan pengembangan ilmiah dari suatu perbaikan konsep teknologi. Proses aliran air tanah pada keadaan tidak jenuh umumnya sangat komplek dan sulit dipecahkan secara analitik. Kesulitan pemecahan analisis karena perubahan-perubahan dalam bentuk dan jumlah kadar air selama aliran. Perubahan-perubahan tersebut mencakup hubungan yang komplek diantara variabel-variabel kadar air, hisapan matrik konduktivitas dan adanya fenomena histerisis (Hillel 1980). Strelkoff et al. (2004), menyatakan bahwa analisa pergerakan air yang unsteady-flow dalam suatu aliran irigasi didekati dengan rumusan infiltrasi atau upfiltrasi yang telah ada dan parameter resistansi aliran (flow resistance) serta (uji coba rancangan) suatu geometri saluran dan masuknya air. Namun hal tersebut hanya pembuktian prediksi kinerja sebagai akurasi suatu input data.
komputerisasi dilakukan oleh Raes and Deproost (2003) membuat suatu software
dengan suatu simulasi dari model pergerakan air pada suatu tampilan menu terdiri dari toolbar lembar kerja. Selanjutnya mengadopsi hasil penelitian Thomas and leung (1996) dengan menekankan konsep larutan pencemar dalam tanah maka Javadi
et al. (2008) membuat suatu model numerik dari suatu transport zat pencemar yang menembus dalam tanah. Model tersebut mampu menirukan beberapa fenomena umum zat pencemar yang mengalir di dalam lahan-lahan termasuk proses-proses adveksi, dispersi, difusi, dan serapan.
Lahan kering merupakan salah satu sumberdaya lahan yang mempunyai peluang untuk pengembangan pertanian pangan, terutama pada lahan-lahan yang memiliki hambatan teknis sedang dan ringan. Penelitian berdasar pada pengembangan konsep kearah aplikasi suatu inovasi teknik budidaya tanaman pada lahan kering dengan tanah bertekstur lempung liat berdebu. Penelitian difokuskan pada analisa pergerakan air dalam suatu strip olah tanah terbatas dengan pengairan irigasi bawah permukaan. Pergerakan air pada tanah olah dalam konsep modifikasi pengolahan tanah terbatas dengan bentuk parit (strip) berisi tanah olah merupakan suatu yang baru serta membuka peluang penelitian lanjutan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan model pergerakan air pada suatu tanah liat yang diolah terbatas dengan irigasi bawah permukaan. Tujuan utama tersebut, dilakukan dalam beberapa tahap penelitian yang mempunyai tujuan spesifik, yaitu:
1. Menganalisis karakteristik tanah untuk mendapatkan data-data sifat fisik tanah, mempelajari pengaruh penambahan bahan organik dan mendefenisikan strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan
2. Menganalisis hasil simulasi model dan pengukuran pergerakan air dalam suatu pengujian di laboratorium.
Manfaat Penelitian
Berdasarkan tujuan penelitian diharapkaan dapat diperoleh manfaat sebagai berikut:
1. Mendapatkan data dasar karakteristik sifat fisik tanah dan rangkaian apparatus uji yang dapat digunakan untuk studi lanjutan.
2. Mendapatkan model matematik pergerakan sebaran air pada parit (strip) tanah olah di tanah lempung berliat.
3. Menyediakan suatu pengembangan konsep alternatif budidaya tanaman pada suatu lokasi spsesifik (dengan kadar lempung dan liat tinggi atau lahan marjinal) 4. Merekomendasikan konsep dan menyediakan data untuk pembuatan alat mesin
yang spesifik.
Ruang Lingkup Penelitian
Aliran irigasi bawah permukaan dalam olahan tanah menyebabkan pola pergerakaan air pada tanah akan membentuk sebaran horizontal searah strip olahan dan sebaran vertikal yang merupakan fenomena kapilaritas. Pola pembasahan diharapkan akan membasahi ruang olah tanah sebagai ruang tanam atau tumbuhnya perakaran tanaman sehingga ketersediaan air tanaman akan tercukupi (Gambar 1). Konsep pergerakan air irigasi bawah permukaan pada strip olahan merupakan usaha inovasi dalam mendapatkan beberapa aspek keterbaruan (novelty). Keterbaruan meliputi pengembangan model pergerakan air pada suatu irigasi bawah permukaan terhadap karakteristik tanah olah dalam parit (strip) di tanah dengan kadar lempung dan liat tinggi.Perbaikan atau modifikasi pengolahan tanah terbatas yang dilakukan yaitu dapat dengan merubah bentuk olahan tanah dengan parit (strip) berisi tanah olah untuk pertumbuhan tanaman serta dengan menggabungkan konsep pengembangan irigasi bawah permukaan.
sebagai aspek keteknikan g aplikasi.
Gambar 1 Ilustrasi kons
Beberapa prospek pe 1. Penelitian dapat diaplika
bersifat subsistem deng 2. Keuntungan-keuntunga sehingga usaha modif positif.
3. Menjadi dasar bagi pe mesin, penambahan ma Pemecahan masalah pergerakan air pada suatu s irigasi pada lahan tanah berl
parit berisi tanah olah
n guna pengembangan dan pendugaan capaian
i konsep sebaran pergerakan air pada ruang ola
k pengembangan keberhasilan penelitian diantar plikasikan dalam perkembangan pertanian di Indone
ngan luas lahan kecil dan bersifat perbaikan laha ungan dari sifat pengolahan tanah terbatas akan di
odifikasi sistem tersebut akan menghasilkan
pengembangan penelitian selanjutnya (pembua n material instalasi dan sebagainya).
lah dalam penelitian difokuskan untuk mendapa u strip olahan tanah beririgasi bawah permukaa
erliat. Diagram alir penelitian disertasi sebagai be
an kinerja suatu
olahan tanah
ntaranya:
Indonesia yang n lahan marjinal.
n dipertahankan n rekomendasi
buatan alat dan
ndapatkan model ukaan dan kinerja
Gambar 2 Diagram alir penelitian secara umum
Kerangka konseptual pendekatan masalah dan tahapan penelitian ditunjukkan pada Gambar 3 sedangkan matriks outline kandungan dari disertasi pada Tabel 1.
Pengukuran sifat fisik dan mekanik tanah yang diperlukan dalam komponen analisis pergerakan air dalam tanah ( kadar
air, tekstur, distribusi agregat, konduktifitas tak jenuh, pF)
Penelitian kinerja irigasi bawah permukaan di strip olahan tanah
Kesesuaian pola sebaran kadar air pada strip olah tanah terhadap kinerja sub surface irrigation? Grafik dan data di Lab.
simulasi pergerakan kadar air menggunakan aparatus uji
Grafik dan data pengukuran parameter kinerja pengairan dan parameter agronomi Pembuatan elektronik interface
dengan mikrokontoler AT89S52, gypsum block elektroda dan apparatus uji
Analisa dan evaluasi terhadap hasil dan temuan penelitian
tida
ya Simulasi
program
Pembuatan perhitungan model per-gerakan air menggunakan Ms. Excel VBE
Konsep alternatif perbaikan dan pemanfaatan lahan marjinal dengan olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan
Penelitian pada aparatus uji dilengkapi interface pengukur pola pergerakan air pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan
Pengujian kinerja teknik budidaya terhadap pertumbuhan tanaman (variabel uji terhadap pemberian air dan penembahan bahan organik)
Tabel 1 Matriks dari outline isi disertasi “Pergerakan air pada tanah lempung berliat yang diolah secara strip untuk memenuhi kebutuhan air tanaman “
Bab Judul Masukan Proses Luaran
I. Pendahuluan Rancangan umum penelitian Latar belakang riset Konsep dan matriks penjabaran isi
II. Karakteristik Tanah Pada Olah Tanah
terbatas Beririgasi Bawah Permukaan
Data sifat fisik dan mekanik tanah yang digunakan dalam penelitian.
Data analisis kimia dan bahan organik pada tanah perlakuan yang digunakan dalam penelitian
Data efesiensi irigasi bawah permukaan pada strip olah tanah terbatas
Konsep pengukuran horizontal konduktivitas tidak jenuh
Analisis sifat fisik dan mekanik tanah
Analisis efisiensi pe-nyaluran air (Ec), efasiensi aplikasi irigasi (Ea) dan efisiensi penyimpanan air irigasi (Es).
Perhitungan total lengas tanah tersedia (AM) dan total air tanah segera tersedia (Ready Available Moisture, RAM)
Konduktivitas hidrolik tak jenuh menggunakan metode distribusi kadar air pada tabung infiltrasi horizontal
Data sifat fisik tanah untuk kebutuhan pembuatan model pergerakan kadar air pada strip olahan tanah
terbatas beririgasi bawah permukaan
Efesiensi pengairan untuk pengembangan konsep budidaya tanaman pada strip olahan tanah terbatas
beririgasi bawah permukaan
III. Perancangan Apparatus Uji dan Interface Pengukur Pergerakan Kadar Air
Simulasi perhitungan dari model pergerakan kadar air dengan pengukuran pada apparatus uji
Banyak titik pengukuran Pembacaan real time dalam satu pengukuran bersamaan
Pengukuran perubahan hambatan pada detektor
Pembuatan apartus uji dari bak akrilik untuk simulasi pergerakan air Rangkaian elektronik
interface
mikrokontroler
AT89S52 untuk pengukuran banyak titik dalam pem-bentukan pola pergerakan kadar air
Pola pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan hasil pengukuran dalam tampilan grafik Ms. excel
IV. Model Pergerakan Sebaran Kadar Air pada Strip Olah Tanah
terbatas Beririgasi Bawah Permukaan
State of the art dari model pergerakan kadar air pada tanah tak jenuh
Keuntungan
pengembangan pengolahan tanah terbatas
Konsep irigasi bawah permukaan
Kesetimbangan massa Model aliran air tak jenuh Penyelesaian sistem linier yang terbentuk (matrik tridia-gonal) diselesaikan dengan Thomas Algorithm Finite difference ADI (Alte-rnating direct implicit) (Setia-wan, 1992) dalam bentuk skema Newton algorithm
Model pergerakan kadar air basis volume pada strip olahan tanah menggunakan Ms excel VBE
V. Penambahan Bahan Organik pada Tanah Berliat dalam Pengolahan Tanah
terbatas Beririgasi Bawah Permukaan Untuk Tanaman Semusim
Karakteristik lahan marjinal tanah lempung berliat
Penambahan bahan or-ganik dalam memperbaiki kesuburan tanah
Pengembangan konsep olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan untuk budidaya tanaman semusim
Pemberian bahan organik pada tanah liat dan lempung berliat terhadap kemampuan mengikat air Penelitian lapangan meng-gunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan 2 faktor, yaitu; waktu pem-berian air (A) dan dosis bahan organik kompos (K).
Teknik budidaya tanaman menggunakan strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan dapat menjaga kelembaban tanah untuk pertumbuhan tanaman.
Keterbaruan metode telah didaftarkan untuk paten sederhana.
VI. Pembahasan Umum Keterkaitan bahasan pada bab 1 sampai dengan bab 5 menjadi satu bahasan umum
Kekuatan dan peluang dalam pengembangan konsep strip olah tanah
terbatas beririgasi bawah permukaan untuk budidaya tanaman semusim dalam alternatif perbaikan lahan marjinal
Road map teknologi
Rekomendasi pengem-bangan strip olah tanah
terbatas beririgasi bawah permukaan untuk budidaya tanaman semusim Penjabaran singkat road map teknologi dalam konsep pengembangan strip olah tanah terbatas
KARAKTERISTIK TANAH YANG DIOLAH SECARA STRIP BERIRIGASI BAWAH PERMUKAAN
Pendahuluan
Tanah merupakan suatu benda alami heterogen yang terdiri atas komponen-komponen padat, cair dan gas, dan mempunyai sifat serta perilaku yang dinamik. Bowles (1989) menyatakan bahwa tanah adalah sistem yang heterogen, berfase banyak, rumit bersifat dispersi serta sarang, dimana luas pertemuan antar fase per satuan volume bisa sangat besar. Kondisi dispersi dari tanah dan kegiatan antar fase akan menghasilkan peristiwa seperti adsorbsi air dan bahan kimia, pertukaran ion, adesi, pengembangan dan pengkerutan, dispersi dan penggumpalan dan kapilaritas tanah merupakan sistem dispersi tiga fase yang selalu berada dalam keseimbangan yang dinamis. Ketiga fase tanah terdiri dari fase padat yang menyusun matrik tanah, fase cair yang terdiri dari air tanah yang selalu mengandung bahan-bahan terlarut dan fase gas yaitu atmosfir tanah (Hillel 1998; Sapei et al. 1990).
Tanah yang baik untuk pertumbuhan tanaman harus bertekstur sedang sampai berat. Lapisan solum sebaiknya cukup dalam, kira-kira 60 cm, sehingga akar dapat dengan mudah masuk ke dalam. Struktur tanah baik dan mantap, tidak ada lapisan pedas yang tidak bisa ditembus oleh akar, tidak tergenang air dan tanah mampu menahan kapasitas air tersedia (available water capacity) yang cukup pada waktu musim kemarau (Mostaghimi dan Mcmahon 1989).
Menurut Doorenbos dan Kassam (1979), kemampuan tanah untuk menahan air
(water holding capacity) atau air tanah tersedia adalah total ketersediaan air untuk tanaman atau selisih antar kadar air tanah pada kondisi kapasitas lapang (pF 2.54) dengan kadar air pada titik layu permanen (pF 4.2). Kalsim dan Sapei (1992) menerangkan bahwa notasi pF merupakan logaritma dari nilai absolut head tekanan (h), pF = log (-h), secara teoritis nilai pF mempunyai selang dari - ∞ sampai 7, tetapi dari - ∞ sampai 0 umumnya diabaikan dan pada nilai diatas 5.0 tidak mempunyai pengertian praktis (tanaman umumnya mati pada pF 4.2).
melemahkan proses respirasi yang mantap, memperlambat penyerapan air, dan makanan serta menghambat fungsi pengaturan proses biologis terutama sehubungan dengan kesuburan tanah. (Harjowigeno, 1986). Kadar air tanah berpengaruh terhadap perubahan sifat fisik tanah yang dapat merugikan pertumbuhan tanaman. Hubungan air, udara dan tanah dapat dilihat pada sifat fisik tanah terutama pada porositas dan permeabilitas tanah. Koduktivitas hidrolik merupakan rasio terhadap gradien hidrolik atau kemiringan flux terhadap kurva gradien. Konduktivitas hidrolik mengatur kemampuan tanah untuk menaikkan air. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai konduktivitas hidrolik tanah adalah distribusi ukuran pori tanah, tekstur tanah, gaya gesek antar molekul air dan kekentalan air. Oleh karena itu konduktivitas hidrolik tanah sangat berbeda antara satu jenis dengan jenis yang lain, bahkan antar lapisan tanah. (Hillel 1998)
Tekstur merupakan atribut tanah yang bersifat permanen dan alami. Sehingga tekstur tanah ini dijadikan sebagai ciri susunan fisik tanah (Sapei et al. 1990). Vermeiren dan Jobling (1980) menyatakan bahwa pada tanah dengan textur halus seperti liat dan lempung berliat, gaya-gaya kapiler berkerja kuat dan gaya gravitasi dapat diabaikan.
Liat tidak hanya memiliki permukaan yang luas tetapi juga bermuatan negatif. Muatan negatif tersebut menyebabkan liat mempunyai kemampuan mengikat air lebih tinggi dan juga jumlah ruang pori mikro pada liat jauh lebih besar daripada jumlah ruang pori mikro diantara butiran pasir selingga gerak air dan udara dalam fraksi liat terhambat (Sarief 1985). Harjowigeno (2002) menambahkan bahwa karena halusnya butir-butir liat maka susunan butir-butirnya sangat rapat. Air dan udara sukar masuk didalamnya, artinya sukar merembeskan air dan air yang telah masuk akan sukar keluar, maka itu tanah liat lambat kering.
diperlukan suatu teknologi yang dapat bekerja secara serbacakup (comprehensive). Mostaghimi et al. (1989) menyatakan lapisan tanah bertekstur liat tinggi biasanya memiliki permeabilitas yang lambat. Aliran air pada tanah liat tersebut didominasi oleh aliran pori makro. Hukum Darcy menggambarkan aliran air pada pori kecil (micropores), namun dalam aplikasinya pergerakan air memerlukan pori-pori makro karena sifat grafitasinya merupakan gaya pengendali utama. (Hillel 1980).
Bahan organik membantu mengikat butiran liat membentuk ikatan butiran yang lebih besar sehingga memperbesar ruang-ruang udara diantara ikatan butiran (Schjønning et al. 2007). Kandungan bahan organik yang semakin banyak menyebabkan air yang berada dalam tanah akan bertambah banyak. Bahan organik dalam tanah dapat menyerap air 2–4 kali lipat dari berat bobotnya yang berperan dalam ketersediaan air (Sarief 1985). Penambahan bahan organik dalam tanah dapat dilakukan dengan cara pemberian pupuk organik. Keuntungan dari penambahan pupuk organik ke dalam tanah tidak hanya terletak pada kadar unsur haranya saja tetapi juga mempunyai peranan lain ialah meinperbaiki keadaan struktur, aerasi, kapasitas menahan air tanah, mempengaruhi atau mengatur keadaan temperatur tanah dan menyediakan suatu zat hasil perombakan yang dapat membantu pertumbuhan tanaman (Purnomo et al. 1992).
Sifat fisik tanah juga sangat penting dalam mempelajari pergerakan air dalam tanah yang pada akhirnya dapat dipergunakan dalam menentukan suatu efesiensi kinerja irigasi di lapangan. Menurut Israelsen dan Hansen (1962), ada enam buah konsep efisiensi irigasi yaitu efisiensi penyaluran air, efisiensi pemberian air, efisiensi penyebaran air, efisiensi penampungan air, efisiensi penggunaan air dan efisiensi penggunaan air konsumtif. Efisiensi penyaluran air merupakan efisiensi tingkat pertama yang harus dipertahankan sebelum efisiensi lainnya diperoleh.
horizontal tanah diikuti oleh pengukuran sampel untuk mendapatkan distribusi kandungan air pada waktu yang tetap. Metode Bruce dan Klute (1956) berdasarkan bentuk transformasi difusi dari persamaan aliran tak jenuh Boltzman. Aliran horizontal membentuk persamaan diperlihatkan di bawah.
= ( ) /1/
θ adalah kadar air (L3L-3), D adalah diffusi (L2T-1), x adalah koordinat spasial (L) dan t adalah waktu (T).
Nielsen et al. (1962) menyatakan bahwa persamaan (1) secara tidak langsung menyakatan bahwa hukum Darcy cukup akurat untuk aliran tidak jenuh dan dapat menjadikan asumsi adanya hubungan unik antara kadar air dan “pressure head”. Kondisi awal dan batasan (boundary) untuk suatu infiltrasi horisontal dijelaskan bahwa kondisi kandungan air awal (initial condition) dan terikat (boundary) adalah θi
dan θo dengan asumsi θi < θo.
Penggunaan transformasi Boltzman:
( ) = / /2/
“partial differential” persamaan (1) ditransformasikan ke dalam persamaan “ordinary differential” :
− = /3/
Kesatuan persamaan dan penggunaan kondisi persamaan initial condition dan
boundary menjadi persamaan diffusi air tanah :
( ) = − /4/
atau, x pada titik waktu, t ;
( ) = − /5/
Pengumpulan data informasi mengenai sifat karakteristik tanah pada olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan bertujuan untuk:
3) Mendapatkan nilai-nilai parameter yang dibutuhkan dalam memenuhi sifat fisik tanah penelitian guna disimulasikan pada model pergerakan air horizontal pada strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan.
Bahan dan Metode
Pengukuran sifat fisik tanah dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah, Departemen Teknik Pertanian, Fateta-IPB, Bogor. Pengukuran efesiensi irigasi dilakukan di lahan petani di Desa Hambaro, Kecamatan Leuwiliang, Bogor. Penelitian dilakukan dari bulan Mei 2010 sampai dengan Februari 2011.
Contoh bahan tanah uji diambil dari daerah Leuwiliang, Bogor. Bahan yang digunakan adalah contoh tanah tak terganggu dan tanah terganggu, larutan Natrium Hexametaphospate, larutan H202 6%, air destilasi dan aliran air. Alat yang
digunakan adalah oven, timbangan digital, alat-alat pengambil sampel tanah, three phase meter, falling head (untuk konduktivitas tanah jenuh), timbangan analitik, alat-alat pengukur distribusi partikel, gelas ukur, mistar, pressure membrane apparatus, alat-alat untuk membuat bak uji, stopwatch, hand sprayer, alat pengolah tanah, ember, ajir elektronik, moisturemeter, stopwatch, dan pot pengalir.
Karakteristik tanah yang di ukur adalah: density of solids (mean particle density) (ρs), dry bulk density (ρb), total (wet) bulk density (ρt), dry specific volume
(vb), porosity (f), void ratio (e), soil wetness, mass wetness (w), volume wetness (θ),water volume ratio (vw), derajat kejenuhan (s), air-failed porosity (fractinal air
content) (fs), tekstur tanah menurut USDA, stabilitas agregat, kadar bahan organik tanah, konduktivitas hidrolik jenuh, difusifitas, dan konduktivitas hidrolik tidak jenuh
Pengukuran sifat fisik tanah: pengukuran kadar air dilakukan dengan gravimetri (JIS A 1230-1978), konduktivitas hidrolik kondisi jenuh menggunakan cara
Gambar 4 Diagram alir data sifat fisik tanah dalam penggunaan informasi karakteristik tanah untuk pengujian di lapangan dan Laboratorium Pengukuran kadar air dilakukan di laboratorium untuk menentukan jumlah air dalam suatu tanah dalam berat keringnya. Definisi lain kadar air adalah perbandingan berat air dengan berat total (berat air dan padatan) yang disebut kadar air basis basah. Pengeringan tanah memerlukan suhu 110 oC selama minimal 24 jam. (Sapei et al.
1990)
Konduktivitas hidrolik merupakan konstanta yang proporsional berhubungan dengan kemudahan fluida/air lolos pada suatu media porus. Konduktivitas hidrolik menggunakan cara falling head method mengikuti hukum Darcy (Bowles 1986).
Hubungan massa dan volume pada three phase digunakan sebagai karakter kondisi fisik tanah. Gambar 5 adalah skema representative hipotikal tanah volume dan massa pada three phase. Sebelah kanan menunjukkan massa yang terdiri atas massa udara (Ma) yang diabaikan jika dibandingkan massa padatan dan air, massa air (Mw), massa padatan (Ms) dan massa total (Mt). Volume ditunjukkan pada sebelah kiri diagram. Volume udara (Va), Volume air (Vw), Volume pori (Vf=Va+Vw), volume padatan (Vs) dan volume total (Vt). Berdasarkan diagram dasar ini, digunakan untuk menentukan properties/sifat-sifat fisik tanah (Hillel 1998).
a) Density of solids (mean particle density) (ρs)
Karakteristik tanah dalam penelitian Pengembangan konsep efesiensi
irigasi Uji Infiltrasi horisontal
Sifat fisik tanah digunakan untuk di lapangan
Sifat fisik tanah digunakan untuk di Laboratorium dan pembuatan simulasi model
Data sifat fisik tanah untuk kinerja
irigasi Data sifat fisik tanah untuk simulasi model pergerakan air dalam tanah Pengujian sifat fisik tanah di
[image:37.595.98.481.80.486.2]Kebanyakan tanah-tanah mineral memiliki Density of solids pada 2.6-2.7 g cm-3. Density of solid juga disebut dengan specific gravity, yaitu perbandingan kerapatan bahan terhadap kerapatan air pada suhu 4 oC dan tekanan 1 atmosfer.
Gambar 5 Skema diagram tanah sebagai three phase system
b) Dry bulk density (ρb)
Dry bulk density mengekspresikan rasio antara massa tanah kering atau padatan dengan volume total tanah. Tanah pasir ρb bias dapat mencapai 1.6 g
cm-3sedangkan pada tanah agregat lempung dan liat ρb mempunyai nilai lebih
rendah yaitu 1.1 g cm-3. Dry bulk density dipengerahui oleh struktur tanah, seperti kelonggaran atau derajat pemadatan, pengembangan, penyusutan yang dipengerahui oleh kandungan liat dan tingkat kebasahan/kadar air.
c) Total (wet) bulk density (ρt)
Persamaan tersebut mengekspresikan total massa tanah basah per unit volume dimana wet bulk density sangat tergantung pada kadar air tanah.
d) Dry specific volume (vb)
Merupakan volume perunit massa tanah kering, dan dapat sebagai indeks pemadatan tanah.
e) Porosity (f)
Porositas merupakan indeks volume relatif pori-pori dalam tanah, nilainya berkisar antara 0.3~0.6 (30~60%).
udara
air
f) Void ratio (e)
Void ratio juga merupakan indek volume fraksi pori tanah, tetapi ini terkait dengan perbandingan volume pori dengan volume padatan. Keuntungan void ratio adalah perubahan volume pori hanya tergantung pada pembilang sendiri, dibandingkan porositas akan berubah baik pada pembilang maupun penyebut.
g) Soil wetness
Kadar air tanah dapat diekspresikan bermacam-macam bentuk misalnya i) relatif terhadap massa padatan; ii) relatif terhadap total massa; iii) relatif terhadap volume padatan; iv) relatif terhadap total volume dan v) relatif terhadap volume pori.
h) Mass wetness (w)
Mass wetness adalah perbandingan berat air dengan berat partikel tanah kering, sering juga disebut sebagai gravimetric water content. Pada tanah mineral yang dijenuhkan, w biasanya berkisar antara 25~60% tergatung pada
bulk density. Tanah liat umumnya mempunyai kadar air jenuh yang lebih tinggi daripada tanah pasir.
i) Volume wetness (θ)
Volume wetness sering juga disebut volumetric water content atau volume
fraction of soil water adalah persentase volume air terhadap volume total.
Volume wetness sering digunakan pada bidang pertanian seperti infiltrasi, evapotranspirasi dan irigasi.
j) Water volume ratio (vw)
Water volume ratio merupakan perbandingan antara kandungan volume air dengan volume padatan.
k) Derajat kejenuhan (s)
Indeks ini mengekspresikan volume air relatif terhadap volume pori. Indeks berkisar antara 0 pada tanah kering hingga satu pada tanah jenuh.
l) Air-filled porosity (fractinal air content) (fs)
Tabel 2 Jenis, metode, dan alat-alat yang digunakan dalam analisis di laboratorium
No. Jenis analisis Metode Alat yang digunakan
Fisik:
1 Tekstur tanah Pipet Tabung sedimentasi,
gelas piala, pipet, dll 2. Stabilitas agregat,
DMR, dan GMD
Pengayakan basah dan kering
Ayakan 3 Karakteristik/distribusi
pori
- Kurva pF
- Bouma, Rao, dan Brown (2004)
- Inggaramo et al. (2004)
Panci tekan
4 Bobot isi Blake dan Hartge (1986) Timbangan, oven, ring sampel
5 Bobot jenis partikel Blake dan Hartge (1986) Labu ukur/piknometer, timbangan, gelas ukur 6 Jumlah pori Perhitungan menggunakan
BI dan BJP 7 Konduktivitas hidrolik
jenuh
Falling head Permeameter
Kimia:
8 Kadar bahan organik tanah
Walkley dan Black Alat-alat gelas
9 Nitrogen total Kjeldahl Kjeldahl Tabung
10 Fosfor tersedia P-Bray I Spektrofotometer
11 Kalium tersedia NH4OAc pH 7.0 Flamefotometer
12 Kadar air Gravimeter Oven
13 N-NH4 dan N-N02 Ekstraksi H20 FIA Star Analyzer 5000 14 P larut air Ekstraksi H20, Murphy dan
Raleigh
Spektrofotometer 15 K larut air Ekstraksi H20 Flamefotomete Keterangan: DMR = diameter massa rataan; GMD = geometric mean diameter (diameter rataan
geometri), BI = bobot isi, BJP = bobot jenis partikel
Pendefinisian metode strip olah tanah terbatas yang diaplikasikan dalam penelitian disertasi ini adalah dengan membuat suatu pengujian awal menggunakan bak uji. Bak uji irigasi bawah permukaan pada dasarnya terdiri dari kondisi tanah yang dipadatkan (tanah tidak terolah) dan strip olahan tanah (200 cm x 20 cm x 20 cm). Aplikasi pengairan menggunakan perbedaan debit dari pipa berdiameter 0.5 inch, dan 0.75 inch.
menggunakan hand spryer sebanyak 1700 ml air. Kadar air rata-rata adalah 57.79 % untuk setiap penambahan 10 cm tinggi tumpukan tanah dengan proses pemadatan manual (ditumbuk/tekan dengan batu bata). Setelah tanah tidak diolah siap, maka dilakukan pembuatan strip olahan tanah berukuran 200x 20x20 cm. Tumpukan agregat olahan tanah disebar merata pada ruang strip olahan tanah.
Proses aliran air irigasi bawah permukaan dalam strip olahan tanah mengalir secara langsung (konvensional). Parameter debit aliran air diatur oleh perbedaan diameter pipa (0.5 dan 0.75 inch) pada inlet dengan masing-masing debit 0.378 liter/detik dan 0.510 liter/detik. Air yang mengalir sebelumnya ditampung pada wadah, selanjutnya ketika pengaliran air ke bak uji maka head atau ketinggian muka air pada wadah dipertahankan. Kontrol tinggi muka air pada wadah dilakukan secara manual menggunakan operator pengontrol head dengan cara memasukan air. Pengukuran karakteristik aliran dan pergerakan air dengan cara mengukur kecepatan aliran dalam bak uji, perbedaan debit masuk dan keluar, serta pengukuran kadar air (di daerah pangkal, tengah dan ujung bak uji). Pengukuran kadar air pada kedalaman 15-20 cm, 10-15 cm, 5-10 cm dan 0-5 cm pada strip olahan tanah untuk mendapatkan pola pembasahan pada strip olahan tanah.
Perhitungan efisiensi irigasi adalah dengan menghitung efisiensi penyaluran air (Ec), efasiensi aplikasi irigasi (Ea) dan efisiensi penyimpanan air irigasi (Es). efisiensi
penyaluran irigasi dinyataka dalam persamaan oleh Hansen et al. (1986):
= 100 /6/
Ec adalah efisiensi penyaluran air (%), Wf adalah jumlah air yang sampai pada lahan
(l s-1) dan Wr adalah jumlah air yang dialirkan dari inlet (l s-1)
Perhitungan efisiensi aplkasi irigasi dihitung berdasarkan persamaan oleh James (1988)
" = #%&$ 100 /7/
'( = 10 )( *+ − ,-./ /8/
+0 = 123 /9/
Ea adalah efisiensi aplikasi (%), Rz adalah jumlah air yang tersimpan dalam zona
perakaran (mm), Fg adalah total air yang diaplikasikan (mm), Drz adalah kedalaman
kondisi kapasitas lapang dan titik layu permanen secara berturut-turut, Q adalah debit rata-rata selama irigasi (mm3 s-1), t adalah lama irigasi (s), dan Al adalah luas areal
irigasi.
Efisiensi penyimpanan air irigasi menggunakan persamaan:
4 =-#$5 100 64 ≈ 8-) /10/
8-) = 9: − ;< /11/
9: = 10 += >4 )( /12/
;< = 10 ;?=@ >4 )( /13/
ws adalah jumlah air irigasi yang diperlukan untuk mengisi zona prakaran sampai
kapasitas lapang (mm), Nwradalah kebutuhan air netto (mm), Whc adalah kemampuan
tanah menyimpan air pada daerah perakaran (mm), So adalah tinggi kolom air pada
daerah perakaran sebelum irigasi (mm), SMCO adalah kadar air tanah pada daerah
perakaran (%berat) dan As adalah apparent specific gravity.
Beberapa pengujian sifat fisik dan kimia tanah dilakukan di Laboratorium Balai Penelitian Tanah, Balitbang Bogor. Hasil pengujian disajikan pada Tabel 2.
Nilai konduktivitas hidrolik tak jenuh didapat menggunakan metode distribusi kadar air pada tabung infiltrasi horizontal dengan membuat aparatus uji infiltrasi horizontal yang terdiri dari tabung perspek 1 cm sepanjang 65 perspek. Tekanan head pada tabung mariot sebesar -2.5 cm dengan peresapan pada tabung-tabung perspek selama 7 jam.
Percobaan difusivitas tanah dilakukan di laboratorium dengan serapan horizontal seperti yang diajukan oleh Bruce dan Klute (1956). Alat yang digunakan berupa tabung-tabung perspek berukuran panjang 1.0 cm dan garis tengah 3.2 cm . Tabung-tabung tersebut dihubungkan hingga panjangnya 65.0 cm. Bagian bawah dari tabung diberi sarangan, kemudian dihubungkan dengan tabung gelas ukuran panjang 60.0 cm dan garis tengah 4.0 cm. Tabung perspek yang telah diberi tanah ditekan sampai kerapatan massa tanah tetap. Kemudian diberi air melalui tabung gelas seperti ditunjukkan pada Gambar 5 berikut:
Tahapan pemberian air analisis difusivitas tanah dengan aparatus yang dirancang sebagai berikut:
a. Kran K1 dibuka, kemudian secara lambat dan bersamaan kran K3 dan K4
b. Apabila udara telah keluar seluruhnya dari tabung B, maka dengan cepat dan bersamaan kran K1 dan K4 ditutup, Sedangkan kran K2 dibuka,
c. Perhitungan serapan horizontal dilakukan sejak gelembung udara masuk ke dalam tabung A melalui kran K2.
Gambar 6 Aparatus analisis difusivitas tanah dilakukan di laboratorium dengan serapan kolom horizontal
Waktu serapan ditentukan 500 menit dan setelah jangka waktu tersebut, kolom tanah dipotong-potong sesuai dengan tabung perspeknya. Kemudian kandungan airnya ditetapkan secara gravimetris.
Metode Bruce dan Klute populer pada tahun 1960-an, 1970-an, dan awal 1980-an karena prosedurnya membutuhk1980-an komputasi y1980-ang sedikit. Selama periode waktu ini, komputer masih tidak banyak digunakan atau digunakan tidak teratur sebagai alat untuk analisis data dalam pengukuran tekanan tanah. Metode Bruce dan Klute agar dapat dianalisis lebih baik dan lebih akurat dengan penggunaan inversi numerik, selain itu analisis berdasarkan pada persamaan (5) untuk penyelesaian fungsi kandungan “diffusivity-water”, dimana inversi numerik dapat menyediakan tambahan informasi tentang kurva retensi air dan fungsi “hydraulic conductivity” secara baik.
K1
K2
K3
K4
Tanah dipadatkan dalam tabung perspek
Tabung- tabung perspek 65 buah pada kolom infiltrasi horisontal
Kain kassa
Tabung perspek
h=-2
Pengaliran air pada kolom infiltrasi horizontal pada h =-2 dengan t = 500 menit Tabung mariot
Tabung A
[image:43.595.69.494.35.623.2]Gambar 7 Foto pegujian infiltrasi kolom horisontal tanah dilakukan di Laboratorium
Hasil dan Pembahasan
drainase, konservasi tanah dan air, pengolahan tanah, aerasi, dan kegunaan bahan tanah untuk tujuan keteknikan.
Data-data sifat fisika tanah yang berhubungan dengan pergerakan air dalam tanah di setiap tahapan penelitian ini sangat dibutuhkan untuk mempelajari kinerja pemberian air pada kondisi tak jenuh suatu strip olah tanah terbatas. Perlakuan pemberian air selanjutnya merupakan salah satu faktor utama dalam penelitian ini. Faktor lainnya adalah metode pengolahan tanah serta pemberian bahan organik. Faktor-faktor tersebut diaplikasikan pada upaya perbaikan lahan marjinal yaitu tanah jenis Podsolik bertekstur lempung liat berdebu. Soedarmo dan Prayoto (1985) mengungkapkan bahwa terdapat hubungan yang erat antara tekstur tanah dengan sifat-sifat tanah lain, seperti kapasitas tukar kation, porositas, kecepatan infiltrasi dan permeabilitas. Sifat fisik tanah juga sangat mempengaruhi sifat-sifat tanah yang lain dalam hubungannya dengan kemampuannya untuk mendukung kehidupan tanaman. Kemampuan tanah menyimpan air tersedia, merupakan fungsi dari tekstur dan struktur tanah. Kemampuan tanah untuk menyimpan hara dan kemudian menyediakannya untuk tanaman sangat ditentukan oleh tekstur tanah dan macam mineral liat (Danielson 1972).
[image:45.595.81.496.84.754.2]Awal penelitian dilakukan pengujian sampel tanah di laboratorium terhadap sifat fisik tanah yang digunakan dalam uji kinerja pengairan bawah permukaan pada parit strip olah tanah terbatas (dalam bak aparatus uji seperti ditunjukkan pada Gambar 5). Hasil data sifat fisik tanah ditunjukkan pad Tabel 3 dan 4.
Tabel 3 Sifat fisik tanah berdasarkan three phase (konduktifitas tanah jenuh)
Variabel Simbol Nilai hasil pengukuran pada tanah olah dalam strip
Specific gravity (g cm-3) ρs 2.62
Dry bulk density (g cm-3) ρb 1.36
Total (wet) bulk density (g cm-3) ρt 1.83
Dry specific volume (cm3g-1) vb 0.73
Porosity (%) f 47.85
Void ratio (cm3 cm-3) e 0.91
Mass wetness (%) w 34.44
Volume wetness (%) θ 30.00
Water volume ratio (%) vw 57.54
[image:45.595.82.487.545.733.2]Hasil pengukuran distribusi partikel menggunakan analisis ukuran partikel (JIS A 1204-1980) untuk menentukan tekstur tanah yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4 Tekstur tanah yang digunakan dalam penelitian awal (USDA)
Fraksi Persentase kandungan Tekstur tanah
pasir 25.05
Lempung berliat Jenis : Podsolik
debu 30.56
liat 44.39
Pengujian awal pada Gambar 8 menunjukkan definisi strip olah tanah terbatas beririgasi bawah permukaan yang dikembangkan dalam penelitian disertasi ini. Proses aliran air irigasi bawah permukaan dalam strip olahan tanah mengalir secara langsung (ilustrasi pada Gambar 8). Parameter debit aliran air diatur oleh perbedaan diameter pipa (0.5 dan 0.75 inch) pada inlet dengan masing-masing debit 0.378 liter/detik dan 0.510 liter/detik.
Air yang mengalir sebelumnya ditampung pada wadah, selanjutnya ketika pengaliran air ke bak uji maka head atau ketinggian muka air pada wadah dipertahankan. Kontrol tinggi muka air pada wadah dilakukan secara manual menggunakan
