Model Pendugaan Nitrat dar, Fosfat Terbuang dari Petak Sawah Beririgasi

MODEL PENDUGAAN NITRAT DAN FOSFAT TERBUANG

DARl PETAK SAWAH BERlRlGASl

Oleh : SUHATMONO

PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

ABSTRAK

Suhatmono. Model Pendugaan Nitrat dan Fosfat Terbuang dari Petak Sawah Beririgasi. Di bawah bimbingan Soedodo Hardjoamidjojo dan M. Yanuar J. Purwanto.

Nitrat dan fosfat rnerupakan dua diantara sepuluh hara esensial yang digolongkan pada kelompok makro, yaitu dibutuhkan dalam jumlah relatif banyak. Walaupun keduanya masuk dalam golongan yang sama namun proses ketersediaannya pada lahan relatif berbeda. Nirat merupakan unsur hara yang rnudah tersedia baik secara alarni rnaupun buatan, narnun juga rnudah hilang dari lahan dengan penguapan, larut pada aliran permukaan dan terlarut dalarn proses pencucian. Sebaliknya fosfat rnerupakan unsur hara yang sulit tersedia bagi tanaman dan juga sulit untuk hilang dari sistem lahan karena terikat oleh liat.

Studi tentang kesetimbangan kedua nutrisi tersebut dalam lahan rnenjadi rnenarik, karena selain berguna dalam memonitor ketersediaannya juga untuk menduga hilangnya unsur-unsur tersebut dari lahan. Salah satu faktor yang menyebabkan hilangnya unsur-unsur tersebut dari lahan yaitu karena drainase perrnukaan.

Nilai kehilangan nutrisi lewat drainase permukaan secara matematis tergantung oleh dua nilai utama yaitu besar nutrisi tersedia dan dikonsumsi. Karena nilai total nutrisi relatif konstan sedangkan kebutuhan nutrisi mengalami kenaikan secara gradual seiring dengan bertambahnya umur tanaman, maka dapat diasumsikan nutrisi terbuang akan berkurang secara gradual. Persamaan matematik dapat digunakan untuk memodelkan fenomena tersebut. Dengan model tersebut diharapkan dapat diketahui potensi nutrisi terbuang dari sistem sawah beririgasi untuk tingkat petak. Hasil peneliian menunjukkan bahwa nilai total potensi nitrat terbuang sebesar 4.159

kglmusim, sedangkan total potensi fosfat terbuang sebesar 8.333 kglmusim. Kedua nilai tersebut relatif sama dengan hasil perhitungan dengan mempertimbangkan semua elemen kesetimbangan nutrisi teoriiis.

Terdapat dua tipe sawah berdasar sistem pengaliran air dalam petak, yaitu tipe seri dan parallel. Hasil simulasi dengan menggunakan data potensi terbuang pada kedua tipe sawah tersebut memperlihatkan bahwa terdapat perbedaan nilai akhir nutrisi terbuang pada saluran drainase tingkat tersier. Tipe sen mempunyai potensi nutrisi terbuang jauh lebih kecil dibanding dengan tipe parallel. Nilai potensi nitrat terbuang untuk sawah tipe seri cenderung mendekati no1 yang relatif lebih kecil dibanding dengan potensi nlrat trebuang dari sawah tipe paralel sebesar 1.54 kglmusim, sedangkan potensi fosfat terbuang untuk sawah tipe sen sebesar 0.05 kglmusim yang juga relatif lebih kecil dibanding dengan tipe parallel sebesar 3.25 kglmusim.

MODEL PENDUGAAN NITRAT DAN FOSFAT TERBUANG

DARl PETAK SAWAH BERlRlGASl

SUHATMONO

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains pada

Program Studi llmu Keteknikan Pertanian

PROGRAM PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Judul tesis : Model Pendugaan Nitrat dar, Fosfat Terbuang dari Petak Sawah Beririgasi

Nama Mahasiswa : Suhatmono

Nomor Pokok : 99305

Program Studi : llmu Keteknikan Pertanian

Menyetujui :

Komisi Pembimbing

I

(Prof. Dr. Ir. Soedodo Hardjoamidjojo. M.Sc.) . . (Ir. M. Yanuar J. Purwanto. MS.)

Ketua Anggota

Mengetahui :

(Dr. Ir. Kudang B. Seminar M.Sc.)

Penulis dilahirkan di Madiun pada tanggal 20 Januari 1961, sebagai putra pertama dari lima bersaudara, dari pasangan Tarnu Ranuwidjaja dengan Mariyam.

Tahun 1988 penulis telah menyelesaikan pendidikan Sarjana di Jurusan Mekanisasi Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Gadjah Mada. Yogyaka~ta. Pada tahun 1999 penulis diterima sebagai mahasiswa pada Program Studi llmu Keteknikan Pertanian, Program Pascasarjana

-

IPB, Bogor.

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SVVT, atas lirnpahan rahrnat, hidayah dan atas kehendak-Nya sernata, maka penulisan tesis yang berjudul Model Pendugaan Nitrat dan Fosfat Terbuang dari Petak sawah Beririgasi dapat diselesaikan.

Tesis ini rnenelaah pendayagunaan model rnaternatika sederhana dalam menduga pola dan nilai potensi nutrisi terbuang lewat outlet, dirnana pengamatan dilakukan terhadap hubungan antara tahapan proses produksi dengan total nutrisi terbuang, dan rnernanfaatkan keeratan hubungan tersebut untuk rnenyusun model pendugaan. Hasil pendugaan model yang telah terkalibrasi dan t e ~ a l i d a s i digunakan sebagai masukan data untuk simulasi guna rnernperoleh nilai potensi nutrisi terbuang dari blok petak tersier.

Selama pelaksanaan penelitian sarnpai dengan selesainya penulisan tesis ini, penulis telah mendapatkan banyak bantuan baik dalarn bentuk moral rnaupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala hormat dan kerendahan hati, penulis rnenyarnpaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan rasa terirnakasih yang tulus kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Soedodo Hardjoarnidjojo, M.Sc. selaku ketua kornisi pernbirnbing dan lr. M. Yanuar J. Purwanto, MS.. selaku anggota komisi pernbimbing yang telah banyak rnemberikan saran, arahan, bimbingan dan rnotivasi sejak

penyusunan proposal hingga selesainya penulisan tesis.

2. Ir. M. Yanuar J. Putwanto, MS.. selaku koordinator proyek kerjasarna antara Fateta-IPB Bogor dengan Dinas Pengelolaan Surnber Daya Air Propinsi Jawa Tengah, yang telah rnemberikan kesempatan kepada penulis terlibat dalam proyek tersebut, sehingga penelitian dan penulisan tesis ini dapat diselesaikan.

3. Ir. Sukandi Sukartaatrnadja, MS.. selaku penguji luar kornisi yang telah rnerelakan waktu dan tenaga dalarn proses ujian tesis.

Dinas Pengairan Ranting Kedungwuni yang telah memberikan bantuan tenaga dan pikiran selama penulis melaksanakan penelitian.

5. Rektor Universitas Negeri Cenderawasih Jayapura, Rektor Universitas Negeri Papua Manokwari. Tim BPPS Jakarta, Koordinator TPLA - IPB Bogor

beserta staf yang telah memberikan kepada penulis kesempatan, beasiswa, serta fasilitas untuk menyelesaikan studi.

6. Semua pihak yang telah membantu dan memberikan masukan yang tidak mungkin penulis sebut satu per satu.

Teriring harapan dan do'a, semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi masyarakat luas dan memberikan kontribusi pada perkembangan pertanian secara luas.

Bogor, September 2002

DAFTAR IS1

halaman

...

ABSTRAK

RIWAYAT HlDUP

...

PRAKATA

...

DAFTAR TABEL

...

DAFTAR GAMBAR

...

DAFTAR LAMPIRAN

...

PENDAHULUAN

...

Latar belakang

...

Tujuan dan Kegunaan Penelitian

...

TINJAUAN PUSTAKA

...

Sawah

...

Sistem Aliran

...

Penyusunan

...

...

Asumsi dan Pembatasan Keberlakuan

Pengujian

...

Waktu dan Tempat

...

Letak Geografis

...

lklim

...

Kondisi Lahan Pertanian

...

Pola Tanam

...

Alat dan Bahan

...

...

Prosedur Penelitian

Pengumpulan Data

...

Analisis Data

...

Debit

...

Nutrisi

...

Kandungan Sesaat

...

Kandungan Total

...

HASlL DAN PEMBAHASAN

...

Deskripsi Nutrisi di Lokasi Studi

...

Debit Aliran dalam Petak

...

Kesetimbangan Nutrisi

...

Penyusunan Model

...

Model Penduga Nutrisi Terbuang

...

Pengujian

...

Penerapan pada sistem tersier

...

Sawah tipe parallel

...

Sawah tipe seri

...

KESIMWLAN DAN SARAN

...

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Tabel halaman

1. Kondisi iklim daerah irigasi asem siketek berdasar pengamatan

stasiun Ponolawen (1991-2001)

...

₂₄

2. Data debit aktual harian per minggu selama proses produksi

tanaman

.

...

..

....

...

.

..

....

....

...

.

... ... .. .

.,

...

....

...

.. ... ... . ...

...

₃₀

3. Hasil perhitungan nilai bocoran dari pematang petak atas

...

31

4. Kandungan N dan P pada outlet selama pengamatan

...

33 5. Hasil perhitungan faktor-faktor kesetimbangan nitrat dalam petak 35 6. Hasil perhitungan faktor-faktor kesetimbangan fosfat dalam petak 35

7. Hasil perhitungan untuk sawah tipe seri r ~ i t r a t

...

terbuang (CN) dan fosfat terbuang (CP)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Gambar halaman

[image:99.570.65.483.25.776.2]

Sistem sawah metode KONOSU

...

Komponen-komponen kesetimbangan air dalam petak

...

Sistem irigasi plot-to-plot

...

Siklus nitrogen pada daerah pertanian

...

Aliran nutrisi pada tingkat petak

...

Skenario penelitian potensi nutrisi terbuang

...

Kuwa hipotesis hubungan nutriii tersedia dan kebutuhan

...

Alur penyusunan model

...

Grafik rerata curah hujan bulanan tahun 1991

.

2001

...

Pola tanam tahunan Dl Asem Siketek

...

Grafik debit harian serta bocoran dari tahap pengolahan tanah sampai tahap pemasakan

...

Keserasian pola antara besar debit dengan kandungan nutrisi terbuang

...

Hasil pemencaran data untuk nitrat terbuang

...

Hasil pemencaran data untuk fosfat terbuang

...

Validasi data nitrat terbuang terhadap y

=

x

...

Hasil plotting potensi nitrat terbuang aktual dan model

...

V a l i i i

data

posfat terbuang terhadap y ='x

...

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Lampiran halaman

Nilai Rse (callcm2lhari). yc (kglhalhari). yo (kglhalhari)

...

Tabel Ra (mmlhari) dan tabel koreksi temperatur (cT)

...

Peta lokasi penelitian di Daerah lrigasi Asem Siketek

...

Dimensi dan luasan serta titik pengambilan sampel air di petak

...

Skema aliran alir serta titik pengambilan sampel air

...

Tahapan penentuan nilai evapotranspirasi

...

Hasil perhitungan kesetimbangan nutrisi dalam petak

...

Proses dan tahapan perhitungan kandungan nutrisi dalam

PENDAHULUAN

Dewasa ini isu tentang pentingnya sisi kualitas dalam pengelolaan air semakin mengemuka. Studi pada sungai Kali, Uttar Pradesh. India. memperlihatkan bahwa llrnbah ~ndustri, rumah tangga maupun pertanlan secara bersama telah menurunkan kualitas air sungai Kali dengan sumbangan antara lain nitrat (32.4 %)

dan fosfat (11.2%) (Kain, 2000). European Commission juga rnemberi label 'hazardus elements' pada kontaminan yang berasal dari industri terutama logam. seperti As, Cd, Cr, Cu, Hg, dan lain-lain (Wild, 1993).

Di sisi lain, pertanian sebagai industri juga mempunyai andil dalam proses polusi pada badan air atau sungai secara nyata. Polutan untuk bidang ini terutama bersumber dari penggunaan pestisida dan pupuk. Studi yang dilakukan oleh Wallach (1993) memperlihatkan bahwa kedua bahan tersebut akan muncul pada air tanah dan aliran air permukaan. lshikawa (1999) mengernukakan juga bahwa penggunaan nitrat yang berlebihan akan menyebabkan keracunan nitrat (nitrate toxication).

oleh polusi dari nonpoint soufces. Surnbangan dari bidang pertanian. salah satu dari nonpoint sources, sekitar 50

-

70 %, karena adanya erosi tanah, serta aplikasi pupuk dan pestisida (Anonimous. 1992).

Kenyataan menunjukkan bahwa tanaman tidak dapat tumbuh dengan normal bila tidak ditunjang oleh unsur-unsur nutrisi esensial dalam jumlah yang cukup. Unsur-unsur nutrisi esensial itu mempunyai fungsi yang khusus pada tanaman, sehingga tidak dapat digantikan keberadaannya. Nitrogen dan fosfor digolongkan ke dalam unsur nutrisi esensial dimana kedua unsur tersebut dibutuhkan tanaman dalam jumlah banyak. Oleh karena itu dalam proses produksi tanaman unsur-unsur nutrisi seperti N dan P harus dikelola dengan baik. Kedua unsur tersebut tersedia bagi tanaman dalam bentuk ion seperti amonium (NH,'), nitrat (NO;) dan ortoposfat (H2P04').

Tiga sumber nitrat dan fosfat yang signifikan, terutama untuk padi sawah, adalah pemupukan, air irigasi dan air hujan. Jumlah sumbangan dari pemupukan dapat diatur sesuai dengan kebutuhan melalui pengaturan dosis pemupukan. Sumbangan air hujan ditentukan oleh frekuensi dan volume hujan, sedangkan air irigasi tergantung pada volume debit aliran masuk serta kandungan nutrisinya. Namun

secara

kuantiiatii sumbangan tersebut bersifat fluktuatif dan sulit untuk ditentukan.

Kelebihan nitrat dan fosfat mungkin tejadi bila masukan dari sumber nutrisinya melebihi kebutuhan konsumtif proses produksi tanaman. Kelebihan ini merupakan resiko yang merugikan bagi kehidupan, baik tanaman, hewan maupun manusia, karena kedua nutrisi tersebut bersifat polutif (Ishikawa. 1999).

terjadinya kelebihan ini ialah dengan mengadakan pengamatan terhadap sistem kesetimbangan kedua nutrisi tersebut pada tingkat petak. Pengamatan terhadap sistem petak diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai efektivitas pemanfaatan nitrat dan fosfat bagi proses produksi tanaman. lndikator efektif dapat dilihat dari jumlah nutrisi terbuang yang relatif kecil.

Nilai indikator tersebut dapat diamati dengan mengukur kandungan nutrisi yang terbuang lewat outlet. Ketidakpraktisan akan muncul bila setiap saat harus diadakan pengamatan guna mengetahui nilai kandungan nutrisi pada outlet. Oleh karena itu perlu disusun sebuah pola tentang fluktuasi kandungan nitrisi outlet. Dengan suatu analisis terhadap faktor-faktor penentu kesetimbangan nutrisi dalam petak. ~mla tersebut dapat diduga. Untuk tujuan tersebut maka dibutuhkan banyak data dari elemen-elemen dalam sistem kesetimbangan nutrisi tingkat petak. Elemen- elemen tersebut meliputi elemen-elemen yang menyumbang nutrisi ke lahan dan elemen-elemen yang mengkonsumsi nutrisi dari lahan. Namun tidak semua elemen mempunyai kontribusi sama terhadap tingkat kontaminasi air outlet. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah model yang mampu menyederhanakan sistem yang kompleks.

Tujuan dan Kegunaan Penelitian

Penelitian tentang potensi potensi nutrisi terbuang dari sawah beririgasi ini bertujuan untuk :

1. rnernpelajari hubungan antara kandungan nutrisi pada outlet dengan tahapan proses produksi tanaman guna rnembangun model pendusaan nutrisi terbuang

2. membuat simulasi potensi nutrisi terbuang pada saluran drainase kuarter berdasar data potensi nutrisi terbuang tingkat petak

Kegunaan penelitian :

1. Model yang tersusun dalam penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai informasi dasar untuk pengelolaan sistem pemupukan

2. Simulasi model terhadap dua tipe sawah diharapkan dapat digunakan untuk menduga potensi nutrisi terbuang pada petak kuarter

TINJAUAN PUSTAKA

[image:105.570.52.459.60.760.2]

Sawah menurut pengertian umum adalah sekelompok luasan lahan yang membentuk satu keiompok dengan total luasan mencapai ratusan sampai ribuan hektar. Batas antar luasan dapat berupa jalan sawah, saluran irigasi atau drainase. yang meliputi saluran utama dan samping. Yamazaki (1992), menyatakan bahwa kualitas sistem sawah akan mempengaruhi produksi. Pengaturan tata letak petak dari sistem persawahan disajikan secara skematis pada Gambar 1.

Gambar 1. Sistem persawahan metode

KONOSU

melayani 10 sampai dengan 15 plot. Posisi saluran sawah biasanya tegak lurus kontur, sedangkan rnasing-masing plot sejajar dengan kontur.

Saluran irigasi samping mensuplai saluran-saluran sawah, sedangkan

saluran drainase samping rnenyalurkan air buangan dari drainase sawah. Posisi saluran irigasi dan drainase samping sejajar dengan plot-plot yang juga sejajar kontur. Sebaliknya saluran irigasi dan drainase sawah mengalir dari posisi tinggt ke rendah, jadi harus memotong atau tegak lurus kontur.

Sistem Aliran

Air yang masuk ke dalam petak meliputi air irigasi (I), air hujan (R),

[image:106.562.42.468.25.763.2]

rernbesan masuk (St) dan bocoran masuk (Lt), sedangkan air yang keluar dari petak meliputi evapotranspirasi

(Et),

perkolasi (P), limpasan dan atau drainase (0), rembesan keluar (So), serta bowran keluar (Lo). Komponen-komponen kesetimbangan air tersebut secara skematis disajikan pada Gambar 2.

Dalam sistem kesetimbangan air, nilai air yang masuk ke dalam petak harus sama dengan yang keluar dzri petak, yang secara matematis dapat dituliskan dalam bentuk persamaan :

In

=

Out

+

AWd 11 1

dengan :

In air yang masuk petak Out : air yang keluar petak

AWd : air tertinggal dalam petak (tebal genangan)

Dalam sistem petak sawah nilai rembesan masuk (Si) dianggap sama dengan rembesan keluar (So), sedangkan nilai bocoran dapat dieliminasi dengan perbaikan pernatang menjelang dimulainya proses produksi. Namun selama proses produksi, tidak menutup kemungkinan terjadi bocoran karena adanya kegiatan binatang sawah. Deteksi terhadap adanya bocoran pada pematang, dapat didekati secara maternatis dengan menghitung nilai bocoran dengan memanfaatkan komponen-komponen kesetimbangan air, yang dapat dituliskan sebagai persamaan berikut :

C S i = Z ( E t + P + O ) - C ( I + R )

Diinjau dari sistem aliran air, maka sistem irigasi lahan terbagi dalam tiga kelompok utama. Pembagian ini lebih disebabkan oleh perkembangan dalam sistem pengelolaan lahan.

Sistem plot-to-plot

petak ini masih belum sempurna. Beberapa petak yang berbatasan dengan saluran rnendapat suplai air dari saluran tersebut. sedangkan petak lain yang tidak berbatasan dengan saluran akan menggunakan air limpasan dari plot diatasnya sebagai air irigasinya. Sistem aliran air dari petak ke petak tersebut disebut sebagai sistem plot-to-plot. Arah aliran dalarn sistern irigasi dan drainase sistem ini pada petak-petak menjadi tidak jelas, sehingga sekelompok petak tersebut menjadi sangat tergantung pada aliran air dari plot-plot yang terletak di bagian atas.

Tiga kerugian dari pemanfaatan sistern plot-to-plot yaitu : (1)

ketidaktepatan jumlah dan waktu pemberian air, (2) kesulitan dalam rnengatur waktu pemupukan (3) minimnya sistem transportasi sawah. Sebagai kerugian pertama, plot-plot bawah sering mendapat limpasan air dari plot di atasnya bila jurnlah air berlebihan. Selain itu pada sistem ini sering terjadi bocoran dari petak atas, sehingga petak sawah akan menerirna air lebih selain dari jurnlah yang seharusnya.

[image:109.562.82.472.73.255.2]

Gambar 3. Sistem lrigasi plot-to-plot

Masalah ketiga yang mungkin timbul ialah kurangnya jumlah jalan sawah yang menyebabkan kesuiitan dalam pengangkutan hasil panen maupun sarana produksi. Demikian juga bila memanfaatkan traktor sebaga~ sumberdaya produksi, akan terganggu karena tidak adanya sarana transportasi yang memadai.

Dan kekurangan itu semua terdapat keuntungan dari sistem tersebut yaitu tidak diperlukannya pengendalian air harian, sehingga sistem ini sangat sesuai untuk para petani yang sibuk dimana hanya membutuhkan tenaga pengatur air yang minim. Selain itu, sistem ini

secara

ekonomi juga

menguntungkan karena tidak dibutuhkan saluran khusus untuk irigasi ataupun drainase.

Sistem Dwifungsi Saluran

keperluan irigasi dan drainase. Konsekuensi dari pengoperasian sistem ini ialah perombakan terhadap sistem tataletak petak dimana semua petak harus berbatasan dengan saluran, sehingga setiap petak akan bisa menerima dan membuang air dari dan ke saluran.

Sistem Saluran Terpisah

Mengingat pentingnya air dalam produksi tanaman serta demi peningkatan hasil, maka sistem irigasi berkembang lagi. Bertolak dari keterbatasan sistern dwifungsi dalam pernbagian air, maka dibangun sistern baru dimana saluran irigasi dan drainase terpisah. Sistem ini lebih menjamin ketersediaan air setiap saat, karena satu saluran hanya berfungsi untuk satu manfaat yaitu irigasi atau drainase saja.

Diantara kelebihannya, sistem ini rnempunyai dua kelernahan utama yang rnenyebabkan tingkat efisiensi pemanfaatan saluran menjadi kecil. Pertama, saluran yang hanya difungsikan sebagai saluran irigasi atau drainase saja, rnenyebabkan menurunnya tingkat efisiensi saluran pada tahapan-tahapan tertentu dari proses produksi. Kelemahan kedua yaitu bila jurnlah air yang tersedia tidak cukup, maka akan menyebabkan

pemanfaatan saluran yang tidak optimal.

Ketenediaan Bagi Tanaman

Mekanisme difusi terlaksana karena pergerakan nutrisi tejadi oleh adanya perbedaan nilai konsentrasi larutan tanah. Dalam kedua mekanisrne tersebut nutrisi bergerak mendekati akar, sedangkan pada intersepsi akar terlihat sebaliknya bahwa akar lebih aktif untuk mencari lokasi keberadaan nutrisi.

Berdasar atas kebutuhannya, maka unsur-unsur dalarn nutrisi esensial yang terdiri dari 17 unsur dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu kelompok rnakro dan mikro. Kelompok makro yang terdiri dari sepuluh unsur yaitu C, H. 0, N, P, K. S, Ca, Mg dan S, dibutuhkan oleh tanaman dalarn jumlah banyak, sedangkan kelompok unsur mikro yang terdiri dari tujuh unsur yaitu Zn, Fe. Cu, Mn, Mo, B dan CI, dibutuhkan dalam jumlah sedikit

Sumber nutrisi tanaman ada yang berasal dari air dan udara, narnun kebanyakan berasal dari tanah. Nutrisi yang berasal dari tanah dan diserap oleh tanaman biasanya dalam bentuk ion. Tanaman mengambil N dari tanah dalarn bentuk NH4' dan NO?, sedangkan unsur P dalam bentuk HzPO; dan

Nitrogen

menyebabkan tanaman menjadi lebih lemah, mudah terserang penyakit, pertumbuhan vegetatif menjadi lebih lama yang berakibat perlambatan masa pemasakan. Diantara ketiga mekanisme tersebut. penyediaan nitrogen terutama melalui mekanisme aliran massa yang menyediakan nitrogen yang sebesar 98.8 %.

Fosfor

Fosfor bagi tanaman bermanfaat dalam masa pertumbuhan awal yaitu masa perkembangan akar, dan masa generatif, masa pembungaan dan pembentukan buah, dimana fosfat berperan dalam pembelahan sel dan reproduksi tanaman (Plaster, 1995). Respon tanaman tert~adap aplikasi fosfat berupa perbaikan pengisapan air oleh akar, tahan terhadap penyakii, dan mempercepat proses pemasakan.

Unsur fosfor tanah tersedia sebagai hasil proses pelapukan terhadap mineral fosfat tertentu yaitu mineral apatii. Proses tersebut memberi kelompok anion yang tersedia bagi tanaman seperti ortofosfat (H2P04=).

Siklus

Siklus nutrisi pada sistem pertanian atau persawahan, merupakan bagian dari siklus nutrisi di alam. Sebagai contoh, Plaster (1992)

[image:113.570.92.461.365.628.2]

rnernberikan gambaran skematis siklus nitrogen yang disajikan pada Gambar 4. Gambar tersebut memperlihatkan bahwa siklus nitrogen di alam terpotong oleh adanya pernbuangan brangkasan.

Untuk sistem persawahan, nutrisi masuk melalui dua kondisi yaitu aktif dan pasif. Kondisi aktif bila masuknya nutrisi ke lahan sawah melalui suatu kegiatan produksi yaitu pemupukan dan fertigasi (gabungan fertilisasi dan irigasi). Kondisi pasif bila proses masuknya nutrisi berjalan secara alamiah, misal nutrisi yang terbawa oleh air irigasi, atau proses fiksasi alami.

Gambar 4. Siklus nitrogen pada daerah pertanian

Kesetimbangan

nutrisi yang masuk ke petak akan berbeda bila aliran air masuk mengandung lebih banyak nutrisi karens aplikasi pemupukan pada petak sebelumnya.

Aliran nutrisi yang masuk pada petak sawah berasal dari irigasi

(0,

pemupukan (F), fiksasi (N,), dan air hujan (P), sedangkan yang keluar meliputi infiltrasi (I,), sublimasi (D,), dan drainase (0). Selain itu terdapat dua komponen nutrisi yang tidak keluar petak yaitu dikonsumsi oleh tanaman

(C,)

dan tersimpan dalam sistem sawah sebagai residu (R). Secara

skematis aliran tersebut disajikan pada Gambar 5.

Kesetimbangan nutrisi pada tingkat petak disusun oleh komponen- komponen penyumbang rnaupun pengkonsumsi nutrisi, yang terdiri dari empat komponen penyumbang dan lima komponen pengkonsumsi nutrisi. Sistem kesetimbangan mengandung arti bahwa jumlah nutrisi masuk harus sama dengan jumlah nutrisi keluar. Kesetimbangan nutrisi dimana input

sama dengan output dapat dituliskan sebagai persamaan berikut :

[image:114.567.76.478.457.700.2]

I I

Persamaan 131 memperlihatkan bahwa pada sisi kiri persamaan merupakan penjumlahan semua elemen input, sedangkan sisi kanan persamaan merupakan penjumlahan semua elemen output ditambah dengan nilai residu.

Kehilangan

Menurut Hardjowigeno (1995) dan Plaster (1992), terdapat banyak faktor yang menyebabkan kehilangan nitrogen dari tanah, misalnya karena adanya konsumsi oleh tanaman dan terbuang dalam bentuk brangkasan waktu panen, adanya proses pencucian, serta karena terbawa oleh aliran perrnukaan.

Kehilangan nitrogen dari sistem kesetimbangan dapat berupa pemotongan siklus nutrisi alami, dimana brangkasan dipindah ke luar sistem petak (Plaster, 1992). Doorenbos et a/, (1979), mengemukakan sebuah metode untuk menghitung nilai produk bahan kering atau brangkasan CI,)

berdasar pada elemen-elemen iklim. Dalam metode Agro-ecological zone. sebelum nilai Yo ditentukan, terlebih dulu hams ditentukan dulu nilai produk kotor bahan kering tanarnan acuan (Yo) dengan persamaan :

Yo

=

F.y0 + (1

-

F)ye /4/

larnpiran tersebut dapat ditentukan bahwa untuk tanaman padi nilai y, = 35

kglhaljarn (untuk ternperatur rata-rata

=

28.1goC). Menurut Doorenbos et al (1979) bila y, lebih besar dari 20 kglhalhari, rnaka untuk rnencari produk bahan kering digunakan persarnaan berikut :

Yo

=

F(O.S+O.OlyJy, + (1-F)(0.5+0.025yJyc /5/

dengan :

yo : produksi brangkasan kering (kglhalhari)

F : prosentase siang hari berawan (%), F =(R,,

-

0.5R$/0.8Rs.

YO

: laju berat produksi brangkasan kering kondisi terang (kglhalhari)

YC

: laju berat produksi brangkasan kering kondisi berawan (kglhalhari)

Y m : laju produksi tanaman (kglhaljam)

Nilai R,, yo, dan y, dapat diientukan dengan menggunakan tabel, sedang nilai R, ditentukan berdasar nilai extraterrestrial radiation (Ra) dan nisbah antara jam penyinaran aktual dengan jam penyinaran maksimum (n/N). Tabel R, disajikan pada Lampiran 1. dan tabel Re disediakan pada Lampiran 2.

Berbeda dengan nitrogen, penyediaan unsur hara posfor hampir 90.9% terjadi rnelalui rnekanisme difusi (Donahue, 1977 dalam

Pendekatan Nilai Terbuang

Nutrisi yang terbuang lewat outlet merupakan bagian dari nutrisi yang belum terrnanfaatkan pada proses produksi. Nutrisi tersebut ini keluar petak bersama aliran drainase, nilainya tergantung dari kandungan nutrisi dan debit aliran. Dan Gambar 5. terlihat bahwa nilai 0 merupakan potensi nutrisi terbuang. Secara matematis potensi nutrisi terbuang dapat dituliskan dalam bentuk fungsi sebagai berikut :

No

=

f(k

F r prr

Cp

Eb R) /6/

METODOLOGI

Skenario Penelitian

Penyusunan skenario pada penelitian ini didasarkan pada upaya untuk memberikan garnbaran tentang tatacara dan tahapan penelitian yang akan dilaksanakan. Untuk studi tentang potensi nutrisi terbuang lewat outlet dari sawah beririgasi skenario penelitian disajikan secara skematis pada Gambar 6.

. . .

p.

,

...

Skenario penlitian mempunyai dua tahapan utama sebagai berikut :

1). penyusunan model tingkat pehk dengan kegiatan :

(1). pengumpulan data (debit dan konsentrasi)

(2). penentuan kandungan nutrisi sesaat

(3). penentuan kandungan nutrisi per tahapan

(4). penyusunan persamaan matematika (pencaran, kalibrasi, validasi)

(5). model potensi nutrisi terbuang petak

(6). menentukan nilai potensi nutrisi terbuang dari petak tunggai

2). Pelaksanaan simulasi terhadap deteksi potensi total nutrisi terbuang pada petak kuarter, dengan tahapan :

(l).simulasi potensi total nutrisi terbuang pada petak tersier tipe sen (2).simulasi potensi total nutrisi terbuang pada petak tersier tipe paralel

Model Penyusunan

Pengertian model menurut Sri-Harto (1993) adalah penyajian sederhana dari suatu sistem yang kompleks. Sedangkan sistem menurut Dooge (1968) dalam Sri- Harto (1993) adalah struktur, alat, skema, prusedur yang terdiri dari masukan dan keluaran baik nyata atau abstrak yang dikaitkan dengan suatu acuan waktu.

Salah satu faktor penyusun komponen output dalam kesetimbangan nutrisi di tingkat petak adalah aliran drainase yaitu aliran air yang keluar lewat outlet. Air ini mempunyai potensi untuk menyumbang kelebihan nutrisi ke petaklblok berikutnya atau badan air pada saluran drainase

menyumbang terhadap kelebihan nutrisi pada aliran outlet. Kandungan nutrisi dalam air drainase merupakan potensi nutrisi terbuang (No) yang nilainya merupakan fungsi dari faktor-faktor yang terdapat dalam komponen kesetimbangan nutrisi dalam petak.

Untuk nitrat faktor-faktor itu meliputi : irigasi (I), pemupukan (F), air hujan (P).

fiksasi nitrogen (N,), konsumsi tanaman (C,), intiltrasi (If), evaporasi (E,), denitrifikasi

(D,),

serta residu (R). Hubungan tersebut dapat ditulis secara matematis sebagai berikut :

No

=

ffl,

F,

P r NIP C , 1, E e D , R) f f /

Sedangkan untuk fosfat faktor-faktor itu meliputi : irigasi (I), pemupukan (F),

fiksasi-P (P,), konsumsi tanaman (C,), serta residu (R). Secara matematis hubungan tersebut dapat ditulis :

Namun dari kesemua faktor tersebut hanya terdapat empat faktor yang berpengaruh signifikan terhadap No, sehingga faktor yang lain dapat dihilangkan sehingga persamaan /71 dan I81 berubah menjadi :

No

=

f (I, F, R, CJ /9/

Dalam sistem kesetimbangan, potensi nutrisi terbuang per satuan waktu

dapat ditentukan oleh pengurangan konsumsi nutrisi oleh tanaman nilai C, terhadap

nutrlsr tersedia. Total nilai nutrisi tersedia pada lahan merupakan n~lai kandungan

nutr~s~ yang tersedia dl lahan dari adanya sumbangan nutris~ dari ~rigasi (I), curah

hujan (R) dan adanya aplikasi pemupukan (F). Namun total ni~trisi ini akan

berkurang secara gradual dengan adanya pengurangan nutrtsl untuk kebutuhan

tanarnan. Kebutuhan nutrisi oleh tanaman merupakan totai nilai nutrisi yang

dikonsumsi tanaman selama proses produksi. Untuk tanaman padi konsumsi nutrisi

tanaman meliputi total nutrisi yang hilang karena dikonsumsi langsung oleh

tanarnan, yang dapat dideteksi dengan nilai nutris~ pada brangkasan kering, maupun

hilang karena adanya proses perkolasi, rembesan, bocoran rriaupun drainase atau

aliran permukaan. Fenomena tersebut secara hipotetis dan disajikan secara grafis

seperti Gambar 7.

-

-

-

tersedia

-

kebuhrhan

Gambar 7. K U N ~ hipotetis hubungan nutrisi tersedia, kebutuhan, dan outlet

Persamaan umum untuk peluruhan seperti yang dikemukakan oleh (Kenneth,

y

=

ae-bx

dengan :

Y : konsentrasi nutrisi e : bilangan alam

x : waktu pengarnatan

a, b : konstanta

Dalam penerapannya, konstanta a dan b harus ditentukan untuk kondisi yang diharapkan. Nilai-nilai konstanta tersebut dapat diperoleh dengan menurunkan sebuah persamaan matematika dari pencaran data.

Asumsi dan Pembatasan Keberlakuan

Dalam penyusunan sebuah model diperlukan asumsi-asumsi agar model tersebut dapal dikembangkan dengan kondisi yang diharapkan. Untuk peneliian ini diajukan asumsi-asumsi : (1) kumpulan petak merupakan satu kesatuan sistern persawahan. (2) aliran air bersifat kontinyu. (3) dalam paket-paket aliran terkandung konsentrasi nutrisi yang hornogen.

Mengacu pada Gambar 6. dan persamaan 181, maka batasan keberlakuan model :

(1). Model hanya bdaku untuk sistern tanam satu kali pemupukan

(2).

Dalam analisis numerik, batas awal dan batas akhir model adalah waktu awal pemupukan dan akhir pemberian air irigasi

Pengujian

Uji validitas model dapat dilakukan dengan tolok ukur kenampakan antara nilai prediksi (model) dan aktual mendekati garis y

=

x dan nilai koefisiefi determinasinya (R2) harus lebih besar dari 50 %. Persamaan koefisien determinasi yang digunakan (Nash and Sufcliff dalam George Fleming. 1975) :

dengan :

y, : nilai aktual hari ke-i

Y, : nilai prediksi (model) hari ke-i

[image:123.562.33.481.27.614.2]

Y : rata-rata data konsentrasi data aktual

Gambar 8. Alur penyusunan model

Waktu

dan

Tempat

Letak Geografis

Daerah lrigasi (Dl) Asem Siketek termasuk dalam wilayah kota dan kabupaten Pekalongan yang secara geogratis terletak pada posisi 109"32' BT dan

7"2'

LS.

Daerah lrigasi ini mencakup areal irigasi pada tiga kecamatan, kecamatan Kedungwuni, kecamatan Buaran dan kecamatan Tirto.

lklim

Kondisi iklim pada Daerah lrigasi Asem Siketek pada Tabel 1. yang merupakan hasil pengamatan pada stasiun klimatologi Ponolawen tahun 1991

-

2001. Dari Tabel 1. terlihat bahwa dari data rata-rata suhu udara harian setiap bulan, tidak terjadi fluktuasi.

Tabel 1. Kondisi iklim daerah irigasi asem siketek berdasar pengamatan stasiun Ponolawen (1991- 2001)

bulan sebesar 929.20 kmlhari pada bulan September dan minimum sebesar 487.78

kmlhari pada bulan Mei.

[image:125.567.47.460.35.657.2]

Curah hujan pada Daerah lrigasi Asem Siketek, yang diambil pada Stasiun Ponolawen tahun 1991

-

2001 sangat be~ariasi. Nilai curah hujan maksimum terjadi pada bulan Januari sebesar 17.72 rnmlhari dan nilai minimum sebesar 3.92 mmlhari pada bulan Juli dengan rata-rata sebesar 9 mmlhari. Grafik rata-rata curah hujan bulanan disajikan pada Gambar 9

Gambar 9. Grafik rerata curah hujan bulanan tahun 1991-2001 Kondisi Lahan Pertanian

Lahan pertanian pada Daerah lrigasi Asem Siketek mempunyai topografi

'

Daerah lrigasi Asem Siketek terdapat industri batik, dimana air buangan ikut menyumbang pada saluran irigasi pada daerah persawahan.

Pola Tanam

Dalam pola tanam pada Daerah Asem Siketek terdapat tiga musim tanam. yaitu MT I. MT II dan MT Ill. Musim Tanam I (MT !) untuk padi musim rendengan d~mulai pada pertengahan Oktober sampai dengan Pebruari. Pada Musim Tanam II

(MT II), terdapat dua kegiatan tanam yaitu Gadu I dan II yang dimulai bulan Maret sampai dengan Juli. Untuk Musim Tanam Ill (MT Ill). kegiatan hanya untuk penanaman jenis palawija pada bulan Agustus sampai dengan September. Secara

skematis pola tanam Daerah lrigasi Asem Siketek disajikan pada Gambar 10. -

OW I Nap 1 Des 1 Jan I Feb Jun JuI 1 A P I ~Sept

I I I I I I / I l l I I l l / I I I l l I I I I I I I l l / I I I I I I I l l / I I l l 1 I ) I l I I I I I I I I I I

MT I 1 I MT II - I MT Ill

PT I TMB ( SNG ( M \ P ( 1 PT 1 TM8 ( BNG I M [ P I PLWJ Keteranqan :

[image:126.567.49.488.0.798.2]

PT : pengolahan tanah M : pemasakan TMB : peftirnbuhan P : panen BNG : pembungaan PLWJ : palawija

Gambar 10. Pola tanam tahuan Dl Asem Siketek Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan berupa petak sawah (dimensi serta luasan disajikan pada Lampiran 4). data debit, data sampel air, dan data tahapan usaha tani, sedangkan peralatan yang digunakan berupa alat pengukur dan pengambil sampel air, perangkat pencatat, penghitung dan pengolah data.

Prosedur Penelitian Pengumpulan data

sampel air diambil langsung dari titik pengambilan pada petak pengamatan. Pengambilan data debit dan sampel air dilakukan sekali dalam satu minggu. Titik pengambilan sampel serta peta aliran air pada petak sawah disajikan pada Lampiran 5. Data penunjang yang diperlukan berupa data tahapan usaha tani dan pola tanam yang diamati secara langsung dari lapang.

Analisis Data Debit

Terdapat hubungan antara tinggi muka air pada alat ukur Thompson dengan debit. Oleh karena itu debit dihitung berdasar data ketinggian muka air terukur pada alat ukur debit. ~ubungan tersebut mengikuti persamaan :

Q

=

0.014

H2.'

I/det

dengan :

Q

: debt terhitung (Ildet)

H : tinggi muka air teramati (cm) Nutrisi

Kandungan Sesaat

Konsentrasi nitrat dan fosfat ditentukan dengan analisis laboratorium, sedangkan kandungan nutrisi pada aliran ditentukan berdasar nilai debit dan konsentrasi nutrisi. Untuk menghitung kandungan nutrisi dalam aliran air dapat digunakan persamaan modifikasi dari rumus Wild (1993) :

Nx = C * Q X e [ N J 1131

dengan :

c : konstanta konversi (0.864)

Q. : debit inletloutlet (Ildet)

-pJ: konsentrasi nitratlfosfat (kgll)

Penamaan 1131 dapat dipergunakan untuk menentukan nilai kandungan nutrisi dari nitrat outlet

(No),

dan fosfat outlet (P,). Nilai konsentrasi nutrisi

pJ

dari persamaan 1131 ditentukan secara laboratoris dari sampel air yang dikirim ke Laboratorium Balitbang lndustri di Semarang.

Kandungan Total

Perhitungan dengan persamaan 1131 menghasilkan data kandungan nutrisi sesaat, dimana nilai tenebut merupakan besar nilai nutrisi saat pengukuran. Dengan asumsi bahwa penurunan nilai nutrisi terbuang mengikuti gradasi peluruhan, maka untuk menentukan nilai total nutrisi pada masingmasing tahapan produksi maupun nilai total nutrisi selama proses produksi dapat digunakan metode perhitungan luas di bawah k ~ ~ a . Tahapan perhitungan total nutrisi dengan metoda luas di bawah k ~: ~ a

(1). Memplot data hasil pengamatan (nutrisi sesaat) dan diperoleh sebuah persamaan garis y

=

f(x)

(2). Menghtung nilai kandungan nutrisi per tahapan dengan persamaan :

dengan :

A, : total kandungan nutrisiltahapan (kgttahapan)

f(x)

: persamaan garis hasil plotting

dx : perubahan waktu pengamatan

f3).Nilai

A!

merupakan total kandungan nutrisi terhituna per tahapan

dengan batas awal dan akhir tahapan (potensi nutrisi terbuang lewat

HASlL DAN PEMBAHASAN Deskripsi Nutrisi di Lokasi Studi Debit Aliran dalam Petak

Pengamatan terhadap tinggi muka air pada alat ukur Thompson dilakukan sekali dalam seminggu yang dimulai dari tahap pengolahan tanah sampai dengan akhir tahap pemasakan. Besar debit dihitung menggunakan persamaan 1101, serta hasilnya secara tabulasi disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2 Debit aktual harian per minggu selama proses produks~ tanaman

bocoran dapat dideteksi dengan meninjau sistem kesetimbangan air pada tingkat petak. Berdasar persamaan I11 dan 121, nilai bowran merupakan fungsi dari nilai sumbangan air masuk petak yang terdiri dari aliran masuk serta curah hujan, dan pengurangan air keluar petak yang terdiri dari evapotranspirasi, perkolasi dan drainase. Komponen curah hujan diambil dari data curah hujan bulanan dalam periode pengukuran sepuluh tahun (1991-2001), sedangkan nilai perkolasi diambil berdasar nilai standar untuk tanah alluvial coklat yaitu sebesar 2 mmlhari (Anonimous, 1985). Nilai evapotranspirasi ditentukan dengan metoda Penman, dimana metoda ini dianggap lebih representatif dibanding metoda-metoda yang lain karena metoda ini memperhitungkan hampir semua komponen iklim yang ada (Doorenbos, 1977). Tahapan penentuan nilai evapotranspirasi dengan metoda ini disajikan pada Lampiran 6. Hasil perhitungan nilai bocoran dari komponen- kornponennya disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Hasil perhitungan nilai bocoran dari pematang petak atas

0.040 I 0.020

1

I

0.000 L---

..

PT TNM TMB TMB TMB MSK MSK MSK

i-C-aliran masuk +aliran keluar t b o c o r a n 1

[image:132.567.67.462.55.777.2]

-. . . ~. . . -. - - - ~. .

~-

Gambar 11. Grafik debit harian serta bowran dari tahap pengolahan

tanah sampai tahap pernasakan

Dipandang dari sisi kualitas air, besar nilai debit rnenjadi penting karena berpengaruh pada besar nilai kandungan nutrisi yang keluar dari petak. Hasil pengamatan rnernperlihatkan bahwa terhadap pola hubungan rnenarik antara besar debit dengan kandungan nutrisi teramati seperti terlihat pada Gambar 12. Jurnlah nutrisi yang keluar dari petak lewat outlet rnenunjukkan kecenderungan naik pada saat terjadi debit cenderung naik, dan rnenurun lagi saat debit rnenunjukkan kecenderungan menurun. Data hasil pengamatan nilai kandungan N dan P (kgltahapan) bersamaan dengan pengamatan debit drainase disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Kandungan N dan P pada outlet rnasa pengarnatan

[image:132.567.79.451.76.301.2]

I

1

< .

2 I . - _/ ' _-.,-.-7 :i _-- A _ . ~ ~. . P?: a'-.

~~ ..--..~>

>-

;>>.:..

L.- . .. . .. . ..

',

~ ~ - L ~ ~ j b..-&..

TNM TM B TM B TM B MSK M SK M SK

,~ . -~ ~~ ~~~ . _,

'+aliran keluar (mytahapan)

+

kand. Ntkgltahapan) -t kand. P (kgitahapan) :

, ~.

--

.~ ~ . ..

~ ~ -~ ' ! ~~~ - - ~ ~~~

Gambar 12. Keserasian pola antara besar debit dengan kandungan nutrisi terbuang

Dan grafik Gambar 12. terlihat bahwa teriihat terdapat pola serasi antara fluktuasi debit dengan fluktuasi kandungan nutrisi. Pada tahap tanam sampai dengan akhir pertumbuhan kandungan nitrat yang keluar lewat outlet terlihat mempunyai nilai lebih rendah dibanding dengan nilai kandungan fosfat

Kesetimbangan Nutrisi

Sesuai dengan asumsi yang diajukan, maka dapat dikatakan bahwa kesetimbangan nutrisi dalam petak diduga juga melibatkan kesetimbangan airnya. Selain itu terdapat faktor-faktor lain yang ikut berperan dalam kesetimbangan nutrisi. antara lain : siklus nutrisi, reaksi kimiawi antara nutrisi dengan air, tanah dan atmosfer (Plaster, 1992). Oleh karena itu kesetimbangan nutrisi ideal dapat disusun dengan melibatkan semua faktor-faktor tersebut seperti pada persamaan 131

fiksasi asimbiotik, karena bakteri-bakteri pelaku proses fiksasi memanfaatkan nitrogen tanpa tergantung tanaman induk. Hasil fiksasi asimbiotik ini masih sukar untuk dideteksi. Fiksasi nitrogen di atmosfer akan masuk ke lahan bersama air hujan. Sejauh ini masih terdapat beberapa nilai tentang dugaan kandungan nitrogen dalam air hujan. Nilai dugaan ini tergantung juga pada frekuensi dan kedalaman hujan. lndranada (1985), mengemukakan nilai dugaan sebesar 3.216 kg Nlhalmusim.

Hasil pengamatan pada debit inflow rnemperlihatkan bahwa sumbangan nitrogen sebesar 1.651 kglrnusim, sedangkan sumbangan N dari bomran sebesar 4.225 kglmusim. Pupuk yang merupakan sumbangan nutrisi yang dinilai signifikan sebagai input pada lahan, memberikan sumbangan nitrogen sebesar 69 kg Nlmusim dari aplikasi pupuk sebesar 150 kglha.

Pengurangan nilai nitrogen keluar dari petak berdasar persamaan 131 dan 191 disebabkan oleh empat faktor utama, yaitu infiltrasi, defiksasi, drainase dan konsumsi deh tanaman. Hasil pengamatan secara berturut-turut adalah 2.6 kglmusim (infiltrasi), 4.193 kglmusim (drainase). Sedangkan nilai defiksasi tidak terdeteksi dan dianggap sama dengan nol. Elemen keempat yaitu konsurnsi nutrisi oleh tanaman dapat diientukan dengan menggunakan persamaan 151.

kandungan nutrisi tanaman bukan bersurnber dari pupuk yang diaplikasikan 23 hari setelah tanam. Nilai kandungan nutrisi pada pertumbuhan awal tersebut diperkirakan mencapai 15 % dari total kandungan nutrisi tanaman dalam semusim. Hasil perhitungan setelah dilakukan koreksi disajikan pada Tabel 5 dan Tabel 6

Tabel 5. Hasil perhitungan faktor-faktor kesetirnbangan nitrat dalam petak

'j n : tidah t w k u r

Tabel 6. Hasil perhitungan faktor-faktor kesetirnbangan fosfat dalam petak faktor input (kg P)

Deteksi terhadap pengurangan nitrogen memerlukan pengarnatan d m a. pemupukan

.

b. irigasi

c. bocoran

perhitungan yang kornpleks. Potensi nitrat terbuang didekati dengan kandungan

I

nilai

nltrat outlet. Pendekatan dapat dilakukan dengan menganggap bahwa kandungan 13.5

1.026

1 560

nitrat outlet merupakan hasil interaksi faktor-faktor pada persamaan l71.

Pada kesetimbangan fosfor, faktor-faktor yang berpengaruhi baik sebagai input rnaupun output sulit dikuantiikasi. Misalnya proses rnineralisasi fosfor yang ikut menyurnbang nutrisi pada lahan sulit untuk dideteksi kuantitasnya, disamping faktor- faktor yang mengkonsumsi fosfor pada lahan. Untuk itu pendekatan yang dilakukan defigwc melihat kandungan nutrisi dari inflow dan outflow rnenjadi penting. Total kandurrgan fosfat pada inflow adalah 1.026 kglhalmusirn dan bocoran sebesar 1.560

faktor output (kg P) Nilai

a. brangkasan b. drainase

c. infiltrasi

10.575

7.118

kglhalmusim, sedangkan outflow sebesar 7.118 kglhalmusim. Sumbangan pupuk dengan aplikasi pupuk 90 kglha sebesar 13.5 kglhalmusim, seperti terlihat pada Tabel 6.

Dari Tabel 6. terlihat bahwa sistem kesetimbangan nutrisi mampu mendeteksi adanya kekurangan jumlah pupuk yang harus diaplikasikan pada lahan. Hal ini terlihat dari residu yang bernilai negatif, yang berarti nilai input nutrisi P lebih kecil dari nilai outputnya. Berdasar asumsi yang telah diajukan dimana sistem sawah merupakan satu kesatuan yang berlaku kontinyu, sehingga residu nutrisi yang tersimpan akan bisa dimanfaatkan pada tahapan berikutnya. Dari sini terlihat bahwa aplikasi residu dapat digunakan untuk menutup kekurangan P dalam kesetimbangan nutrisi sebesar 1.606 kglhalmusim (Tabel 6).

Hasil perhitungan dengan menggunakan sistem kesetimbangan terlihat bahwa nilai potensi nitrat terbuang lewat drainase sebesar 4.810 kglmusim yang relatif sama dengan hasil perhitungan model yaitu 4.193 kglmusim. Potensi fosfat terbuang, hasil perhitungan dengan sistem kesetimbangan nutrisi sama dengan 8.125 kglmusim yang mendekati nilai yang sama dengan hasil perhitungan model yaitu sama dengan 7.12 kglmusim.

Penyusunan Model

Penyusunan model dilakukan pada kondisi lahan dengan blok pengamatan yang terbagi menjadi petak-petak kecil dengan total luas sebesar 0.33 ha. Sistem pengaliran air dari petak ke petak menggunakan sistem saluran irigasi samping yaitu saluran kecil di sisi blok.

10.538 m3/hari, sedangkan debit inlet rata-rata sebesar 8.581 m3/hari (Tabel 2). Air irigasi diberikan mulai dari pengolahan tanah sampai dengan umur tanaman padi menjelang tahap pemasakan yaitu 65 hari setelah tanam. Aplikasi pemupukan nitrogen dilakukan sekali selama proses produksi yaitu awal tanam atau 9 hari setelah pengolahan tanah dengan volume pemupukan sebesar 150 kg/ha, sedangkan pupuk fosfor diberikan pada saat yang sama dengan volume 90 kglha.

Model Penduga Potensi Nutrisi Terbuang

Untuk nitrat, dalam penyusunan model digunakan data potensi nitrat terbuang dari tiga tahapan proses produksi yalu data pada tahapan awal dan akhir pertumbuhan serta akhir pemasakan. Bentuk dan struktur model terpilih dari hasil pencaran data disesuaikan dengan model standar yang tersedia pada referensi (Kennet, 1968. France, J.1986).

Penurunan model matematis menggunakan program Microsofl Excel dimana diperoleh model terpilih yang memenuhi kriteria koefisien determinasi tertinggi f? =

Garnbar 13. Hasil pernencaran data untuk nitrat terbuang

Dengan rnenggunakan rnetode yang sama, model rnatematika penduga potensi fosfat terbuang diturunkan. Dengan kriteria koefisien detemlinasi tertinggi

(R2

=

0.951), maka terpilih persamaan model matematis untuk fosfat terbuang terpilih : CP(t) = 576.9eQ'985L, dimana CP(t) adalah potensi fosfat terbuang dan f

adalah hari setelah tanarn (hari).

10 20 30 40 50 60

~

HST (hall) I

Hasil proses pemilihan model matematis dengan program Microsoft Excel disajikan pada Gambar 14. Dan grafik tersebut terlihat bahwa model cenderung sesuai dengan model acuan yaitu model peluruhan, sehingga dapat dilanjutkan dengan validasi

Pengujian

[image:139.567.67.462.24.796.2]

Proses validasi model terpilih dari nitrat terbuang dilakukan dengan dengan memplotkan sebaran nilai potensi nitrat terbuang model dengan aktual terhadap garis y = x. yang memberikan koefisien deteminasi (f?) = 0.9559. ha1 ini menunjukkan bahwa nilai potensial nitrat terbuang model mendekati nilai aktualnya seperti terlihat pada Gambar 15.

Gambar 15. Validasi data nitrat terbuang thd y

=

x

-~ ~ ~

0 10 20 30 40 50 60

[image:140.562.60.471.61.822.2]

HST

Gambar 16. Hasil plotting potensi nitrat terbuang aktual dan model

[image:140.562.82.464.75.308.2]

Dalam proses validasi untuk potensi fosfat terbuang disajikan pada Gambar 17, memperlihatkan bahwa koefisien deterrninasi (R2) dari model terpilih sama dengan 0.744, dan terlihat bahwa pencaran data fosfat terbuang aktual dan model mendekati garis y = x. Hal ini memperlihatkan bahwa nilai fosfat aktual dan model relatii sama, sehingga model cukup valid untuk diaplikasikan.

Gambar 17. Validasi data fosfat terbuang thd y = x

[image:141.570.71.473.71.818.2]

HST (hari) _I

Gambar 18. Hasil plotting potensi fosfat terbuang aktual dan model

Penerapan pada

sistem

tenier

Dan hasil studi dapat dideteksi potensi nutrisi terbuang lewat outlet untuk satu satuan petak terkecil dari suatu sistem sawah. Berdasar rekayasa petak sawah

KONOSU (Yamazaki, 1992), potensi nilai tersebut dapat dikernbangkan untuk rnendeteksi potensi nilai petak lain dalam satuan blok rnaupun satuan sawah secara keseluruhan. Pengembangan ini mungkin dilaksanakan bila persyaratan teknis lapang dan asumsi-asumsi yang diajukan dipenuhi.

Berdasar tala letak sawah skematis dan potensi nulrisi terbuang dengan model, maka hasilnya dapat diujicobakan pada petak tipe parallel maupun sen untuk satu harnparan sawah (kuarter ).

Sawah tipe parallel

Berdasar pada Gambar 19, bila CN(x) adalah kandungan nutrisi terbuang dan titik outlet (petak pengamatan) dan mengalir sepanjang jarak x menuju tiiik pengamatan pada saluran drainase tersier, diasumsikan akan rnengalarni proses peluruhan dengan rnengikuti

teori

bahwa laju perubahan dan CN (x) proporsional dengan nilai CN (x), sehingga : [image:142.570.69.471.11.804.2]

dengan integrasi terhadap penarnaan 1121 diperoleh :

Gambar 19. Sistem aliran dan peluruhan nutrisi terbuang sawah tipe parallel Hasil pengamatan rnenunjukkan bahwa nilai CN (0)

=

4.19 kg-N dan

CN (0)

=

7.12 kg-P, maka persarnaan 1131 dapat diubah rnenjadi :

untuk nitrat :

C N ( x )

= 4.16.e-" M4/

Persamaan 1141 dan 1151 adalah persamaan untuk menentukan nilai potensi nutrisi terbuang yarrg terukur pada saluran drainase tersier, dimana x adalah jarak antara titik pengamatan (outlet petak teramati) dengan titik pengamatan pada saluran drainase tersier. Persamaan 1141 dan 1151 juga berarti persamaan untuk menentukan nilai hasil peluruhan pada petak tunggal dengan jarak x meter dari titik pengamatan saluran drainase. Bila jarak, x

=

300 meter, (asumsi jarak titik outlet petak teramati dengan saluran drainase tersier), maka untuk persarnaan I141 dapat ditulis kembali menjadi :

C N ( x )

= 4 . 16.edo"' I1 61

Sedangkan bila jarak x = 25 meter, maka persamaan I141 dapat diubah menjadi :

C N ( x )

= 4 . 1 6 k 2 " I1 71

Namun kenyataan di lapangan rnernperlihatkan, bahwa tidak mungkin pada suatu petak tersier atau kuarter hanya terdapat satu subpetak tersier tunggal, oleh karena itu untuk petak yang majemuk dengan susunan parallel persamaan I141 harus diubah menjadi :

untuk nitrat

CN(x)

= 4. 16.eM""'

untuk fosfat

C P ( x )

= ~ . 3 3 . e - * ~ ' ~ " '

dimana :

k : laju peluruhan

d : jarak antar tiik pengamatanflebar petak (meter)

sn

: total deret hitung dengan n

=

jumlah petak

Dengan asurnsi nilai kebutuhan air tanaman sebesar 10 rnmlhari dan luasan rata-rata petak tersier 4.8 hektar rnaka dibutuhkan debit aliran baik irigasi maupun drainase sebesar 5.56 literldet. Bila hasil pengarnatan pada saluran tersier konsentrasi nitrat sebesar 0.321 rnglliter (Anonirnous, 2001), rnaka potensi nitrat terbuang sebesar 1.54 kglmusirn. Sedangkan konsentrasi fosfat pada saluran tersier sebesar 0.68 rnglliter, rnaka potensi fosfat terbuang dari petak tersier tersebut sebesar 3.26 kglrnusirn.

Dengan rnenggunakan persarnaan 1181, untuk peluruhan nitrat didapat nilai dari tiiik pertama (petak teramati) ke tiiik terakhir (saluran drainase) sebesar 35%. dengan laju peluruhan sebesar -0.00053. Dengan cara yang sama dan persamaan 1191, didapat prosentase pelumhan sebesar

45% dan laju peluruhan sarna dengan -0.0004.

Sawah fipe sen'

Proses peluruhan dalam sawah tipe sen dapat dijelaskan secara skernatis dengan Gambar 20. Dari garnbar tersebut terfihat bahwa nutrisi terbuang yang masuk ke petak Sf sebesar CN(O), nilai ini diasumsikan akan rnengalami p e l ~ ~ h a n saat melewati petak S, sehingga nilai tersebut akan berubah rnenjadi CN(1) saat keluar pada outlet petak S1 demikian seterusnya

.

--

[image:145.567.79.295.74.345.2]

Saluran drainase samping __+

Gambar 20. Sistem aliran dan peluruhan nutrisi terbuang sawah tipe seri

Potensi nutrisi terbuang dari outlet petak terakhir merupakan nilai nutrisi terbuang ke saluran drainase tersier mempunyai persamaan umum :

dengan :

k : laju peluruhan

S

: panjang blok (kelompok petak), meter d : panjang petak, meter

Hasil perhitungan dengan model diperoleh nilai CN(0) sama dengan

4.19 kg, sedangkan nilai CP(0) sama dengan 8.33 kg, sehingga persamaan 1201 dapat diubah menjadi :

- k ( $ ) d

-(")d

Untuk fosfat : C P ( ~ ) = 8.33.e d 1221

Penurunan persamaan 1201 selengkapnya disajikan pada Lampiran 10. Secara simulasi, nilai potensi terbuang untuk sawah tipe seri dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 1201. Hasil perhitungan secara lengkap untuk nitrat dan fosfat disajikan pada Tabel 7.

Tabel 7. Hasil perhitungan nitrat (CN) dan fosfat (CP) terbuang sawah seri

Asumsi yang diajukan dalarn perhitungan ini adalah bahwa dalarn CN1 CN2 CN3 CN4 CN5 CN6 CN7 CN8 CN9 CN10 CNll CNl2

petak kuarter terdapat 13 sub petak, sehingga dapat diientukan nilai S

=

300 meter dan d

=

25 meter. Dalarn perhitungan diasumsikan nilai laju peluruhan

4.190 1.597 0.609 0.232 0.088 0.034 0.013 0.005 0.002 0.001 0.000 0.000

sama untuk semua sub petak. Asumsi ini akan terpenuhi bila dosis pupuk

- .

yang diaplikasikan pada masing-masing sub petak masih dalarn rentang 8.125 4.137 2.106 1.072 0.546 0.278 0.142 0.072 0.037 0.019 0.010 0.005

yang dianjurkan. Nilai laju peluruhan yang diasumsikan sebesar -0.027 untuk nitrat, sedangkan untuk fosfat sebesar -0.039. Penentuan nilai laju peluruhan disajikan pada Lampiran 1 1

Jadi dengan jarak yang sama sekiiar 300 meter, nilai potensi fosfat terbuang

sen (0.05 kglmusim) relatif lebih kecil dibanding dengan paralel (3.26

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Petak pengamatan mempunyai luas rata-rata pernilikan petani yaitu 0.33 ha yang terbagi dalam petakan-petakan kecil dengan sistem pengaliran air plot-to- plot dan pengamatan d~lakukan pada debit inlet maupun outlet yang berada di bagian samping dari petak. Pemupukan baik N dengan dosis 150 kglha rnaupun P dengan dosis 90 kglha dilakukan sekali dalam satu musim tanam yaitu awal penanaman. Karena pengamatan dilaksanakan pada musim kemarau, maka irigasi diberikan secara kontinyu dari tanaman berumur no1 sampai dengan 65 hari setelah tanam

2. Elemen-elemen penentu potensi nutrisi terbuang berdasar kesetimbangan nutrisi dalam petak terdiri dari : irigasi dan bocoran, pemupukan, residu dalam petak serta konsumsi oleh tanaman. Hasil perhitungan memperlihatkan nilai masing-masing elemen untuk nitrat : irigasi (1.651 kg-Nlmusim), bocoran (4.225 kg-Nlmusim), pemupukan (69 kg-Nlmusim), kebutuhan tanaman (63.449 kg-Nlmusim) dan residu dalam petak (7.850 kg-Nlmusim). Sedangkan untuk fosfat : irigasi (1.026 kg-Nlmusim). bocoran (1.560 kg-Nlmusim). pemupukan (13.5 kg-Nlmusim). kebutuhan tanaman (10.575 kg-Nlmusim), serta residu (-1.606 kg-Nlmusim). Pemanfaatan deposit fosfat diduga terjadi dengan adanya nilai negatif pada residu (-1.606 kglhalrnusim).

0.96 adalah CN = 4 4 . 1 0 4 e ~ ' ~ ~ " sedangkan untuk fosfat setelah dilakukan kalibrasi dimana R2 = 0.74, terpilih model persamaan CP

=

576.9en'985". 4. Pada analisa kesetimbangan nutrisi dalarn satu musim tanam terlihat bahwa

potensi nitrat terbuang aktual sebesar 4.193 kg Nlmusim yang mendekati nilai model (4.159 kg N Imusim), sedangkan niilai fosfat terbuang teoritis aktual sebesar 7.1 18 kg Plmusim mendekati nilai model (8.33 kg

P

per musirn). 5. Dalam simulasi, persarnaan urnum yang tersusun untuk menentukan nilai

kd(S. 1

potensi nutrisi dari sawah tipe paralel, nitrat : C N ( x ) = 4.16.e , fosfat :

CP(x) = ~ . 3 3 . e - ~ ~ ' ~ " ' , sedangkan untuk sawah tipe sen, nitrat :

-k A($),

( . ~ ( n ) = 4.Ib.e

($),

fosfat : CP(n)= 8.33.e

.

6. Hasil simulasi menunjukkan bahwa potensi nitrat terbuang untuk sawah tipe seri yang cenderung mendekati 0 kglmusim dan lebih kecil dibanding potensi nutrisi terbuang pada sawah tipe paralel (1.54 kglmusim). Sedangkan potensi fosfat terbuang dari sawah tipe seri 0.05 kglmusim relatii lebih kecil dibanding tipe parale13.26 kglmusim.

Saran

2. Kesamaan jumlah hari dan tahapan pengamatan (kuwa pertumbuhan tanaman) dalam rnenentukan total nutrisi yang terkandung dalam brangkasan harus diperhitungkan antara perhitungan teoritis dan penentuan dengan data aktual.

3. Dalam simulas~ untuk menentukan kandungan nutrisi dalam badan air (baik untuk hamparan sawah tipe