Pengujian Cone Index pada Tanah Kering dengan Menggunakan Digital Penetrometer
Budi Priyonggo*, Zunanik Mufidah
Teknik Biosistem, Jurusan Teknologi Produksi dan Industri, Institut Teknologi Sumatera email: [email protected]
RIWAYAT ARTIKEL Disubmit 16 Juli 2021 Diterima 18 Juli 2021 Diterbitkan 3 Agustus 2021
ABSTRAK
Persiapan lahan pada budidaya pertanian merupakan salah satu faktor penting pendukung produktivitas pertanian. Tahanan penetrasi tanah dapat digunakan untuk menggambarkan kondisi ketahanan tanah terhadap penetrasi akar.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara kadar air tanah dengan CI menggunakan penetrometer digital. Pengujian penetrasi tanah yang dilakukan pada lahan kering tanpa pengolahan tanah dengan kedalaman 0 – 60 cm. Tekstur tanah yang diuji berdasarkan standar Japanese Soil Physics adalah Loam.
Penetrometer yang digunakan termasuk kedalam penetrometer kerucut tipe laju konstan. Terdapat keeratan yang kuat antara CI dan KA, z pada pengujian penetrasi tanah di lahan kering tanpa pengolahan dengan nilai Multiple R sebesar 0.9688.
Berdasarkan hasil pengujian ANOVA didapatkan pengaruh KA terhadap CI secara signifikan dan positif.
KATA KUNCI
Cone index; kadar air tanah;
penetrometer digital; tekstur tanah
doi https://doi.org/10.21776/ub.jkptb.2021.009.02.04
1. Pendahuluan
Persiapan lahan pada budidaya pertanian merupakan salah satu faktor penting pendukung produktivitas pertanian. Beberapa sifat fisik dan mekanik tanah diperlukan pada budidaya pertanian. Salah satu hal penting yang harus diperhatikan adalah tahan penetrasi tanah. Tahanan penetrasi tanah dapat digunakan untuk menggambarkan kondisi ketahanan tanah terhadap penetrasi akar. Tahanan penetrasi tanah, pertumbuhan akar dan kemampuan menyerap air berhubungan erat dan dengan demikian dapat menggambarkan potensi tanaman untuk mengakses air tanah [1]. Laju pertumbuhan akar berkorelasi negatif dengan tahanan penetrasi tanah, sehingga membatasi volume tanah yang dapat dieksplorasi oleh akar yang akhirnya menghambat penyerapan air dan nutrisi. Tahanan penetrasi yang besar menggambarkan hambatan yang tinggi untuk perkembangan akar yang akhirnya berpengaruh pada hasil panen.
Tahanan penetrasi tanah bergantung pada karateristik tanah dan pengolahan tanah. Material organik dan kandungan liat tanah merupakan sifat fisik tanah yang berpengaruh pada tahanan penetrasi tanah [2]. Tahanan penetrasi tanah bervariasi dengan karateritik tanah seperti tekstur, kandungan organik, dan bulk density [3].
Tahanan penetrasi tanah dipengaruhi oleh kadar air tanah, bahan organik, dan bulk density pada tanah oxisol [4]. Pengujian tahanan penetrasi tanah ini ditujukan untuk menilai kondisi tanah dalam hubungannya dengan pertumbuhan akar [5], perkembangan akar dalam tanah, hasil panen, dan bertujuan pada menghasilkan produksi pertanian. Cone Index (CI) digunakan untuk mengetahui efek pengolahan tanah, efek tekanan akibat roda, dan tahanan pada lapisan keras tanah [6]-[8].
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur tahanan penetrasi tanah adalah Penetrometer. Data hasil pengukuran menggunakan penetrometer berupa gaya tekan persatuan luas kerucut atau dikenal dengan Cone
index (CI), CI ini merupakan besaran yang menunjukan tahanan penetrasi tanah terhadap gaya penetrasi dari kerucut dibagi luas penampang dasar kerucut [9]. Sifat-sifat tanah dapat mempengaruhi CI, diantaranya kadar air tanah (KA), berat isi, struktur, dan tekstur tanah [10]. Terdapat korelasi signifikan dan positif antara CI dan bulk density untuk tanah bertekstur berbeda [11]. CI tidak hanya dipengaruhi oleh bulk density tetapi juga dipengaruhi oleh kadar air tanah dan tekstur tanah [12]. Penetrometer digital yang telah dilengkapi alat pengukur kadar air tanah (KA) mampu mengukur CI, KA pada kedalaman tertentu [9]. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara kadar air tanah dengan CI menggunakan penetrometer digital.
2. Metode Penelitian
Penelitian dilakukan di lahan kering di laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo Institut Pertanian Bogor.
Pengujian penetrasi tanah yang dilakukan pada lahan kering tanpa pengolahan tanah dengan kedalaman 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 ,55, dan 60 cm. Selain pengujian CI dilakukan juga pengukuran KA pada tiap kedalam tersebut menggunakan alat yang sama. Penetrometer yang digunakan adalah penetrometer digital yang mampu mengukur CI dan KA pada kedalaman tertentu. Peralatan yang digunakan adalah Penetrometer Digital, smartphone (aplikasi penampil dan penyimpan data Penetrometer Digital), perangkat lunak Microsoft Excel, dan perlatan pendukung lainnya. Analisis data yang dilakukan adalah menggunakan analisis regresi linear.
3. Hasil dan Pembahasan
Pada penelitian ini digunakan penetrometer digital dengan pengukur gaya menggunakan sensor loadcell, pengukur kedalaman menggunakan sensor ultrasonik, dan pengukur kadar air menggunakan soil moisture sensor termodifikasi [9]. Prinsip kerja dari pengukur gaya adalah mengubah gaya tekan yang diberikan mengakibatkan deformasi pada loadcell kemudian diubah menjadi besaran listrik dan kemudian dikonfersi menjadi gaya. Prinsip kerja dari pengukur kedalaman yaitu menggunakan gelombang ultrasonik yang dipancarkan kemudian dipantulkan dan ditangkap oleh sensor diubah menjadi besaran listrik dan kemudian dikonfersi menjadi kedalaman. Prinsip kerja sensor kadar air tanah yaitu berupa dua probe yang dilalui tanah kemudian didapatkan besaran listrik dan dikonfersi menjadi kadar air tanah.
Penetrometer yang digunakan termasuk kedalam penetrometer kerucut tipe laju konstan [10]. Proses penekanan pentrometer dilakukan secara kontinu sampai mencapai kedalaman 60 cm. Dilakukan empat kali pengamatan pada variasi kedalaman 0 – 60 cm. Tanah yang diuji memiliki karateristik tersaji pada Tabel 1 [13].
Tabel 1. Karateristik tanah pengujian
No. Parameter Lambang Nilai Satuan
1 Batas Cair LL 62.97 %
2 Batas Plastis LP 48.03 %
3 Indeks Plastisitas PL 14.94 %
4 Berat Jenis Partikel saat T= 30 oC GS (30) 2.48 5 Ukuran Partikela
Coarse Sand (0.425-2.000) mm 15.3 %
Fine Sand (0.075 - 0.425) mm 34.5 %
Silt (0.005 - 0.075) mm 35.8 %
Clay (<0.005 mm) 14.5 %
6 Soil Texture Loam
a standar Japanese Soil Physics
CI dengan variasi kedalaman 0 – 60 cm pada percobaan 1 dan percobaan 2 disajikan pada Gambar 1. Data tersebut menunjukan suatu pola semakin dalam penetrasi ke tanah maka nilai CI semakin meningkat hingga mencapai suatu titik tertentu CI menurun. CI tertinggi Percobaan 1 didapatkan pada kedalaman 25 cm sebesar 68 MPa dan CI tertinggi, pada percobaan 2 didapatkan pada kedalaman 45 cm sebesar 74 MPa.
Gambar 1. Grafik Cone Index pada kedalaman 0 – 60 cm untuk percobaan 1 dan Percobaan 2 CI dengan variasi kedalaman 0 – 60 cm pada percobaan 3 dan percobaan 4 disajikan pada Gambar 2. Pada percobaan 3 dan 4 pola yang dihasilkan masih sama namun tetap meningkat hingga kedalaman 60 cm. Besar CI untuk percobaan 3 sebesar 97 MPa dan untuk percabaan 4 sebesar 77 MPa.
Gambar 2. Grafik Cone Index pada kedalaman 0 – 60 cm untuk percobaan 3 dan percobaan 4 Pada pengukuran CI dilahan kering tanpa pengolahan pada kedalam tertentu didapatkan pola berupa peningkatan CI pada kedalaman yang lebih dalam namun mencapai titik tertentu kemudian CI menurun, hal ini
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80
Kedalaman (cm)
Cone Indeks (MPa)
Percobaan 1
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80
Kedalaman (cm)
Cone Indeks (MPa)
Percobaan 2
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80 100 120
Kedalaman (cm)
Cone Indeks (MPa)
Percobaan 3
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80 100
Kedalaman (cm)
Cone Indeks (MPa)
Percobaan 4
menunjukkan bahwa untuk tanah kering tanpa pengolahan CI yang dihasilkan bervariasi namun memiliki pola yang sama.
Gambar 3. Grafik Kadar Air pada kedalaman 0 – 60 cm untuk percobaan 1 dan 2
Nilai KA pada variasi kedalaman tersaji pada Gambar 3 untuk percobaan 1 dan percobaan 2. Pada percobaan 1, nilai KA semakin meningkat untuk kedalaman yang lebih dalam dengan nilai KA tertinggi mencapai 54% bk.
Ini menunjukan bahwa percobaan 1 pada permukaan yang lebih dalam memiliki kandungan air lebih banyak dibandingkan permukaan luarnya. Pada percobaan 2 menunjukan pola semakin dalam semakin besar KA dan mencapai puncak pada kedalaman 50 cm sebesar 63% bk.
Gambar 4. Grafik Kadar Air pada kedalaman 0 – 60 cm untuk percobaan 3 dan 4
Gambar 4 menunjukan kondisi KA pada percobaan 3 dan 4 dan memiliki pola yang sama yaitu terus meningkat dan mencapai titik puncak kemudian KA menurun. KA tertinggi tercapai pada kedalaman 35 cm sebesar 54% bk untuk percobaan 3 dan untuk percobaan KA tertinggi pada kedalaman 35 cm sebesar 52% bk.
0 10 20 30 40 50 60 70
30 35 40 45 50 55 60 65
Kedalaman (cm)
Kadar Air (%bK)
Percobaan 1
0 10 20 30 40 50 60 70
30 35 40 45 50 55 60 65
Kedalaman (cm)
Kadar Air (%bb)
Percobaan 2
0 10 20 30 40 50 60 70
25 30 35 40 45 50 55 60 65
Kedalaman (cm)
Kadar Air (%bK)
Percobaan 3
0 10 20 30 40 50 60 70
30 35 40 45 50 55 60 65
Kedalaman (cm)
Kadar Air (%bK)
Percobaan 4
Pola yang tersaji pada Grafik CI dibanding dengan kedalaman menunjukan pada tanah kering tanpa pengolahan akan memiliki nilai tahanan penetrasi yang lebih besar untuk tanah yang lebih dalam. Namun memiliki batas kedalaman tertentu untuk nilai CI, dimana puncaknya pada kedalaman pengujian 0 – 60 cm. Hal tersebut berbanding lurus dengan CI, KA dibanding dengan kedalaman pada tanah kering tanpa pengolahan tanah memiliki hasil yang semakin besar untuk kedalaman yang lebih dalam dan mencapai puncak pada kedalaman tertentu untuk pengujian 0 – 60 cm.
Gambar 5. Grafik CI dibanding dengan KA pada kedalam tertentu
Gambar 5 merupakan grafik CI dibandingkan dengan KA pada kedalaman variasi 5 dari 0 – 60 cm. Pada grafik tersebut terlihat bahwa terdapat hubungan antara KA dengan CI. Analisis data hubungan antara CI dengan KA dan z menggunakan analisis regresi. Variabel terikatnya adalah CI dan variabel bebasnya adalah KA dan z. Total data yang dianalisis adalah 46 data dengan dua variabel terikat. Hasil analisis Regresi ditampilkan pada Tabel 1 dan hasil Anova pada Tabel 2.
Tabel 1. Hasil Analisis Regresi Regression Statistics Multiple R 0.9688
R Square 0.9387
Adjusted R Square 0.9156 Standard Error 14.64
Observations 48
Tabel 2. ANOVA
Df SS MS F Significance F
Regression 2 150,911.6 75,455.8 351.9 3.34 x 10-28 Residual 46 9,863.0 214.4
Total 48 160,774.6
0 20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
Cone Index (MPa)
Kadar air (%BK)
Kedalaman 5 cm Kedalaman 10 cm Kedalaman 15 cm Kedalaman 20 cm Kedalaman 25 cm Kedalaman 30 cm Kedalaman 35 cm Kedalaman 40 cm Kedalaman 45 cm Kedalaman 50 cm Kedalaman 55 cm Kedalaman 60 cm
Berdasarkan Tabel 1, data Multiple R yang didapatkan sebesar 0.9688, maka nilai tersebut menunjukan tingkat keeratan antara variabel terikat dengan variabel bebas secara yang kuat. Pada Tabel 2 didapatkan nilai significance F sebesar 3.34 x 10-28 hal ini menunjukan significance F < 5% maka dapat dikatakan bahwa KA dan z berpengaruh secara signifikan terhadap nilai CI.
4. Kesimpulan
Pengukuran CI menggunakan Penetrometer Digital di lahan kering tanpa pengolahan bertekstur loam pada kedalaman 0 – 60 cm didapatkan pola berupa peningkatan CI pada kedalaman yang lebih dalam namun mencapai titik tertentu kemudian CI menurun, hal ini menunjukkan bahwa untuk tanah kering tanpa pengolahan CI yang dihasilkan bervariasi namun memiliki pola yang sama. Pengukuran KA menggunakan Penetrometer Digital di lahan kering tanpa pengolahan bertekstur loam pada kedalaman 0 – 60 cm didapatkan pola berupa peningkatan KA pada kedalaman yang lebih dalam namun mencapai titik tertentu kemudian KA menurun, hal ini menunjukkan bahwa untuk tanah kering tanpa pengolahan KA yang dihasilkan bervariasi namun memiliki pola yang sama. Terdapat keeratan yang kuat antara CI dan KA, z pada pengujian penetrasi tanah di lahan kering tanpa pengolahan dengan nilai Multiple R sebesar 0.9688. Berdasarkan hasil pengujian anova didapatkan pengaruh KA terhadap CI secara signifikan dan positif.
Daftar Pustaka
[1] T. Colombi, L. C. Torres, A. Walter and T. Keller, "Feedbacks between soil penetration resistance, root architecture and water uptake limit water accessibility and crop growth – A vicious circle," Science of the Total Environment, Vol. 626, pp. 1026-1035, 2018.
[2] A. A. Ribon and J. T. Filho, "Models for the Estimation of the Physical Quality of a Yellow Red Latosol (Oxisol) Under Pasture," BRAZILIAN ARCHIVES OF BIOLOGY AND TECHNOLOGY, Vol. 47, pp. 25-31, 2004.
[3] J. To and B. D. Kay, "Variation in penetrometer resistance with soil properties: the contribution of effective stress and implications for pedotransfer functions," Geoderma, Vol. 126, pp. 261-276, 2005.
[4] J. T. Filho, C. T. M. Feltran, J. F. d. Oliveira and E. d. Almeida, "Modelling of Soil Penetration Resistance for an Oxisol under No-Tillage," Rev. Bras. Ciênc. Solo, Vol. 36, pp. 89-95, 2012.
[5] G. Mullins, D. Reeves, C. Burmester and H. Bryant, "Cotton respone in-row subsoiling and potassium placement effects on root growth and potassium content of cotton.," Agron. J., Vol. 86, p. 136–139, 1994.
[6] T. Vyn and B. Raimbault, "Long-term effect of five tillage systems on corn response and soil structure,"
Agron. J., Vol. 85, p. 1074–1079, 1993.
[7] B. Sharratt, W. Voorhees, G. McIntosh and G. Lemme, "Persistence of soil structural modifications along a historic wagon trail," Soil Sci. Soc. Am. J., Vol. 62, p. 774–777, 1998.
[8] D. Radcliffe, G. Manor, R. W. L. Clark, G. Langdale and R. Bruce, "Effect of traffic and in-row chisel and mechanical impedance," Soil Sci. Soc. Am. J, Vol. 53, p. 1197–1201, 1989.
[9] B. Priyonggo, I. D. M. Subrata dan R. P. A. Setiawan, “Rancang Bangun dan Pengujian Penetrometer Digital dengan Perekam Data berbasis Android,” Jurnal Keteknikan Pertanian, Vol. 7 No. 1, pp. 83-90, 2019.
[10] K. Undang, S. D. M and S. Marwanto, "Penetapan Penetrasi Tanah," in Sifat Fisik Tanah dan Metode Analisisnya, Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian, 2006, pp. 75-82.
[11] J. D. Jabro, M. S. Upendra, L. A. Brett, B. S. William, M. S. Upendra and M. I. William, "Soil cone index and bulk density of a sandy loam under no-till and conventional tillage in a corn-soybean rotation," Soil &
Tillage Research, Vol. 206 No. 104842, 2006.
[12] J. Lin, Y. Sun and P. Schulze Lammers, "Evaluating model-based relationship of cone index, soil water content and bulk density using dual-sensor penetrometer data," Soil & Tillage Research, Vol. 138, pp. 9- 16, 2014.
[13] B. Priyonggo, “Desain Konseptual Mekanisme Penjatah Benih pada Penanam Jagung Berbasis RC Mobileuntuk Edukasi Pertanian,” Skripsi. Dept. Teknik Mesin dan Biosistem, IPB, 2014.
