3. PENETAPAN BERAT VOLUME TANAH
Fahmuddin Agus, Rahmah Dewi Yustika, dan Umi Haryati
1. PENDAHULUAN
Berat volume tanah merupakan salah satu sifat fisik tanah yang paling sering ditentukan, karena keterkaitannya yang erat dengan kemudahan penetrasi akar di dalam tanah, drainase dan aerasi tanah, serta sifat fisik tanah lainnya. Seperti sifat tanah yang lainnya, berat volume mempunyai variabilitas spasial (ruang) dan temporal (waktu). Nilai berat volume, Db, bervariasi antara satu titik dengan titik yang lain disebabkan oleh variasi kandungan bahan organik, tekstur tanah, kedalaman perakaran, struktur tanah, jenis fauna, dan lain-lain. Nilai Db
sangat dipengaruhi oleh pengelolaan yang dilakukan terhadap tanah. Nilai Db terendah biasanya didapatkan di permukaan tanah sesudah pengolahan tanah. Bagian tanah yang berada di bawah lintasan traktor akan jauh lebih tinggi berat volumenya dibandingkan dengan bagian tanah lainnya.
Pada tanah yang mudah mengembang dan mengerut, Db
berubah-ubah seiring dengan berubahnya kadar air tanah. Oleh sebab itu, untuk tanah yang mengembang mengerut, nilai Db perlu disertai dengan data kadar air. Tanah dengan bahan organik yang tinggi mempunyai berat volume relatif rendah. Tanah dengan ruang pori total tinggi, seperti tanah liat, cenderung mempunyai berat volume lebih rendah. Sebaliknya, tanah dengan tekstur kasar, walaupun ukuran porinya lebih besar, namun total ruang porinya lebih kecil, mempunyai berat volume yang lebih tinggi.
Komposisi mineral tanah, seperti dominannya mineral dengan berat jenis partikel tinggi di dalam tanah, menyebabkan berat volume tanah menjadi lebih tinggi pula (Grossman dan Reinsch, 2002).
Berat volume tanah mineral berkisar antara 0,6 - 1,4 g cm-3. Tanah Andisols mempunyai berat volume yang rendah (0,6 - 0,9 g cm-3), sedangkan tanah mineral lainnya mempunyai berat volume antara 0,8 - 1,4 g cm-3. Tanah gambut mempunyai berat volume yang rendah (0,4 - 0,6 g cm-3).
Berat volume didefinisikan sebagai masa fase padat tanah, Ms
dibagi dengan volume total tanah, Vt. Ms
Db = (1)
V1
Volume total tanah adalah jumlah volume dari fase padat, cair dan gas di dalam tanah.
Nilai Dbyang umum untuk tanah pasir adalah sekitar 1,4 - 1,7 g cm-3sedangkan untuk tanah liat adalah antara 0,95 - 1,2 g cm-3.
2. METODE ANALISIS
Berbagai metode dapat digunakan dalam penentuan Db antara lain: (1) metode ring contoh (core); (2) metode penggalian tanah; (3) metode bongkahan; dan (4) metode radiasi (gamma ray).
Metode radiasi adalah metode penentuan berat volume tanah di lapangan atau di dalam pot (in situ). Metode ini relatif mahal dan berpotensi mendatangkan bahaya radioaktif. Metode ring dan metode bongkahan sudah lama dan umum digunakan, sedangkan metode galian relatif baru dan banyak digunakan di bidang teknik sipil, terutama untuk tanah berbatu-batu dan tanah yang sangat lengket. Apabila tanahnya sangat gembur, sehingga sulit diambil dengan ring atau sulit diambil bongkahannya, maka metode penggalian merupakan alternatif. Metode penetapan berat volume tanah yang akan diterangkan dalam tulisan ini adalah metode ring, metode bongkahan tanah, dan metode galian (excavation method). Metode radiasi tidak dibahas dalam bab ini, karena jarang digunakan di Indonesia. Pembaca yang memerlukan dapat mempelajarinya dalam Blake dan Hartge (1986).
2.1. Metode ring 2.1.1. Prinsip metode
Suatu ring berbentuk silinder dimasukkan ke dalam tanah dengan cara ditekan sampai kedalaman tertentu, kemudian dibongkar dengan hati-hati supaya volume tanah tidak berubah. Contoh tanah dikeringkan selama 24 jam pada suhu 105oC, kemudian ditimbang.
Metode ring tidak cocok untuk tanah yang berbatu-batu, karena sulit memasukkan ring ke dalam tanah. Ring dirancang sedemikian rupa, sehingga bukan hanya dapat mengambil contoh tanah, tetapi juga dapat
meminimumkan kerusakan tanah serta dapat menahan tanah selama dalam pengangkutan dari lokasi pengambilan ke laboratorium. Untuk itu, biasanya ring dibuat tajam ke arah bagian dalam dan diberi tutup pada kedua ujungnya seperti terlihat di Gambar 1.
Gambar 1. Model ring untuk pengambilan contoh tanah utuh
Contoh tanah yang sama masih dapat digunakan untuk penentuan konduktivitas hidrolik tanah dan distribusi ukuran pori tanah.
Untuk kedua pengukuran terakhir ini dibutuhkan ring yang diameternya tidak kurang dari 7,5 cm guna mengurangi kerusakan tanah dan mengurangi proporsi bidang kontak antara ring dan tanah. Selain itu, untuk menghindari pemadatan, sebaiknya tinggi ring tidak melebihi diameternya.
Alat pengambil contoh tanah untuk Db yang umum digunakan dengan hasil memuaskan adalah Uhland sampler (Blake and Hartge, 1986; Gambar 2). Uhland sampler terdiri atas dua bagian, yaitu lengan yang pas untuk masuknya ring dan palu untuk menekan agar lengan dan ring masuk ke dalam tanah. Berbagai ring sampler berukuran lebih kecil yang dapat ditancapkan ke dalam tanah dengan palu kecil dan selembar papan, juga banyak tersedia, dan salah satunya adalah Lutz sampler (Lutz, 1947). Ring yang biasa digunakan di Balai Penelitian Tanah, Bogor berdiameter dalam 7,63 cm dan tinggi 4 cm.
Pengambilan contoh tanah sampai ke lapisan tanah yang dalam, misalnya sampai 1 m memerlukan tabung bor yang ditancapkan ke dalam tanah dengan bantuan tenaga hidrolik dari traktor atau truk. Dengan penggunaan tabung ini, contoh tanah dapat diambil dari kedalaman 0 - 1 m atau lebih secara bersamaan. Tanah dari tabung ini kemudian dapat dipotong-potong menurut kedalaman yang diinginkan. Akan tetapi,
dengan sistem ini sering terjadi pemadatan tanah yang ditandai dengan lebih rendahnya permukaan tanah di dalam tabung dibandingkan dengan di luar tabung setelah tabung ditekan ke dalam tanah. Jika terjadi hal yang demikian, maka pengambilan contoh harus diulangi.
Gambar 2. Uhland sampler (Dari Blake dan Hartge, 1986) 2.1.2. Prosedur
Cara pengambilan contoh tanah dengan menggunakan ring dibahas pada Bab 2, sedangkan prosedur penetapan berat volume tanah sebagai berikut:
1. Buka tutup ring dan letakkan contoh tanah dengan ringnya ke dalam suatu cawan aluminium.
2. Keringkan di dalam oven pada suhu 105 oC selama 24 jam sampai dicapai berat yang konstan. Untuk pengukuran yang lebih teliti, contoh tanah kering dimasukkan ke dalam desikator selama kurang lebih 10 menit sebelum ditimbang.
3. Timbang berat kering tanah (Ms) + berat ring (Mr) + berat cawan (Mc).
4. Tentukan volume bagian dalam ring (Vt) dan hitung Db:
V
M ) M + ( - M ) M + M +
= ( V
= M D
t
c r c r s t
s
b (2)
t r Va Vw Vs
Vt
2 (3)Vsadalah volume padatan tanah, Vw, volume zat cair dan Va, volume udara tanah. Karena menggunakan ring, Vt lebih mudah dihitung dengan r2t, dimana r adalah radius bagian dalam dari ring dan t adalah tinggi ring.
5. Apabila satuan untuk berat adalah gram (g) dan satuan untuk volume adalah cm3maka satuan untuk Db adalah g cm-3.
6. Jika diperlukan data kadar air tanah, timbang berat tanah basah {(Ms
+ Mw) + berat ring (Mr) + berat cawan (Mc)} sebelum tanah dimasukkan ke dalam oven (sesudah prosedur pertama).
7. Cuci, lalu keringkan ring dan cawan di dalam oven (105oC) selama 2 - 3 jam. Timbang berat ring, Mr, dan berat cawan, Mc. Kadar air tanah (berdasarkan volume), θ, dapat dihitung dengan rumus:
t
c r s c
r w s t
w
V
M M M M
M M M V
V {( )( )}
(4)Satuan yang digunakan adalah cm3 cm-3 untuk memberikan indikasi bahwa kadar air dihitung berdasarkan volume.
Catatan:
(1) Sewaktu memasukkan ring ke dalam tanah, hindari terjadinya pemadatan tanah, yang ditandai dengan lebih rendahnya permukaan tanah di dalam dan di luar lingkaran ring.
(2) Jika pengambilan contoh dilakukan pada saat tanah terlalu kering atau dengan cara dipukul menggunakan palu dilakukan terlalu keras, diperkirakan tanah akan pecah dan berserakan. Pengambil contoh tanah harus dapat menilai apakah terjadi pemadatan yang mengakibatkan volume tanah yang diambil tidak lagi sama dengan volume sebenarnya.
2.2. Metode penggalian (excavation method) (diadaptasikan dari Blake dan Hartge, 1986)
2.2.1. Prinsip
Berat volume tanah ditentukan dengan menggali tanah menggunakan parang/pisau. Kemudian volume galian dan berat kering tanah ditentukan. Volume galian ditentukan: (1) menggunakan pasir halus yang seragam dan berat volumenya diketahui dengan pasti (sand funnel procedure); (2) menggunakan suatu balon atau plastik tipis yang sangat kenyal, kemudian mengisinya dengan air. Volume air yang dibutuhkan untuk mengisi penuh galian sama dengan volume tanah yang digali (rubber-balloon procedure); dan (3) membuat lubang galian yang mempunyai bentuk reguler (bentuk kubus, balok atau kerucut). Dengan mengukur dimensi sisi-sisi lubang diperoleh volume lubang (mensuration procedure).
Sand funnel dan rubber balloon procedure memerlukan alat khusus. Untuk pengukuran yang tidak memerlukan ketelitian tinggi, maka kedua alat ini dapat dirancang sendiri. Pada tulisan ini akan diberikan prosedur pengukuran (mensuration procedure).
2.2.2. Bahan dan alat
1. Sepasang penggaris siku-siku yang panjang sisi siku terpanjangnya berkisar antara 15 - 25 cm.
2. Penggaris biasa, panjang antara 20 dan 30 cm.
3. Pisau dan parang 4. Timbangan 5. Kantong plastik 6. Ember plastik
2.2.3. Prosedur
1. Bersihkan dan ratakan permukaan tanah dari rumput dan sisa tanaman.
2. Dengan menggunakan pisau dan parang, gali lubang secara bertahap sehingga terjadi bangun balok atau kubus, misalnya berukuran panjang 30 cm, lebar 20 cm, dan tinggi 10 cm. Gunakan penggaris siku-siku untuk memastikan bahwa antara satu sisi dan yang lainnya saling tegak lurus.
3. Kumpulkan semua tanah galian dan pindahkan ke dalam ember. Selama proses pengalian, tutup ember yang berisi tanah dengan selembar plastik atau penutup lain untuk menghindari penguapan air dari tanah.
4. Timbang berat tanah basah (koreksi dengan berat ember).
5. Ambil sebagian contoh tanah (sekitar 0,5 kg). Masukkan ke dalam kantong plastik dan ikat kantong plastiknya untuk menghindari penguapan. Pindahkan contoh tanah tersebut ke dalam cawan aluminium, timbang berat basahnya, (Ms+Mw), keringkan di dalam oven pada suhu 105oC selama 24 jam dan tentukan berat kering, Ms. Hitung kadar air (berdasarkan berat kering), m, sebagai berikut:
s s w s s w
M M M M M
m M
( )
(5)
Nilai m mempunyai satuan g g-1.
Dengan menggunakan nilai m, maka berat kering seluruh tanah yang berasal dari galian dapat dihitung sebagai berikut:
1 ) (
m
M
Ms Ms w (6)
Selanjutnya Dbdapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (2).
2.3. Metode bongkahan (clod method) 2.3.1. Prinsip
Berat volume tanah dapat ditentukan dengan menentukan berat kering dan volume dari sebongkah tanah. Volume bongkahan ditentukan dengan menutupi bongkahan dengan zat yang tidak menyerap air (water repellent substance) seperti saran, paraffin, atau lilin yang diencerkan.
Karena contoh yang diperlukan adalah bongkahan tanah, maka metode ini tidak dapat digunakan untuk tanah yang berstruktur lepas (loose) atau tanah yang berstruktur sangat lemah yang bongkahannya mudah pecah.
2.3.2. Bahan dan alat
1. Timbangan yang dimodifikasi sedemikian rupa sehingga dapat menimbang contoh tanah yang digantung dengan seutas tali, dengan tingkat akurasi minimal 0,1 g.
2. Seutas benang atau nilon untuk menggantung contoh tanah.
3. Larutan saran. Larutkan saran resin (Dow Saran F-310; Dow Chemical Co., Suite 500/Tower No. 2, 1701 West Golf Road, Rolling Meadows, IL 60008) di dalam methylethyl ketone dengan perbandingan berat 1:7. Gunakan gelas piala atau botol plastik berukuran sekitar 2 l untuk pelarutan ini, dan usahakan agar saran dengan keton hanya mengisi sampai 0,75 bagian dari wadah. Aduk campuran ini dengan pengaduk dari kaca atau plastik selama satu jam. Campuran ini mudah terbakar dan menyebabkan mata merasa perih, karena itu lakukan pengadukan di dalam suatu fume hood. Larutan saran ini tahan lama disimpan asalkan ditutup rapat. Sebagai alternatif pengganti saran dapat digunakan paraffin atau lilin yang diencerkan (dipanaskan pada suhu 80oC).
4. Cangkul, parang, atau pisau.
5. Aquades.
2.3.3. Prosedur
1. Ambil bongkahan tanah berdiameter antara 5 - 8 cm. Buang bagian yang mudah lepas dari bongkahan.
2. Ikat bongkahan dengan seutas benang halus dan timbang berat basahnya.
3. Ambil contoh tanah dari kedalaman dan posisi yang sama dengan contoh pada prosedur 1 dan tentukan kadar airnya secara gravimenti (bab 13 atau butir 5 dari bagian 3.2.2.3.).
4. Dengan menggunakan persamaan (6), hitung berat kering bongkahan tanah, Ms, yang diikat tadi.
5. Pegang benang pengikat dan celupkan bongkahan tanah ke dalam larutan saran atau ke dalam parafin atau lilin cair. Keringkan saran dengan menggantung bongkahan selama 10 menit di udara. Jika menggunakan parafin atau lilin cair, pengeringan ini hanya diperlukan 3 - 5 menit. Lakukan pencelupan dan pengeringan beberapa kali, sehingga seluruh tanah tertutup oleh saran atau parafin.
6. Timbang bongkahan tanah yang telah ditutupi saran atau parafin di udara, dan kemudian di dalam air. Semua bagian bongkahan dan saran harus dalam keadaan melayang (menggantung) sewaktu penimbangan di dalam air.
7. Hitung berat volume tanah, Db, dengan persamaan:
) / (
p w pp a u
s w
b
M M M M
D M
(7)dimana: ρw= berat jenis air pada suhu sewaktu pengukuran
Ms= berat bongkahan tanah dalam keadaan kering oven {dari persamaan (6)}
Mu= berat tanah di udara sebelum ditutup dengan saran Ma= berat tanah yang telah dibungkus saran atau paraffin di
dalam air
Mp= berat saran atau paraffin di udara = berat bongkahan tanah yang ditutupi saran dikurangi dengan berat bongkahan sebelum diliputi saran
ρp= berat jenis dari paraffin (0,8 g cm-3) atau saran ( 1,3 g cm-3)
Berat jenis paraffin atau lilin dapat ditentukan dengan lebih teliti dengan cara sebagai berikut:
Tentukan berat sepotong paraffin di udara, Mp, dan tentukan berat sepotong besi pemberat di udara Mb. Berat besi harus cukup untuk menenggelamkan parafin dan besi di dalam air.
Ikat besi dengan seutas benang dan tentukan beratnya di dalam air Mba.
Ikatkan besi dengan parafin dengan seutas benang. Timbang besi dan parafin di dalam air, (Mba+ Mpa).
Volume potongan besi adalah,
Vb=(Mb-Mba)/ρw ( 8)
dan volume potongan besi ditambah dengan volume potongan parafin
w
pa ba p
b p
b
M M M V M
V
)}
( ) {
(
(9)sehingga volume parafin
Vp= (Vb+ Vp) - Vb (10)
dan berat jenis parafin:
ρp= Mp/Vp (11)
Catatan:
Metode bongkahan tanah pada umumnya memberikan nilai berat volume tanah yang lebih tinggi dari pada metode lain. Hal ini terjadi karena saran atau resin mengisi seluruh lekukan (pori makro yang terbuka) yang ada di dinding bongkahan tanah sehingga perhitungan volume tanah lebih kecil dari yang semestinya.
3. DAFTAR PUSTAKA
Blake, G. R., and K. H. Hartge. 1986. Bulk density. p. 363-376. In A. Klute (Ed.). Methods of Soil Analysis. Part 1, 2nded. Agronomy 9. Soil Sci. Soc. Am., Madison, Wisconsin.
Grossman, R. B., T. G., and Reinsch. 2002. The solid phase. p. 201-228.
In J. H. Dane and G. C. Topp (Eds.). Methods of Soil Analysis, Part 4-Physical Methods. Soil Sci. Soc. Amer., Inc. Madison, Wisconsin.
Lutz, J. F. 1947. Apparatus for collecting undisturbed soil samples. Soil Sci. 64: 399-401.
