Laporan Praktikum Azas Teknik Irigasi

LAPORAN PRAKTIKUM AZAS DAN TEKNIK IRIGASI

(TPT 3019) ACARA I

PENENTUAN KEBUTUHAN AIR TANAMAN

Disusun Oleh :

Nama : Reza Fatah Nugraha NIM : 14/363695/TP/10839 Golongan : Selasa B

Asisten : Agnes Hoki Briliana Suhono

LABORATORIUM TEKNIK SUMBERDAYA LAHAN DAN AIR DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS GADJAH MADA

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Tanaman merupakan makhluk hidup autotrof yang dapat memproduksi makanannya sendiri melalui proses fotosintesis. Proses tersebut membutuhkan beberapa unsur pendukung dari lingkungannya, salah satunya air. Air merupakan sumber kehidupan di Bumi. Tanpa adanya air, suatu individu tidak akan bisa bertahan hidup. Selain digunakan untuk proses fotosintesis, air pada tanaman juga digunakan untuk proses transpirasi. Tanaman melakukan transpirasi untuk mengurangi panas yang dihasilkan di dalam tubuhnya dengan menguapkan air ke udara bebas. Dalam hal ini, dapat diartikan bahwa air juga berguna sebagai pengatur suhu pada tanaman.

Tanaman dalam sehari memerlukan air dalam jumlah tertentu sesuai kebutuhannya untuk melakukan proses fotosintesis maupun transpirasi. Dalam siklusnya, tanaman tidak boleh kekurangan ataupun kelebihan air karena akan berpengaruh pada proses produksi bahan pangannya. Kelebihan pemberian air pada tanaman juga tidak efisien dan dapat terjadi pemborosan. Pemborosan air bisa disebabkan oleh kandungan lengas yang sudah tersedia dalam tanah pada keadaan awal sehingga air yang berlebih akan terdrainasi. Oleh karena itu, diperlukan manajemen pemberian air yang tepat agar kebutuhan air tanaman dapat terpenuhi dan dapat meminimalkan jumlah air yang terbuang sia-sia.

1.2 Tujuan

Tujuan dari praktikum kali ini adalah:

1. Menentukan besarnya nilai kebutuhan air tanaman (crop water requirement).

2. Mengenal perangkat lunak (software) untuk menghitung kebutuhan air tanaman dan kebutuhan air irigasi.

1.3 Manfaat

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Air diperlukan oleh tanaman dalam proses fotosintesis untuk mengonversi unsur-unsur hara yang tersedia di alam menjadi cadangan makanannya. Disamping itu, air juga merupakan media pengatur suhu bagi tanaman karena dapat menyerap dan menyalurkan panas dari tubuh tanaman dengan cara diuapkan ke luar tanaman melalui daunnya. Proses penguapan air dari tanaman dinamakan proses transpirasi. Selain itu, air adalah bagian penting dari jaringan meristem tanaman karena merupakan salah satu faktor penting dari protoplasma. Fungsi air lainnya bagi tanaman adalah sebagai sarana transportasi untuk mengangkut zat hara dari lingkungan ke dalam tubuh tanaman (Warisno, 2003).

Pemberian air dengan optimal yang sesuai dengan fase pertumbuhan tanaman dapat meningkatkan produktivitas. Pemberian air sesuai masa vegetatifnya akan meningkatkan pertumbuhan tinggi tanaman, jumlah cabang, luas daun, dan diameter batang. Selain itu, dalam fase generatif juga dapat meningkatkan jumlah bunga, buah, bobot dan diameter buah, serta panjang buah. Kekurangan dan kelebihan air berpengaruh terhadap penurunan kualitas dan produktivitas tanaman. Kelebihan air juga mengganggu pertumbuhan tanaman. Misalnya, air berlebih para tanaman muda akan menyebabkan perakaran membusuk dan mempercepat kematian tanaman (Syukur, dkk, 2015).

Jumlah kebutuhan air tanaman adalah sebanyak air yang hilang karena adanya penguapan air tanah dan tanaman (evapotranspirasi). Kebutuhan air tanah dipengaruhi kondisi iklim dan karakteristik tanaman, faktor tersebut berpengaruh terhadap laju evapotranspirasi. Kebutuhan air tanaman juga dipengaruhi oleh kondisi lahan dan teknik budidaya. Maka dari itu, penyediaan air irigasi harus memperhatikan fase vegetatif tanaman, kondisi iklim, karakteristik tanaman, kondisi lahan, serta cara-cara budidayanya (Cahyono, 2002).

Dasar penelitian kebutuhan air tanaman adalah menentukan kurva koefisien kebutuhan air tanaman, yaitu nisbah antara evapotranspirasi tanaman dalam keadaan pertumbuhan normal (Et), dengan evapotranspirasi potensial dari tanaman acuan (Etp) sebagai fungsi dari waktu pertumbuhan tanaman (t), atau dinyatakan sebagai:

Et / Etp = kc = f (t).

Berdasarkan persamaan tersebut, bila Etp dapat diprediksi dan koefisien tanaman diketahui maka Et dapat diketahui pula. Kebutuhan air tanaman dianggap merupakan kebutuhan air untuk evaporasi dan transpirasi saja, serta tanaman tidak mengalami takanan kekurangan atau kelebihan air selama pertumbuhannya (Pusposutardjo, 1991).

Untuk penentuan kebutuhan air tanaman, banyak digunakan metode perhitungan dengan rumus-rumus pendekatan. Rumus-rumus pendekatan tersebut diantaranya Blaney-Criddle, Penman-Monteith, Radiasi, Panci Evaporasi, Thornthwaite, Wickman, IRRI, Lowry Johnson, Christiansen, dan lain-lainnya. Rumus-rumus tersebut pada umumnya berupa rumus-rumus empiris yang dikembangkan berdasarkan kondisi yang ada di lapangan (Radjulaini, 2003).

BAB III METODOLOGI

3.1. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum kali ini meliputi. 1. Seperangkat PC (Komputer).

2. Perangkat lunak CROPWAT 8.0.

3. Data klimatologi yang meliputi: hujan, suhu, kelembaban, sinar matahari dan lain-lain.

3.2. Cara Kerja

1. Nilai evapotranspirasi potensial dihitung manual menggunakan metode Penman-Monteith berdasarkan data klimat yang disediakan.

2. Langkah di atas diulangi dengan program CROPWAT 8.0. Program CROPWAT 8.0 dapat digunakan untuk menghitung evapotranspirasi potensial, evapotranspirasi aktual, kebutuhan air irigasi satu jenis tanaman maupun beberapa jenis tanaman dalam satu hamparan, serta merencanakan pemnerian air irigasi. Hasil perhitungannaya digunakan kembali pada acara 7.

3.3. Analisa Data

1. Menentukan nilai temperatur rata-rata (Tmean (0_C)) 2. Menentukan nilai U (m/s)

3. Menghitung nilai tekanan uap jenuh ea (kPa)

ea (Tmax) =

0.611 exp

(

ed = Rhmean/

(

6. Menghitung nilai tekanan atmosfer P (kPa)

P

=

101.3

(

293

₂₉₃

−

0.0065

z

)

5.26

dengan z = tinggi tempat (m) 7. Menghitung nilai panas laten penguapan λ (MJ/kg)

λ

=

2.501

−

(

2.361

x

10

−3

)

T

8. Menghitung nilai konstanta psychometrik γ (kPa℃−1₎

γ

=

0.00163

P

_λ

9. Menghitung nilai kanopi resistance rc (sm-1₎

r

c

=

200

_2.88

≈

70

10. Menghitung nilai aerodynamik resistance ra (sm-1₎

r

a

=

208

_U

2

11. Menghitung nilai modifikasi konstanta psychometrik γ¿_(kPa℃−1₎

γ

¿

=

γ

(

1

+

_r

r

c

a

)

12. Menghitung nilai ET aerodynamik (mm/day)

ET

aero

=

_Δ

₊

_γ

γ

(

1

+

0.34

U

2

)

.

900

(

T

+

273

)

U

2

(

e

a

−

e

d

)

13. Menghitung nilai nomor hari (J) Januari = 15

Februari = 31+14 = 45 Maret = 31+28+15 = 74 dst

δ=0.409 sin(0.0172J−1.39) _{dengan J adalah nomor hari}

15. Menghitung nilai sudut matahari ωs (rad)

ω

_s

=

arc

cos

(

−tan

ϕ

tan

δ

)

16. Menghitung nilai jarak relatif matahari dr dr= 1 + 0.033 cos (0.0172 J)

17. Menghitung nilai radiasi permukaan atmosfer Ra (MJ/m2_d)

R

_a

=

37.6

d

_r

₍

ω

_s

sin

ϕ

sin

δ

+

cos

ϕ

cos

δ

sin

ω

_s

₎

18. Menghitung nilai panjang hari

N

=

24

_{π jam}

ω

s

19. Menghitung nilai angka angstrom Rs (MJ/m2_d)

R

_s

=

(

a

_s

+

b

_s

_N

n

)

R

_a

dengan: as=0.25, bs=0.5 dan n/N=sinar matahari (%)

Jika n/N tidak diketahui maka

n

N

=

R

_s

R

_a

=

K

RS

√

(

T

max

−

T

min

)

dengan: KRS = 0.19

20. Menghitung nilai radiasi gelombang pendek Rns

R

_ns

=

(

1−

α

)

Rs

≈0.77

R

_s

21. Menghitung nilai faktor perawanan f

f

=

(

0.9

_N

n

+

0.1

)

22. Menghitung nilai emesivitas ε

ε

=

₍

a

₁

+

b

₁

_√

e

_d

₎

=

₍

0.34

−

0.14

_√

e

_d

₎

23. Menghitung nilai radiasi thermal bersih Rnl (MJ/m2_d)

R

_nl

=

2.45

x

10

−9

(

0.9

_N

n

+

0.1

)

₍

0.34

−

0.14

_√

e

_d

₎

₍

T

kx4

+

T

kn4

)

dengan Tkx = maximum day temperature (K) Tkn = minimum day temperature (K)

25. Menghitung nilai soil heat flux G (MJ/m2_d) G = 0.14 (Tbulan n – Tbulan n-1)

26. Menghitung nilai energi yang ditinggal di atmosfer E (MJ/m2_d) E= Rn - G

27. Menghitung nilai ET yang terjadi karena radiasi (mm/day)

ET

rad

=

(

Δ

+

Δ

γ

¿

)

R

n

λ

28. Menghitung nilai Eto ETo = ETaero +ETrad

3.4. Contoh Perhitungan Bulan Februari 2013

1. Menentukan nilai temperatur rata-rata (Tmean (0_C))

Tmean = 24,6

2. Menentukan nilai U (m/s) U = 0,6285 m/s

3. Menghitung nilai tekanan uap jenuh ea (kPa)

ea (Tmax) = 0,611exp17,27_Tmax× Tmax_+237,3 = 0,611exp 17,27_29,2+×_237,329,2

= 3,9839 kPa

ea (Tmin) = 0,611exp17,27_Tmin+× Tmin_237,3 = 0,611exp17,27_21,8+×_237,321,8

= 2,3828 kPa

ea =

e

_a

(

T

max

)+

e

_a

(

T

min

)

2

ea = (3,9839 + 2,3828)/2 = 3,1834 kPa

ed = Rhmean/

(

6. Menghitung nilai tekanan atmosfer P (kPa)

P

=101

,

3

(

293−0.0065

₂₉₃

z

)

dengan z = tinggi tempat (m)

= 101,3 (293−(0.0065₂₉₃ ×15)¿ = 101,2326 kPa

7. Menghitung nilai panas laten penguapan λ (MJ/kg)

λ

=

2.501

−

(

2.361

x

10

−3

9. Menghitung nilai kanopi resistance rc (sm-1₎

r

_c

=

200

_2.88

≈

70

10. Menghitung nilai aerodynamik resistance ra (sm-1₎ ra = 208/ Umean = 208/0,6285 = 330,9613

11. Menghitung nilai modifikasi konstanta psychometrik γ¿

(kPa℃−1₎

=0,0676

₍

1+_330,961370

)

=0,0818

12. Menghitung nilai ET aerodynamik (mm/day)

ET

aero

=

_Δ

₊

_γ

γ

13. Menghitung nilai nomor hari (J) Januari = 15

Februari = 31+14 = 45

14. Menghitung nilai deklinasi matahari δ (rad)

δ = 0,409 sin(0,0172×J-1,39) dengan J adalah nomor hari δ = 0,409 sin(0,0172×45-1,39) = - 0,2363 rad

15. Menghitung nilai sudut matahari ωs (rad)

ω

_s

=

arc

cos

(

−tan

ϕ

tan

δ

)

ω

_s

=

arc

cos

(

−

tan−0

,

1348tan

−0.2363

)

=1

,

6035

16. Menghitung nilai jarak relatif matahari dr

dr= 1 + 0.033 cos (0.0172 J) = 1 + 0.033 cos (0.0172 x 45) = 1.0236 17. Menghitung nilai radiasi permukaan atmosfer Ra (MJ/m2_d)

R

_a

=

37.6

d

_r

₍

ω

_s

sin

ϕ

sin

δ

+

cos

ϕ

cos

δ

sin

ω

_s

₎

Ra = 37,6 × 1,0236 (1,6035 sin-0,1348 sin-0.2363 + cos-0,1348 cos-0.2363 sin1,6035) = 39,0002 MJ/m2_d

18. Menghitung nilai panjang hari

N = 24_π×

= 24×1,6035_π = 12,2558

19. Menghitung nilai angka angstrom Rs (MJ/m2_d)

R

_s

=

(

a

_s

+

b

_s

_N

n

)

R

_a

Rs =(0,25+0,5×0,3858)39,0002=17,2737

20. Menghitung nilai radiasi gelombang pendek Rns

R

_ns

=

(

1−

α

)

Rs

≈0

,

77

R

_s

= 0,77 × 17,2737 = 13,3007 21. Menghitung nilai faktor perawanan f

f = ( 0,9 × n/N) +0,1 = (0,9 x 0,3858)+0,1 = 0,4472 22. Menghitung nilai emesivitas ε

ε

=

₍

a

₁

+

b

₁

_√

e

_d

₎

=

₍

0

,

34

−

0

,

14

_√

e

_d

₎

= 0,34 – 0,14√2,4006 = 0,1231

23. Menghitung nilai radiasi thermal bersih Rnl (MJ/m2_d) Rnl = 2,45 × 10-9_{(0,9×n/N×f×ε)(Tkx+Tkn)}

dengan Tkx = maximum day temperature (K) Tkn = minimum day temperature (K)

Rnl = 2,45 × 10-9_{(0,9×0,3858×0,4472×0,1231)(301,9+293,3)} Rnl = 1,1204 MJ/m2_d

24. Menghitung nilai radiasi yang diterima atmosfer Rn (MJ/m2_d) Rn = Rns-Rnl = 13,3007 – 1,1204 = 12,1803 MJ/m2_d

25. Menghitung nilai soil heat flux G (MJ/m2_d) G = 0,14 (24,6 –25,2) = -0,0840 MJ/m2_d

26. Menghitung nilai energi yang ditinggal di atmosfer E (MJ/m2_d) E = Rn – G = 12,1803 – (-0,0840) = 12,2643 MJ/m2_d

27. Menghitung nilai ET yang terjadi karena radiasi (mm/day)

ET

rad

=

(

Δ

+

Δ

γ

¿

)

R

n

λ

ETrad = 3,1746 mm/day 28. Menghitung nilai Eto

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Praktikum acara pertama Azas dan Teknik Irigasi membahas tentang penentuan kebutuhan air tanaman di suatu wilayah tertentu. Kebutuhan air tanaman yang dimaksudkan adalah jumlah air yang hilang akibat adanya proses evapotranspirasi. Kebutuhan air tanaman ini sangat tergantung dengan kondisi iklim di suatu wilayah serta karakteristik tanamannya. Oleh karena itu, untuk perhitungan kebutuhan air tanaman diperlukan data iklim. Data iklim yang digunakan meliputi data kelembaban (RH), suhu, kecepatan angin, radiasi matahari, dan lama waktu penyinaran matahari.

Selain itu, pada praktikum kali ini praktikan dikenalkan dengan CROPWAT. CROPWAT merupakan perangkat lunak yang disusun oleh FAO untuk membantu proses perencanaan sistem irigasi. CROPWAT disusun untuk memudahkan dan mempercepat perhitungan nilai evapotranspirasi potensial, evapotranspirasi aktual, kebutuhan irigasi bagi tanaman, serta perencanaan pemberian irigasi.

Untuk mendapatkan nilai kebutuhan air tanaman, dapat digunakan beberapa metode tertentu dalam menganalisa data iklim tersebut. Metode yang dikenal paling akurat untuk memprediksi kebutuhan air tanaman adalah metode Penman-Monteith. Metode tersebut juga telah digunakan pada perangkat lunak CROPWAT sebagai dasar perhitungannya.

Setelah didapatkan hasil perhitungan manual, kebutuhan air tanaman kemudian dicari nilainya menggunakan aplikasi CROPWAT. Untuk mencari kebutuhan air tanaman, pilih menu “Climate/Eto” kemudian akan muncul form yang harus diisi dengan data iklim yang akan digunakan. Data-data yang perlu diisi adalah data ketinggian tempat pengukuran, posisi pada garis lintang dan bujur, suhu minimum, suhu maksimum, kelembaban, kecepatan angin, dan lama penyinaran matahari. Setelah itu akan muncul hasil evapotranspirasi potensial yang terjadi pada setiap bulannya. Hasil dari perhitungan menggunakan aplikasi CROPWAT dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 4.1. Hasil Perhitungan Kebutuhan Air Tanaman (ETo) menggunakan CROPWAT 8.0.

Tabel 4.2. Perbandingan Nilai ETo Manual dan CROPWAT.

koma. Sementara itu, perhitungan di perangkat lunak CROPWAT tingkat presisi lebih rendah karena hanya mengikutsertakan 1 angka di belakang koma saja.

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa pada musim penghujan (Oktober-Maret), nilai kebutuhan air tanaman cenderung tinggi. Sementara itu, pada musim kemarau (April-September), kebutuhan air tanaman bernilai lebih rendah. Nilai kebutuhan air tanaman berada pada kondisi maksimum pada bulan Oktober sedangkan nilai minimumnya berada pada bulan Juni.

Hal tersebut menandakan bahwa memang benar kebutuhan air tanaman bergantung pada kondisi iklim pada wilayah tersebut, selain dari faktor-faktor lainnya seperti faktor karakteristik tanaman, kondisi lahan, dan faktor budidaya. Pada bulan-bulan dengan nilai ETo tinggi kecepatan angin rata-rata bulanan bernilai tinggi. Hal tersebut berimplikasi pada rendahnya nilai kelembaban rata-rata bulanan karena semakin besar kecepatan angin, uap angin yang terbawa pun semakin banyak sehingga dapat mengurangi tingkat kejenuhan uap air di udara. Dengan berkurangnya tingkat kejenuhan uap air di udara, tanaman akan terus melakukan transpirasi untuk mengeluarkan panas yang dihasilkan karena adanya proses-proses yang berlangsung di dalam tubuhnya.

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.

1. Kebutuhan air tanaman dihitung berdasarkan hilangnya air tanaman akibat proses evapotranspirasi yang terjadi. Untuk menghitungnya bisa menggunakan berbagai metode pendekatan menggunakan rumus empiris. Metode yang paling akurat digunakan adalah metode Penman-Monteith yang juga digunakan sebagai dasar perhitungan pada aplikasi CROPWAT.

2. Aplikasi CROPWAT merupakan aplikasi yang digunakan untuk membantu perencanaan sistem irigasi. Aplikasi ini dapat membantu perhitungan evapotranspirasi potensial dan aktual, kebutuhan air irigasi, dan perencanaan pemberian air irigasi bagi tanaman.

3. Hasil perhitungan ETo untuk wilayah Kradenan pada tahun 2013 urut dari bulan Januari hingga Desember secara manual yaitu 3,6356; 3,6205; 3,7155; 3,3978; 3,0977; 2,7863; 2,8485; 3,1547; 3,4702; 3,7561; 3,7273; dan 3,4192. Sementara untuk perhitungan pada CROPWAT hasilnya adalah 3,55; 3,69; 3,78; 3,52; 3,15; 2,67; 3,01; 3,73; 3,84; 4,23; 3,58; 3,06.

5.2. Saran

DAFTAR PUSTAKA

Cahyono, B. 2002. Wortel: Teknik Budi Daya dan Analisis Usaha Tani. Kanisius: Yogyakarta.

Pusposutardjo, S., 1991. Analisis Tinjau (Reconaissance Analysis) Potensi Sistem Irigasi Indonesia Untuk Mendukung Swasembada Beras. Jurnal Teknik Pertanian hal: 10-27. Perhimpunan Teknik Pertanian, Bogor.

Radjulaini. 2003. Pemakaian Tiga Metode Water Requirement untuk Memprediksi Luas Sawah Maksimum yang dapat Diairi (Studi Kasus DAS

Cikaduen-Jabar). Dalam

http://www.rudyct.com/PPS702-ipb/06223/radjulaini.htm diakses pada Minggu, 25 September 2016 pukul 20.10 WIB.

Rokhma, N. M. 2008. Menyelamatkan Pangan dengan Irigasi Hemat Air. Kanisius: Yogyakarta.

Syukur, M., dkk. 2015. Bertanam Tomat di Musim Hujan. Penebar Swadaya: Jakarta.

Stancalie, F., et al. 2010. Using Earth Observation Data And Cropwat Model To Estimate The Actual Crop Evapotranspiration. Physics and Chemistry of The Earth 35(1): 25-30.