Topik 7. Kualitas Air Irigasi
Pendahuluan
Tujuan instruksional khusus: mahasiswa memahami kriteria penilaian kualitas air untuk irigasi dan kepekaan tanaman terhadap beberapa parameter kualitas air
Bahan Ajar
Bahan Ajar terdiri dari: (1) Kualitas Air irigasi untuk Pertanian, (2) Kualitas Air untuk Keperluan Umum. Dalam File Tambahan Topik 7. Kualitas Air anda dapat menambah wawasan dengan membaca beberapa hasil studi tentang (a) Water Quality Brantas System Jawa Timur, (b) Water Quality Monitoring System Seputih-Sekampung, Lampung.
1. KUALITAS AIR IRIGASI UNTUK PERTANIAN 1
Satuan
Satuan tahanan listrik adalah ohm, sedangkan daya hantar listrik (DHL) atau EC
(electrical conductivity) adalah kebalikan dari tahanan dan mempunyai satuan kebalikan dari ohm yakni mho. Maka satuan DHL adalah mhos/cm dibakukan pada suhu air 250 C. Salinitas air dinyatakan dengan satuan: 1 mhos/cm pada suhu air 250
C = 1.000 mmhos/cm (millimhos/cm) = 1.000.000 µ mhos/cm (mikromhos/cm). Siemen/meter (S/m) = 10 mmhos/cm; mS/cm = mmhos/cm; µS/cm = µmhos/cm.
Formula Konversi Satuan:
1 meq/liter ≈ 10 x EC (mmhos/cm); ppm (part per million) ≈ 1 mg/liter ≈ 640 x EC (mmhos/cm); 1 mg/liter = eq.weight x meq/liter
Parameter yang mempengaruhi kualitas air irigasi untuk tanaman adalah:
(1) Salinitas
Masalah salinitas terjadi jika kuantitas garam pada air irigasi cukup besar sehingga akumulasi garam di daerah perakaran tanaman akan sedemikian rupa sehingga tanaman tidak mampu lagi mengisap air (lengas) tanah di daerah perakaran. Penurunan isapan air oleh akar menyebabkan terganggunya pertumbuhan tanaman sehingga gejala nya seperti kekurangan air (tanaman layu). Tanaman mengisap sebagian besar air dari bagian atas zone perakaran, sehingga kondisi salinitas di bagian ini sangat berpengaruh daripada di bagian bawah zone perakaran. Mengelola bagian atas perakaran dengan proses pencucian (leaching)
menjadi sangat penting untuk lahan berkadar garam tinggi.
(2) Permeabilitas
Laju infiltrasi tanah akan berkurang akibat dari kandungan garam tertentu atau kekurangan garam tertentu dalam air irigasi. Faktor yang berpengaruh adalah: (a) kandungan Na relatif terhadap Ca dan Mg, (b) kandungan bikarbonat dan karbonat, dan (c) total kandungan garam dalam air.
(3) Toksisitas atau keracunan terhadap Boron (B), Chlorida (Cl) dan Natrium (Na)
(4) Lainnya. Masalah lainnya dalam air irigasi yakni pertumbuhan terlalu cepat, tergenang, dan perlambatan pematangan akibat dari kandungan Nitrogen berlebih. Bercak putih pada daun dan buah akibat kandungan berlebih Bicarbonate dalam irigasi curah dan pH abnormal.
Kualitas air dan masalah drainase sering berkaitan, sehinga pengendalian kedalaman airtanah menjadi sangat penting. Garam akan berakumuluasi pada bagian atas muka airtanah yang asin, sehingga jika muka airtanah terlalu dekat dengan perakaran
(b) Mekanisme interkasi tanah-air-tanaman yang menyebabkan pengurangan produksi
(c) Tingkat bahaya yang akan terjadi pada waktu yang lama
Tabel 1. Petunjuk untuk interpretasi kualitas air irigasi
pH Normal antara 6.5 ~ 8.4
Perhitungan adj. SAR 3
SAR (Sodium Adsorption Ratio) =
2 didapat dari Jumlah (CO3+HCO3) dengan menggunakan Tabel 3.
2 ECw: salinitas air
Tabel 2. Analisis laboratorium yang diperlukan untuk evaluasi kualitas air
No Parameter Simbol Satuan Berat ekivalen
1 Hantaran listrik ECw mmhos/cm
2 Kalsium Ca meq/l 20
3 Magesium Mg meq/l 12.2
4 Natrium Na meq/l 23
5 Karbonat CO3 meq/l 30
6 Bikarbonat HCO3 meq/l 61
7 Khlorida Cl meq/l 35.4
12 Ajusted Sodium Adsorption Ratio3) Adj. SAR
13 Kalium (potassium)4) K meq/l 39.1
14 Lithium4) Li mg/l 7
2) Acidity (pH 1~7), Alkalinity (pH 7~14), Netral (pH 7) 3) Prosedur perhitungn diberikan di bawah
4)
Diperlukan hanya pada kondisi khusus
Beberapa contoh hasil analisis air dan penilaian kualitasnya tercantum pada Tabel 4. Pada contoh analisis air (Tabel 4), contoh air dari Sungai Tigris ditinjau dari nilai ECw dan adj.SAR termasuk tidak ada masalah. Contoh air di Pakistan dan New Mexico memperlihatkan ECw lebih besar dari 3.0, dan adj. SAR yang besar, kemungkinan akan menimbulkan masalah besar karena salinitas. Diperlukan pemilihan jenis tanaman yang toleran terhadap salinitas (Tabel 5).
Masalah Salinitas
Kebanyakan garam dari air irigasi akan tinggal di daerah perakaran tanaman dan terakumulasi. Untuk mencegah akumulasi garam melewati batas tertentu, diperlukan sejumlah air untuk berperkolasi dan melarutkan garam tersebut (leaching). Jumlah untuk pencucian (leaching) merupakan leaching fraction (LF) didefinisikan sebagai bagian dari air irigasi yang berperkolasi di daerah perakaran tanaman.
Perbandingan tersebut digambarkan pada Gambar 1, dimana rerata salinitas tanah (ECe) yang akan terjadi akibat dari salinitas air irigasi (ECw) pada berbagai tingkat LF. Pada Petunjuk Tabel 1 digunakan asumsi 3 ECw = ECsw, 1.5 ECw = ECe, dan 2 ECe = ECsw. ECw: hantaran listrik air, ECe: hantaran listrik ekstrak tanah, ECsw: hantaran listrik lengas tanah dalam satuan mmhos/cm.
Pengaruh salinitas tanah pada hasil tanaman
Keperluan dasar untuk pertumbuhan optimum adalah evapotranspirasi tanaman (ET) yang terdiri dari dua komponen evaporasi (E) dan transpirasi (T). Lengas tanah tersedia untuk tanaman dinyatakan dengan potensial lengas tanah yang mengukur besarnya gaya dimana air ditahan oleh partikel tanah. Salinitas mempengaruhi ketersediaan air menjadi lebih kecil, karena adanya dampak tekanan osmotik. Secara umum besarnya tekanan osmotik dapat dihitung dengan persamaan:
OP = - 0.36 x EC
OP: potensial osmotik (bar), EC: hantaran listrik larutan (mmmhos/cm), -0.36 adalah faktor konversi tanda negatif menunjukkan bahwa gaya bekerja pada arah potensial yang berkurang.
Jika dua jenis tanah dengan lengas tanah yang sama, tetapi berada pada tanah yang bebas garam (A) dan yang kandungan garamnya tinggi (B). Maka tanaman yang sama akan mampu mengekstrak air lebih banyak pada tanah A daripada tanah B.
Pengaruh salinitas terhadap ketersediaan air digambarkan seperti pada Gambar 2. Pada suatu jenis tanah pada ECsw = 3 mmhos/cm mempunyai Total Air Tanah Tersedia (TAT) = 16,5 cm air per meter kedalaman tanah. Jika ECsw = 15 mmhos/cm maka TAT akan berkurang menjadi sekitar 12 cm/m. Pada ECsw = mmhos/cm maka TAT berkurang lagi menjasd sekitar 6 cm/m. Pada contoh ini jika tanaman dengan ET = 6 mm/hari, kedalaman akar 1 meter. Maka pada ECsw = 3 mmhos/cm tersedia pasok lengas tanah selama 27,5 hari (165/6), pada ECsw = 15 mmhos/cm tersedia 20 hari, pada ECsw = 30 mmhos/cm tersedia 10 hari. Ilustrasi ini sesuai dengan pengalaman lapangan dimana interval irigasi lebih sering pada air irigasi bersalinitas tinggi.
Tabel 3. Tabel untuk menghitung pHc4
Contoh perhitungan pHc dan adj. SAR:
Perhitungan Adj SAR untuk Kualitas Air
Hasil analisis air meq/l Hasil analisis air meq/l
Ca 2.32 CO3 0.42
Tabel 4. Hasil analisis air irigasi di beberapa lokasi
Miliequivalent per liter Miligram per
Gambar 2. Ketersediaan air tanah teoritis pada berbagai salinitas lengas tanah
Tabel 5. Toleransi tanaman terhadap salinitas5
Tanaman
Fields Crops
Penurunan Hasil (%) Maks 1)
0 10 25 50
ECe ECw ECe ECw ECe ECw ECe ECw ECe Kapas (Gossypium hirsutum) 7.7 5.1 9.6 6.4 13 18.4 17 12 28 Gandum (Triticum aestivum) 6.0 4.0 7.4 4.9 9.5 6.4 13 8.7 20 Kedelai (Glycine max) 5.0 3.3 5.5 3.7 6.2 4.2 7.5 5.0 10 Sorghum (Sorghum bicolor) 4.0 2.7 5.1 3.4 7.2 4.8 11 7.2 18 Kacang tanah (Arachis hipogea) 3.2 2.1 3.5 2.4 4.1 2.7 4.9 3.3 6.5 Padi (Oriza sativa) 3.0 2.0 3.8 2.6 5.1 3.4 7.2 4.8 11.5 Sesbania (Sesbania macrocarpa) 2.3 1.5 3.7 2.5 5.9 3.9 9.4 6.3 16.5 Jagung (Zea mays) 1.7 1.1 2.5 1.7 3.8 2.5 5.9 3.9 10 Kacang (Phaseolus vulgaris) 1.0 0.7 1.5 1.0 2.3 1.5 3.6 2.4 6.5
Tanaman buah-buahan
Korma (Phoenix dactylifera) 4.0 2.7 6.8 4.5 10.9 7.3 17.9 12 32 Zaitun (Olea europaea) 2.7 1.8 3.8 2.6 5.5 3.7 8.4 5.6 14 Jeruk (Citrus sinensis) 1.7 1.1 2.3 1.6 3.2 2.2 4.8 3.2 8 Apel (Pyrus malus) dan Pear
(Pyrus communis) 1.7 1.0 2.3 1.6 3.3 3.2 4.8 3.2 8
Anggur (Vitis sp) 1.5 1.0 2.5 1.7 4.1 2.7 6.7 4.5 12 Alpukat (Persea americana) 1.3 0.9 1.8 1.2 2.5 1.7 3.7 2.4 6 Strawberi (Fragaria spp) 1.0 0.7 1.3 0.9 1.8 1.2 2.5 1.7 4
Sayuran
Brokoli (Brassica italica) 2.8 1.9 3.9 2.6 5.5 3.7 8.2 5.5 13.5 Tomat (Lycopersicon esculantum) 2.5 1.7 3.5 2.3 5.0 3.4 7.6 5.0 12.5 Timun (Cucumis sativus) 2.5 1.7 3.3 2.2 4.4 2.9 6.3 4.2 10 Bayem (Spinacia oleracea) 2.0 1.3 3.3 2.2 5.3 3.5 8.6 5.7 15 Kubis (Brassica oleracea capitata) 1.8 1.2 2.8 1.9 4.4 2.9 7.0 4.6 12 Kentang (Solaum tuberosum) 1.7 1.1 2.5 1.7 3.8 2.5 5.9 3.9 10 Ubi jalar (Ipomea batatas) 1.5 1.0 2.4 1.6 3.8 2.5 6.0 4.0 10.5 Lada (Capsicum frutescens) 1.5 1.0 2.2 1.5 3.3 2.2 5.1 3.4 8.5 Bawang (Allium cepa) 1.2 0.8 1.8 1.2 2.8 1.8 4.3 2.9 7.5 Wortel (Daucus carota) 1.0 0.7 1.7 1.1 2.8 1.9 4.6 3.1 8
2. Kualitas Air untuk Keperluan Umum
2.1. Umum
Adanya pertambahan penduduk dan peningkatan kegiatan industri maka beban polusi pada sumber-sumber air cenderung semakin meningkat, dan pada gilirannya akan menurunkan kualitas air. Polusi organik dari limbah manusia dan buangan sampah yang langsung dialirkan masuk ke sistem sungai/saluran akan menimbulkan permasalahan kualitas air. Selain itu, polusi industri di banyak tempat menunjukkan peningkatan yang berarti dan bahkan kandungan bahan kimia dengan konsentrasi tinggi seperti kromium, kadmium, merkuri dan selenium sering menimbulkan keracunan bagi manusia dan binatang.
Berkaitan dengan gambaran kondisi kualitas air di sistem sungai maka dapat ditinjau melalui nilai-nilai parameter yang diukur. Dari banyak parameter, yang sering menjadi parameter utama untuk menggambarkan tingkat polusi dalam sebuah wilayah sungai seperti DO, BOD, COD, fecal coliform (terutama air limbah rumah tangga), pH dan logam berat. Uraian singkat mengenai parameter utama dijelaskan dibawah ini.
2.2. Oksigen Terlarut, Dissolved Oxygen (DO)
Jumlah oksigen terlarut (DO) dalam air sangat penting untuk kehidupan dalam air. Jika sungai tidak terpolusi atau polusinya sedikit maka kandungan oksigennya akan tinggi dan ikan atau organisme air lainnya dapat hidup baik. Tingkat konsentrasi maksimum DO dalam air (disebut tingkat kejenuhan) sangat tergantung pada suhu, misalnya pada suhu 200 C tingkat kejenuhan akan mendekati 9,2 mg oksigen per liter, namun pada
suhu 300 C tingkat kejenuhan oksigen akan turun mencapai 7,6 mg oksigen per liter.
Polutan biologi yang dapat terurai akan memakai oksigen selama penguraian, jadi hal ini akan mengurangi tingkat DO dalam air. Apabila tingkat polusi tinggi maka dapat menyebabkan tingkat oksigen terlarut menjadi nol (non aerobik) sehingga dapat menimbulkan kematian bagi ikan dan organisme dalam air.
Perbedaan antara tingkat kejenuhan dan DO yang terukur adalah indikasi dari derajat polusi. Untuk menetapkan tingkat kejenuhan, maka suhu harus diketahui. Jika DO rendah dibanding tingkat kejenuhan maka oksigen tambahan akan diserap dari udara ke dalam air. Semakin besar kekurangan maka semakin cepat penyerapan oksigen dari udara (re-oksigenasi). Selain itu, luas permukaan air sangat berhubungan dengan volume air dalam meningkatkan pengisian udara. Oleh karena itu, pengisian udara dalam gerakan air yang berputar (seperti air terjunan, kincir angin dll) akan lebih tinggi daripada air diam.
2.3. Temperatur (Suhu)
Suhu dibutuhkan untuk menentukan tingkat kejenuhan oksigen terlarut dalam air. Untuk mengukur DO tanpa mengetahui suhu airnya maka kurang berguna, karena kekurangan oksigen yaitu dari perbedaan tingkat kejenuhan dan DO terukur tidak dapat ditentukan karena suhu air tidak diketahui. Misalnya tingkat DO 6 mg/l akan mengindikasikan kekurangan 9,2 – 6 mg/l = 3,2 mg/l jika suhu air adalah 200 C. Hal ini mengindikasikan
bahwa tingkat polusi tergolong tinggi. Apabila suhu sebesar 300 C dan tingkat
6
kejenuhan 7,6 mg/l, maka kekurangannya menjadi 7,6 – 6 mg/l = 1,6 mg/l. Disini menunjukan tingkat polusi jauh lebih rendah.
2.4. pH (Tingkat Keasaman)
pH adalah logaritma negatif dari konsentrasi ion-ion hidrogen (ion H+). Dalam air
murni konsentrasi H+ adalah 10-7, jadi pH adalah 7. Misalnya suatu asam ditambahkan
dalam cairan yang pH-nya 7, maka angka H+ pada cairan tersebut akan meningkat,
katakanlah menjadi 10-3 maka cairan tersebut pH-nya menurun menjadi 3. Apabila
larutan alkali (basa) ditambahkan maka pH akan meningkat ke tingkat diatas 7. Air dikatakan asam apabila nilai pH-nya < 7, netral pH = 7 dan basa pH < 7.
2.5. Kebutuhan Oksigen Biokimia, Biochemical Oxigen Demand (BOD)
Kebutuhan oksigen bio-kimia (BOD) adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk penguraian (proses oksidasi) polutan dalam air dengan cara bio-kimia. BOD adalah parameter yang berguna karena nilainya ditentukan melalui proses alami yang terjadi didalam air. Sebagai contoh limbah manusia yang langsung dari toilet akan membusuk lebih cepat daripada sepotong kayu, dan untuk penguraian limbah manusia ini akan lebih banyak membutuhkan oksigen. Sebagai akibatnya adalah oksigen terlarut dalam air akan menurun (disini tingkat DO rendah). Melalui pengisian udara secara alami akan mempercepat DO menjadi normal kembali.
Pada pengujian laboratorium BOD, disimulasikan melalui proses penguraian polutan dari molekul besar menjadi lebih kecil secara alami. BOD ditentukan dengan jumlah oksigen yang dibutuhkan dalam 5 hari oleh suatu sampel pada suhu standar 200 C. Jika
suhu dinaikkan, maka BOD akan meningkat akibat proses bio-kimia yang lebih cepat.
2.6. Kebutuhan Oksigen Kimia, Chemical Oxigen Demand (COD)
Kebutuhan oksigen kimia (COD) adalah jumlah oksigen (mg O2)yang diperlukan untuk
oksidasi komponen-komponen polutan (organis) dalam air dengan cara kimia, yaitu dengan menambah bahan kimia peng-oksidasi pada polutan. Bahan kimia (oksidator) K2Cr2O7 banyak digunakan sebagai sumber oksigen dalam pengujian di laboratorium.
Secara prinsip sebagaian besar zat organis akan dioksidasi oleh K2Cr2O7 dalam keadaan
asam mendidih, dan reaksi berlangsung selama ± 2 jam. Angka COD akan menjadi ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organis yang secara alami dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut dalam air.
2.7. Nitrit, Nitrat dan Fosfat
2.8. Koliform
Pengukuran koliform terutama ditujukan jika ada indikasi bahwa air sungai terpolusi oleh air limbah rumah tangga. Semakin banyak koliform yang terukur, maka semakin banyak limbah rumah tangga yang masuk ke dalam sungai. Sebaliknya, jika konsentrasi koliform rendah (dan BOD relatif tinggi), berarti polusi disebabkan oleh limbah industri.
2.9. Daya Hantar Listrik, Electrical Conductivity (EC)
Sebagai sebuah parameter untuk polusi pengukuran Daya Hantar Listrik tidak begitu relevan terutama pada bagian hulu sungai. Namun pengukuran menjadi penting pada bagian muara di mana air laut dapat masuk ke sungai sehingga mengakibatkan kadar garam menjadi meningkat (nilai EC tinggi). Jika kadar garam tinggi maka air sungai tidak layak sebagai air baku untuk air minum dan irigasi.
2.10. Logam Berat
Logam berat sebagian besar diakibatkan oleh kegiatan-kegiatan industri. Kandungan logam dalam air dapat mengakibatkan keracunan bagi manusia maupun organisme lainnya yang hidup di air. Logam beracun misalnya kadmium, kromium, tembaga, merkuri, nikel, seng dan timah. Umumnya pengukuran logam berat dilakukan di bagian hilir dari daerah industri.
Penutup
Pertanyaan:
(1) Parameter apa saja yang menentukan kualitas air irigasi dan apa pengaruhnya terhadap tanaman
(2) Apa yang dimaksud dengan : “electrical conductivity”?
(3) Apa satuan yang digunakan untuk EC dan bagaimana konversinya
(4) Bagaimana kepekaan tanaman terhadap salinitas
(5) Apa yang dimaksud dengan leaching (pencucian)
(6) Bagaimana menghitung kebutuhan air untuk pencucian
(7) Terangkan standard kualitas air untuk irigasi?
(8) Apa satuan yang biasa digunakan?
(9) Apa hubungnnya nilai EC dengan penurunan hasil?
(11) Sebutkan Parameter kualitas air:
(12)Bagaimana hubungan antara DO dan BOD dalam air?
(13)Hal penting apa saja yang perlu diperhatikan dalam parameter kualitas air irigasi (termasuk irigasi sprinkler dan drip)?
(14)Apa yang dimaksud dengan salinitas (EC: mmhos/cm) pada kualitas air irigasi dan sejauh mana pengaruhnya pada tanaman?
(15)Pencegahan apa yang dilakukan pada unsur beracun yang terdapat pada air irigasi?
Kunci Jawaban
(11)Parameter kualitas air:
a. Parameter fisik: suhu, warna, bau, rasa, turbidity (kekeruhan)
b. Parameter kimia: BOD, COD, DO, pH, padatan terlarut, padatan tersuspensi, Fe, Cu, Mg, B, Na, Cl, NH, NO2, NO3, N
c. Paramerer biologi: total mikroba, total koliform
(12)DO (dissolved oxygen): kadar oksigen terlarut dalam air. BOD (biological oxygen demand): kebutuhan oksigen untuk aktivitas mikro-organisma dalam air. Nilai BOD yang tinggi menandakan adanya aktivitas mikro-organisma yang tinggi dan banyak membutuhkan oksigen sehingga kadar aoksigen menjadi berkurang DO menurun (13)pH, Sodium Adsorption Ratio (SAR), Electrical conductivity (EC) dan unsur
beracun (Boron, Natrium dan Chlorida), untuk irigasi sprinkler dan drip perlu dipertimbangkan padatan terlarut
(14)Salinitas merupakan ukuran banyaknya kadar garam yang ada dalam air. Di daerah perakaran lengas tanah dengan kadar garam tinggi menyebabkan tekanan osmotik yang lebih besar sehingga air tidak dapat diserap oleh akar tanaman. EC antara 1 – 4 mmhos/cm tidak mengakibatkan penurunan produksi. EC antara 6 – 25 mmhos/cm mengakibatkan tanaman tidak berproduksi.
(15)(a) irigasi lebih sering, (b) penambahan air untuk pencucian (leaching), (b) penambahan zat penetral, (d) pencampuran dengan air lain yang lebih baik
Daftar Pustaka
