BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Sub DAS Cipeureu, Kawasan Hutan Pendidikan Gunung Walat, Kecamatan Cibadak, Kabupaten Sukabumi. Penelitian dilaksanakan pada Bulan Juli sampai Desember 2011. Peta lokasi penelitian disajikan pada Gambar 2.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah GPS (Global Positioning
System), Komputer dengan perangkat lunak Microsoft Excel, Minitab 14, SAS
9.1.3, dan HYDRUS 1D 4.14. Sebagai bahan berupa satu set data kadar air tanah dan data retensi air tanah (pF) dari enam plot pengamatan, masing-masing plot pengamatan terdiri dari sembilan kedalaman.
3.3 Pengumpulan Data 3.3.1 Jenis Data
Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah: data curah hujan, data koordinat plot contoh tanah, data kadar air tanah, data retensi air tanah, dan data konduktivitas hidrolika tanah jenuh (Ks).
3.3.2 Metode Pengumpulan Data 3.3.2.1 Data Curah Hujan
Data curah hujan diperoleh dari catatan kejadian hujan di stasiun 12A Sekarwangi, Cibadak, Sukabumi. Data curah hujan yang digunakan yaitu curah hujan harian tanggal 16 – 23 November 2010.
3.3.2.2 Data Kadar Air, Retensi Air Tanah dan Konduktivitas Hidrolika Tanah Jenuh
Data kadar air, retensi air tanah, dan konduktivitas hidrolika tanah jenuh bersumber dari hasil pengukuran yang dilakukan oleh Tim Peneliti dari IPB dan Universitas Kyoto di Hutan Pendidikan Gunung Walat Tahun 2009. Tahapan pengukuran adalah sebagai berikut:
1. Pengambilan Contoh Tanah Utuh di Lapangan
Pengambilan contoh tanah utuh atau tidak terganggu dilakukan oleh Kosugi
et al. (2009). Pengambilan contoh tanah utuh, menggunakan ring contoh tanah
berukuran 100 cm3, dilakukan di lereng berhutan (puncak lereng sampai kaki
lereng) dengan jenis tanah latosol merah kuning, sebanyak 6 buah plot seperti terlihat pada Gambar 3.
Sumber: Ko Info SK Mente Tabel 1 In Posisi Le Puncak le Bagian at Pertengah Bagian b Bagian b Kaki lere Sumber: Ko Peng sembilan k 17,5-22,5 cm (50 cm cm). Di m kanan (R) adalah seb plot adala dijelaskan 0 10 20 -10 Jar ak Ver ti k a l (meter ) osugi et al. (20 Gambar ormasi kemi eri Pertanian nformasi ke ereng ereng tas lereng han lereng awah lereng awah lereng eng osugi et al. (20 gambilan c kedalaman, cm (20 cm m) ; 57,5-62 masing-masi ), tengah (C banyak 162 ah 27 con n pada Gamb 0 Sungai K Le 009) dan Peng r 3 Lokasi p iringan leren n No.837/Kp emiringan le g g 009) contoh tan yaitu di ke m) ; 27,5-32, 2,5 cm (60 ing kedalam C), dan kir contoh tana ntoh tanah bar 4. 10 Plot 5 Plot 6 Bagi Baw Lere Kaki ereng gukuran Ulang plot contoh ng puncak Kpts/Um/11/ ereng di pun Kemiringa 9 35 52 48 55 74 ah utuh d edalaman 0 ,5 cm (30 c cm), 77,5-8 man diambi ri (L), sehi ah (jumlah c ). Skema 20 Plo Plot 4 5 Jarak Hori Pertenga Leren ian wah eng g di Lapangan tanah di ler lereng samp /1980 adalah ncak sampa an Lereng 9% 5% 2% 8% 5% 4% di masing-m -5 cm (2,5 cm) ; 37,5-4 82,5 cm (80 il 3 contoh ingga jumla contoh tana pengambil 30 Plot 2 ot 3 zontal (meter Bagian Atas Lereng ahan ng n reng berhut pai kaki ler h sebagai be ai kaki leren masing plo cm) ; 7,5-12 42,5 cm (40 0 cm) ; 97,5 tanah utuh ah total co ah utuh pada an contoh 40 r) Puncak n g tan. reng berdas erikut: ng Keteran Landai Curam Sangat cu Sangat cu Sangat cu Sangat cu ot dilakuka 2,5 cm (10 0 cm) ; 47,5 5-102,5 cm h, yaitu di p ntoh tanah a masing-m tanah ter 50 Plot 1 lereng arkan gan uram uram uram uram an di cm) ; 5-52,5 m (100 posisi utuh masing rsebut 60
Keterangan: L merupakan posisi kiri, C merupakan posisi tengah, dan R merupakan posisi kanan.
Sumber: Puspitasari (2011)
Gambar 4 Skema pengambilan contoh tanah (sisi penampang melintang tanah).
2. Pengukuran Koordinat Plot
Di masing-masing plot diukur kemiringan lereng (derajat) dan jarak lapang (meter) menggunakan Clinometer dan pita meter. Untuk memperoleh koordinat masing-masing plot digunakan rumus:
∆ ; ∆ cos ; p = n - 1 ... (11) ∆ ; ∆ sin ; p = n - 1 ... (12) Keterangan:
; = Koordinat x dan y plot ke-n (meter)
; = Koordinat x dan y plot ke-p (meter)
∆ ; ∆ = Jarak antara koordinat x ; y, plot n dan p (meter) = Kemiringan lereng antara plot p dan n (derajat) = Jarak lapang antara plot p dan n (meter)
Plot pertama merupakan titik ikat yang diketahui koordinatnya melalui GPS. Permukaan Tanah 1 meter 0-5 cm L C R 2.5 cm 100 cm 80 cm 60 cm 50 cm 40 cm 20 cm 30 cm 7.5-12,5 cm 17.5-22,5 cm 27.5-32,5 cm 37.5-42,5 cm 47.5-52,5 cm 57.5-62,5 cm 77.5-82,5 cm 97.5-102,5 cm 10 cm L C R L C R L L L L L L C C C C C C R R R R R R
3. Pengukuran Kadar Air Tanah dan Retensi Air Tanah
Data kadar air tanah volumetrik diukur di beberapa retensi air tanah, yaitu 0, -5, -10, -20, -30, -40, -50, -70, -100, -200, -500, dan -1000 cmH2O. Pengukuran
retensi air tanah dilakukan oleh Kosugi et al. (2009) di Laboratorium Pengendalian Erosi, Universitas Kyoto-Jepang. Alat-alat yang digunakan yaitu timbangan, oven elektrik, dan pressure plate apparatus. Tahapan pengukuran kadar air dan retensi air tanah adalah sebagai berikut:
1. Menjenuhkan masing-masing contoh tanah dengan cara merendam contoh tanah secara perlahan-lahan sampai air muncul di permukaan.
2. Menimbang contoh tanah yang sudah jenuh dan mencatat beratnya (merupakan berat basah tanah).
3. Menutup contoh tanah yang telah dibasahi dengan kertas saring kemudian memasukannya ke dalam pressure plate aparatus.
4. Memberikan beberapa tekanan, yaitu 5, 10, 20, 30, 50, 70, 100, 200, -500 dan -1000 cmH2O secara bertahap terhadap contoh tanah yang telah
dimasukan ke dalam pressure plate aparatus.
5. Menyimpan setiap contoh tanah dengan tekanan yang berbeda dalam pressure
plate aparatus selama 5 – 7 hari, kemudian dikeluarkan dan ditimbang
beratnya (berat kering tanah).
6. Menghitung kadar air volumetrik pada setiap tekanan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
... (13) Keterangan:
= Kadar air volumetrik (cm3/cm3)
BBT = Berat basah tanah (gram) BKT = Berat kering tanah (gram) VT = Volume tanah total (cm3)
= Massa jenis air (gram/cm3)
Kadar air dari setiap kedalaman merupakan rata-rata kadar air dari tiga contoh tanah yang diambil.
4. Pengukuran Konduktivitas Hidrolika Tanah Jenuh
Pengukuran konduktivitas hidrolika tanah jenuh dilakukan oleh Kosugi et
menggunakan metode falling head. Alat yang digunakan terdiri dari gelas ukur, pipa ukur, dan stopwatch. Tahapannya adalah sebagai berikut:
1. Menjenuhkan masing-masing contoh tanah secara perlahan-lahan dengan cara merendamnya dalam sebuat alat penampung yang sudah diisi air sampai ketinggian 2 mm sebelum batas tepi ring contoh tanah selama 2x24 jam. 2. Menutup masing-masing contoh tanah dengan plastik untuk mengurangi
evaporasi.
3. Meletakkan contoh tanah yang telah jenuh di atas alas berpori agar dapat melewatkan air dari contoh tanah. Kemudian bagian atas ring contoh tanah dipasang pipa ukur.
4. Pengukuran menggunakan metode falling head dimulai dengan mengisi air ke dalam pipa ukur dan diukur perubahan (penurunan) tinggi air terhadap waktu dengan menggunakan stopwatch.
5. Menghitung konduktivitas hidrolika jenuh (Ks) menggunakan persamaan Darcy, yaitu:
K ∆ ... (14)
Keterangan:
Ks = Konduktivitas hidrolika tanah jenuh (cm/detik)
L = Tinggi contoh tanah (cm)
H0; H1 = Tinggi air awal dan akhir pengukuran (cm) ∆ = Perubahan waktu (detik)
3.4 Metode Pengolahan dan Analisis Data 3.4.1 Sifat Hidrolika Tanah Tidak Jenuh
Sifat hidrolika tanah tidak jenuh dianalisis dengan menggunakan kombinasi fungsi retensi air tanah dan konduktivitas hidrolika tanah model Lognormal (LN) Kosugi (1996). Persamaan Model LN adalah sebagai berikut:
... (15)
... (16) Keterangan:
Se = Kejenuhan efektif
θs = Kadar air jenuh (cm3/cm3)
θr = Kadar air sisa (cm3/cm3)
K( ) = Konduktivitas hidrolika tidak jenuh (cm/detik)
Ks = Konduktivitas hidrolika jenuh (cm/detik) Q = Fungsi distribusi normal
= Potensial matrik (cmH2O)
= Potensial matrik saat Se = 0,5 atau median radius pori (cmH2O)
= Simpangan baku dari distribusi radius pori = Nilai tortuosity
Metode yang digunakan untuk menentukan parameter model LN adalah metode optimasi non-linear least squares, dimana nilai fitting parameter terbaik diperoleh dengan meminimalkan nilai residual sum squares (RSS) antara data kurva retensi hasil pengukuran dengan model. Parameter–parameter LN yang dioptimasi adalah θr, , dan . Parameter θs untuk plot 1 kedalaman 2,5 cm dan
80 cm, plot 2 kedalaman 2,5 cm, plot 4 kedalaman 2,5 dan 10 cm, dan plot 5 kedalaman 2,5 cm dilakukan optimasi, sedangkan untuk lapisan lainnya menggunakan nilai θs hasil pengukuran. Prosedur optimasi ini menggunakan
bantuan solver command pada perangkat lunak Microsoft Excel.
3.4.2 Analisis Variabilitas Sifat Hidrolika Tanah
Analisis variablitas sifat hidrolika tanah dilakukan dengan menggunakan pendekatan analisis ragam, dan analisis semivariogram.
3.4.2.1 Analisis ragam (anova)
Analisis ragam (anova) digunakan untuk menilai keragaman sifat hidrolika tanah di plot contoh tanah (arah horizontal) dan kedalaman tanah (arah vertikal) melalui uji beda nilai tengah contoh pada taraf nyata 95%. Analisis data menggunakan bantuan program Minitab 14.
3.4.2.2 Analisis semivariogram
Analisis semivariogram dilakukan untuk menentukan variabilitas spasial dari masing-masing parameter sifat hidrolika tanah. Analisis ini hanya dilakukan pada data yang terbukti memiliki perbedaan berdasarkan uji beda nilai tengah contoh menggunakan analisis ragam (anova). Hal tersebut dilakukan untuk membuktikan adanya pengaruh faktor jarak terhadap keragaman yang terbentuk.
Analisis semivariogram di kedalaman tanah menggunakan konsep semivariogram eksperimental, karena memiliki interval jarak yang sama antar kedalaman tanah, sedangkan analisis semivariogram di plot contoh tanah menggunakan konsep semivariogram pada program aplikasi SAS 9.1.3, karena terdapat perbedaan jarak antar plot contoh tanah.
Semivariogram eksperimental diperoleh melalui hubungan antara nilai semivarian γ(h) dengan jarak interval (h), sedangkan semivariogram pada program aplikasi dibangun melalui hubungan antara rata-rata nilai semivarian pada semua kemungkinan pasangan data dengan rata-rata jarak kelas interval h (interval class
distances). Perhitungan jarak menggunakan konsep jarak euclid. Nilai semivarian
dapat dihitung dengan rumus:
∑ ... (17) Keterangan:
= Semivariogram di lag h
h = Jarak interval
n(h) = Jumlah pasangan titik pengamatan yang terpisah oleh jarak interval h
= Nilai pengamatan pada titik ke-i , = Pasangan data yang berjarak h
Model semivariogram yang diperoleh didekatkan terhadap model semivariogram teoritis, kemudian dilakukan pemilihan model terbaik berdasarkan nilai koefisien determinasi (R2) tertinggi. Analisis semivariogram menggunakan
bantuan perangkat lunak (software) SAS 9.1.3, Minitab 14, dan Microsoft Excel.
3.4.3 Aliran Air dalam Tanah Satu Dimensi
Analisis aliran air dalam tanah satu dimensi menggunakan model persamaan Richard, sebagai berikut:
1 ... (18) Keterangan:
/ = Perubahan kadar air tiap satuan waktu / = Perubahan kedalaman
/ = Perubahan potensial matrik pada setiap kedalaman = Fungsi konduktivitas hidrolika tanah tidak jenuh
Perhitungan flux aliran di setiap kedalaman dilakukan dengan menggunakan bantuan perangkat lunak HYDRUS 1D 4.14 (Simunek et al. 2008).
