TINJAUAN PUSTAKA
Irigasi
Irigasi merupakan bentuk kegiatan penyediaan, pengambilan, pembagian, pemberian dan penggunaan air untuk pertanian dengan menggunakan satu kesatuan saluran dan bangunan berupa jaringan irigasi. Dalam cakupan pengertian pengembangan irigasi berkelanjutan (sustainable irrigation development), pengertian pertanian harus diartikan bukan hanya pertanian tumbuhan dan tanaman pangan, tetapi mencakup pertanian ternak dan ikan (perikanan). Selanjutnya dalam kebutuhan irigasi berkelanjutan yang menempatkan institusi, lingkungan, social dan ekonomi masyarakat, tampak bahwa kebijakan sebagai elemen-elemen utama berkelanjutan belum tercakup dalam pengertian baku irigasi (Pusposutardjo, 2001).
Jaringan irigasi adalah saluran dan bangunan yang merupakan satu kesatuan dan diperlukan untuk pengaturan air irigasi mulai dari penyediaan, pengambilan, pembagian dan pengunaannya. Daerah irigasi adalah kesatuan wilayah yang mendapat air satu jaringan irigasi. Petak irigasi adalah petak tanah yang memperoleh air irigasi (Pusposutardjo, 2001).
Air irigasi diberikan ke areal pertanaman dengan beberapa cara : 1. Permukaan tanah, dengan penggenangan (flooding) atau alur (furrows)
2. Bawah tanah, dalam hal ini permukaan tanah dibasahi sedikit apabila ada atau dengan pemasangan pipa di bawah tanah. Pemberian air dengan cara ini memiliki efisiensi yang rendah karena mengakibatkan kondisi penggaraman dan alkali yang kurang produktif yang ditimbulkan oleh kapilerasi ke atas aliran air dari permukaan air tanah yang dangkal.
3. Irigasi curah
Pemberian air dengan cara seperti ini memilki efisiensi yang cukup tinggi karena air masuk ke zona perakaran secara serentak (bersamaan).
4. Irigasi tetes
Pemberian air dengan cara seperti ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan irigasi curah. Karena pada irigasi tetes air langsung masuk ke daerah perakaran.
(Hansen, dkk, 1992). Efisiensi penyaluran air
Efisensi penyaluran air merupakan konsep awal untuk mengevaluasi kehilangan air, karena saluran sebagai penyalur air dari sumber utama ke areal pertanian dan kehilangan air bermula dari penyaluran tersebut.
Dumairy (1992) menyatakan efisiensi penyaluran air (Ec) dipengaruhi oleh faktor-faktor :
(1) Kondisi jaringan irigasi, bangunan dan salurannya ; kehilangan air banyak terjadi pada waktu pengaliran, baik karena penguapan maupun peresapan/ rembesan.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Penyaluran Air
Evaporasi
Evoporasi ialah penguapan air atau peristiwa berubahnya air menjadi uap air dan bergerak dari permukaan tanah dan permukaan air ke udara. Berlangsungnya evaporasi sangat dipengaruhi oleh suhu air, suhu udara, kelembaban, kecepatan angin, tekanan angin, sinar matahari, lebar permukaan dan panjang saluran. Dalam hal ini, makin lebar dan makin panjang saluran pengairan, kehilangan air pengairan karena evaporasi akan berlangsung besar (Kartasapoetra dan Sutedjo, 1994 dalam Saragih, 2009).
Panci evaporasi di pergunakan untuk mengukur pengaruh integrasi antara radiasi, angin, temperatur dan kadar lengas terhadap evaporasi dari suatu permukaan air yang spesifik. Panas yang tersimpan pada panci bisa cukup besar dan mungkin mengakibatkan besarnya pada waktu siang dan malam hari hampir sama. Dudukan daripada panci dan lingkungan disekelilingnya akan mempengaruhi hasil daripada pengukuran, terutama apabila panci diletakkan lebih rendah daripada tanaman yang ada disekitarnya. Selanjutnya besarnya evaporasi menurut metode panci ini adalah
E = Kp Ep ... (1) dimana :
E = evaporasi dari badan air (mm/hari) Kp = koefisien panci (0,7)
Permeabilitas
Salah satu sifat tanah yang penting adalah kemampuan untuk mengangkut air yang mengalir melalui ruang pori yang disebabkan oleh kekuatan tertentu. Permeabilitas tanah didefinisikan sebagai kecepatan aliran yang disebabkan oleh suatu satuan gradient. Permeabilitas tidak dipengaruhi oleh gradient, dan ini adalah titik pandang yang penting dari perbedaan antara permeabilitas dengan infiltrasi. Istilah permeabilitas juga dipakai untuk menunjukkan aliran melalui tanah pada setiap arah. Permeabilitas sangat sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik tanah. Perubahan pada suhu air sedikit mempengaruhi permeabilitas. Dalam tanah yang jenuh air, permeabilitas bervariasi diantara limit yang luas, mulai kurang dari 25cm tiap tahun pada tanah liat yang padat sampai dengan beberapa ribu meter kubik per tahun dalam formasi kerikil. Untuk tanah yang tak jenuh air kadar kelembaban (moisture contents) adalah salah satu faktor dominant yang mempengaruhi permeabilitas. Permeabilitas adalah suatu kecepatan yang mempunyai dimensi fisik panjang dibagi waktu (Susanto, 2006).
Permeabilitas lempung yang bercelah (fissured) lebih besar daripada lempung yang tidak bercelah (unfissured) (Craig, 1987).
Perkolasi
Menurut Sumarto (1995) perkolasi adalah gerakan air kebawah zona tidak jenuh, yang terletak diantara permukaan tanah sampai ke permukaan air tanah (Zona Jenuh). Daya perkolasi adalah laju perkolasi maksimum yang dimungkinkan yang besarnya dipengaruhi oleh kondisi tanah dalam zona tidak jenuh yang terletak diantara permukaan tanah dengan permukaan air tanah.
Kapasitas perkolasi adalah kapasitas perkolasi maksimum, karena pergerakan air yang memasuki lapisan permukaan ini mengarah ke bawah, maka kapasitas perkolasi ditentukan oleh kondisi tanah dibawah permukaan pada Aeration Zone atau Unsaturated Zone (diantara permukaan tanah dan muka air tanah). Perkolasi tidak akan terjadi lagi, apabila Unsaturated Zone mencapai kapasitas lapang (field capacity) (Martha dan Adidarma, 1983).
Laju perkolasi dapat diklasifikasikan oleh U.S. Soil Conseravation Service seperti dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Laju Perkolasi pada berbagai jenis aliran
Jenis Laju perkolasi
Rembesan
Menurut Hansen, dkk (1992). Rembesan air saluran irigasi merupakan persoalan yang serius. Bukan haya kehilangan air, melainkan juga persoalan drainase adalah kerap kali membebani daerah sekitarnya atau daerah yang lebih rendah. Kadang-kadang air merembes keluar dari saluran masuk kembali ke sungai yang di lembah, dimana air ini dapat diarahkan kembali, atau masuk ke suatu aquifer yang dipakai lagi. Metode yang sangat umum yang digunakan dalam mengukur rembesan adalah metode inflow-outflow yang terdiri dari pengukuran aliran yang masuk dan aliran yang keluar dari suatu penampang saluran yang dipilihnya. Ketelitian cara ini meningkat denganperbedaan antara hasil banyaknya aliran masuk dan aliran keluar.
Rembesan terjadi akibat dari perbedaan potensial energi. Konsep ini sama dengan konsep aliran air di dalam pipa pada mekanika fluida. Hukum Darcy menyatakan bahwa kecepatan rembesan dalam tanah sebanding dengan gradien hidrolik. Adapun sketsa penampang melintang saluran irigasi bendungan dapat di lihat dari Gambar 1.
Gambar 1. Sketsa penampang melintang saluran irigasi bendungan k = q1d
dimana :
q1 = debit aliran pada dasar saluran (m3/hari) A = luas penampang melintang dasar saluran (m2) k = koefisien rembesan dasar saluran (m/hari) d = tebal dasar saluran (m)
H = tinggi hidrolik (m) (Wesley, 2012)
Gambar 2. Penentuan garis rembesan pada bendungan
Jika air mengalir melalui sebuah dam atau tanggul yang dibuat dari tanah yang homogen, di daerah dekat ujung kaki tanggul (~ℎ/3) partikel-partikel tanah dapat tarik menjauh dari gaya rembesan dan akan didapatkan erosi. Berdasarkan asumsi bahwa kemiringan bendung untuk aliran dalam perbandingan 1:1
(Canonica, 1991)
K = 9�2�
4 ℎ2 ... (3) untuk mengitung panjang aliran (L) dapat ditulis :
L = (2 Z + h –e/2) cot � + W + 0.3 M dimana :
q2 = debit aliran per unit panjang (m3/hari) K = koefisien rembesan dari bendung (m/hari) L = panjang aliran (m)`
W = lebar atas bendungan (m)
M = lebar alas segitiga dari tepi hilir bendung dan hulu bendungan (m) Z = tinggi jagaan bendung (m)
� = Sudut kemiringan bendung ( 0 ) (Schwab, dkk., 1955).
Beberapa nilai koefisien rembesan pada beberapa jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Koefisien rembesan untuk beberapa jenis tanah
Bahan Koefisien Rembesan
(m/detik) Uraian
Kerikil ≥0,01 Dapat dikeringkan
Faktor-faktor yang mempengaruhi rembesan
Menurut Hirijanto dkk (2013) kehilangan air pada petak sawah yang terbesar terjadinya adalah melalui rembesan yang dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain :
1. Tinggi air tergenang, semakin tinggi air tergenang semakin tinggi pula rembesannya.
2. Keadaan pematang sawah yang meliputi pori-pori dan lubang pada galengan serta padat atau gemburnya tanahyang membentuk galengan tersebut.
3. Tebal tipisnya galengan, semakin tebal galengan maka rembesan yang terjadi semakin kecil
Tekstur tanah
Menurut Islami dan Utomo (1995) Tekstur tanah merupakan salah satu sifat tanah yang sangat menentukan kemampuan tanah untuk menunjang pertumbuhan tanaman. Tekstur tanah akan mempengaruhi kemampuan tanah menyimpan dan menghantarkan air, menyimpan dan menyediakan hara tanaman. Tekstur tanah meliputi:
1. Tanah berpasir, yaitu tanah dengan kandungan pasir >70% porositasnya rendah (<40%), sebagian besar ruang pori berukuran besar sehingga aerasinya baik, daya hantar air cepat, tetapi kemampuan menyimpan air dan zat hara rendah. Tanah pasir mudah diolah, sehingga disebut juga tanah ringan.
Akibatnya, daya hantar air sangat lambat, dan sirkulasi udara kurang lancer. Kemampuan menyimpan air dan hara tanaman tinggi. Air yang ada diserap dengan energy yang tinggi, sehingga sulit dilepaskan terutama bila kering, sehingga juga kurang tersedia untuk tanaman. Tanah liat disebut juga tanah berat karena sulit diolah.
3. Tanah berlempung, merupakan dengan proporsi pasir, debu dan liat sedemikian rupa sehingga sifatnya berbeda-beda diantara tanah berpasir dan berliat. Jadi aerasi dan tata udara serta air cukup baik, kemampuan menyimpan dan menyediakan air untuk tanaman tinggi.
Tekstur tanah adalah kehalusan atau kekasaran bahan tanah pada perabaan pertanahan dengan perbandingan berat antarfraksi tanah. Dalam hal fraksi lempung lebih dominan dibandingkan dengan fraksi debu dan pasir, tanah dikatakan bertekstur halus atau lempungan. Oleh karena tanah bertekstur halus sering bersifat berat diolah kerna sangat liat dan lekat sewaktu basah dan keras sewaktu kering, tanah yang lebih dominan lempung juga disebut bertekstur berat. Sebaliknya, tanah yang dirajai fraksi pasir disebut kasar, pasiran, atau ringan (mudah diolah, karenalonggar dan gembur) (Notohadiprawiro, 1998).
Gambar 3. Diagram segitiga tekstur tanah menurut USDA Kerapatan massa tanah
Kerapatan massa merupakan berat persatuan volume tanah, biasanya ditetapkan sebagai gr/cm3. Menurut Islami dan Utomo (1995), bobot volume tanah “bulk density” yaitu nisbah antara massa padatan tanah dalam keadaan kering dengan volume total tanah.
B
d=
MpVt ...(4) dimana :
B� = kerapatan massa (bulk density) (g/cm3) Mp = Massa padatan tanah (g)
Vt = Volume total tanah (cm3) (Hakim dkk, 1986)
bahan organik tinggi karena kepadatan jenis bahan organik rendah, maka bobot volume tanah atau kerapatan massa tanah rendah, mempunyai bobot volume kurang dari 1,0 g/cm3 (Islami dan Utomo, 1995).
Kerapatan massa lapisan olah berstruktur halus biasanya berkisar antara 1,0 g/cm3-1,3 g/cm3. Sedangkan jika tekstur tanah itu kasar, maka kisaran itu selalu diantara 1,3 g/cm3-1,8 g/cm3. Semakin berkembang struktur tanah lapisan olah yang bertekstur biasanya memiliki nilai kerapatan massa yang rendah dibandingkan pada tanah-tanah berpasir (Hakim, dkk., 1986).
Kerapatan partikel tanah
Kerapatan partikel merupakan perbandingan antara massa tanah kering (padatan) dengan volumenya (volume padatan).
�
�=
���� ...(5)dimana:
P� = Kerapatan partikel tanah (g/cm3) Mp = Massa padatan tanah (g)
Vp = Volume padatan tanah (cm3)
Kerapatan partikel merupakan fungsi perbandingan antara komponen bahan mineral dan bahan organik. Kerapatan partikel untuk tanah-tanah mineral berkisar antara 2,6 g/cm3 sampai 2,7 g/cm3, dengan nilai rata-rata 2,65 g/cm3,
Porositas
Porositas adalah proporsi ruang pori total (ruang kosong) yang terdapat dalam satuan volume tanah yang dapat ditempati oleh air dan udara, sehingga merupakan indikator kondisi drainase dan aerasi tanah. Tanah yang poreus berarti tanah yang cukup mempunyai ruang pori untuk pergerakan air dan udara masuk-keluar tanah secara leluasa, sebaliknya jika tanah tidak poreus. Porositas dapat ditentukan melalui dua cara, yaitu:
1. Selisih bobot tanah jenuh dengan bobot tanah kering oven, misalnya bobt tanah jenuh = 100 gram/ ��3dan bobot tanah kering oven= 50 gram/ ��3, maka berarti runag pori total tanah = 100% x (100-50) = 50 %, atau
2. Nisbah BI : BP adalah ukuran volume tanah yang ditempati bahan padat, misalnya tanah mempunyai BI = 1,3 gram/ ��3dan BP = 2,6 gram/ ��3, maka proporsi bahan padat tanah = (1,3 : 2,6) x 100% = 50% dan ruang pori total = 100%-50% = 50%.
(Hanafiah, 2005).
Untuk menghitung persentase ruang pori (θ) yaitu dengan membandingkan nilai kerapatan massa dan kerapatan partikel dengan persamaan:
θ
=
�
1-
BdPd
�
×100%
...(6)dimana: θ = porositas (%)
Bd = Kerapatan massa (g/cm3)
Kandungan Bahan Organik Tanah
Menurut Yulipriyanto (2010) Bahan organik adalah cadangan nitrogen yang penting, dapat memperbaiki persediaan fospor dan sulfur tanah, melindungi tanah dari erosi, menyediakan subtansi semacam semen untuk pembentukan agregat tanah yang diinginkan, dan memperbaiki aerasi dan pergerakan air. Agar fungsi bahan organik menjadi maksimal, maka bahan organik harus siap didekomposisi dan secara terus menerus dicampur dengan residu-residu organik yang masih segar. Bahan organik tanah terdiri dari fraksi-fraksi yang berbeda. Pertama, sisa-sisa tanaman yang melapuk sebagian umumnya dalam bentuk partikel tidak dapat dikenali sebagai bahan tanaman. Kedua, mikroorganisme dan mikroflora yang terlibat dalam dekomposisi. Ketiga produk pertumbuhan dan dekomposisi mikrooganisme. Keempat adalah humus. Kelima adalah bagian atas tanah.
Keuntungan dari adanya bahan organik pada tanah adalah mengurangi kerapatan massa pada tanah sehinnga melarutkan mineral tanah. Kerapatan massa yang rendah biasanya berhubungan dengan naiknya porositas dikarenakan oleh adanya fraksi-fraksi organik dan anorganik pada tanah. Bahan organik dapat menahan air lebih besar dibandingkan beratnya sendiri. Bahan organik merupakan penyumbang nitrogen dan fosfat apabila tanah tidak diberikan pupuk (Yulipriyanto, 2010).
Kelebihan kromat yang tidak direduksi oleh C-organik tanah kemudian ditetapkan dengan jalan titrasi dengan larutan ferro. Dan untuk menghitung kandungan bahan organik tanah dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Bahan organik = % C Organik x 1,724 (Mukhlis, 2007).
Geometri Saluran
Unsur-unsur geometrik adalah sifat-sifat suatu penampang saluran yang dapat diuraikan seluruhnya berdasarkan geometri penampang dan kedalaman aliran. Penampang saluran buatan biasanya dirancang berdasarkan bentuk geometris yang umum. Bentuk yang paling umum dipakai untuk saluran berdinding tanah yang tidak dilapisi adalah bentuk trapesium. Berikut ini unsur geometris saluran penampang trapesium yaitu :
Gamabar 4. Unsur geometris penampang saluran berbentuk trapesium
A = (b + zy ) y T = b + 2zy
Z = A
1,5
√T =
[(b+zy)y]1,5
�b+2zy ... (7) Dimana :
T = lebar puncak (m) Z = faktor penampang b = lebar dasar (m)
y = tinggi air/tinggi saluran (m) z = kemiringan talut
w = tinggi jagaan (m) (Chow dalam Wulandari, 2015) Tanah Ultisol
Tanah ultisol merupakan tanah yang memiliki horizon argilik dengan kejenuhan basa rendah (< 35%) yang menurun sesuai dengan kedalaman tanah. Tanah yang sudah berkembang lanjut di bentangan lahan yang tua. Jenis tanah yang ekuivalen dengan jenis tanah ini adalah tanah laterik coklat-kemerahan dan tanah podsolik merah-kuning (Hanafiah, 2005).
Tanah ultisol sering diidentikkan dengan tanah yang tidak subur, tetapi sesungguhnya bisa dimanfaatkan untuk lahan pertanian potensial, asalkan dilakukan pengelolaan yang memperhatikan kendala (constrain) yang ada pada ultisol ternyata dapat merupakan lahan potensial apabila iklimnya nendukung. Tanah ultisol memiliki tingkat kemasaman sekitar 5,5 (Foth, 1984).
bertekstur berpasir, pada podsolik yang bertekstur lebih halus akan terbentuk bercak-bercak karatan besi dan mangan serta gejala glei. Produksi padi yang dihasilkan rata-rata ± 3,5 Ton/ha (Hardjowigeno dan Rayes, 2005).
Sifat kimia dan fisika tanah Ultisol secara spesifik lebih ditentukan oleh
bahan induk pembentuknya. Diantara grup tanah Ultisol, hapludults memiliki
sebaran terluas di Indonesia. Hapludults yang terbentuk dari batuan induk sedimen
memiliki kandungan hara yang rendah. Rendahnya kandungan hara tersebut
dikarenakan batuan induk sedimen telah mengalami pelapukan dan pencucian
berulang, yaitu pada saat pembentukan batuan sedimen dan saat pembentukan
tanah. Ketersediaan unsur hara P bagi tanaman menjadi unsur pembatas
pertumbuhan tanaman pada hapludults dari batuan induk sedimen
(Wahyuningsih, 2012).
Karakteristik tanah ultisol (USDA) adalah tanah jenis tropis dan subtropis yang memiliki iklim monsoon dan sangat lapuk. Tanah ini memiliki warna merah, coklat, dan kuning kecoklatan (Horizon B) dengan kejenuhan kurang dari 50%. Biasaya tanah ini memiliki ocrhid/umbric horizon A dan satu atau lebih dari kadar bahan organik di horizon B, ada kandungan besi dan kandungan air. Pada umumnya tanah ini memiliki kesuburan yang rendah karena dua unsur hara makro dan mikro sering ditambahi dengan aluminium. Penambahan unsur hara sangat berguna tetapi membutuhkan biaya yang mahal. Tanah ini sulit tererosi jika digunakan untuk budidaya penggaruan. Maka dari itu cocok untuk hutan dan tanah berumput (Fitzpatrick, 1986).
Penelitian tentang kajian koefisien rembesan saluran irigasi penampang
dengan menggunakan metode percobaan permeabilitas dengan tinggi/teganggan
