Analisis pengaruh tinggi penggenangan terhadap gerakan air dan efisiensi pemberian air pada guludan tanaman jenis tanah podsolik coklat kekuningan
I,
PENDAHULUAN
1. L a t a r Belakang
Indonesia yang merupakan negara a g r a r i s ,
rang masih bergantung pada
hasil-hasil
untuk memenuhi kebutuhan bahan
negeri,
pangan
sampai seka-
pertaniannya,
dan
maupun untuk ekspor d i dalam usaha
baik
industri
dalam
mendapatkan de-
v i s a negara.
Pemenuhan
kebutuhan bahan
sampai sekarang sedang
ekstensifikasi,
g i a t dilakukan,
dan i n d u s t r i
ini
baik
card
dengan
i n t e n s i f i k a s i maupun d i v e r s i f i k a s i .
untuk budidaya tanaman pangan,
tanaman padi,
pangan
tidak terbatas
Khusus
hanya
pada
t e t a p i juga tanaman l a i n n y a , s e p e r t i p a l a w i j a
dan h o r t i k u l t u r a .
S e s u a i dengan kebijaksanaan pemerintah
kahwa dalam pembngunan p e r t a n i a n ,
khususnya tanaman pangan
d i samping t e r u s meningkatkan produksi padi,
p e r h a t i a n juga
diarahkan pada per~imgkatan produk si p a l a v . 5 j a dan h o r t i k u l t u r a d i lahan k e r i n g ,
s e j a l a n dengan program t r a n s m i g r a s i ,
pemukiman kembali penduduk dan pengembangan perkebunan i n t i
tanaman pangan.
Luas lahan k e r i n g d i Indonesia menempati u r u t a n
a t a s , y a i t u s e k i t a r 1 2 4 j u t a h e k t a r dark 2 0 0 j u t a
l u a s d a r a t a n Indonesia.
ter-
hektar
Sebagian b e s a r a t a u s e k i t a r 9 0 j u t a
h e k t a r d a r i lahan k e r i n g t e r s e b u t t e r g o l o n g j e n i s
( S a t a r i , Sajad dan S a s t r o s o e d a r d j o ,
1977).
Podsolik
Lahan k e r i n g memberi a r t i bahwa s u a t u l a h a n hampir s e panjang t a h u n t i d a k t e r g e n a n g a t a u jenuh a i r .
i n i me-
Hal
nunjukkan bahwa a i r akan menjadi f a k t o r pembatas dalam pembangunan p e r t a n i a n .
Untuk memecahkan masalah t e r b a t a s n y a
k e t e r s e d i a a n a i r d i daerah-daerah
a i r permukaan,
l a h a n k e r i n g dan
rawan
p e m e r i n t a h akan l e b i h meningkatkan pengemba-
ngan a i r t a n a h .
A i r tanah
s e b a g a i surnber a i r untuk i r i g a s i
mempunyai d e b i t yang r e l a t i w k e c i l dibandingkan dengan sumb e r a i r permukaan.
Dengan demikian e f l s i e n s i dan e f e k t i v i -
t a s penggunaan a i r t a n a h s a n g a t d i p e r l u k a n dalam pembangunan p e r t a n i a n ,
khususnya tanaman p a l a w i j a dan h o r t i k u l t u r a
d i lahan kering,
sehingga d a p a t d i p e r o l e h h a s i l yang l e b i h
tinggi.
S i s t e m pemberian a i r b a g i budidaya tanaman p a l a w i j a
dan h o r t i k u l t u r a t i d a k d i l a k u k a n dengan menggenangi s e l u r u h
permukaan t a n a h ,
k a r e n a pangkal b a t a n g a t a u b i j i tanaman
t e r s e b u t s a n g a t peka t e r h a d a p penggenangan
(Booher,
1974).
Cara yang d a p a t d i l a k u k a n a n t a r a l a i n dengan s i s t e m i r i g a s i
curah ( s p r i n k l e r i r r i g a t i o n ) a t a u i r i g a s i a l u r
rigation).
{ f u r r o w ir-
S i s t e m i r i g a s i c u r a h walaupun mempunyai e f i s i e n -
s i l e b i h t i n g g i dibandingkan dengan i r i g a s i a l u r , t e t a p i memerlukan b i a y a permulaan yang t i n g g i dan rancangan t a t a l e t a k yang cukup t e l i t i s e h i n g g a d i p e r l u k a n k e a h l i a n yang l e bih tinggi
( I s r a e l s e n dan Hanserf,
1962). Berdasarkan
kedua
ha1 t e r s e b u t , penggunaan s i s t e m i r i g a s i a l u r dalam pengembangan p e r t a n i a n di l a h a n k e r i n g yang d i k a i t k a n dengan program
pemukiman kembali penduduk,
transmigrasi dan
perkebunan inti tanaman pangan lebih
pengembangan
memungkinkan
lebih sederhana dan lebih mudah dilakukan.
karena
Dengan
irigasi alur, berarti tanaman dibudidayakan pada
Sistem ini seharusnya tidak hanya dilakukan
sistem
guludan.
bagi tanaman
palawija dan hortikultura di lahan kering, tetapi juga pada
lahan beririgasi permukaan, karena dengan cara demikian tata udara tanah dan sistem pemberian airnya dapat lebih
ik.
ba-
Hal ini perlu dilakukan mengingat produksi beberapa
tanaman pangan di Indonesia masih rendah.
Berdasarkan data
produksi tanaman pangan ~ n d o n e s i atahun 1982, beberapa di
antaranya masih menunjukkan hasil yang rendah, seperti
cang tanah 0.95
ton/ha, kedelai 0.86
ton/ha, jagung
ton/ha, ubi kayu 9.8 ton/ha dan ubi jalar 1.6
Pusat Statistik, 1983).
ton/ha
-
ka-
1-57
(Biro
Somaatmadja C1972) mengemukakan
bahwa rendahnya hasil rata-rata palawija pada tingkat pstani, yaitu sekitar 30 pessen dari hasil percobaan, karena
benih yang kurang bermutu, varietas lokal berpotensi
rendah dan cara bercocok tanam yang
hasil
sederhana.
Chandler (1976) mengemukakan bahwa sebagian besar produksi
palawija di Thailand, Indonesia dan Philipina masih
rendah
karena pengelolaannya masih sederhana, seperti pemberantasan gulma yang minimal, pemberian pupuk dan insektisida
gang sedikit dan tanaman tidak mendapat air yang
cukup.
Dengan demikian salah satu usaha untuk menaikkan
produksi
palawija dan hortikultura adalah dengan cara bercocok tanam
yang l e b i h b a i k ,
d i a n t a r a n y a dengan pemberian a i r yang c u -
kup d a n s i s t e m pertanaman pada guludan.
Dengan s i s t e m p e r -
tanaman pada g u l u d a n , b e r a r t i a i r d i b e r i k a n m e l a l u i a l u r .
I r i g a s i a l u r membasahi t a n a h m e l a l u i d a s a r dan s i s i
alur,
s e h i n g g a g e r a k a n a i r s a n g a t b e r p e r a n dalam menentukan kec e p a t a n dan keseragaman d i s t r i b u s i a i r d i dalam t a n a h yang
b e r k a i t a n dengan e f i s i e n s i pemberian a i r n y a .
Efisiensi
pemberian a i r d i dalam i r i g a s i a l u r b e r g a n t u n g pada g e r a kan a i r secara l a t e r a l d a r i a l u r k e dalam p r o f i l t a n a h
(Booher, 1 9 7 4 ) .
Hal i n i menunjukkan bahwa e f i s i e n s i pem-
b e r i a n a i r d i p e n g a r u h i o l e h jumlah a i r yang t i d a k d a p a t d i
p a k a i tanaman k a r e n a meninggalkan d a e r a h p e r a k a r a n , b a i k
k a r e n a p e r k o l a s i dalam
(deep p e r c o l a t i o n ) ,
samping ( s e e p a g e ) maupun e v a p o r a s i
perembeean k e
(euaporation).
Gerakan a i r ' d i d a l m guludan yang bertanaman masalahnya a k a n l e b i h kompleks,
a i r o l e h a k a r tanaman.
man
k a r e n a adanya pengaruh penyerapan
Dengan demikian keadaan a k a r t a n a -
t u r u t menentukan g e r a k a n a i r d i dalam guludan.
keadaan cuaca,
tanaman dan t a n a h t e r t e n t u ,
Untuk
e f i s i e n s i pem-
b e r i a n a i r , k e c e p a t a n dan keseragaman penyebaran a i r d i
dalam guludan d i p e n g a r u h i o l e h b e n t u k pexmukaan dan l e b a r
guludan, bentuk a l u r ,
j a r a k dan kedalaman a l u r ,
nam d a n t i n g g i penggenangan a i r dalam a l u r .
mengemukakan
jarak ta-
Booher
(1974)
bahwa b e n t u k permukaan guludan dan a l u r sa-
n g a t mempengaruhi e f i s i e n s i i r i g a s i a l u r .
V d a n permukaan g u l u d a n d a t a r
Alur berbentuk
l e b i h baik digunakan k a r e n a
mempunyai e f i s i e n s i p e n y a l u r a n a i r yang l e b i h t i n g g i
k e t e g u h a n permukaan yang l e b i h b e s a r d i b a n d i n g k a n
bentuk l a i n .
Dengan d e m i k i a n ,
a t a s sudah t e r t e n t u ,
dengan
apabila faktor-faktor
maka k e c e p a t a n dan
nyebaran a i r d i dalam
dan
d i
keseragaman pe-
g u l u d a n s e r t a e f i s i e n s i pemberian
a i r d i p e n g a r u h i o l e h t i n g g i penggenangan a i r dalam
alur.
E f i s i e n s i pemberian a i r dalam h a 1 i n i m e l i p u t i e f i s i e n s i
penyimpanan a i r dan e f i s i e n s i keseragaman penyebaran a i r .
A n a l i s i s t e r h a d a p kedua k l a s i f i k a s i e f i s i e n s i pemberian
a i r d a n adanya d a t a k e t i n g g i a n b a g i a n g u l u d a n yang
tidak
jenuh a i r d i h a r a p k a n d a p a t digunakan s e b a g a i pedoman
un-
t u k menentukan t i n g g i penggenangan a i r d i dalam a l u r yang
t e p a t , dalam u s a h a u n t u k memenuhi kebutuhan a i r d i s a t u
p i h a k dan u s a h a u n t u k menekan k e h i l a n g a n a i r d i l a i n p i hak
.
P e m i l i h a n a l u r b e r b e n t u k V dan permukaan g u l u d a n dat a r i n i sesungguhnya s e s u a i dengan s e b a g i a n besar b e n t u k
a l u r yang d i t e m u i d i l a p a n g .
Pennasalahan Fang t i m b u l d i
dalam usaha mendapatkan e f e k t i v i t a s
dan e f i s i e n s i pembe-
r i a n a i r yang t e p a t dengan cara t e r s e b u t a d a l a h l a n g k a a y a
p e n e l i t i a n dan a n a l i s i s mendasar t e n t a n g m a s a l a h i n i .
Un-
t u k i t u p e r l u d i l a k u k a n p e n e l i t i a n pengaruh t i n g g i penggenangan a i r dalam a l u r t e r h a a a p g e r a k a n a i r d a n e f i s i e n s i
pemberian a i r pada g u l u d a n
yang mempunyai permukaan d a t a r
dan alur berbentuk V .
Sesuai dengan kebijaksanaan pemerin-
tah dan untuk menunjang pengembangan pertanian lahan
ring di Indonesia, khususnya bagi budidaya palawija
kedan
hortikultura, maka tanah yang digunakan dalam penelitian
adalah Podsolik Coklat Kekuningan yang merupakan bagian
dari tanah Podsolik.
Jenis tanah Podsolik ini merupakan
golongan terbesar dari luas lahan kering di Indonesia
(Satari, et al, 1977). sedang tanaman yang digunakan adalah kedelai.
Penelitian dilakukan dengan simulasi model
matematik dan keterandalannya diuji dengan percobaan di
laboratorium dan di lapang.
2. Tujuan Penelitian
2.1. Mendapatkan model gerakan air dalam guludan tanaman
dari jenis tanah Podsolik Coklat Kekuningan yang mempunyai permukaan datar dan alur berbentuk V.
2.2.
Menganalisis gerakan air dalam guludan tanaman untuk
beberapa kedalaman penggenangan air dalam alur.
3. Kegunaan Penelitian
3.1.
Simulasi model akan sangat berguna untuk mengungkapkan secara lebih jelas fenomena gerakan air di dalam
guludan tanaman dari jenis tanah Podsolik Coklat Kekuningan yang mempunyai permukaan datar dan alur
berbentuk V karena adanya perbedaan kedalarnan air
dalam alur.
3.2.
Model dapat digunakan untuk menduga kandungan a i r tanah
dan menentukan hubungan antara t i n g g i penggenangan
dalam a l u r ,
l e b a r guludan dan jarak a l u r ,
air
agar d i p e r o -
l e h e f i s i e n s i dan e f e k t i v i t a s pemberian a i r yang l e b i h
tinggi,
11- TINJAUAN PUSTAKA
Pada umumnya
p r o s e s gerakan a i r
d i dalam t a n a h ,
d i
d a e r a h p e r a k a r a n , k h u s u s n y a u n t u k tanaman pangan bukan pad i berlangsung
dalam keadaan
t i d a k jenuh.
Pada k o n d i s i
t e r s e b u t p r o s e s g e r a k a n a i r m e n j a d i l e b i h kompleks,
selalu terjadi
perubahan
status
dan kandungan a i r t a n a h
selama t e r j a d i n y a p r o s e s gerakan a i r t e r s e b u t .
perubahan t e r s e b u t m e l i p u t i
Perubahan-
hubungan yang kompleks a n t a r a
yang mempengaruhinya, m i s a l n y a kandungan a i r
peubah-peubah
tanah,
karena
h i s a p a n m a t r i k s t a n a h dan h a n t a r a n
(konduktivitas)
a i r t a n a h yang d i p e n g a r u h i o l e h h i s t e r e s i s ( H i l l e l ,
1971).
Oleh k a r e n a i t u dalam memformulasikan a t a u m e n y e l e s a i k a n
model g e r a k a n a i r dalam k e a d a a n t i d a k j e n u h h a r u s b e r p e d o man pada k e t e n t u a n - k e t e n t u a n
tersebut.
yang b e r l a k u pada k o n d i s i
D a l a m perumusan model g e r a k a n a i r t a n a h d i k e n a l
dud persamaan d a s a r yang menyusunnya,
d a n persamaan k o n t i n y u i t a s .
l a k u u n t u k keadaan j e n u h
o l e h Richard
y a i t u rumus
Darcy
Rumus Darcy yang mulanya b e r -
(saturated), t e l a h dimodifikasi
(1931, dalam N i e l s e n ,
B i g g a r dan Corey,
s e h i n g g a d a p a t d i g u n a k a h u n t u k keadaan t i d a k j e n u h
1972)
(unsa-
t u r a t e d ) , d i mana kandungan a i r t a n a h a k a n s e l a l u b e r u b a h
selama p r o s e s b e r l a n g s u n g .
fi k a s i m e n ja d i
Rumus Darcy yang t e l a h d i m o d i -
:
d i mana q l a j u a l i r a n a i r
( f l u x ) , y a i t u volume a i r yang
mengalir melalui satu satuan luas penampang tanah per satu3
an waktu (cm /cm2-menit), K($)
konduktivitas hidrolik
yang
merupakan fungsi dari hisapan matriks tanah, $ (cm/menit),
dan
+
potensial total (cm). Persamaan kontinyuitas untuk
keadaan tidak jenuh adalah,sebagai berikut :
d i mana B kandungan air tanah (%-berat atau %-volume)
t waktu (menit).
dalam persamaan
Apabila persamaan
dan
(2-1) dipergunakan
di
(2-3) :
(2-2) akan diperoleh persamaan
Persamaan (2-3) merupakan persamaan dasar di dalam usaha
untuk mengembangkan model gerakan air tanah.
Pengembangan
persamaan (2-3) selanjutnya bergantung pada tujuan penelitian atau model yang dikehendaki.
Apabila perurnusan model
dilakukan untuk lahan yang bertanaman, ke dalam persamaan
(2-3) dapat dimasukkan persamaan serapan akar.
lah dilakukan antara lain oleh Nimah dan :Hanks
Hal ini te(19731,
Hillel (1977') dan Feddes, Kowalik dan Zaradny (1978).
Persamaan (2-3) sangat sukar diselesaikan secara analitik
sehingga penyelesaian umumdya dilakukan secara numerik.
Dengan penyelesaian secara pumerik, faktor kondisi batas
turut memegang peranan di dalam menyelesaikan persamaan gerakan air dalam keadaan tidak jenuh.
Keberhasilan
dalam
mengembangkan persamaan (2-3) untuk memecahkan permasalahan
gerak a i r tanah ditentukan oleh teknik penyelesaian secara
numerik d a n t e k n i k p e n e n t u a n k o n d i s i b a t a s n y a .
Dapat d i s e -
b u t k a n bahwa p e r b e d a a n p a r a p e n e l i t i d a l a m memformulasikan
a t a u menyelesaikan p r o s e s gerakan a i r t a n a h a d a l a h dalam
menentukan k o n d i s i b a t a s t e r s e b u t .
P e n e l i t i a n t e n t a n g g e r a k a i r t a n a h t e l a h banyak d i l a kukan,
t e t a p i p e n e l i t i a n d a n pengungkapan fenomena
gerak
a i r d a l a m g u l u d a n b e r t a n a m a n yang menerima a i r m e l a l u i a l u r
belum banyak d i l a k u k a n .
Pemberian a i r d e n g a n , s i s t e m i r i g a s i a l u r t i d a k sampai
menggenangi p a n g k a l b a t a n g tanaman.
A i r mengalir m e l a l u i
d i n d i n g a l u r m e r e m b e s k e dalam guludan dan s e l a n j u t n y a b e r gerak s e c a r a l a t e r a l dan vertika1,dipengaruhi
matriks tanah,
oleh hisapan
s e r a p a n a k a r ( k a l a u t a n a h bertanaman)
oleh gaya.gravitasi.
dan
A i r yang merembes k e d a l a m g u l u d a n
t i d a k s e l u r u h n y a t e r s i m p a n d i dalam d a e r a h p e r a k a r a n d a n .
d i s e r a p tanaman,
t e t a p i sebagian a k a n k e l u a r d a r i daerah
p e r a k d r a n s e b a g a i a i r p e r k o l a s i dalam d a n s e b a g i a n k e l u a r
m e l a l u i permukaan t a n a h m e l a l u i p r o s e s e v a p o r a s i .
p e r a k a r a n d i s i n i dimaksuakan s e b a g a i d a e r a h tumbuh
Daerah
akar
tanaman yang b a t a s kedalamannya d i t e n t u k a n o l e h m a s i h mampunya a k a r mengambil a i r a t a u d a r i b a t a s kedalaman t e r s e b u t
m a s i h d a p a t d i s u p l a i a i r k e a k a r tanaman.
Definisi i n i
memberi a r t i bahwa kedalaman d a e r a h p e r a k a r a n a k a n d i t e n t u k a n o l e h k e a d a a n t a n a h d a n a k a r tanaman.
~ e a d a a nt a n a h yang
b e r p e r a n a d a l a h kemampuan t a n a h menaikkan a i r s e c a r a k a p i l e r , s e d a n g k a n k e a d a a n a k a r tanaman d i t e n t u k a n o l e h
umur
dan j e n i s
tanamannya.
Dengan demikian dalam usaha memberi-
kan a i r pada guludan dan untuk mendapatkan e f i s i e n s i pembe-
ter
r i a n a i r yang t i n g g i p e r l u d i p e r h a t i k a n f a k t o r - f a k t o r
sebut
-
.
Dhalhar (1974) dan Kusnadi
(1975) t e l a h m e n e l i t i
t a n g i r i g a s i a l u r pada pertanaman t e b u .
ten-
Penekanan p e n e l i -
t i a n n y a t e r u t a m a mencakup masalab d e b i t d a n lamanya
waktu
pemberian a i r dalam k a i t a n n y a dengan kedalaman dan p e r e s a pan a i r s e p a n j a n g a l u r .
Dhalhar
d a r i segi teknis faktor-faktor
(1974) mengemukakan
bahwa
yang mempengaruhi lamanya
waktu j e l a j a h a i r s e p a n j a n g a l u r d a n jumlah a i r yang d i b e r i k a n a d a l a h penampang l i n t a n g a l u r ,
t i d a k seragamnya
ke-
m i r i n g a n a l u r dan t i d a k r a t a n y a kemiringan a l u r , sedangkan
.
d a r i s e g i f a k t o r alami adalah besarnya l a j u i n f i l t r a s i .
F a k t o r t e r a k h i r i n i menunjukkan b e s a r n y a peranan keadaan
t a n a h t e r h a d a p l a j u i n f i l t r a s i dan d i j a d i k a n d a s a r
untuk
rnenentukan panjang a l u r .
Kusnadi (1975) mendapatkan a d a hubungan a n t a r a p a n j a n g
alur,
penyebaran a i r dalam t a n a h dan e f i s i e n s i i r i g a s i .
Dengan d e b i t a i r 6.6
liter/detik,
kemiringan a l u r 0.7
per-
s e n , p a n j a n g a l u r maksirnum yang b a i k untuk j e n i s t a n a h l e m pung b e r l i a t a d a l a h 50 m e t e r dengan n i l a i e f i s i e n s i pemak a i a n a i r 63.09
persen,
e f i s i e n s i p e r s e d i a a n a i r 100 p e r s e n
dan e f i s i e n s i d i s t r i b u s i a i r 81.99
persen.
Kedua p e n e l i t i a n d i a t a s s u d a h memberi.gambaran t e n t a n g p r o s e s g e r a k a n a i r t a n a h dalam s i s t e m i r i g a s i a l u r .
.
Untuk mendapatkan gambaran yang l e b i h jelas t e n t a n g fenomena proses i n i ,
yang h e t e r o g e n ,
t e r u t a m a k a r e n a adanya f a k t o r - f a k t o r
alami
adanya p e n g a r u h a k a r tanaman d a n bagaimana
pengaruh a i r yang d i b e r i k a n t e r h a d a p masing-masing
keseimbangan a i r , s e p e r t i e v a p o r a s i , t r a n s p i r a s i ,
komponen
perkolasi
d a n simpanan a i r d i dalam t a n a h p e r l u d i l a k u k a n p e n e l i t i a n
yang l e b i h t e r i n c i dan mendalam.
S e l i m d a n Kirkham (1973) t e l a h m e n a l i t i gerakan a i r
pada
t a n a h t e r b u k a yang t i d a k jenuh a i r dengan b a t a s bawah
t a n a h t i d a k tembus a i r , sedangkan sumber a i r b e r a s a l
a l u r b e r b e n t u k s e g i empat.
dari
Model yang d i g u n a k a n . b e r u p a p e r -
samaan a l i r a n a i r dalam dua d i m e n s i t a n p a adanya u n s u r serapan akar.
H a s i l p e n e l i t i a n n y a menunjukkan bahwa p a d a t a -
n a h j e n i s I d a b e r t e k s t u r lempung b e r d e b u ,
120 c m ,
kedalaman a l u r 3 0
dengan j a r a k a l u r
cm d a n l e b a r a l u r 30 cm,muk&z pem-
b a s a h a n mencapai kedalaman 3 0 c m s e l a m a 35 m e n i t d a n mencap a i permukaan t a n a h dalam waktu 140 m e n i t .
60 cm,
Untuk j a r a k a l u r
kedalaman a l u r 15 c m dan l e b a r a l u r 1 5 c m ,
muka pem-
b a s a h a n mencapai kedalaman 3 0 c m dalam waktu 4 5 m e n i t
mencapai permukaan t a n a h d a l a m waktu 30 m e n i t .
dan
Hal i n i m e -
nunjukkan bahwa l e b a r g u l u d a n d a n dalam a l u r mernpengaruhi
gerakan air tanah,
t e r u t a m a g e r a k a n k e a t a s . Pada p e n e l i t i -
a n t e r s e b u t s e b a g a i b a t a s a t a s t i d a k d i p e r h i t u n g k a n pengar u h k e h i l a n g a n a i r m e l a l u i permukaan t a n a h ( e v a p o r a s i ) y a n g
t u r u t menentukan g e r a k a n a i r k e a t a s d a n t i d a k a d a pengukur a n kandungan a i r t a n a h u n t u k menguji model yang d i a j u k a n .
Apabila model digunakan untuk menduga kandungan a i r t a nah pada tanah t e r b u k a ,
bangkan.
pengaruh e v a p o r a s i harus d i p e r t i m -
D i samping i t u pada tanah yang bertanaman,
faktor
serapan a k a r (untuk t r a n s p i r a s i ) akan t u r u t menentukan dalam
proses gerakan a i r tanah,
terutama dalam menduga perubahan
kandungan a i r tanah d i dalam p r o s e s pengeringan.
Ses pembasahan
Untuk pro-
(pemberian a i r ) , sampai berapa b e s a r pengaruh
e v a p o r a s i dan t r a n s p i r a s i t e r h a d a p gerakan a i r tanah
dihitung,
masuk
dapat
sehingga d a r i perbandingan l a j u a l i r a n a i r yang
ke dalam tanah dengan l a j u e v a p o r a s i a t a u t r a n s p i r a s i
d a p a t d i t e n t u k a n apakah kedua unsur t e r s e b u t p e r l u dimasukkan a t a u d a p a t d i a b a i k a n d i dalam model.
P e n e l i t i a n t e n t a n g pengaruh f a k t o r e v a p o r a s i dan t r a n s p i r a s i tanaman dalam perumusan model gerakan a i r t a n a h t e l a h
dilakukan o l e h Nimah dan Hanks (1973b) dengan menggunakan
persamaan
aliran
. j i n y a d i lapang.
I
s a t u dimensi ke a r a h v e r t i k a l dan menguPercobaan dilakukan pada tanah b e r t e k s t u r
lempung b e r p a s i r dengan tanaman a l f a l f a dan pemberian a i r
m e l a l u i s i s t e m i r i g a s i curah.
Sebagai b a t a s bawah, pada ke-
dalaman 165 c m d i bawah permukaan tanah t e r d a p a t muka
bumi
(groundwater
t a b l e ) , sedangkan kandungan a i r t a n a h d i -
ukur pada kedalaman 30 e m ,
4 5 cm, 7 5 cm,
165 cm d i bawah permukaan tanah,
rian a i r irigasi.
air
105 c m ,
135 c m
dan
sebelum dan sesudah pembe-
H a s i l percobaannya menunjukkan bahwa pada
umumnya h a s i l pengukuran p r o f i l kandungan ai'r tanah s e s u a i
dengan pendugaan,
k e c u a l i pada kedalaman 30 cm t e r d a p a t p e r -
bedaan yang b e s a r dan biasanya t e r j a d i pada s a a t r e d i s t r i b u s i
air setelah irigasi
(Gambar 2 - 1 ) .
Kekurangsesuaian i n i da-
p a t d i s e b a b k a n k a r e n a adanya pengaruh h i s t e r e s i s dan keadaa n t a n a h yahg t i d a k seragam,
s e d a n g k a n model y a n g d i a j u k a n
d i b u a t dengan asumsi t a n p a memperhatikan f a k t o r h i s t e r e s i s
dan t a n a h d i a n g g a p seragam.
S e l a n j u t n y a untuk pengukuran
g e r a k a i r k e a t a s s e l a l u l e b i h besar d i b a n d i n g k a n d e n g a n
pendugaan,
y a i t u t o t a l a i r yang m e n g a l i r k e a t a s d e n g a n pe-
n g u k u r a n 4.8
"
a
0.4.
cm d i b a n d i n g k a n 0.0
c m dengan pendugaan
untuk
- =.. data
pendugaan dengan model
pengukuran
0
0.2
Y
I 0.1
Gambar 2-1.
s e l u r u h musim.
Perbandingan a n t a m pengukuran dan pendugaan kandungan a i r pada tanah yang ditanarni a l f a l f a dalam t a hun 1 9 7 1 , untuk kedalaman ( a ) 30 cm. (b) 70 cm. dan
I c ) 100 cm (Nimah dan Hanks. 1973b)
D i n y a t a k a n bahwa p e r b e d a a n i n i d a p a t d i s e -
babkan k a r e n a k u r a n g t e p a t n y a model a t a u k u r a n g t e p a t n y a p e n g u k u r a n kandungan a i r pada kedalaman 30 c m .
D a r i Uraian d i a t a s ,
j e l a s bahwa dalam pembuatan S u a t u
model g e r a k a i r t a n a h p e r l u d i p e r h a t i k a n kegunaan d a r i model.
Apabila model digunakan untuk menduga keadaan di lapang, maka penggunaan asumsi tanah dalam keadaan seragam perlu
men-
dapat perhatian, karena biasanya keadaan tanah di lapang tidak selalu seragam. Selanjutnya dari prosesnya perlu diperhatikan apakah analisis dilakukan terhadap proses pembasahan
atau proses-pengeringan. Apabila analisis mencakup kedua proses tersebut, faktor histeresis perlu dimasukkan di dalam
model, karena histeresis merupakan hubungan antara kandungan
air dengan hisapan matriks tanah di d a l a kedua proses tersebut.
Whisler dan Klute (1965) serta Rubin (1967) mengemu-
kakan bahwa dalam membentuk model untuk menduga kandungan
air tanah sebaiknya memasukkan faktor histeresis.
Hillel
(1971) mengemukakan bahwa faktor histeresis menjadi
penting
d i dalam suatu proses gerak air tanah di mana pembasahan dan
pengeringan berlangsung secara simultan.
Diakui bahwa mema-
sukkan faktor histeresis ini agak sulit, karena sebenarnya
dalam kurva histeresis itu sendiri dibedakan atas bermacammacam kurva, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2-2
silis, 1962).
(Poulova$-
Dari g e a r tersebut dapat dilihat bahwa kur-
va CDB dan kurva BEC masing-masing merupakan kurva jalur pengerimgan dan kurva jalwr pembasahan.
Daerah yang dibatasi
oleh kedua jdlur tersebut dinamakan daerah histeresis, sedangkan kurva-kurva yang add di dalamnya disebut kurva pintas (scanning curve) dan dibedakan afas kurva pintas pembasahan pertama
(DPFC), kurva pintas pengeringan pertamatEDGB)
kurva pintas pembasahan kedua (GNE) dan kurva pintas pengeringan kedua (FMD).
Kesulitan yang ditemui dalam mempertim-
bangkan faktor histeresis untuk dimasukkan dalam suatu model
dapat diatasi apabila diperhatikan latar belakang pembentukan modelnya, apakah ditujukan untuk proses pembasahan, pengeringan atau kedua-duanya, sehingga dapat dit=ntukan kurva histeresis mana yang akan dipergunakan.
Dalam proses
pembasahan, hasil yang lebih tepat diperoleh kalau menggunakan kurva pintas pembasahan.
Apabila kurva pintas terse-
but sukar diperoleh, dapat digunakan kurva jalur pembasahan
karena penggunaan kurva jalur pembasahan masih lebih baik
apabila dibandingkan dengan menggunakan kurva jalur pengeringan (Paolovassilis, 1962).
-
Hisapan matriks tanah
'
Gambar 2-2. Hubungan antara kandungan air dengan
hisapan matriks tanah -dalsm- proses
pengeringan dan pembasahan (Poulovassilis, 1962)
Pada lahan yang bertanaman, faktor serapan akar turut
berperan di dalam analisis gerak air tanah. Penelitian gerak air tanah ke akar tanaman telah banyak dilakukan, baik
secara makroskopik maupun secara mikroskopik.
Studi secara mikroskopik di antaranya telah dilakukan
oleh Gardner (1960), Philip (1957, dalam Nimah dan Hanks,
1973a). Hillel, Van Beek dan Talpaz (1975). Analisis dilakukan terhadap aliran air ke masing-masing rambut akar secara radial.
Akar dianggap merupakan pembuluh atau
pfpa-
pipa kecil yang seragam dan mempunyai daya serap yang seragam sepanjang akar.
Sistem akar secara keseluruhan me-
rupakan kumpulan dari individu-individu akar tersebut.
Di dalam sistem ini tidak diperhitungkan bermacam-macam
tahanan akar karena berbedanya tingkat pertumbuhan, umur
dan tidak seragarnnya distribusi akar (Hillel, 1980).
Studi secara makroskopik diantaranya telah dilakukan
oleh
Ogata, Richards dan Gardner (1960), Gardner (1960),
Whisler, Klute dan Millington (1968), Molz
(1971),
Molz
dan Rernson (1971) serta Hillel, Talpaz dan Van Keulen
(1976). Analisis dilakukan terhadap gerak air tanah ke
akar tanaman
kecara keseluruhan dalam satu volume
(bulk)
tanah, tanpa memperhatikan pengaruh akar secara individu.
Cara ini juga mengabaikan komplikasi geometri di dalam menganalisa distribusi laju aliran air dan gradien potensial
dalam tanah dan akar tanaman.
Pendekatan secara makrosko-
pik lebih sederhana, tetapi kekurangan yang utama adalah
tidak dapat menghitung kenaikan tegangan dan konsentrasi
garam pada tanah di sekeliling sistem akar yang menyerapnya, karena analisanya didasarkan pada rata-rata potensial.
matriks
dan potensial osmotik
dalam
suatu
volume
tanah
(Hillel, 1980).
Untuk kesesuaian penggunaan kedua metoda tersebut, ditinjau dari kesederhanaan dan ketelitiannya
terdapat
tiga
faktor yang perlu diperhatikan-yaitu (1) keadaan tanah yang
menyangkut kandungan air dan kadar garam tanah.
(2) keadaan
tanaman, terutama keadaan perkembangan akar dan (3) keadaan
iklim, terutama pengaruhnya terhadap transpirasi.
Beberapa
peneliti telah mencoba menganalisa kesesuaian penggunaan
kedua metoda tersebut dengan memperhatikan faktor-faktor di
atas.
Hillel
et
(1975) menggunakan metoda makroskopik un-
tuk menganalisa pengambilan air dan gerakan garam ke
tanaman.
akar
Dari hasil penelitiannya didapatkan bahwa poten-
sial air tanaman yang diperlukan untuk mengekstraksi
air
tanah secara kontinyu akan naik lebih tajam kalau penurunan
potensial matriks dan potensial osmotik yang
tajam
lebih
(drawdown) di sekitar akar tanaman diperhitungkan, dan kurang tajam kenaikannya kalau kedua potensial tersebut
asumsikan menurun
di-
secara seragam dalam tanah (Gambar 2-3).
-Pola penurunan potensial yang seragam m u m digunakan
dalam analisa secara makroskopik.
Keadaan yang demikian
dapat terjadi kalau tanah mempunyai kandungan air cukup
tinggi, kadar garam rendah dan tanaman mempunyai akar yang
cepat pertumbuhannya, sehingga mampu bereksplorasi mencari
daerah yang basah.
Sebaliknya apabila larutan air
tanah
- 161
-IA
S = potensial o s m o t i k
9 = hisapan m a t r i R s t a n a h
1
/
1=J, dan S menurun secara t a j a m
2=* m e n u r u n secara t a j a m dan S m e n u r u n
secara seragam
secara t a j a m dan JI m e n u r u n
secara s e r a g a m
4 = 9 dan S m e n u r u n secara s e r a g a m
3=S m e n u r u n
G a m b a r 2-3.
Pengaruh penurunan t a j a m [ d r a w d o w n ) hisapan m a t r i k s t a n a h d i s e k i t a r akar t a n a m a n terhadap pot e n s i a l t a n a m a n pada pangkal batang, karena pengaruh l a j u t r a n s p i r a s i mnq k o n s t a n , r s e b e e a r
1 . 0 m m / h a r i u n t u k setiap 1 m k e d a l a q a n . p e r a k a r a n
(Hillel e
t &, 1 9 7 5 )
m e m p u n y a i kandungan g a r a m yang l e b i h t i n g g i .
kebutuhan t r a n s -
p i r a s i ypng l e b i h besar dan tanaman m e m p u n y a i akar yang l a m bat p e r t u m h u h a n n y a
(jarang),
nya m e n j a d i p e n t i n g ,
akan l e b i h b a i k
t e t a p i juga
setiap
sehingga penggunaan m e t o d a m i k r o s k o p i k
( H i l l e l et al, 1 9 7 5 ) .
Perkembangan
akan d i g u n a k a n
maka pengaruh p o t e n s i a l o s m o t i k -
akar t i d a k s a j a m e m p e n g a r u h i
metoda p n g
dalam m e n g a n a l i s i s p e n g a m b i l a n a i r o l e h akar
mempengaruhi
kedalaman
atau
hesarnya
lapisan
a i r yang d i s e r a p untuk
tanah.
Eerbedaqp
umur
d a n perkembangan a k a r menyebabkan kemampuan u n t u k menyerap
a i r juga berbeda.
P e r a k a r a n yang l e b i h t u a mempunyai d a y a
s e r a p yang l e b i h r e n d a h d i b a n d i n g k a n dengan a k a r yang
b i h muda.
Milbourn
le-
(1979) mengemukakan bahwa pada e n d o d e r -
m i s a k a r yang l e b i h t u a a k a n t e r b e n t u k l a p i s a n g a b u s ( s u b e r i n ) d a n s e l l u l o s a yang a k a n mengubah j a r i n g a n m e n j a d i
ke-
Keadaan t e r s e b u t menyebabkan s e l t i d a k d a p a t
me-
dap a i r .
n y e r a p a i r dengan b a i k ,
s e h i n g g a a k a n mengurangi d a y a sera-
pan a k a r t e r h a d a p a i r .
Pada keadaan t e r t e n t u ,
secara k e s e l u r u h a n b e s a r n y a a i r
yang d a p a t d i s e r a p a k a r a k a n d i p e n g a r u h i o l e h kandungan a i r
t a n a h dan f a k t o r iklirn.
Gerakan d a n jumlah a i r yang
dapat
d i s e r a p u n t u k s e t i a p kedalaman t a n a h a k a n d i p e n g a r u h i
k e a k t i p a n a k a r pada kedalaman t e r s e b u t .
Nimah d a n
oleh
Hanks
(1973b) menunjukkan p e n g a r u h k e a k t i p a n a k a r s e b a g a i f u n g s i
d i s t r i b u s i akar r e l a t i p ,
y a i t u bahwa b e s a r n y a p e n y e r a p a n
a k a r u n t u k s e t i a p kedalaman t a n a h d i t e n t u k a n o l e h n i s b a h
b e r a t a k a r a k t i p u n t u k kedalaman t e r s e b u t t e r h a d a p b e r a t
akar a k t i p total.
.
I 11. METODA
1. T e o r i
1.1.
Pendekatan Masalah
Masalah utama yang ditemui dalam setiap usah.a menerang-
kan hubungan air-tanah-tanaman
adalah dinamisnya peubah-peu-
bah yang berperan di dalamnya atau faktor-faktor luar
yang
mempengaruhinya.
air
Demikian pula dengan proses gerakan
pada guludan yang bertanaman..karena ha1 ini menyangkut tiga
faktor'utama yang berpengaruh di dalamnya, yaitu (1) faktor
tanah, yang meliputi hubungan antara konduktivitas hidrolik,
diffusivitas dan hisapan matriks tanah dengan kandungan air
tanah, ( 2 )
faktor tanaman,' yang meliputi kerapatan akar, ke-
dalaman perakaran, serapan akar terhadap air (laju ekstraksi
air) dan luas daun,
(3) faktor iklim, yang mempengaruhi be-
sarnya laju evaporasi, laju transpirasi dan laju akar mengekstraksi air tanah (Hillel, 1971).
Ketiga faktor tersebut
merupakan satu sistem yang dinamis dan oleh Philip (1966,
dalam Hillel, 1971) disebut SPAC (Soil-Plant-Atmosphere-Continuurn).
Dalam sistem tersebut,analisis
terjadinya aliran
air didasarkan pada konsep "potensial air" yang berlaku secard berkesinambungan mulai dari dalam tanah ke tanaman sampai ke atmosfer.
Berdasarkan konsep potensial air ini, ali-
ran terjadi oleh karena adanya perbedaan potensial,
yaitu
dari tempat yang berpotensial tinggi ke tempat yang berpotensial lebih rendah.
Berpedoman pada konsep ini, salah sa-
tu usaha yang komprehensip dalam menerangkan proses gerakan
a i r d a l a m g u l u d a n tanaman yang m e n d a p a t a i r m e l a l u i s i s t e m
a l u r a d a l a h dengan m e m b e n t u k m o d e l m a t e m a t i k .
Model mate-
m a t i k yang d i k e n t u k dan dipergunakan d i s i n i d i s e b u t m o d e l
gerakan a i r pada guludan b e r t a n a m a n
1.2.
(MODEL GALUTAN).
P e r u m u s a n M o d e l G e r a k a n A i r d a l a m G u l u d a n Tanaman
P e r u m u s a n m o d e l gerakan a i r d a l a m suatu, s i s t e m
dida-
sarkan pada p e r s a m a a n k e s e i m b a n g a n massa a i r :
Laju perubahan
massa air dalam
si s t e m
=
Laju m a s s a
a i r yang
m a suk
-
Laju m a s s a
a i r yang
keluar
(3-1)
Secara sederhana s i s t e m t e r s e b u t dapat d i t e r a n g k a n berda-
sarkan k e s e i m b a n g a n m a s s a a i r d a l a m s u a t u m o d e l t a n g k i :
G a m b a r 3-1.
Keseimbangan massa air
d a l a m m o d e l tangki
-
U n t u k . s u a t u periode t e r t e n t u t , M i m e n u n jukkan j w n l a h m a s -
sa a i r yang m a s u k
(gr), Mo
jumlah
m a s s a a i r yang k e l u a r
( g r ) , AM perubahan massa a i r dalam s i s t e m ( g r ) dan h z i n g g i
a i r yang merupakan f u n g s i t .
persamaan
(3-1)
Dengan dernikian b e r d a s a r k a n
l a j u perubahan massa a i r yang t e r j a d i ada-
lah :
Untuk s u a t u l u a s a k A
2
(cm ) t e r t e n t u s e r t a menyatakan bahwa
a i r b e r s i f a t t i d a k termanpatkan, maka k e r a p a t a n a i r
(gr/cm 3 ) d a n A a d a l a h k o n s t a n ,
s e h i n g g a persamaan
P
(3-2)
da-
p a t d i t u l i s k a n menjadi :
Persamaan keseimbangan a i r d a p a t d i n y a t a k a n dalam d i m e n s i
s a t u a n panjang/waktu,
y a i t u dengan membagi persamaan
(3-3)
dengan PA, s e h i n g g a d i p e r o l e h :
at a u
A S E I - 0
r
(3-5)
d i mana I menunjukkan l a j u a i r yang masuk ke dalam sistem
(cm/menit),
AS lafi
menit)
0 l a j u a i r yang k e l u a r d a r i s i s t e m (cm/menit),
perubahan a i r d i dalam sistem selama waktu t (cm/
.
D i
lapang,
s i s t e m t e r s e b u t a d a l a h guludan t a n a h dengan
l a j u a i r yang masuk I d a p a t berupa a i r h u j a n a t a u i r i g a s i ,
sedangkan l a j u a i r yang k e l u a r 0 d a p a t b e r u p a a i r yang m e nguap m e l ' a l u i permukaan a i r (E,),
a i r yang menguap m e l a l u i
permukaan tanah (E 1 , air yang mengalir ke samping atau ke
P
bawah (perembesan dan perkolasi) keluar dari daerah perakaran (PI, dan air yang mengalir keluar melalui permukaan tanah berupa air limpasan (Ro). Dengan demikian untuk guludan
tanpa tanaman yang mempunyai permukaan datar dan mendapat
air melalui alur berbentuk V, keseimbangan airnya secara
skematis disajikan pada Gambar (3-2) dan persamaan keseimbangan airnya tertera pada persamaan (3-6).
-
-
udara
Gambar 3-2. Keseimbangan air pada guludan tanpa
tanaman yang mempunyai permukaan
datar dan alur berbentuk V
Apabila pada guludan tanah tersebut terdapat tanaman,
maka laju air yang keluar bertambah dengan air
serap
yang
di-
oleh akar tanaman untuk transpirasi (Tr). Dengan de-
mikian untuk guludan bertanaman yang mempunyai permukaan
datar dan mendapat air melalui alur berbentuk V, kornponen
keseimbangan airnya secara skematis dapat dilihat pada Gambar ( 3 - 3 1 ,
dengan persamaan keseimbangan airnya seperti
tertera pada persamaan
.
(3-7)
udara
1
AS
-93
93
H
.-44
9
'
p
Dasar guludan
X
Gambar 3-3.
Keseimbangan air pada guludan tanaman
yang mempunyai permukaan datar dan
alur berbentwk V
Apabila dilakukan usaha mencegah evaporasi melalui permukaan tanah dengan menutup permukaan tanah tersebut dengan
bahan yang tidak tembus air, seperti plastik, maka E dapat
P
dianggap sama dengan no1 (E = 0 ) . dan persamaan (3-7) menP
jadi persamaan (3-8) dengan komponen keseimbangan airnya
secara skematis seperti tertera pada Garnbar (3-4).
-
udara
Gambar 3-4.
Keseimbangan air pada guludan tanaman
yang mempunyal permukaan datar dan
alur berbentuk V dengan bertutup plastik
Persamaan-persamaan
(3-61,
(3-7) d a n
(3-8)
digunakan
s e b a g a i pedoman u n t u k m e n g a n a l i s i s g e r a k a n a i r t a n a h d a l a m
g u l u d a n tanaman.
L a j u a l i r a n a i r yang masuk m e l a l u i s i s i
alur I
(cm/menit) merupakan b a g i a n I y a n g secara l a n g s u n g
P
mempengaruhi p e r u b a h a n kandungan a i r t a n a h .
Apabila
pemb e r i a n a i r m e l a l u i a l u r d i l a k u k a n pada k e t i n g g i a n yang tet a p , maka s i s i t a r s e b u t merupakan d a e r a h j e n u h a i r .
l a n g a n a i r k a r e n a Tr
a k a n mernpengaruhi p e r u b a h a n kandungan
a i r tanah melalui besarnya
sedangkan E
P
Kehi-
air
yang
diserap
tanaman,
rnerupakan p r o s e s k e h i l a n g a n a i r y a n g t e r j a d i
p a d a b i d a n g batas a n t a r a permukaan t a n a h d e n g a n l i n g k u n g a n nya
(atmosfer).
Kondisi-kondisi
s e p e r t i t e r s e b u t d i atas,
d i d a l a m a n a l i s i s g s r a k a i r t a n a h d i p e r g u n a k a n s e b a Q a i kond i s i batas.
1.3.
Persamaan A l i r a n A i r
S e p e r t i t e l a h d i s e b u t k a n p a d a Bab 11, dalarn memformu-
l a s i k a n model g e r a k a i r t a n a h d i p e r g u n a k a n d u a rumus d a s a r ,
y a i t u rumus D a r c y y a n g d i m o d i f i k a s i R i c h a r d
Nielsen et a l ,
(1931,
dalaq
1972) a g a r b e r l a k u untuk k o n d i s i t i d a k jenuh
d a n t i d a k mantap,
serta rumus k o n t i n y u i t a s .
Rumus
Darcy
y a n g g e l a h d i r n o d i f i k a s i menunjukkan b e s a r n y a k e c e p a t a n a l i r a n a i r d a l a m t a n a h d a n secara l e b i h t e r i n c i d a p a t d i n y a t a kan s e b a g a i b e r i k u t
:
q menunjukkan l a j u a l i r a n a i r
t a s h i d r o l i k (cm/menit),
( c m3 / c m 2 - m e n i t ) ,
$ hisapan matriks tanah
t e n s i a l t o t a l yang d i n y a t a k a n d a l a m "head"
x,
y,
K konduktivi-
dan z a d a l a h a r a h koordinat.
(cm),
(cm),
@ po-
sedangkan
Rumus kedua a d a l a h rumus
k o n s e r v a s i massa yang menyhtakan bahwa massa d a l a m s a t u sis-
tern t i d a k d a p a t d i c i p t a k a n a t a u d i h i l a n g k a n
Power,
(Kirkham
dan
1971) d a n d i n y a t a k a n d e n g a n persamaan k o n t i n y u i t a s :
a(p.0) - at-
(
a(pqX)
ax
P menyatakan k e r a p a t a n
d a l a m persamaan
(3-9)
a(pqY)
BY
a i r (gr/cm
3
).
+
a
O
atau q
-
2
z = o
1
x a 0
,
*p
S e p a n j a n g permukaan t a n a h A B , BC
' 91
dan CD,
a p a b i l a evapora-
(E ) s a m a a t a u l e b i h k e c i l d a r i l a j u a l i r a n
P
a i r y a n g k e permukaan t a n a h ( q l a t a u q 2 ) , maka a i r y a n g
si potensial
.
k e l u a r s a m a dengan E
P .
t
AB
>
O
z = o
x > o3
,
: E
P
=
ae
[D(B)=
x
z =a OO
t 7 0 ,
b.3.
-
q?_
Ep
-
K(B)1
~ Ep
92
Pada permukaan AE d a n Dl? a k a n t e r j a d i l a j u a l i r a n a i r k e
dalam guludan dengan a r a h dua d i m e n s i ,
dan k e a r a h v e r t i k a l .
ke a r a h h o r i z o n t a l
Pada k o n d i s i p e r b a t a s a n i n i ,
karena
merupakan d a e r a h penggenangan a i r , maka .:
t >
o ,
e
=
e,
,
AE &
DF
: I
P
=
~
( a e e + )~
~( a ee + )K ( e~)
(3-30)
Tanda p o s i t i p pada p e r s a m a a n
(3-30)
adalah sebagai petunjuk
bahwa a i r a k a n masuk k e d a l a m s i s t e m
b.4.
(guludan).
S e p a n j a n g p e r b a t a s a n EG d a n F H t e r j a d i l a j u a l i r a n seb e s a r q3 k e d a l a m g u l u d a n d e n g a n a r a h d u a d i m e n s i k e
arah horizontal dan ke arah v e r t i k a l
b.5.
A p a b i l a pada d a s a r g u l u d a n
:
( z = z b ) kandungan a i r t a n a h -
n y a l e b i h b e s a r d a r i kandungan a i r p a d a w a k t u t sebe
-
lumnya, maka a k a n t e r j a d i l a j u a l i r a n a i r k e bawah m e l a l u i zone p e r a k a r a n
1.3.2.
(q4) :
P e n y e l e s a i a n Persamaan
D i s t r i b u s i Kandungan A i r Tanah
1.3.2.1.
Untuk mendapatkan d i s t r i b u s i kandungan a i r t a n a h d i p e r gunakan persamaan
(3-221,
dalam b e n t u k l a i n
,
-
Persamaan
(3-33)
"beda t e r b a t a s
dan persamaan i n i d a p a t d i n y a t a k a n
yaitu :
d i s e l e s a i k a n secara n u m e r i k d e n g a n metoda
( f i n i t e d i f f e r e n c e ) " , y a i t u b e r d a s a r k a n pem-
b e n t u k a n k i s i penampang g u l u d a n d e n g a n j a r a k
l a n g waktu A t
(Gambar 3-5).
Ax,
h z d a n se-
Gambar 3-5.
Skematis pembentukan kisi pada guludan
dengan 83 titik perhitungan
Kandungan air tanah pada titik-titik kisi ditandai dengan
i
j
:
Z = jAz
X = iAx
i = 1
2
3 I
j = 1.2,3
t = uAt
,.... J
t = 0,1,2..
Dengan demikian nilai €I (X,2, t) = 8 (iAx,jAz,uAt)
Penyelesaian persamaan
a D- ae
- -,:D
a z az
(3-34)
.
.
(3-33) menjadi :
-
t+l
t+l
j+1
~ t , ~ -ei,l+l
l
'i, j-1
~ A Z
2AZ
-
t
d i mana h
p i 8 j = h:i,j
+
R.z
;
Azl = ( = i sj+l-=i, j-
/2
pada Sw nilai Ax = 1 cm
Untuk penyederhanaan dibuat Ax = Az,
(3-33) menjadi
et+l
Ai,j i-1.j
sehingga persamaan
:
+ B ~ t+l+~i
i
.j
t+l
.'t+l
i,j+l
1,j
-
Fi.j
(3-35)
N 2
atau
dimana
-
= F
:
"i,
j
Bi,
j
Ci,
-
Di,,
t
t
= A t / 4 (Di-l,j
=
-
4~tD;
,j
t
= A t / 4 (Di+l
+ 4Di,,
-
t
Ei,
j = A t / 4 (D:,
AtAz
,j-1
D:+~,
-
D:-~,
(Az12
,j +
= A t / 4 (Di, j-l
-
4 ~ :
+ 4Di
.
.
j
j
+
4Di
-
Ki,
j+l
-Dt
)
j)
i, j + l
-
)
(Az)2 ei,,
t
+
Perhitungan perubahan kandungan a i r berdasarkan pada kanduD e n g a n d e m i k i a n u n t u k m e n g h i t u n g piT-
ngan a i r s e b e l u m n y a .
rubahan kandungan a i r pada w a k t u t+l digunakan n i l a i - n i l a i
k o n d u k t i v i t a s h i d r o l i k , d i f f u s i v i t a s dan h i s a p a n m a t r i k s
t a n a h yang d i h i t u n g berdasarkan kandungan a i r pada w a k t u t.
D e n g a n m e n g g u n a k a n k p n d i s i a w a l dan k o n d i s i b a t a s
s a n ) -serta b a n t u a n k o m p u t e r ,
(perbata-
p e r s a m a a n s i m u l t a n d i a t a s da-
pat diselesaikan.
U n t u k m e n d a p a t k a n k e s t a b i l a n d a l a m p e r h i t u n g a n dengan
m e t o d a beda t e r b a t a s ,
p e r l u adanya s u a t u k o n d i s i p e m b a t a s .
R e m s o n e t a1 ( 1 9 7 1 ) m e n g e m u k a k a n b a h w a k e s t a b i l a n tersebut
dapat dicapai apabila :
D ( O ) A ~ / ( A Zc
) ~0 . 5
D ( @ ) A ~ / ( A x )
PENDAHULUAN
1. L a t a r Belakang
Indonesia yang merupakan negara a g r a r i s ,
rang masih bergantung pada
hasil-hasil
untuk memenuhi kebutuhan bahan
negeri,
pangan
sampai seka-
pertaniannya,
dan
maupun untuk ekspor d i dalam usaha
baik
industri
dalam
mendapatkan de-
v i s a negara.
Pemenuhan
kebutuhan bahan
sampai sekarang sedang
ekstensifikasi,
g i a t dilakukan,
dan i n d u s t r i
ini
baik
card
dengan
i n t e n s i f i k a s i maupun d i v e r s i f i k a s i .
untuk budidaya tanaman pangan,
tanaman padi,
pangan
tidak terbatas
Khusus
hanya
pada
t e t a p i juga tanaman l a i n n y a , s e p e r t i p a l a w i j a
dan h o r t i k u l t u r a .
S e s u a i dengan kebijaksanaan pemerintah
kahwa dalam pembngunan p e r t a n i a n ,
khususnya tanaman pangan
d i samping t e r u s meningkatkan produksi padi,
p e r h a t i a n juga
diarahkan pada per~imgkatan produk si p a l a v . 5 j a dan h o r t i k u l t u r a d i lahan k e r i n g ,
s e j a l a n dengan program t r a n s m i g r a s i ,
pemukiman kembali penduduk dan pengembangan perkebunan i n t i
tanaman pangan.
Luas lahan k e r i n g d i Indonesia menempati u r u t a n
a t a s , y a i t u s e k i t a r 1 2 4 j u t a h e k t a r dark 2 0 0 j u t a
l u a s d a r a t a n Indonesia.
ter-
hektar
Sebagian b e s a r a t a u s e k i t a r 9 0 j u t a
h e k t a r d a r i lahan k e r i n g t e r s e b u t t e r g o l o n g j e n i s
( S a t a r i , Sajad dan S a s t r o s o e d a r d j o ,
1977).
Podsolik
Lahan k e r i n g memberi a r t i bahwa s u a t u l a h a n hampir s e panjang t a h u n t i d a k t e r g e n a n g a t a u jenuh a i r .
i n i me-
Hal
nunjukkan bahwa a i r akan menjadi f a k t o r pembatas dalam pembangunan p e r t a n i a n .
Untuk memecahkan masalah t e r b a t a s n y a
k e t e r s e d i a a n a i r d i daerah-daerah
a i r permukaan,
l a h a n k e r i n g dan
rawan
p e m e r i n t a h akan l e b i h meningkatkan pengemba-
ngan a i r t a n a h .
A i r tanah
s e b a g a i surnber a i r untuk i r i g a s i
mempunyai d e b i t yang r e l a t i w k e c i l dibandingkan dengan sumb e r a i r permukaan.
Dengan demikian e f l s i e n s i dan e f e k t i v i -
t a s penggunaan a i r t a n a h s a n g a t d i p e r l u k a n dalam pembangunan p e r t a n i a n ,
khususnya tanaman p a l a w i j a dan h o r t i k u l t u r a
d i lahan kering,
sehingga d a p a t d i p e r o l e h h a s i l yang l e b i h
tinggi.
S i s t e m pemberian a i r b a g i budidaya tanaman p a l a w i j a
dan h o r t i k u l t u r a t i d a k d i l a k u k a n dengan menggenangi s e l u r u h
permukaan t a n a h ,
k a r e n a pangkal b a t a n g a t a u b i j i tanaman
t e r s e b u t s a n g a t peka t e r h a d a p penggenangan
(Booher,
1974).
Cara yang d a p a t d i l a k u k a n a n t a r a l a i n dengan s i s t e m i r i g a s i
curah ( s p r i n k l e r i r r i g a t i o n ) a t a u i r i g a s i a l u r
rigation).
{ f u r r o w ir-
S i s t e m i r i g a s i c u r a h walaupun mempunyai e f i s i e n -
s i l e b i h t i n g g i dibandingkan dengan i r i g a s i a l u r , t e t a p i memerlukan b i a y a permulaan yang t i n g g i dan rancangan t a t a l e t a k yang cukup t e l i t i s e h i n g g a d i p e r l u k a n k e a h l i a n yang l e bih tinggi
( I s r a e l s e n dan Hanserf,
1962). Berdasarkan
kedua
ha1 t e r s e b u t , penggunaan s i s t e m i r i g a s i a l u r dalam pengembangan p e r t a n i a n di l a h a n k e r i n g yang d i k a i t k a n dengan program
pemukiman kembali penduduk,
transmigrasi dan
perkebunan inti tanaman pangan lebih
pengembangan
memungkinkan
lebih sederhana dan lebih mudah dilakukan.
karena
Dengan
irigasi alur, berarti tanaman dibudidayakan pada
Sistem ini seharusnya tidak hanya dilakukan
sistem
guludan.
bagi tanaman
palawija dan hortikultura di lahan kering, tetapi juga pada
lahan beririgasi permukaan, karena dengan cara demikian tata udara tanah dan sistem pemberian airnya dapat lebih
ik.
ba-
Hal ini perlu dilakukan mengingat produksi beberapa
tanaman pangan di Indonesia masih rendah.
Berdasarkan data
produksi tanaman pangan ~ n d o n e s i atahun 1982, beberapa di
antaranya masih menunjukkan hasil yang rendah, seperti
cang tanah 0.95
ton/ha, kedelai 0.86
ton/ha, jagung
ton/ha, ubi kayu 9.8 ton/ha dan ubi jalar 1.6
Pusat Statistik, 1983).
ton/ha
-
ka-
1-57
(Biro
Somaatmadja C1972) mengemukakan
bahwa rendahnya hasil rata-rata palawija pada tingkat pstani, yaitu sekitar 30 pessen dari hasil percobaan, karena
benih yang kurang bermutu, varietas lokal berpotensi
rendah dan cara bercocok tanam yang
hasil
sederhana.
Chandler (1976) mengemukakan bahwa sebagian besar produksi
palawija di Thailand, Indonesia dan Philipina masih
rendah
karena pengelolaannya masih sederhana, seperti pemberantasan gulma yang minimal, pemberian pupuk dan insektisida
gang sedikit dan tanaman tidak mendapat air yang
cukup.
Dengan demikian salah satu usaha untuk menaikkan
produksi
palawija dan hortikultura adalah dengan cara bercocok tanam
yang l e b i h b a i k ,
d i a n t a r a n y a dengan pemberian a i r yang c u -
kup d a n s i s t e m pertanaman pada guludan.
Dengan s i s t e m p e r -
tanaman pada g u l u d a n , b e r a r t i a i r d i b e r i k a n m e l a l u i a l u r .
I r i g a s i a l u r membasahi t a n a h m e l a l u i d a s a r dan s i s i
alur,
s e h i n g g a g e r a k a n a i r s a n g a t b e r p e r a n dalam menentukan kec e p a t a n dan keseragaman d i s t r i b u s i a i r d i dalam t a n a h yang
b e r k a i t a n dengan e f i s i e n s i pemberian a i r n y a .
Efisiensi
pemberian a i r d i dalam i r i g a s i a l u r b e r g a n t u n g pada g e r a kan a i r secara l a t e r a l d a r i a l u r k e dalam p r o f i l t a n a h
(Booher, 1 9 7 4 ) .
Hal i n i menunjukkan bahwa e f i s i e n s i pem-
b e r i a n a i r d i p e n g a r u h i o l e h jumlah a i r yang t i d a k d a p a t d i
p a k a i tanaman k a r e n a meninggalkan d a e r a h p e r a k a r a n , b a i k
k a r e n a p e r k o l a s i dalam
(deep p e r c o l a t i o n ) ,
samping ( s e e p a g e ) maupun e v a p o r a s i
perembeean k e
(euaporation).
Gerakan a i r ' d i d a l m guludan yang bertanaman masalahnya a k a n l e b i h kompleks,
a i r o l e h a k a r tanaman.
man
k a r e n a adanya pengaruh penyerapan
Dengan demikian keadaan a k a r t a n a -
t u r u t menentukan g e r a k a n a i r d i dalam guludan.
keadaan cuaca,
tanaman dan t a n a h t e r t e n t u ,
Untuk
e f i s i e n s i pem-
b e r i a n a i r , k e c e p a t a n dan keseragaman penyebaran a i r d i
dalam guludan d i p e n g a r u h i o l e h b e n t u k pexmukaan dan l e b a r
guludan, bentuk a l u r ,
j a r a k dan kedalaman a l u r ,
nam d a n t i n g g i penggenangan a i r dalam a l u r .
mengemukakan
jarak ta-
Booher
(1974)
bahwa b e n t u k permukaan guludan dan a l u r sa-
n g a t mempengaruhi e f i s i e n s i i r i g a s i a l u r .
V d a n permukaan g u l u d a n d a t a r
Alur berbentuk
l e b i h baik digunakan k a r e n a
mempunyai e f i s i e n s i p e n y a l u r a n a i r yang l e b i h t i n g g i
k e t e g u h a n permukaan yang l e b i h b e s a r d i b a n d i n g k a n
bentuk l a i n .
Dengan d e m i k i a n ,
a t a s sudah t e r t e n t u ,
dengan
apabila faktor-faktor
maka k e c e p a t a n dan
nyebaran a i r d i dalam
dan
d i
keseragaman pe-
g u l u d a n s e r t a e f i s i e n s i pemberian
a i r d i p e n g a r u h i o l e h t i n g g i penggenangan a i r dalam
alur.
E f i s i e n s i pemberian a i r dalam h a 1 i n i m e l i p u t i e f i s i e n s i
penyimpanan a i r dan e f i s i e n s i keseragaman penyebaran a i r .
A n a l i s i s t e r h a d a p kedua k l a s i f i k a s i e f i s i e n s i pemberian
a i r d a n adanya d a t a k e t i n g g i a n b a g i a n g u l u d a n yang
tidak
jenuh a i r d i h a r a p k a n d a p a t digunakan s e b a g a i pedoman
un-
t u k menentukan t i n g g i penggenangan a i r d i dalam a l u r yang
t e p a t , dalam u s a h a u n t u k memenuhi kebutuhan a i r d i s a t u
p i h a k dan u s a h a u n t u k menekan k e h i l a n g a n a i r d i l a i n p i hak
.
P e m i l i h a n a l u r b e r b e n t u k V dan permukaan g u l u d a n dat a r i n i sesungguhnya s e s u a i dengan s e b a g i a n besar b e n t u k
a l u r yang d i t e m u i d i l a p a n g .
Pennasalahan Fang t i m b u l d i
dalam usaha mendapatkan e f e k t i v i t a s
dan e f i s i e n s i pembe-
r i a n a i r yang t e p a t dengan cara t e r s e b u t a d a l a h l a n g k a a y a
p e n e l i t i a n dan a n a l i s i s mendasar t e n t a n g m a s a l a h i n i .
Un-
t u k i t u p e r l u d i l a k u k a n p e n e l i t i a n pengaruh t i n g g i penggenangan a i r dalam a l u r t e r h a a a p g e r a k a n a i r d a n e f i s i e n s i
pemberian a i r pada g u l u d a n
yang mempunyai permukaan d a t a r
dan alur berbentuk V .
Sesuai dengan kebijaksanaan pemerin-
tah dan untuk menunjang pengembangan pertanian lahan
ring di Indonesia, khususnya bagi budidaya palawija
kedan
hortikultura, maka tanah yang digunakan dalam penelitian
adalah Podsolik Coklat Kekuningan yang merupakan bagian
dari tanah Podsolik.
Jenis tanah Podsolik ini merupakan
golongan terbesar dari luas lahan kering di Indonesia
(Satari, et al, 1977). sedang tanaman yang digunakan adalah kedelai.
Penelitian dilakukan dengan simulasi model
matematik dan keterandalannya diuji dengan percobaan di
laboratorium dan di lapang.
2. Tujuan Penelitian
2.1. Mendapatkan model gerakan air dalam guludan tanaman
dari jenis tanah Podsolik Coklat Kekuningan yang mempunyai permukaan datar dan alur berbentuk V.
2.2.
Menganalisis gerakan air dalam guludan tanaman untuk
beberapa kedalaman penggenangan air dalam alur.
3. Kegunaan Penelitian
3.1.
Simulasi model akan sangat berguna untuk mengungkapkan secara lebih jelas fenomena gerakan air di dalam
guludan tanaman dari jenis tanah Podsolik Coklat Kekuningan yang mempunyai permukaan datar dan alur
berbentuk V karena adanya perbedaan kedalarnan air
dalam alur.
3.2.
Model dapat digunakan untuk menduga kandungan a i r tanah
dan menentukan hubungan antara t i n g g i penggenangan
dalam a l u r ,
l e b a r guludan dan jarak a l u r ,
air
agar d i p e r o -
l e h e f i s i e n s i dan e f e k t i v i t a s pemberian a i r yang l e b i h
tinggi,
11- TINJAUAN PUSTAKA
Pada umumnya
p r o s e s gerakan a i r
d i dalam t a n a h ,
d i
d a e r a h p e r a k a r a n , k h u s u s n y a u n t u k tanaman pangan bukan pad i berlangsung
dalam keadaan
t i d a k jenuh.
Pada k o n d i s i
t e r s e b u t p r o s e s g e r a k a n a i r m e n j a d i l e b i h kompleks,
selalu terjadi
perubahan
status
dan kandungan a i r t a n a h
selama t e r j a d i n y a p r o s e s gerakan a i r t e r s e b u t .
perubahan t e r s e b u t m e l i p u t i
Perubahan-
hubungan yang kompleks a n t a r a
yang mempengaruhinya, m i s a l n y a kandungan a i r
peubah-peubah
tanah,
karena
h i s a p a n m a t r i k s t a n a h dan h a n t a r a n
(konduktivitas)
a i r t a n a h yang d i p e n g a r u h i o l e h h i s t e r e s i s ( H i l l e l ,
1971).
Oleh k a r e n a i t u dalam memformulasikan a t a u m e n y e l e s a i k a n
model g e r a k a n a i r dalam k e a d a a n t i d a k j e n u h h a r u s b e r p e d o man pada k e t e n t u a n - k e t e n t u a n
tersebut.
yang b e r l a k u pada k o n d i s i
D a l a m perumusan model g e r a k a n a i r t a n a h d i k e n a l
dud persamaan d a s a r yang menyusunnya,
d a n persamaan k o n t i n y u i t a s .
l a k u u n t u k keadaan j e n u h
o l e h Richard
y a i t u rumus
Darcy
Rumus Darcy yang mulanya b e r -
(saturated), t e l a h dimodifikasi
(1931, dalam N i e l s e n ,
B i g g a r dan Corey,
s e h i n g g a d a p a t d i g u n a k a h u n t u k keadaan t i d a k j e n u h
1972)
(unsa-
t u r a t e d ) , d i mana kandungan a i r t a n a h a k a n s e l a l u b e r u b a h
selama p r o s e s b e r l a n g s u n g .
fi k a s i m e n ja d i
Rumus Darcy yang t e l a h d i m o d i -
:
d i mana q l a j u a l i r a n a i r
( f l u x ) , y a i t u volume a i r yang
mengalir melalui satu satuan luas penampang tanah per satu3
an waktu (cm /cm2-menit), K($)
konduktivitas hidrolik
yang
merupakan fungsi dari hisapan matriks tanah, $ (cm/menit),
dan
+
potensial total (cm). Persamaan kontinyuitas untuk
keadaan tidak jenuh adalah,sebagai berikut :
d i mana B kandungan air tanah (%-berat atau %-volume)
t waktu (menit).
dalam persamaan
Apabila persamaan
dan
(2-1) dipergunakan
di
(2-3) :
(2-2) akan diperoleh persamaan
Persamaan (2-3) merupakan persamaan dasar di dalam usaha
untuk mengembangkan model gerakan air tanah.
Pengembangan
persamaan (2-3) selanjutnya bergantung pada tujuan penelitian atau model yang dikehendaki.
Apabila perurnusan model
dilakukan untuk lahan yang bertanaman, ke dalam persamaan
(2-3) dapat dimasukkan persamaan serapan akar.
lah dilakukan antara lain oleh Nimah dan :Hanks
Hal ini te(19731,
Hillel (1977') dan Feddes, Kowalik dan Zaradny (1978).
Persamaan (2-3) sangat sukar diselesaikan secara analitik
sehingga penyelesaian umumdya dilakukan secara numerik.
Dengan penyelesaian secara pumerik, faktor kondisi batas
turut memegang peranan di dalam menyelesaikan persamaan gerakan air dalam keadaan tidak jenuh.
Keberhasilan
dalam
mengembangkan persamaan (2-3) untuk memecahkan permasalahan
gerak a i r tanah ditentukan oleh teknik penyelesaian secara
numerik d a n t e k n i k p e n e n t u a n k o n d i s i b a t a s n y a .
Dapat d i s e -
b u t k a n bahwa p e r b e d a a n p a r a p e n e l i t i d a l a m memformulasikan
a t a u menyelesaikan p r o s e s gerakan a i r t a n a h a d a l a h dalam
menentukan k o n d i s i b a t a s t e r s e b u t .
P e n e l i t i a n t e n t a n g g e r a k a i r t a n a h t e l a h banyak d i l a kukan,
t e t a p i p e n e l i t i a n d a n pengungkapan fenomena
gerak
a i r d a l a m g u l u d a n b e r t a n a m a n yang menerima a i r m e l a l u i a l u r
belum banyak d i l a k u k a n .
Pemberian a i r d e n g a n , s i s t e m i r i g a s i a l u r t i d a k sampai
menggenangi p a n g k a l b a t a n g tanaman.
A i r mengalir m e l a l u i
d i n d i n g a l u r m e r e m b e s k e dalam guludan dan s e l a n j u t n y a b e r gerak s e c a r a l a t e r a l dan vertika1,dipengaruhi
matriks tanah,
oleh hisapan
s e r a p a n a k a r ( k a l a u t a n a h bertanaman)
oleh gaya.gravitasi.
dan
A i r yang merembes k e d a l a m g u l u d a n
t i d a k s e l u r u h n y a t e r s i m p a n d i dalam d a e r a h p e r a k a r a n d a n .
d i s e r a p tanaman,
t e t a p i sebagian a k a n k e l u a r d a r i daerah
p e r a k d r a n s e b a g a i a i r p e r k o l a s i dalam d a n s e b a g i a n k e l u a r
m e l a l u i permukaan t a n a h m e l a l u i p r o s e s e v a p o r a s i .
p e r a k a r a n d i s i n i dimaksuakan s e b a g a i d a e r a h tumbuh
Daerah
akar
tanaman yang b a t a s kedalamannya d i t e n t u k a n o l e h m a s i h mampunya a k a r mengambil a i r a t a u d a r i b a t a s kedalaman t e r s e b u t
m a s i h d a p a t d i s u p l a i a i r k e a k a r tanaman.
Definisi i n i
memberi a r t i bahwa kedalaman d a e r a h p e r a k a r a n a k a n d i t e n t u k a n o l e h k e a d a a n t a n a h d a n a k a r tanaman.
~ e a d a a nt a n a h yang
b e r p e r a n a d a l a h kemampuan t a n a h menaikkan a i r s e c a r a k a p i l e r , s e d a n g k a n k e a d a a n a k a r tanaman d i t e n t u k a n o l e h
umur
dan j e n i s
tanamannya.
Dengan demikian dalam usaha memberi-
kan a i r pada guludan dan untuk mendapatkan e f i s i e n s i pembe-
ter
r i a n a i r yang t i n g g i p e r l u d i p e r h a t i k a n f a k t o r - f a k t o r
sebut
-
.
Dhalhar (1974) dan Kusnadi
(1975) t e l a h m e n e l i t i
t a n g i r i g a s i a l u r pada pertanaman t e b u .
ten-
Penekanan p e n e l i -
t i a n n y a t e r u t a m a mencakup masalab d e b i t d a n lamanya
waktu
pemberian a i r dalam k a i t a n n y a dengan kedalaman dan p e r e s a pan a i r s e p a n j a n g a l u r .
Dhalhar
d a r i segi teknis faktor-faktor
(1974) mengemukakan
bahwa
yang mempengaruhi lamanya
waktu j e l a j a h a i r s e p a n j a n g a l u r d a n jumlah a i r yang d i b e r i k a n a d a l a h penampang l i n t a n g a l u r ,
t i d a k seragamnya
ke-
m i r i n g a n a l u r dan t i d a k r a t a n y a kemiringan a l u r , sedangkan
.
d a r i s e g i f a k t o r alami adalah besarnya l a j u i n f i l t r a s i .
F a k t o r t e r a k h i r i n i menunjukkan b e s a r n y a peranan keadaan
t a n a h t e r h a d a p l a j u i n f i l t r a s i dan d i j a d i k a n d a s a r
untuk
rnenentukan panjang a l u r .
Kusnadi (1975) mendapatkan a d a hubungan a n t a r a p a n j a n g
alur,
penyebaran a i r dalam t a n a h dan e f i s i e n s i i r i g a s i .
Dengan d e b i t a i r 6.6
liter/detik,
kemiringan a l u r 0.7
per-
s e n , p a n j a n g a l u r maksirnum yang b a i k untuk j e n i s t a n a h l e m pung b e r l i a t a d a l a h 50 m e t e r dengan n i l a i e f i s i e n s i pemak a i a n a i r 63.09
persen,
e f i s i e n s i p e r s e d i a a n a i r 100 p e r s e n
dan e f i s i e n s i d i s t r i b u s i a i r 81.99
persen.
Kedua p e n e l i t i a n d i a t a s s u d a h memberi.gambaran t e n t a n g p r o s e s g e r a k a n a i r t a n a h dalam s i s t e m i r i g a s i a l u r .
.
Untuk mendapatkan gambaran yang l e b i h jelas t e n t a n g fenomena proses i n i ,
yang h e t e r o g e n ,
t e r u t a m a k a r e n a adanya f a k t o r - f a k t o r
alami
adanya p e n g a r u h a k a r tanaman d a n bagaimana
pengaruh a i r yang d i b e r i k a n t e r h a d a p masing-masing
keseimbangan a i r , s e p e r t i e v a p o r a s i , t r a n s p i r a s i ,
komponen
perkolasi
d a n simpanan a i r d i dalam t a n a h p e r l u d i l a k u k a n p e n e l i t i a n
yang l e b i h t e r i n c i dan mendalam.
S e l i m d a n Kirkham (1973) t e l a h m e n a l i t i gerakan a i r
pada
t a n a h t e r b u k a yang t i d a k jenuh a i r dengan b a t a s bawah
t a n a h t i d a k tembus a i r , sedangkan sumber a i r b e r a s a l
a l u r b e r b e n t u k s e g i empat.
dari
Model yang d i g u n a k a n . b e r u p a p e r -
samaan a l i r a n a i r dalam dua d i m e n s i t a n p a adanya u n s u r serapan akar.
H a s i l p e n e l i t i a n n y a menunjukkan bahwa p a d a t a -
n a h j e n i s I d a b e r t e k s t u r lempung b e r d e b u ,
120 c m ,
kedalaman a l u r 3 0
dengan j a r a k a l u r
cm d a n l e b a r a l u r 30 cm,muk&z pem-
b a s a h a n mencapai kedalaman 3 0 c m s e l a m a 35 m e n i t d a n mencap a i permukaan t a n a h dalam waktu 140 m e n i t .
60 cm,
Untuk j a r a k a l u r
kedalaman a l u r 15 c m dan l e b a r a l u r 1 5 c m ,
muka pem-
b a s a h a n mencapai kedalaman 3 0 c m dalam waktu 4 5 m e n i t
mencapai permukaan t a n a h d a l a m waktu 30 m e n i t .
dan
Hal i n i m e -
nunjukkan bahwa l e b a r g u l u d a n d a n dalam a l u r mernpengaruhi
gerakan air tanah,
t e r u t a m a g e r a k a n k e a t a s . Pada p e n e l i t i -
a n t e r s e b u t s e b a g a i b a t a s a t a s t i d a k d i p e r h i t u n g k a n pengar u h k e h i l a n g a n a i r m e l a l u i permukaan t a n a h ( e v a p o r a s i ) y a n g
t u r u t menentukan g e r a k a n a i r k e a t a s d a n t i d a k a d a pengukur a n kandungan a i r t a n a h u n t u k menguji model yang d i a j u k a n .
Apabila model digunakan untuk menduga kandungan a i r t a nah pada tanah t e r b u k a ,
bangkan.
pengaruh e v a p o r a s i harus d i p e r t i m -
D i samping i t u pada tanah yang bertanaman,
faktor
serapan a k a r (untuk t r a n s p i r a s i ) akan t u r u t menentukan dalam
proses gerakan a i r tanah,
terutama dalam menduga perubahan
kandungan a i r tanah d i dalam p r o s e s pengeringan.
Ses pembasahan
Untuk pro-
(pemberian a i r ) , sampai berapa b e s a r pengaruh
e v a p o r a s i dan t r a n s p i r a s i t e r h a d a p gerakan a i r tanah
dihitung,
masuk
dapat
sehingga d a r i perbandingan l a j u a l i r a n a i r yang
ke dalam tanah dengan l a j u e v a p o r a s i a t a u t r a n s p i r a s i
d a p a t d i t e n t u k a n apakah kedua unsur t e r s e b u t p e r l u dimasukkan a t a u d a p a t d i a b a i k a n d i dalam model.
P e n e l i t i a n t e n t a n g pengaruh f a k t o r e v a p o r a s i dan t r a n s p i r a s i tanaman dalam perumusan model gerakan a i r t a n a h t e l a h
dilakukan o l e h Nimah dan Hanks (1973b) dengan menggunakan
persamaan
aliran
. j i n y a d i lapang.
I
s a t u dimensi ke a r a h v e r t i k a l dan menguPercobaan dilakukan pada tanah b e r t e k s t u r
lempung b e r p a s i r dengan tanaman a l f a l f a dan pemberian a i r
m e l a l u i s i s t e m i r i g a s i curah.
Sebagai b a t a s bawah, pada ke-
dalaman 165 c m d i bawah permukaan tanah t e r d a p a t muka
bumi
(groundwater
t a b l e ) , sedangkan kandungan a i r t a n a h d i -
ukur pada kedalaman 30 e m ,
4 5 cm, 7 5 cm,
165 cm d i bawah permukaan tanah,
rian a i r irigasi.
air
105 c m ,
135 c m
dan
sebelum dan sesudah pembe-
H a s i l percobaannya menunjukkan bahwa pada
umumnya h a s i l pengukuran p r o f i l kandungan ai'r tanah s e s u a i
dengan pendugaan,
k e c u a l i pada kedalaman 30 cm t e r d a p a t p e r -
bedaan yang b e s a r dan biasanya t e r j a d i pada s a a t r e d i s t r i b u s i
air setelah irigasi
(Gambar 2 - 1 ) .
Kekurangsesuaian i n i da-
p a t d i s e b a b k a n k a r e n a adanya pengaruh h i s t e r e s i s dan keadaa n t a n a h yahg t i d a k seragam,
s e d a n g k a n model y a n g d i a j u k a n
d i b u a t dengan asumsi t a n p a memperhatikan f a k t o r h i s t e r e s i s
dan t a n a h d i a n g g a p seragam.
S e l a n j u t n y a untuk pengukuran
g e r a k a i r k e a t a s s e l a l u l e b i h besar d i b a n d i n g k a n d e n g a n
pendugaan,
y a i t u t o t a l a i r yang m e n g a l i r k e a t a s d e n g a n pe-
n g u k u r a n 4.8
"
a
0.4.
cm d i b a n d i n g k a n 0.0
c m dengan pendugaan
untuk
- =.. data
pendugaan dengan model
pengukuran
0
0.2
Y
I 0.1
Gambar 2-1.
s e l u r u h musim.
Perbandingan a n t a m pengukuran dan pendugaan kandungan a i r pada tanah yang ditanarni a l f a l f a dalam t a hun 1 9 7 1 , untuk kedalaman ( a ) 30 cm. (b) 70 cm. dan
I c ) 100 cm (Nimah dan Hanks. 1973b)
D i n y a t a k a n bahwa p e r b e d a a n i n i d a p a t d i s e -
babkan k a r e n a k u r a n g t e p a t n y a model a t a u k u r a n g t e p a t n y a p e n g u k u r a n kandungan a i r pada kedalaman 30 c m .
D a r i Uraian d i a t a s ,
j e l a s bahwa dalam pembuatan S u a t u
model g e r a k a i r t a n a h p e r l u d i p e r h a t i k a n kegunaan d a r i model.
Apabila model digunakan untuk menduga keadaan di lapang, maka penggunaan asumsi tanah dalam keadaan seragam perlu
men-
dapat perhatian, karena biasanya keadaan tanah di lapang tidak selalu seragam. Selanjutnya dari prosesnya perlu diperhatikan apakah analisis dilakukan terhadap proses pembasahan
atau proses-pengeringan. Apabila analisis mencakup kedua proses tersebut, faktor histeresis perlu dimasukkan di dalam
model, karena histeresis merupakan hubungan antara kandungan
air dengan hisapan matriks tanah di d a l a kedua proses tersebut.
Whisler dan Klute (1965) serta Rubin (1967) mengemu-
kakan bahwa dalam membentuk model untuk menduga kandungan
air tanah sebaiknya memasukkan faktor histeresis.
Hillel
(1971) mengemukakan bahwa faktor histeresis menjadi
penting
d i dalam suatu proses gerak air tanah di mana pembasahan dan
pengeringan berlangsung secara simultan.
Diakui bahwa mema-
sukkan faktor histeresis ini agak sulit, karena sebenarnya
dalam kurva histeresis itu sendiri dibedakan atas bermacammacam kurva, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2-2
silis, 1962).
(Poulova$-
Dari g e a r tersebut dapat dilihat bahwa kur-
va CDB dan kurva BEC masing-masing merupakan kurva jalur pengerimgan dan kurva jalwr pembasahan.
Daerah yang dibatasi
oleh kedua jdlur tersebut dinamakan daerah histeresis, sedangkan kurva-kurva yang add di dalamnya disebut kurva pintas (scanning curve) dan dibedakan afas kurva pintas pembasahan pertama
(DPFC), kurva pintas pengeringan pertamatEDGB)
kurva pintas pembasahan kedua (GNE) dan kurva pintas pengeringan kedua (FMD).
Kesulitan yang ditemui dalam mempertim-
bangkan faktor histeresis untuk dimasukkan dalam suatu model
dapat diatasi apabila diperhatikan latar belakang pembentukan modelnya, apakah ditujukan untuk proses pembasahan, pengeringan atau kedua-duanya, sehingga dapat dit=ntukan kurva histeresis mana yang akan dipergunakan.
Dalam proses
pembasahan, hasil yang lebih tepat diperoleh kalau menggunakan kurva pintas pembasahan.
Apabila kurva pintas terse-
but sukar diperoleh, dapat digunakan kurva jalur pembasahan
karena penggunaan kurva jalur pembasahan masih lebih baik
apabila dibandingkan dengan menggunakan kurva jalur pengeringan (Paolovassilis, 1962).
-
Hisapan matriks tanah
'
Gambar 2-2. Hubungan antara kandungan air dengan
hisapan matriks tanah -dalsm- proses
pengeringan dan pembasahan (Poulovassilis, 1962)
Pada lahan yang bertanaman, faktor serapan akar turut
berperan di dalam analisis gerak air tanah. Penelitian gerak air tanah ke akar tanaman telah banyak dilakukan, baik
secara makroskopik maupun secara mikroskopik.
Studi secara mikroskopik di antaranya telah dilakukan
oleh Gardner (1960), Philip (1957, dalam Nimah dan Hanks,
1973a). Hillel, Van Beek dan Talpaz (1975). Analisis dilakukan terhadap aliran air ke masing-masing rambut akar secara radial.
Akar dianggap merupakan pembuluh atau
pfpa-
pipa kecil yang seragam dan mempunyai daya serap yang seragam sepanjang akar.
Sistem akar secara keseluruhan me-
rupakan kumpulan dari individu-individu akar tersebut.
Di dalam sistem ini tidak diperhitungkan bermacam-macam
tahanan akar karena berbedanya tingkat pertumbuhan, umur
dan tidak seragarnnya distribusi akar (Hillel, 1980).
Studi secara makroskopik diantaranya telah dilakukan
oleh
Ogata, Richards dan Gardner (1960), Gardner (1960),
Whisler, Klute dan Millington (1968), Molz
(1971),
Molz
dan Rernson (1971) serta Hillel, Talpaz dan Van Keulen
(1976). Analisis dilakukan terhadap gerak air tanah ke
akar tanaman
kecara keseluruhan dalam satu volume
(bulk)
tanah, tanpa memperhatikan pengaruh akar secara individu.
Cara ini juga mengabaikan komplikasi geometri di dalam menganalisa distribusi laju aliran air dan gradien potensial
dalam tanah dan akar tanaman.
Pendekatan secara makrosko-
pik lebih sederhana, tetapi kekurangan yang utama adalah
tidak dapat menghitung kenaikan tegangan dan konsentrasi
garam pada tanah di sekeliling sistem akar yang menyerapnya, karena analisanya didasarkan pada rata-rata potensial.
matriks
dan potensial osmotik
dalam
suatu
volume
tanah
(Hillel, 1980).
Untuk kesesuaian penggunaan kedua metoda tersebut, ditinjau dari kesederhanaan dan ketelitiannya
terdapat
tiga
faktor yang perlu diperhatikan-yaitu (1) keadaan tanah yang
menyangkut kandungan air dan kadar garam tanah.
(2) keadaan
tanaman, terutama keadaan perkembangan akar dan (3) keadaan
iklim, terutama pengaruhnya terhadap transpirasi.
Beberapa
peneliti telah mencoba menganalisa kesesuaian penggunaan
kedua metoda tersebut dengan memperhatikan faktor-faktor di
atas.
Hillel
et
(1975) menggunakan metoda makroskopik un-
tuk menganalisa pengambilan air dan gerakan garam ke
tanaman.
akar
Dari hasil penelitiannya didapatkan bahwa poten-
sial air tanaman yang diperlukan untuk mengekstraksi
air
tanah secara kontinyu akan naik lebih tajam kalau penurunan
potensial matriks dan potensial osmotik yang
tajam
lebih
(drawdown) di sekitar akar tanaman diperhitungkan, dan kurang tajam kenaikannya kalau kedua potensial tersebut
asumsikan menurun
di-
secara seragam dalam tanah (Gambar 2-3).
-Pola penurunan potensial yang seragam m u m digunakan
dalam analisa secara makroskopik.
Keadaan yang demikian
dapat terjadi kalau tanah mempunyai kandungan air cukup
tinggi, kadar garam rendah dan tanaman mempunyai akar yang
cepat pertumbuhannya, sehingga mampu bereksplorasi mencari
daerah yang basah.
Sebaliknya apabila larutan air
tanah
- 161
-IA
S = potensial o s m o t i k
9 = hisapan m a t r i R s t a n a h
1
/
1=J, dan S menurun secara t a j a m
2=* m e n u r u n secara t a j a m dan S m e n u r u n
secara seragam
secara t a j a m dan JI m e n u r u n
secara s e r a g a m
4 = 9 dan S m e n u r u n secara s e r a g a m
3=S m e n u r u n
G a m b a r 2-3.
Pengaruh penurunan t a j a m [ d r a w d o w n ) hisapan m a t r i k s t a n a h d i s e k i t a r akar t a n a m a n terhadap pot e n s i a l t a n a m a n pada pangkal batang, karena pengaruh l a j u t r a n s p i r a s i mnq k o n s t a n , r s e b e e a r
1 . 0 m m / h a r i u n t u k setiap 1 m k e d a l a q a n . p e r a k a r a n
(Hillel e
t &, 1 9 7 5 )
m e m p u n y a i kandungan g a r a m yang l e b i h t i n g g i .
kebutuhan t r a n s -
p i r a s i ypng l e b i h besar dan tanaman m e m p u n y a i akar yang l a m bat p e r t u m h u h a n n y a
(jarang),
nya m e n j a d i p e n t i n g ,
akan l e b i h b a i k
t e t a p i juga
setiap
sehingga penggunaan m e t o d a m i k r o s k o p i k
( H i l l e l et al, 1 9 7 5 ) .
Perkembangan
akan d i g u n a k a n
maka pengaruh p o t e n s i a l o s m o t i k -
akar t i d a k s a j a m e m p e n g a r u h i
metoda p n g
dalam m e n g a n a l i s i s p e n g a m b i l a n a i r o l e h akar
mempengaruhi
kedalaman
atau
hesarnya
lapisan
a i r yang d i s e r a p untuk
tanah.
Eerbedaqp
umur
d a n perkembangan a k a r menyebabkan kemampuan u n t u k menyerap
a i r juga berbeda.
P e r a k a r a n yang l e b i h t u a mempunyai d a y a
s e r a p yang l e b i h r e n d a h d i b a n d i n g k a n dengan a k a r yang
b i h muda.
Milbourn
le-
(1979) mengemukakan bahwa pada e n d o d e r -
m i s a k a r yang l e b i h t u a a k a n t e r b e n t u k l a p i s a n g a b u s ( s u b e r i n ) d a n s e l l u l o s a yang a k a n mengubah j a r i n g a n m e n j a d i
ke-
Keadaan t e r s e b u t menyebabkan s e l t i d a k d a p a t
me-
dap a i r .
n y e r a p a i r dengan b a i k ,
s e h i n g g a a k a n mengurangi d a y a sera-
pan a k a r t e r h a d a p a i r .
Pada keadaan t e r t e n t u ,
secara k e s e l u r u h a n b e s a r n y a a i r
yang d a p a t d i s e r a p a k a r a k a n d i p e n g a r u h i o l e h kandungan a i r
t a n a h dan f a k t o r iklirn.
Gerakan d a n jumlah a i r yang
dapat
d i s e r a p u n t u k s e t i a p kedalaman t a n a h a k a n d i p e n g a r u h i
k e a k t i p a n a k a r pada kedalaman t e r s e b u t .
Nimah d a n
oleh
Hanks
(1973b) menunjukkan p e n g a r u h k e a k t i p a n a k a r s e b a g a i f u n g s i
d i s t r i b u s i akar r e l a t i p ,
y a i t u bahwa b e s a r n y a p e n y e r a p a n
a k a r u n t u k s e t i a p kedalaman t a n a h d i t e n t u k a n o l e h n i s b a h
b e r a t a k a r a k t i p u n t u k kedalaman t e r s e b u t t e r h a d a p b e r a t
akar a k t i p total.
.
I 11. METODA
1. T e o r i
1.1.
Pendekatan Masalah
Masalah utama yang ditemui dalam setiap usah.a menerang-
kan hubungan air-tanah-tanaman
adalah dinamisnya peubah-peu-
bah yang berperan di dalamnya atau faktor-faktor luar
yang
mempengaruhinya.
air
Demikian pula dengan proses gerakan
pada guludan yang bertanaman..karena ha1 ini menyangkut tiga
faktor'utama yang berpengaruh di dalamnya, yaitu (1) faktor
tanah, yang meliputi hubungan antara konduktivitas hidrolik,
diffusivitas dan hisapan matriks tanah dengan kandungan air
tanah, ( 2 )
faktor tanaman,' yang meliputi kerapatan akar, ke-
dalaman perakaran, serapan akar terhadap air (laju ekstraksi
air) dan luas daun,
(3) faktor iklim, yang mempengaruhi be-
sarnya laju evaporasi, laju transpirasi dan laju akar mengekstraksi air tanah (Hillel, 1971).
Ketiga faktor tersebut
merupakan satu sistem yang dinamis dan oleh Philip (1966,
dalam Hillel, 1971) disebut SPAC (Soil-Plant-Atmosphere-Continuurn).
Dalam sistem tersebut,analisis
terjadinya aliran
air didasarkan pada konsep "potensial air" yang berlaku secard berkesinambungan mulai dari dalam tanah ke tanaman sampai ke atmosfer.
Berdasarkan konsep potensial air ini, ali-
ran terjadi oleh karena adanya perbedaan potensial,
yaitu
dari tempat yang berpotensial tinggi ke tempat yang berpotensial lebih rendah.
Berpedoman pada konsep ini, salah sa-
tu usaha yang komprehensip dalam menerangkan proses gerakan
a i r d a l a m g u l u d a n tanaman yang m e n d a p a t a i r m e l a l u i s i s t e m
a l u r a d a l a h dengan m e m b e n t u k m o d e l m a t e m a t i k .
Model mate-
m a t i k yang d i k e n t u k dan dipergunakan d i s i n i d i s e b u t m o d e l
gerakan a i r pada guludan b e r t a n a m a n
1.2.
(MODEL GALUTAN).
P e r u m u s a n M o d e l G e r a k a n A i r d a l a m G u l u d a n Tanaman
P e r u m u s a n m o d e l gerakan a i r d a l a m suatu, s i s t e m
dida-
sarkan pada p e r s a m a a n k e s e i m b a n g a n massa a i r :
Laju perubahan
massa air dalam
si s t e m
=
Laju m a s s a
a i r yang
m a suk
-
Laju m a s s a
a i r yang
keluar
(3-1)
Secara sederhana s i s t e m t e r s e b u t dapat d i t e r a n g k a n berda-
sarkan k e s e i m b a n g a n m a s s a a i r d a l a m s u a t u m o d e l t a n g k i :
G a m b a r 3-1.
Keseimbangan massa air
d a l a m m o d e l tangki
-
U n t u k . s u a t u periode t e r t e n t u t , M i m e n u n jukkan j w n l a h m a s -
sa a i r yang m a s u k
(gr), Mo
jumlah
m a s s a a i r yang k e l u a r
( g r ) , AM perubahan massa a i r dalam s i s t e m ( g r ) dan h z i n g g i
a i r yang merupakan f u n g s i t .
persamaan
(3-1)
Dengan dernikian b e r d a s a r k a n
l a j u perubahan massa a i r yang t e r j a d i ada-
lah :
Untuk s u a t u l u a s a k A
2
(cm ) t e r t e n t u s e r t a menyatakan bahwa
a i r b e r s i f a t t i d a k termanpatkan, maka k e r a p a t a n a i r
(gr/cm 3 ) d a n A a d a l a h k o n s t a n ,
s e h i n g g a persamaan
P
(3-2)
da-
p a t d i t u l i s k a n menjadi :
Persamaan keseimbangan a i r d a p a t d i n y a t a k a n dalam d i m e n s i
s a t u a n panjang/waktu,
y a i t u dengan membagi persamaan
(3-3)
dengan PA, s e h i n g g a d i p e r o l e h :
at a u
A S E I - 0
r
(3-5)
d i mana I menunjukkan l a j u a i r yang masuk ke dalam sistem
(cm/menit),
AS lafi
menit)
0 l a j u a i r yang k e l u a r d a r i s i s t e m (cm/menit),
perubahan a i r d i dalam sistem selama waktu t (cm/
.
D i
lapang,
s i s t e m t e r s e b u t a d a l a h guludan t a n a h dengan
l a j u a i r yang masuk I d a p a t berupa a i r h u j a n a t a u i r i g a s i ,
sedangkan l a j u a i r yang k e l u a r 0 d a p a t b e r u p a a i r yang m e nguap m e l ' a l u i permukaan a i r (E,),
a i r yang menguap m e l a l u i
permukaan tanah (E 1 , air yang mengalir ke samping atau ke
P
bawah (perembesan dan perkolasi) keluar dari daerah perakaran (PI, dan air yang mengalir keluar melalui permukaan tanah berupa air limpasan (Ro). Dengan demikian untuk guludan
tanpa tanaman yang mempunyai permukaan datar dan mendapat
air melalui alur berbentuk V, keseimbangan airnya secara
skematis disajikan pada Gambar (3-2) dan persamaan keseimbangan airnya tertera pada persamaan (3-6).
-
-
udara
Gambar 3-2. Keseimbangan air pada guludan tanpa
tanaman yang mempunyai permukaan
datar dan alur berbentuk V
Apabila pada guludan tanah tersebut terdapat tanaman,
maka laju air yang keluar bertambah dengan air
serap
yang
di-
oleh akar tanaman untuk transpirasi (Tr). Dengan de-
mikian untuk guludan bertanaman yang mempunyai permukaan
datar dan mendapat air melalui alur berbentuk V, kornponen
keseimbangan airnya secara skematis dapat dilihat pada Gambar ( 3 - 3 1 ,
dengan persamaan keseimbangan airnya seperti
tertera pada persamaan
.
(3-7)
udara
1
AS
-93
93
H
.-44
9
'
p
Dasar guludan
X
Gambar 3-3.
Keseimbangan air pada guludan tanaman
yang mempunyai permukaan datar dan
alur berbentwk V
Apabila dilakukan usaha mencegah evaporasi melalui permukaan tanah dengan menutup permukaan tanah tersebut dengan
bahan yang tidak tembus air, seperti plastik, maka E dapat
P
dianggap sama dengan no1 (E = 0 ) . dan persamaan (3-7) menP
jadi persamaan (3-8) dengan komponen keseimbangan airnya
secara skematis seperti tertera pada Garnbar (3-4).
-
udara
Gambar 3-4.
Keseimbangan air pada guludan tanaman
yang mempunyal permukaan datar dan
alur berbentuk V dengan bertutup plastik
Persamaan-persamaan
(3-61,
(3-7) d a n
(3-8)
digunakan
s e b a g a i pedoman u n t u k m e n g a n a l i s i s g e r a k a n a i r t a n a h d a l a m
g u l u d a n tanaman.
L a j u a l i r a n a i r yang masuk m e l a l u i s i s i
alur I
(cm/menit) merupakan b a g i a n I y a n g secara l a n g s u n g
P
mempengaruhi p e r u b a h a n kandungan a i r t a n a h .
Apabila
pemb e r i a n a i r m e l a l u i a l u r d i l a k u k a n pada k e t i n g g i a n yang tet a p , maka s i s i t a r s e b u t merupakan d a e r a h j e n u h a i r .
l a n g a n a i r k a r e n a Tr
a k a n mernpengaruhi p e r u b a h a n kandungan
a i r tanah melalui besarnya
sedangkan E
P
Kehi-
air
yang
diserap
tanaman,
rnerupakan p r o s e s k e h i l a n g a n a i r y a n g t e r j a d i
p a d a b i d a n g batas a n t a r a permukaan t a n a h d e n g a n l i n g k u n g a n nya
(atmosfer).
Kondisi-kondisi
s e p e r t i t e r s e b u t d i atas,
d i d a l a m a n a l i s i s g s r a k a i r t a n a h d i p e r g u n a k a n s e b a Q a i kond i s i batas.
1.3.
Persamaan A l i r a n A i r
S e p e r t i t e l a h d i s e b u t k a n p a d a Bab 11, dalarn memformu-
l a s i k a n model g e r a k a i r t a n a h d i p e r g u n a k a n d u a rumus d a s a r ,
y a i t u rumus D a r c y y a n g d i m o d i f i k a s i R i c h a r d
Nielsen et a l ,
(1931,
dalaq
1972) a g a r b e r l a k u untuk k o n d i s i t i d a k jenuh
d a n t i d a k mantap,
serta rumus k o n t i n y u i t a s .
Rumus
Darcy
y a n g g e l a h d i r n o d i f i k a s i menunjukkan b e s a r n y a k e c e p a t a n a l i r a n a i r d a l a m t a n a h d a n secara l e b i h t e r i n c i d a p a t d i n y a t a kan s e b a g a i b e r i k u t
:
q menunjukkan l a j u a l i r a n a i r
t a s h i d r o l i k (cm/menit),
( c m3 / c m 2 - m e n i t ) ,
$ hisapan matriks tanah
t e n s i a l t o t a l yang d i n y a t a k a n d a l a m "head"
x,
y,
K konduktivi-
dan z a d a l a h a r a h koordinat.
(cm),
(cm),
@ po-
sedangkan
Rumus kedua a d a l a h rumus
k o n s e r v a s i massa yang menyhtakan bahwa massa d a l a m s a t u sis-
tern t i d a k d a p a t d i c i p t a k a n a t a u d i h i l a n g k a n
Power,
(Kirkham
dan
1971) d a n d i n y a t a k a n d e n g a n persamaan k o n t i n y u i t a s :
a(p.0) - at-
(
a(pqX)
ax
P menyatakan k e r a p a t a n
d a l a m persamaan
(3-9)
a(pqY)
BY
a i r (gr/cm
3
).
+
a
O
atau q
-
2
z = o
1
x a 0
,
*p
S e p a n j a n g permukaan t a n a h A B , BC
' 91
dan CD,
a p a b i l a evapora-
(E ) s a m a a t a u l e b i h k e c i l d a r i l a j u a l i r a n
P
a i r y a n g k e permukaan t a n a h ( q l a t a u q 2 ) , maka a i r y a n g
si potensial
.
k e l u a r s a m a dengan E
P .
t
AB
>
O
z = o
x > o3
,
: E
P
=
ae
[D(B)=
x
z =a OO
t 7 0 ,
b.3.
-
q?_
Ep
-
K(B)1
~ Ep
92
Pada permukaan AE d a n Dl? a k a n t e r j a d i l a j u a l i r a n a i r k e
dalam guludan dengan a r a h dua d i m e n s i ,
dan k e a r a h v e r t i k a l .
ke a r a h h o r i z o n t a l
Pada k o n d i s i p e r b a t a s a n i n i ,
karena
merupakan d a e r a h penggenangan a i r , maka .:
t >
o ,
e
=
e,
,
AE &
DF
: I
P
=
~
( a e e + )~
~( a ee + )K ( e~)
(3-30)
Tanda p o s i t i p pada p e r s a m a a n
(3-30)
adalah sebagai petunjuk
bahwa a i r a k a n masuk k e d a l a m s i s t e m
b.4.
(guludan).
S e p a n j a n g p e r b a t a s a n EG d a n F H t e r j a d i l a j u a l i r a n seb e s a r q3 k e d a l a m g u l u d a n d e n g a n a r a h d u a d i m e n s i k e
arah horizontal dan ke arah v e r t i k a l
b.5.
A p a b i l a pada d a s a r g u l u d a n
:
( z = z b ) kandungan a i r t a n a h -
n y a l e b i h b e s a r d a r i kandungan a i r p a d a w a k t u t sebe
-
lumnya, maka a k a n t e r j a d i l a j u a l i r a n a i r k e bawah m e l a l u i zone p e r a k a r a n
1.3.2.
(q4) :
P e n y e l e s a i a n Persamaan
D i s t r i b u s i Kandungan A i r Tanah
1.3.2.1.
Untuk mendapatkan d i s t r i b u s i kandungan a i r t a n a h d i p e r gunakan persamaan
(3-221,
dalam b e n t u k l a i n
,
-
Persamaan
(3-33)
"beda t e r b a t a s
dan persamaan i n i d a p a t d i n y a t a k a n
yaitu :
d i s e l e s a i k a n secara n u m e r i k d e n g a n metoda
( f i n i t e d i f f e r e n c e ) " , y a i t u b e r d a s a r k a n pem-
b e n t u k a n k i s i penampang g u l u d a n d e n g a n j a r a k
l a n g waktu A t
(Gambar 3-5).
Ax,
h z d a n se-
Gambar 3-5.
Skematis pembentukan kisi pada guludan
dengan 83 titik perhitungan
Kandungan air tanah pada titik-titik kisi ditandai dengan
i
j
:
Z = jAz
X = iAx
i = 1
2
3 I
j = 1.2,3
t = uAt
,.... J
t = 0,1,2..
Dengan demikian nilai €I (X,2, t) = 8 (iAx,jAz,uAt)
Penyelesaian persamaan
a D- ae
- -,:D
a z az
(3-34)
.
.
(3-33) menjadi :
-
t+l
t+l
j+1
~ t , ~ -ei,l+l
l
'i, j-1
~ A Z
2AZ
-
t
d i mana h
p i 8 j = h:i,j
+
R.z
;
Azl = ( = i sj+l-=i, j-
/2
pada Sw nilai Ax = 1 cm
Untuk penyederhanaan dibuat Ax = Az,
(3-33) menjadi
et+l
Ai,j i-1.j
sehingga persamaan
:
+ B ~ t+l+~i
i
.j
t+l
.'t+l
i,j+l
1,j
-
Fi.j
(3-35)
N 2
atau
dimana
-
= F
:
"i,
j
Bi,
j
Ci,
-
Di,,
t
t
= A t / 4 (Di-l,j
=
-
4~tD;
,j
t
= A t / 4 (Di+l
+ 4Di,,
-
t
Ei,
j = A t / 4 (D:,
AtAz
,j-1
D:+~,
-
D:-~,
(Az12
,j +
= A t / 4 (Di, j-l
-
4 ~ :
+ 4Di
.
.
j
j
+
4Di
-
Ki,
j+l
-Dt
)
j)
i, j + l
-
)
(Az)2 ei,,
t
+
Perhitungan perubahan kandungan a i r berdasarkan pada kanduD e n g a n d e m i k i a n u n t u k m e n g h i t u n g piT-
ngan a i r s e b e l u m n y a .
rubahan kandungan a i r pada w a k t u t+l digunakan n i l a i - n i l a i
k o n d u k t i v i t a s h i d r o l i k , d i f f u s i v i t a s dan h i s a p a n m a t r i k s
t a n a h yang d i h i t u n g berdasarkan kandungan a i r pada w a k t u t.
D e n g a n m e n g g u n a k a n k p n d i s i a w a l dan k o n d i s i b a t a s
s a n ) -serta b a n t u a n k o m p u t e r ,
(perbata-
p e r s a m a a n s i m u l t a n d i a t a s da-
pat diselesaikan.
U n t u k m e n d a p a t k a n k e s t a b i l a n d a l a m p e r h i t u n g a n dengan
m e t o d a beda t e r b a t a s ,
p e r l u adanya s u a t u k o n d i s i p e m b a t a s .
R e m s o n e t a1 ( 1 9 7 1 ) m e n g e m u k a k a n b a h w a k e s t a b i l a n tersebut
dapat dicapai apabila :
D ( O ) A ~ / ( A Zc
) ~0 . 5
D ( @ ) A ~ / ( A x )