2. Pergerakan Air Selama Masa Pertumbuhan Tanaman 2.1. Fluks Aliran Air

55 Konduktivitas hidrolik tanah tak jenuh tiap lapisan kedalaman tanah dapat digunakan sebagai petunjuk cepat atau lambatnya aliran air pada tiap lapisan kedalaman tanah pada setiap nilai kadar air, sehingga berpengaruh pada distribusi air tiap lapisan tanah. Distribusi air tiap kedalaman tanah berpeluang meningkatkan kelarutan hara pada tiap lapisan tanah. Selain itu, pergerakan air yang cepat berpotensi membawa hara baik yang masih berupa pupuk maupun yang terlarut; sehingga terjadi perbedaan kadar hara pada setiap lapisan tanah. 5. 2. Pergerakan Air Selama Masa Pertumbuhan Tanaman 5.2.1. Fluks Aliran Air Besarnya fluks aliran air dalam tanah di lahan kering sangat dipengaruhi oleh besarnya hujan, karena sumber air utama hanya berasal dari hujan. Fluks aliran air dalam tanah selain dipengaruhi oleh besar hujan, juga dipengaruhi oleh intensitas hujan, kadar air tanah sebelumnya, dan konduktivitas hidrolik tanah. Namun pengaruh intensitas hujan dan kadar air tanah sebelumnya terhadap fluks aliran air dalam penelitian ini secara statistik tidak nyata korelasinya sangat rendah. Pengaruh jumlah hujan terhadap fluks aliran air sampai kedalaman 50 cm menunjukkan peningkatan dengan makin besarnya jumlah hujan dengan koefisien korelasi sebesar 0,73 Gambar 7 dan Lampiran 23. Fluks aliran air makin besar makin negatif besar dengan makin besarnya jumlah hujan. Namun pengaruh besarnya hujan terhadap fluks aliran air dalam tanah dikendalikan oleh laju infiltrasi tanah, di mana laju infiltrasi tanah dipengaruhi konduktivitas hidrolik dari profil tanah. Pada saat tidak terjadi hujan kadar air dalam tanah rendah, sehingga air diikat kuat oleh matrik tanah. Dengan demikian air sulit bergerak, sehingga fluks aliran air sangat rendah mendekati nol, atau dapat terjadi fluks aliran air ke atas karena adanya perbedaan potensial matrik. Air dapat mengalir dari kadar air yang lebih tinggi ke yang lebih rendah dari basah ke kering. Fluks aliran air dari lapisan bawah menuju ke permukaan tanah fluks positif dapat terjadi akibat evaporasi karena pemanasan sinar matahari di permukaan tanah. 56 Pada waktu hujan dengan jumlah rendah, sebagian besar air membasahi lapisan tanah dan terikat kuat dalam pori mikro tanah. Pada kondisi ini, apabila tanah belum jenuh, terjadi aliran tak jenuh dalam tanah. Hujan-hujan rendah yang terjadi secara berulang dapat menyebabkan aliran air melalui matrik tanah, sehingga membasahi tanah secara berangsur. Adanya tambahan air hujan membuat kadar air di permukaan tanah meningkat, sehingga potensial air tanah juga meningkat. Keadaan ini membuat perbedaan potensial air tanah yang besar antara lapisan atas dengan lapisan tanah di bawahnya, sehingga daya penggerak air juga makin besar. Makin besarnya daya penggerak akibat curah hujan yang makin besar mengakibatkan fluks aliran air makin besar. Sugita et al. 2004 menyatakan bahwa, hujan besar dapat menyebabkan pergerakan air hanya melalui pori-pori makro tanpa menembus matrik tanah. Melalui peristiwa ini, memungkinkan apabila terjadi hujan besar dapat meningkatkan fluks aliran air makin besar, terutama melalui pori-pori makro tanah. Namun pada hujan-hujan kecil, aliran air hanya menembus matrik tanah pori mikro. Besarnya fluks aliran air meningkat terus dengan makin besarnya jumlah hujan sampai menuju nilai yang konstan karena besarnya aliran air yang masuk ke dalam tanah dikendalikan oleh laju infiltrasi tanah dan laju infiltrasi tanah dipengaruhi oleh konduktivitas hidrolik pada kedalaman tanah yang diperhitungkan. Menurut Hanks dan Ascroft 1986, pada saat awal hujan kadar Gambar 7. Hubungan curah hujan dengan fluks aliran air q = q min + q -q min e -0,023CH r = 0,73; n = 363 -5 -3 -1 1 3 5 10 20 30 40 50 60 Curah hujan mm F lu ks c m h a ri 57 air dalam tanah rendah, sehingga konduktivitas hidrolik di permukaan tanah rendah dan gradient hidrolik tinggi. Dalam keadaan demikian laju infiltrasi tanah tinggi karena sorpsitivitas tanah tinggi. Makin lama kejadian hujan, konduktivitas hidrolik tanah meningkat seiring peningkatan kadar air tanah menuju nilai yang konstan, tetapi gradient hidrolik menurun menuju nilai yang kontans sehingga laju infiltrasi juga menurun menuju nilai yang konstan. Pada saat laju infiltrasi di permukaan tanah telah mencapai minimumkonstan, besarnya sama dengan konduktivitas hidrolik jenuh di permukaan tanah; dan pada saat demikian fluks aliran air pada kedalaman tertentu kedalaman tanah yang mencapai jenuh telah mencapai maksimum konstan. Oleh karena itu pengaruh besarnya hujan terhadap fluks aliran air dalam tanah secara umum dapat dimodelkan sebagai berikut: di mana: q = fluks aliran air cmhari; q min = fluks aliran air pada nilai minimum konstan; q = fluks aliran air pada waktu tidak ada hujan, dan b adalah suatu konstanta. Besarnya fluks aliran air pada waktu tidak ada hujan q , tergantung pada kondisi kadar air awal. Apabila kadar air awal rendah, maka fluks aliran air rendah dan apabila kadar air awal tinggi maka fluks aliran air tinggi makin negatif. Fluks aliran air pada nilai maksimum negatif paling besar, q maks , ditentukan oleh laju infiltrasi tanah, di mana laju infiltrasi tanah tersebut dipengaruhi oleh konduktivitas hidrolik, tekstur, struktur, dan heterogenitas profil tanah. Dengan demikian karakteristik pori di dalam profil tanah sangat menentukan dalam fluks aliran air dalam tanah. Berdasarkan data hasil pengamatan, besarnya q 0, q min , dan b masing-masing adalah 0.24 cmhari, -2.12 cmhari, dan 0,023; sehingga persamaan 17 di atas menjadi: q = q min + q – q min e -bCH .........................17 q = - 2,12 + 2,36 e - 0,023 CH ........................18 58 Pengaruh besarnya curah hujan terhadap fluks aliran air dalam penelitian ini belum sampai menyebabkan besarnya fluks aliran air mencapai nilai maksimum konstan. Keadaan seperti ini dapat tercapai apabila keadaan steady yang bisa terjadi bila laju infiltrasi telah mencapai konstan dan kadar air pada kedalaman tanah yang diperhitungkan 50 cm telah mencapai konstan yaitu apabila tanah telah mencapai kondisi jenuh. Apabila intensitas hujan telah melebihi laju infiltrasi minimum konduktivitas hidrolik jenuh permukaan tanah, maka dapat menyebabkan terjadinya genangan di permukaan tanah. Berdasarkan Gambar 6 dan Lampiran 18, laju konduktivitas hidrolik jenuh lapisan permukaan yang mencerminkan besarnya laju infiltrasi minimum besarnya 1,14 cmjam dan rataan konduktivitas hidrolik tak jenuh sampai kedalaman 50 cm adalah 0,99 cmjam. Berdasarkan data hujan lokasi penelitian selama percobaan Lampiran 25, intensitas hujan yang besar hanya terjadi dalam waktu yang relatif singkat dan pada kondisi kadar air tanah sebelumnya rendah, sehingga belum menyebabkan tercapainya kapasitas infiltrasi tanah. Pada sistem lahan kering, pergerakan air sering terjadi pada keadaan tak jenuh, sehingga fluks aliran air ditentukan oleh perbedaan potensial air maupun konduktivitas hidrolik dalam kondisi tak jenuh. Berdasarkan analisis regresi berganda pengaruh karakteristik pori terhadap fluks aliran air menunjukkan bahwa fluks aliran air selama waktu penelitian sangat nyata dipengaruhi oleh ruang pori air mobil Fluks = - 1,09 + 0,05 RP air mobil; r = 0,74 Lampiran 21 dan 22. Semakin banyak proporsi ruang pori air mobil dalam tanah, fluks aliran air makin besar. Sebaliknya apabila proporsi ruang pori air mobil makin sedikit dan proporisi ruang pori air imobil makin banyak, maka fluks aliran air makin rendah. Pada sistem lahan kering, aliran air selalu berada dalam kondisi tak jenuh, yaitu pada kondisi di bawah kapasitas lapang. Kondisi kadar air selama pengamatan sering berada pada hisapan matrik 2 bar, terutama di lapisan bawah Lampiran 19, 20, 26, dan 28. Oleh karena itu air yang berada dalam ruang pori air mobil ruang pori dengan diameter 15x10 -4 mm merupakan air yang diikat lemah oleh matrik tanah dan ikatan kohesi antara molekul air lebih kuat dan cenderung bergerak, sehingga fluks meningkat Apabila proporsi ruang pori 59 ukuran besar, seperti ruang pori air mobil, makin sedikit maka proporsi ruang pori ukuran kecil ruang pori air imobil makin besar. Ruang pori air imobil tersebut cenderung mengikat air secara kuat, sehingga mengurangi fluks aliran air dalam tanah. Pada sistem lahan kering, seperti pada penelitian ini, pergerakan air secara cepat melalui pori-pori drainase hanya sering terjadi ketika ada hujan atau beberapa saat setelah hujan. Setelah kadar air berada di bawah kapasitas lapang, maka pergerakan air lebih dikendalikan oleh ruang pori air mobil pada ukuran 15x10 -4 mm φ 0,01 mm, yaitu ruang pori yang dapat dikosongkan oleh hisapan antara 0,33 bar sampai 2 bar. Fluks aliran air rataan tiap kedalaman tanah selama masa pengamatan berbeda-beda nilainya Gambar 8 dan menunjukkan fluks positif pergerakan air ke atas akibat pengaruh evapotranspirasi. Hal ini menunjukkan bahwa potensial air di lapisan bawah sering lebih tinggi kondisi lebih basah, Lampiran 26 dan 28, sehingga air bergerak ke lapisan di atasnya. Fluks aliran air pada kedalaman 30-40 cm minimum, menunjukkan bahwa pada lapisan tersebut fluks rataan hampir nol. Pada lapisan tersebut terjadi keseimbangan antara aliran ke atas dan aliran ke bawah sehingga fluks secara total minimum. Di dalam lapisan tanah lahan kering hal ini umum terjadi dan disebut zero flux plane. Hal tersebut menunjukkan bahwa aliran ke bawah pada kedalaman 30-40 cm mulai terhambat karena redistribusi pada kedalaman 40 cm sangat lambat. Berdasarkan kadar air Gambar 8. Fluks aliran air rataan pada tiap kedalaman tanah 0,004 0,001 0,009 0,009 0,017 -50 -40 -30 -20 -10 K edal am an t anah c m 0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 Fluks cmhari 60 harian menunjukkan bahwa pada kedalamn 30 cm terjadi aliran air ke atas yang dimulai pada kadar air di bawah kapasitas lapang, sedang pada kedalaman 30 cm terjadi aliran ke bawah pada kadar air di atas kapasitas lapang. Hal ini menunjukkan bahwa gradient hidrolik untuk pergerakan air ke atas 30cm lebih besar daripada ke bawah 30 cm, dan konduktivitas hidrolik ke lapisan 30 cm lebih rendah. Perbedaan besarnya fluks antara tiap lapisan kedalaman tanah sangat dipengaruhi oleh potensial air tanah maupun karakteristik pori yang menentukan kapasitas retensi air dan konduktivitas hidrolik tanah, sehingga secara bersama-sama menentukan fluks aliran air. Apabila fluks aliran air dikaitkan dengan konduktivitas hidrolik tak jenuh Lampiran 18 dan Gambar 6, maka fluks aliran air rataan Gambar 8 terjadi pada kadar air 33 , 35 , 33 , 33 , dan 34 masing-masing untuk kedalaman 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 30-40 cm, dan 40-50 cm. Berdasarkan data pengamatan lapang, fluks aliran air ke atas dapat terjadi mulai pada kadar air 38 , 41 , 43 , 44, dan 47 masing-masing untuk kedalaman 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 30-40 cm, dan 40-50 cm Gambar 9. Besarnya kadar air untuk terjadinya fluks aliran ke atas tersebut sedikit di bawah kadar air kapasitas lapang masing-masing kedalaman tanah. Fluks aliran air ke atas tersebut dapat menyumbangkan untuk proses evapotranspirasi. Besarnya kadar air untuk mulai Gambar 9. Hubungan kadar air tanah dengan fluks aliran air selama masa pertumbuhan tanaman -0,15 -0,05 0,05 0,15 30 35 40 45 50 55 60 Kadar air vol F luk s c m ha ri 0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm 30-40 cm 40-50 cm 61 terjadinya fluks aliran air ke atas semakin besar dengan makin dalamnya tanah. Hal ini dikarenakan semakin jauh dari permukaan tanah, makin kecil pengaruh proses evapotranspirasi. Selain itu, kadar air pada kapasitas lapang di lapisan bawah lebih besar dibanding lapisan atas Lampiran 14. Adanya zero flux plane pada kedalaman 30-40 cm, terlihat pada Gambar 9, bahwa semakin besar kadar air menyebabkan fluks aliran air bergerak ke atas. Hal ini menunjukkan secara total gradient potensial air ke atas lebih besar daripada ke bawah. Fluks aliran air pada zona perakaran dapat menunjukkan laju distribusi air hujan pada zona perakaran tersebut. Semakin besar fluks aliran air, memungkinkan pergerakan dan distribusi air sepanjang zona perakaran makin lancar.

5.2.2. Pergerakan Air Transient dalam Tanah