Bab 4. AIR TANAH
Foto : Kurniatun Hairiah
Apa yang dipelajari ?
Kapilaritas dan Air Tanah Konsep Enerji Air Tanah Kadar Air dan Potensial Air Mengukur Kadar dan Potensial Air Macam-macam aliran air di dalam tanah Retensi Air di Lapangan Klasifikasi Air Ketersediaan air bagi Tanaman 2
AIR berada di ………………… dalam ruangan PORI (diantara MATRIKS tanah)
Partikel Tanah
Ruangan Pori
Air Tanah
Bagaimana air bisa tinggal dalam ruangan pori ? • Diikat oleh partikel (padatan) • Diikat oleh gaya adhesi dan kohesi KAPILARITAS
Molekul Air dan Kapilaritas • Satu melekul air terbentuk ketika 2 • •
atom H terikat secara kovalen dengan 1 atom O Di dalam ikatan kovalen, elektron dijumpai antar atom Atom oksigen menarik elektron lebih kuat dibanding hidrogen. Keadaan ini menyebabkan terjadinya distribusi muatan yang tidak simetris pada air .
Molekul Air dan Kapilaritas • Molekul yang memiliki ujung akhir
dengan muatan positif dan negatif disebut molekul polar • Sifat polar tersebut memungkinkan air untuk memisahkan molekul larutan polar , oleh karena itu air dapat melarutkan banyak sekali senyawa kimia • Jadi, satu molekul air bukan molekul netral
Kohesi & Adesi • Penarikan 1 molekul air ke molekul air lainnya •
•
disebut kohesi Adesi terjadi jika molekul-molekul air ditarik oleh jenis melekul lainnya, seperti gelas, tanah, logam, atau daun tanaman karena permukan molekul lain tersebut juga mempunyai muatan Gaya Adesi lebih kuat dibandingkan dengan gaya kohesi
Air Adesi- air yang ditarik ke permukaaan padatan
• Di ikat oleh gaya elektrik •
• • •
yang kuat – energi rendah Sedikit pergerakan- di ikat kuat oleh tanah Berada dalam bentuk film Tidak tersedia bagi tanaman Dapat hilang dari tanah melalui pengeringan tanah dalam oven
Air Kohesi – air ditarik oleh molekul air lainnya
• Di ikat oleh ikatan •
• •
hidrogen Status cair dalam film air Sumber air utama untuk tanaman energi lebih besar dibandingkan adesi
Air Gravitasi • Dijumpai dalam pori-pori makro • Mempunyai energi terbesar • Bergerak bebas akibat gaya gravitasi
Air mengalir …… Aliran permukaan terjadi karena gaya gravitasi
gravitasi
Apakah air selalu mengalir ke bawah ? Foto: M van Noordwijk
Air juga bisa mengalir ke atas . . . . . Menyiram tanaman melalui selokan ……….. Air diberikan lewat selokan Air membasahi permukaan
Kapilaritas
Air bisa mengalir naik melalui ruang pori tanah secara kapiler, disebabkan oleh gaya-gaya adhesi dan kohesi
Potensial Air LARUTAN TANAH osmotik
AIR matriks
absorpsi
gravitasi
PARTIKEL TANAH PUSAT BUMI
AKAR
Potensial Air - Y • Potensial gravitasi • Potensial matriks
Potensial Total
• Potensial osmotik
Y t = Y g + Y m + Yo
Tegangan Air (+) atau Potensial (-) 0 bar -0.33 bar -1 bar --15 bar
Gaya Kapiler (matriks) h = 0.15/r 2g cos a h = rrg
g = tegangan permukaan a = sudut kontak r = jari-jari pipa (pori) r = berat jenis air g = gravitasi
Pori yang halus menahan air ditahan dengan energi yang lebih besar
Gaya Osmotik Air mengalir melewati selaput semipermeabel Na+
H
H
K+
H O
H
H
O
H O
H
H
H H O
H
Cl-
O
H
H
Cl-
H
O
O
O H
O H
O H O H
H O H
H
H
H
H
Konsep Energi Air mengalir dari energi tinggi ke enerji rendah
tanah basah pori kasar enerji H2O lebih tinggi
tanah kering Aliran H2O
pori halus enerji H2O lebih rendah
(lebih negatif) perbedaan enerji bebas menyebabkan pergerakan H2O
Potensial Air • Potensial air tanah total = Potensial Matrik + potensial • • •
gravitasi + Osmotik (garam) Jika tanah mengering, maka potensial matrik berkurang atau jumlah negatif lebih besar 0 -5 -8 -10 -15 -55 -100 jenuh. basah - -------- kering ------- > sangat kering
Mengukur Kadar Air Tanah Gravimetrik : •• Timbang Tanah (Padatan + Air) = G1 •• Keringkan dan Timbang (Padatan) = G2 •• Hitung kadar air (w)
w =
G1 – G2
G2
(g g-1)
Alat-alat untuk Mengukur Air Tanah Gypsum Block Elektroda (Resistensi) Sinar Gamma
Sinar Neutron Tensiometer TDR (Time Domain Reflectometer)
Neutron Probe
Berapa banyaknya air dalam tanah ? Kadar Air w (massa) =
Ma/Mp
kg kg-1
q (volume)=
Va/Vt
m3 m-3
t (tebal)
Ta/Tt
mm m-1
=
Ma=massa air
Mp = massa padatan
Va =volume air
Vt = volume tanah
Ta =tebal air
Tt = tebal tanah
Satuan Pengukuran Air Tanah Kadar Air Tanah :
Kadar Air massa
kg kg-1
Kadar Air Volume
m3 m-3
Tebal Air
mm
Potensial Air Tanah Potensial per massa J kg-1 Potensial per volume N m-2 = Pa Potensial per berat
m
Konversi Satuan 1 atm = 760 mm Hg = 1020 cm H2O = 1 bar = 100 KPa
cm H2O 300 1.000 10.000 15.000
bars -0.3 -1 -10 -15
kPa -30 -100 -1000 -1500
pF 2,5 3,0 4,0 4.2
pF = logaritma tekanan air dalam satuan cm H2O
Kadar Air dan Potensial Air Tanah jenuh = jumlah air banyak • Potensial rendah • Air mudah dilepaskan
Tanah kering = jumlah air sedikit • Potensial kuat (nilai makin negatif) • Air sulit dilepaskan
Kadar Air dan Potensial Air Semakin kering tanah semakin kuat potensial air tanah : • Ada hubungan antara Kadar Air vs Potensial • Hubungan berbentuk semi-logaritmik • Disebut : o
Kurva Karakteristik Air Tanah
o
Kurva pF
Kurva pF : Pengaruh Tekstur Tanah
Tekanan Air (bars)
-20
tanah berliat
0
tanah berpasir
Kadar Air (%)
Kurva pF : Pengaruh Struktur Tanah Tekanan Air (bars)
-100
tanah mampat
Tanah beragregat 0
Kadar Air (%)
Histeresis
2r
0.5 2R pembasahan pengeringan
pengeringan
q
pembasahan
0
Tekanan Air (bars)
-100
Alat ukur pF
Air Tanah : Klasifikasi & Ketersediaan FISIK
BIOLOGI
0.0 gravitasi
tdk tersedia (drainase)
- 0.3
tersedia
y (bars) -15
kapiler
tdk tersedia - 30 uap
Klasifikasi Air didalam Pori
Klasifikasi Air Tanah • • • •
0 sampai -0.3 bar = Gravitasi (tidak tersedia) -0.3 bar = kapasitas lapangan -15 bar = titik layu antara -0.3 & -15 air tersedia bagi tanaman (available water capacity = AWC) • -15 sampai -100 bar = status tanah kering udara • -10,000 bar = tanah kering oven
Kapasitas Menahan Air Kapasitas beberapa tanah dalam menahan air
TEKSTUR TANAH
Prosentase Air (Kadar air volume, q) Kapasitas Koefisien Air Lapangan Higroskopis Kapiler
Lempung berpasir Lempung berdebu Liat
12 30 35
Tekanan (atm = bar)
- 0,3
3 10 18 - 31
9 20 17 (-0,3)–(-31)
Bandingkan istilah2 ini dengan klasifikasi air secara fisik & biologi !
Air Tanah dan Tanaman Fakta :
• Air tanah terikat dalam berbagai tingkat kekuatan (potensial) • Tanaman menyerap air melalui akar dengan kekuatan isap maksimum
Konsekuensinya : Air tanah dapat diserap akar, bila kekuatan isap akar lebih besar dari kekuatan ikatan matriks AIR TERSEDIA BAGI TANAMAN
Faktor mempengaruhi AWC tanaman AWC = Kapasitas lapangan-Titik Layu • Kedalaman perakaran
– Jenis tanaman – Stadium pertumbuhan
• Kedalaman lapisan pembatas pertumbuhan akar • Infiltrasi vs. limpasan permukaan (makin banyak air masuk ke tanah, makin banyak air disimpan) • Jumlah fraksi kasar (terutama kerikil) • Tekstur Tanah – ukuran dan jumlah pori
– Lempung berdebu memiliki AWC terbesar, kemudian lempung, lempung berliat, lempuang liat berdebu
Apa Komentar Anda ?
Sebaran akar sorghum (a) di tanah kering dan (b) tanah yang diairi (Russel, 1994)
Ketersediaan Air bagi Tanaman Air Drainasi : Setelah hujan atau penggenangan, air masih mengalir ke bawah (drainasi) Kapasitas Lapangan : Air yang tidak mengalir ke bawah lagi tetapi tinggal/diikat dalam ruangan pori Titik Layu : Air tinggal sedikit diikat sangat kuat sehingga akar tidak bisa menyerapnya (tanaman menunjukkan gejala layu)
Aliran Air dalam Tanah Ada 3 macam Aliran Air dalam Tanah: 1. Aliran jenuh (saturated flow)
2. Aliran tidak jenuh (unsaturated flow) 3. Aliran uap air (vapor flow) Prinsip Aliran (hukum Darcy) :
q =-k
dY ds
Air mengalir karena ada perbedaan tekanan antara dua titik (dY/ds) Aliran air melalui pori-pori tanah, memiliki sifat daya hantar berbeda-beda (k)
Aliran Tidak Jenuh : Pengaruh Tekstur Tanah
Pergerakan Air • Air tidak akan
bergerak ke pasir sampai lempung menjadi jenuh t1 t2 t3 t4
Pergerakan Air • Air bergerak ke liat
setelah kontak dengan liat, tetapi karena liat menggerakan air lambat yang terbentuk di atas lapisan liat
Siklus Hidrologi • Evaporasi • Transpirasi • Cadangan air tanah
menentukan kandungan air bawah tanah
Neraca Air
http://wwwcimis.water.ca.gov/cimis/infoIrrBudget.jsp
AIR adalah sahabat kita, AIR selalu dibutuhkan dalam kehidupan kita…TETAPI…… AIR bisa juga tidak bersahabat dengan kita! ………….Kapan?
52
