15
BAB III METODE PENELITIAN 3.1
Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan di Sub DAS Cipeureu, Kawasan Hutan Pendidikan
Gunung
Walat,
Kecamatan
Cibadak,
Kabupaten
Sukabumi.
Penelitian
dilaksanakan pada Bulan Juli sampai Desember 2011. Peta lokasi penelitian disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2 Peta lokasi penelitian.
16
3.2
Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah GPS (Global Positioning
System), Komputer dengan perangkat lunak Microsoft Excel, Minitab 14, SAS 9.1.3, dan HYDRUS 1D 4.14. Sebagai bahan berupa satu set data kadar air tanah dan data retensi air tanah (pF) dari enam plot pengamatan, masing-masing plot pengamatan terdiri dari sembilan kedalaman.
3.3
Pengumpulan Data
3.3.1 Jenis Data Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah: data curah hujan, data koordinat plot contoh tanah, data kadar air tanah, data retensi air tanah, dan data konduktivitas hidrolika tanah jenuh (Ks).
3.3.2 Metode Pengumpulan Data 3.3.2.1 Data Curah Hujan Data curah hujan diperoleh dari catatan kejadian hujan di stasiun 12A Sekarwangi, Cibadak, Sukabumi. Data curah hujan yang digunakan yaitu curah hujan harian tanggal 16 – 23 November 2010.
3.3.2.2 Data Kadar Air, Retensi Air Tanah dan Konduktivitas Hidrolika Tanah Jenuh Data kadar air, retensi air tanah, dan konduktivitas hidrolika tanah jenuh bersumber dari hasil pengukuran yang dilakukan oleh Tim Peneliti dari IPB dan Universitas Kyoto di Hutan Pendidikan Gunung Walat Tahun 2009. Tahapan pengukuran adalah sebagai berikut: 1. Pengambilan Contoh Tanah Utuh di Lapangan Pengambilan contoh tanah utuh atau tidak terganggu dilakukan oleh Kosugi et al. (2009). Pengambilan contoh tanah utuh, menggunakan ring contoh tanah berukuran 100 cm3, dilakukan di lereng berhutan (puncak lereng sampai kaki lereng) dengan jenis tanah latosol merah kuning, sebanyak 6 buah plot seperti terlihat pada Gambar 3.
17
Jarak Vertikal (meter)
20
Plot 1 Plot 2 10
Plo ot 3 Plot 4 Plot 5 5 Plot 6
Sungai 0 -10
0
10
20
30
40
50
60
Jarak Horizontal (meterr) Kaki K Leereng
Bagiian Baw wah Lereeng
Pertengaahan Leren ng
Bagiann Atas Lerengg
Puncak lereng
Sumber: Koosugi et al. (20009) dan Penggukuran Ulang g di Lapangann
Gambarr 3 Lokasi plot p contoh tanah di lerreng berhuttan. Infoormasi kemiiringan lerenng puncak lereng samppai kaki lerreng berdasarkan SK Menteeri Pertaniann No.837/Kp Kpts/Um/11//1980 adalahh sebagai beerikut: Tabel 1 Innformasi keemiringan leereng di pun ncak sampaai kaki lerenng Posisi Leereng Puncak leereng Bagian attas lereng Pertengahhan lereng Bagian bawah lerengg Bagian bawah lerengg Kaki lereeng
Kemiringa an Lereng 9% 9 35 5% 52 2% 48 8% 55 5% 74 4%
Keterangan Landai Curam Sangat cu uram Sangat cu uram Sangat cu uram Sangat cu uram
Sumber: Koosugi et al. (20009)
Penggambilan contoh c tanah utuh di d masing-m masing ploot dilakukaan di sembilan kedalaman, k yaitu di keedalaman 0-5 cm (2,5 cm) ; 7,5-122,5 cm (10 cm) ; 17,5-22,5 cm (20 cm m) ; 27,5-32,,5 cm (30 cm) c ; 37,5-442,5 cm (400 cm) ; 47,5 5-52,5 cm (50 cm m) ; 57,5-622,5 cm (60 cm), 77,5-8 82,5 cm (800 cm) ; 97,55-102,5 cm m (100 cm). Di masing-masi m ing kedalam man diambiil 3 contoh tanah utuhh, yaitu di posisi p kanan (R)), tengah (C C), dan kirri (L), sehiingga jumlaah total contoh tanah utuh adalah sebbanyak 162 contoh tanaah (jumlah contoh c tanaah utuh padaa masing-m masing plot adalaah 27 conntoh tanah). Skema pengambilan contoh tanah terrsebut dijelaskann pada Gambbar 4.
18 Permukaan Tanah 2.5 cm
L
C
R
0-5 cm
10 cm
L
C
R
7.5-12,5 cm
20 cm
L
C
R
17.5-22,5 cm
30 cm
L
C
R
27.5-32,5 cm
40 cm
L
C
R
50 cm
L
C
R
60 cm
L
C
R
L
C
R
L
C
R
80 cm
100 cm
37.5-42,5 cm
47.5-52,5 cm
57.5-62,5 cm
77.5-82,5 cm
97.5-102,5 cm
1 meter Keterangan: L merupakan posisi kiri, C merupakan posisi tengah, dan R merupakan posisi kanan. Sumber: Puspitasari (2011)
Gambar 4 Skema pengambilan contoh tanah (sisi penampang melintang tanah). 2. Pengukuran Koordinat Plot Di masing-masing plot diukur kemiringan lereng (derajat) dan jarak lapang (meter) menggunakan Clinometer dan pita meter. Untuk memperoleh koordinat masing-masing plot digunakan rumus: ∆
;∆
cos
; p = n - 1 ......................................... (11)
∆
;∆
sin
; p = n - 1 .......................................... (12)
Keterangan: ; ; ;∆ ∆
= Koordinat x dan y plot ke-n (meter) = Koordinat x dan y plot ke-p (meter) = Jarak antara koordinat x ; y, plot n dan p (meter) = Kemiringan lereng antara plot p dan n (derajat) = Jarak lapang antara plot p dan n (meter)
Plot pertama merupakan titik ikat yang diketahui koordinatnya melalui GPS.
19
3. Pengukuran Kadar Air Tanah dan Retensi Air Tanah Data kadar air tanah volumetrik diukur di beberapa retensi air tanah, yaitu 0, -5, -10, -20, -30, -40, -50, -70, -100, -200, -500, dan -1000 cmH2O. Pengukuran retensi air tanah dilakukan oleh Kosugi et al. (2009) di Laboratorium Pengendalian Erosi, Universitas Kyoto-Jepang. Alat-alat yang digunakan yaitu timbangan, oven elektrik, dan pressure plate apparatus. Tahapan pengukuran kadar air dan retensi air tanah adalah sebagai berikut: 1. Menjenuhkan masing-masing contoh tanah dengan cara merendam contoh tanah secara perlahan-lahan sampai air muncul di permukaan. 2. Menimbang contoh tanah yang sudah jenuh dan mencatat beratnya (merupakan berat basah tanah). 3. Menutup contoh tanah yang telah dibasahi dengan kertas saring kemudian memasukannya ke dalam pressure plate aparatus. 4. Memberikan beberapa tekanan, yaitu -5, -10, -20, -30, -50, -70, -100, -200, 500 dan -1000 cmH2O secara bertahap terhadap contoh tanah yang telah dimasukan ke dalam pressure plate aparatus. 5. Menyimpan setiap contoh tanah dengan tekanan yang berbeda dalam pressure plate aparatus selama 5 – 7 hari, kemudian dikeluarkan dan ditimbang beratnya (berat kering tanah). 6. Menghitung kadar air volumetrik pada setiap tekanan dengan menggunakan rumus sebagai berikut: ................................................................................... (13) Keterangan: = Kadar air volumetrik (cm3/cm3) BBT = Berat basah tanah (gram) BKT = Berat kering tanah (gram) VT = Volume tanah total (cm3) = Massa jenis air (gram/cm3) Kadar air dari setiap kedalaman merupakan rata-rata kadar air dari tiga contoh tanah yang diambil.
4. Pengukuran Konduktivitas Hidrolika Tanah Jenuh Pengukuran konduktivitas hidrolika tanah jenuh dilakukan oleh Kosugi et al. (2009) di Laboratorium Pengendalian Erosi, Universitas Kyoto-Jepang dengan
20
menggunakan metode falling head. Alat yang digunakan terdiri dari gelas ukur, pipa ukur, dan stopwatch. Tahapannya adalah sebagai berikut: 1. Menjenuhkan masing-masing contoh tanah secara perlahan-lahan dengan cara merendamnya dalam sebuat alat penampung yang sudah diisi air sampai ketinggian 2 mm sebelum batas tepi ring contoh tanah selama 2x24 jam. 2. Menutup masing-masing contoh tanah dengan plastik untuk mengurangi evaporasi. 3. Meletakkan contoh tanah yang telah jenuh di atas alas berpori agar dapat melewatkan air dari contoh tanah. Kemudian bagian atas ring contoh tanah dipasang pipa ukur. 4. Pengukuran menggunakan metode falling head dimulai dengan mengisi air ke dalam pipa ukur dan diukur perubahan (penurunan) tinggi air terhadap waktu dengan menggunakan stopwatch. 5. Menghitung konduktivitas hidrolika jenuh (Ks) menggunakan persamaan Darcy, yaitu: K
∆
................................................................................. (14)
Keterangan: Ks = Konduktivitas hidrolika tanah jenuh (cm/detik) L = Tinggi contoh tanah (cm) H0; H1 = Tinggi air awal dan akhir pengukuran (cm) ∆ = Perubahan waktu (detik) 3.4
Metode Pengolahan dan Analisis Data
3.4.1 Sifat Hidrolika Tanah Tidak Jenuh Sifat hidrolika tanah tidak jenuh dianalisis dengan menggunakan kombinasi fungsi retensi air tanah dan konduktivitas hidrolika tanah model Lognormal (LN) Kosugi (1996). Persamaan Model LN adalah sebagai berikut: ............................................................................... (15) .......................................................... (16) Keterangan: Se = Kejenuhan efektif θ = Kadar air (cm3/cm3)
21
θs θr
= Kadar air jenuh (cm3/cm3) = Kadar air sisa (cm3/cm3) K( ) = Konduktivitas hidrolika tidak jenuh (cm/detik) Ks = Konduktivitas hidrolika jenuh (cm/detik) Q = Fungsi distribusi normal = Potensial matrik (cmH2O) = Potensial matrik saat Se = 0,5 atau median radius pori (cmH2O) = Simpangan baku dari distribusi radius pori = Nilai tortuosity Metode yang digunakan untuk menentukan parameter model LN adalah metode optimasi non-linear least squares, dimana nilai fitting parameter terbaik diperoleh dengan meminimalkan nilai residual sum squares (RSS) antara data kurva retensi hasil pengukuran dengan model. Parameter–parameter LN yang dioptimasi adalah θr,
, dan . Parameter θs untuk plot 1 kedalaman 2,5 cm dan
80 cm, plot 2 kedalaman 2,5 cm, plot 4 kedalaman 2,5 dan 10 cm, dan plot 5 kedalaman 2,5 cm dilakukan optimasi, sedangkan untuk lapisan lainnya menggunakan nilai θs hasil pengukuran. Prosedur optimasi ini menggunakan bantuan solver command pada perangkat lunak Microsoft Excel.
3.4.2 Analisis Variabilitas Sifat Hidrolika Tanah Analisis variablitas sifat hidrolika tanah dilakukan dengan menggunakan pendekatan analisis ragam, dan analisis semivariogram. 3.4.2.1 Analisis ragam (anova) Analisis ragam (anova) digunakan untuk menilai keragaman sifat hidrolika tanah di plot contoh tanah (arah horizontal) dan kedalaman tanah (arah vertikal) melalui uji beda nilai tengah contoh pada taraf nyata 95%. Analisis data menggunakan bantuan program Minitab 14.
3.4.2.2 Analisis semivariogram Analisis semivariogram dilakukan untuk menentukan variabilitas spasial dari masing-masing parameter sifat hidrolika tanah. Analisis ini hanya dilakukan pada data yang terbukti memiliki perbedaan berdasarkan uji beda nilai tengah contoh menggunakan analisis ragam (anova). Hal tersebut dilakukan untuk membuktikan adanya pengaruh faktor jarak terhadap keragaman yang terbentuk.
22
Analisis semivariogram di kedalaman tanah menggunakan konsep semivariogram eksperimental, karena memiliki interval jarak yang sama antar kedalaman tanah, sedangkan analisis semivariogram di plot contoh tanah menggunakan konsep semivariogram pada program aplikasi SAS 9.1.3, karena terdapat perbedaan jarak antar plot contoh tanah. Semivariogram eksperimental diperoleh melalui hubungan antara nilai semivarian γ(h) dengan jarak interval (h), sedangkan semivariogram pada program aplikasi dibangun melalui hubungan antara rata-rata nilai semivarian pada semua kemungkinan pasangan data dengan rata-rata jarak kelas interval h (interval class distances). Perhitungan jarak menggunakan konsep jarak euclid. Nilai semivarian dapat dihitung dengan rumus: ∑
................................................................ (17)
Keterangan: = Semivariogram di lag h h = Jarak interval n(h) = Jumlah pasangan titik pengamatan yang terpisah oleh jarak interval h = Nilai pengamatan pada titik ke-i , = Pasangan data yang berjarak h Model
semivariogram
yang
diperoleh
didekatkan
terhadap
model
semivariogram teoritis, kemudian dilakukan pemilihan model terbaik berdasarkan nilai koefisien determinasi (R2) tertinggi. Analisis semivariogram menggunakan bantuan perangkat lunak (software) SAS 9.1.3, Minitab 14, dan Microsoft Excel.
3.4.3 Aliran Air dalam Tanah Satu Dimensi Analisis aliran air dalam tanah satu dimensi menggunakan model persamaan Richard, sebagai berikut: 1
.................................................................................... (18)
Keterangan: / = Perubahan kadar air tiap satuan waktu / = Perubahan kedalaman / = Perubahan potensial matrik pada setiap kedalaman = Fungsi konduktivitas hidrolika tanah tidak jenuh Perhitungan flux aliran di setiap kedalaman dilakukan dengan menggunakan bantuan perangkat lunak HYDRUS 1D 4.14 (Simunek et al. 2008).
