BAB V AIR TANAH. V.1. Pengertian tentang istilah

BAB V AIR TANAH

Salah sate bahan yang paling penting dari tanah adalah air (lengas) tanah yang mengisi bagian pori-pori di antara zarah-zarah padat tanah. Air juga merupakan sifat yang paling dinamis seperti halnya udara tanah. Air secara intensif berpengaruh terhadap beberapa reaksi fisika dan kimia pada tanah maupun pertumbuhan tanaman. Maka dari itu pengetahuan tentang tabiat air tanah merupakan dasar yang penting untuk memahami sebagian besar gejala fisika tanah. V.1. Pengertian tentang istilah

Dua ciri paling penting dari fase cair di dalam tanah adalah tentang banyaknya (jumlahnya) di dalam sejumlah tertentu tanah dan kakas (forces) yang mengikatkan air kepada bahan padatan tanah (matriks). Banyaknya air di dalam tanah dapat mempengaruhi berbagai proses, termasuk pertukaran gas dengan atmosfer, difusi zat hara ke dalam akar tanaman, suhu tanah, dan kecepatan larutan bergerak melalui zone perakaran selama irigasi atau hujan. Kakas (gaya) yang menyebabkan terikatnya air oleh matriks tanah juga mempengaruhi bberbagai proses yang terjadi di dalam tanah, termasuk efisiensi penyerapan air oleh tanaman, besamya air drainase akibat gaya gravitasi, terjadinya gerakan air dan zat-zat terlarut ke arah atas melawan gaya gravitasi.

Di dalam mempelajari air dalam tanah seringkali dijumpai istilah-istilah yang berkaitan dengannya, misalnya : lengas, kebasahan tanah, kelambaban tanah, tanah jenuh, tanah kering angin, tanah kering oven, air kapiler, air higroskopis, air kristal, potensial air, kurve karakteristik lengas tanah, dll. Kebasahan tanah (soil wetness) diartikan sebagai bagian air di dalam tanah yang dinyatakan per massa atau volume tanah. Sedangkan kondisi fisikokimia atau status air tanah yang dicirikan oleh energi bebasnya per satuan massa disebut potensi. Dari berbagai potensi ini, salah satunya adalah potensial tekanan atau matriks yang menyebabkan air terikat oleh bahan padatan tanah atau matriks. Ternyata antara kebasahan dan potensial matriks mempunyai salinghubungan kefungsian yang erat satu terhadap yang lain, dan penampilan hubungan ini secara grafik (walupun hubungan ini unik) dinamakan kurve karakteristik lengas tanah. Kondisi terbasah yang paling mungkin dapat dicapai di dalam tanah disebut jenuh (saturated), didefinisikan sebagai keadaan

Universitas Gadjah Mada

1

tanah yang seluruh pori tanahnya terisi oleh air. Sebaliknya, kondisi yang terkering di alam yang mungkin terjadi yang merupakan kondisi yang sangat variatif disebut kekeringan tanah (soil dryness), dan di dalam laboratorium suatu kondisi teoritis yang seringkali dijumpai adalah denagn istilah kondisi kering oven. Pada kondisi ini tanah telah dikeringkan di dalam almari penangas (oven) pada suhu sekitar 105°C selama paling sedikit 4 jam atau hingga telah mencapai berat yang konstan.

Air kapiler seringkali dimaksudkan sebagai air yang ada di dalam tanah yang terikat secara gaya kapiler yaitu sebagai hasil pengikatan air terhadap padatan tanah melalui gaya (kakas) adhesi dan kohesi antara molekul air dengan molekul tanah. Air higroskopis yaitu air yang terikat oleh butir-butir tanah hanya dalam jumlah keel karena meliputi lapisan air yang terdiri atas beberapa molekul saja tebalnya. Air ini sifat-sifatnya agak berbeda dari air biasa karena air ini mengalami sedikit perubahan struktur molekulnya akibat menempelnya molekul air ini (terutama dalam bentuk uap air) pada permukaan butir-butir tanah yang bermuatan listrik. Air higroskopis ini merupakan air yang terdapat terutama di dalam tanah kering udara (angin) dan masih dapat dilepaskan oleh pemanasan pada suhu105°C. Air kristal merupakan air yang terdapat di dalam kristalkristal mineral lempung yang hanya dapat dilepaskan dari dalam bahan tanah bila dipanaskan dengan suhu yang tinggi (sekitar 500°C). V.2. Fungsi atau peranan air tanah Seperti diuraikan di atas , banyaknya air yang selalu berubah di dalam tanah dalam satuan massa ataupun volume serta status energi air di dalam tanah tersebut merupakan faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Banyak sifat tanah lainnya sangat bergantung kepada kandungan air (lengas) tanah. Misalnya, sifat-sifat mekanik

seperti

konsistensi,

plastisitas

(kelenturan),

kekerasan,

ketermampatan,

ketertembusan (penetrabilitas), kelekatan, dan keterlalui alat-alat transportasi. Di dalam tanah lempung, proses pembengkakan dan pengkerutan berkaitan erat dengan penambahan atau kehilangan air dan telah mengubah seluruh volume spesifik (berat volume) tanah serta diikuti perubahan agihan ukuran pori-porinya.

Arti penting air bagi kehidupan manusia tidak perlu diragukan lagi. Tidak ada pertanian dan industri jika tidak ada air, bahkan kehidupan di muka bumi inipun tidak mungkin berlangsung jika tanpa air. Kandungan air tanah juga menentukan kandungan udara tanah dan pertukaran gas dalam tanah, sehingga mempengaruhi pernafasan akar, kegiatan mikroorganisme, dan keadaan kimia tanah (mis. potensial reduksi-oksidasi).


2

Air terdapat di manapun. Air merupakan bagian tak terpisahkan dari setiap kehidupan dan merupakan bagian penting dari tanah yang subur. Air berada di dalam kulit bumi hingga ke atmosfer. Lebih dari 99% seluruh air di bumi kita ini terdapat di dalam troposfer, yakni zone yang berada sejak ketinggian tempat 0 hingga 15 km. Pada ketinggian 15 hingga kira-kira 30 km, yang disebut stratosfer, terkandung sedikit air, umumnya selalu dalam bentuk es dan tampak sebagai awan sirrus. Molekul-molekul air tidak terdapat di dalam zone ketinggian 30 hingga 80 km atau disebut khemosfer. Pada ketinggian ini radiasi gelombang pendek sangat intensif sehingga molekul-molekul air dipecahkan menjadi atom-atom. Diatas khemosfer ini disebut ionosfer, atom-atom di sini kehilangan elektron dan menjadi terionisasi.

Air termasuk lebih reaktif dibandingkan pelarut-pelarut lainnya. Ada beberapa alasan kenapa air merupakan pelarut yang baik : (a)

Air adalah berkutub dua (dipole) dan akibatnya dapat mengurai dengan sendirinya

mengarah sedemikian rupa sehingga kutub negatifnya akan bergabung dengan kutub positif dari bahan lain, dan kutub positif molekul air akan bergabung dengan kutub negatif bahan lain.

(b)

Konstanta dielektrika air ini tinggi karena air memerlukan energi untuk merusakkan

ikatan-ikatan hidrogennya. Sebagai akibat dari sifat ini maka air akan mengurangi tanican kistrik terhadap ion-ion yang terlarut di dalamnya. Sekali ion-ion ini terlarut akan sulit untuk menyatu kembali.

(c)

Pengikatan oleh hidrogen (hydrogen bond) pada molekul-molekul air terhadap bahan-

bahan lain menjadikan air sebagai salah satu bahan yang paling reaktif. Di dalam mempelajari sifat-sifat air tanah kita perlu mengetahui hal-hal yang berkaitan dengan energi yang dapat mengatur status air. Hal-hal seperti sifat fisika-kimia, struktur molekul, dan kondisi ketiga keadaannya (cair, padat, uap). V.3. Sifat fisika-kimia air, struktur dan ketiga bentuknya

Ruang yang ditempati oleh sebuah molekul air sebagian besar ditentukan oleh ion oksigennya. Kedua ion hidrogen dari molekul air secara praktis tidak memekan tempat karena ukurannya yang relatif sangat kecil dibandingkan oksigen. Garis tengah sebuah molekul air kira-kira 2,64 °A. Satu molekul air teridiri atas dua buah atom hidrogen dan satu atom oksigen. Atom hidrogennya terdiri atas sebuah proton bermuatan positif dan sebuah elektron bermuatan negatif. Sedangkan atom oksigennya terdiri atas sebuah inti yang Universitas Gadjah Mada

3

mempunyai muatan positif dari delapan proton, yang dikelilingi oleh delapan elektron, yang enam daripadanya berada di kulit bagian luar. Karena kulit elektron bagian luar pada hidrogen kekurangan satu elektron dan yang pada oksigen kekurangan dua elektron, satu oksigen dapat bergabung dengan dua atom hidrogen dalam sebuah molekul dengan pangsaan elektron.

Kakas-kakas yang kuat antar molekul dalam air cair disebabkan oleh polaritas listrik dari molekul air tersebut, sebagai konsekuensi susunan yang khas elektron-elektron di dalam atom oksigen dan hidrogennya (lihat Gambar 5.1).

Gambar 5.1. Model sebuah molekul air. Garis melengkung menggambarkan batas-batas di mana kakas tarik-menarik Van Der Waals diimbangi oleh kakas tolak-menolak.

Ikatan H--O--H di dalam air tidak merupakan garis lures tetapi menyudut membentuk sebuah sudut sebesar 104,5°, yang menggambarkan sedikit penyimpangan dari suatu susunan tetrahedral sempurna atom oksigen. Susunan elektron di dalam molekul air ini memberikan asimetri listrik. Sehingga, walaupun molekul air tidak mempunyai muatan netto, tetapi dia merupakan sebuah dua-kutub (dipole) listrik. Derajad perpisahan antara muatan positif dan negatif di dalam molekul berkutub dua ditentukan oleh momen dipole (dipole moment), suatu ukuran kecenderungan sebuah molekul untuk dipengaruhi oleh suatu medan listrik atau magnet). Salah satu keajaiban air adalah terletak pada mudahnya molekul-molekul air untuk membentuk agregat-agregat yang besar, yang secara tiga dimensional terikat oleh hidrogen.


4

Molekul-molekul air tidak berdiri secara sendiri-sendiri. Hidrogen berperanan sebagai jembatan penghubung dari satu molekul terhadap molekul yang alias. Pertautan oleh hidrogen (hydrogen bonding) ini pada dasarnya adalah ikatan pangsa (sharing) sebuah atom hidrogen oleh dua atom elektronegatif yang kuat, bila hidrogen tersebut dimiliki oleh salah satu dari mereka. Hasil pertautan ini adalah terbentuknya sebuah struktur kisi heksagonal dari beberapa molekul yang bertautan satu sama lain begitu kuatnya. Oleh karena ituy, maka air dapat dianggap sebagai sebuah polimer raksasa dari molekulmolekul air yang bertautan melalui hidrogen. Keadaan ini berlanjut dalam bentuk es, yang tautan hidrogennya sempurna. Dan bila air meleleh dan menjadi semakin pangs suhunya, semakin banyak ikatan hidrogen tersebut putus dan jaringan kisinya mulai rusak, yang menyebabkan molekul-molekul air menjdai tergabung lebih erat karena mereka secara bebas mengikuti kakas tank Van Der Waals. Beberapa tautan oleh hidrogen ini bahkan terjadi di dalam keadaan uap.

Pertautan oleh hidrogen menggabungkan molekul-molekul air begitu eratnya sehingga titik cair, titik didih, konstanta dielektrika, bahang (heat) jenis, dan kekentalan air lebih tinggi dari biasanya dibandingkan dengan senyawa-senyawa yang mempunyai berat molekul sama dan bahkan lebih besar.

Air pada permukaan mineral-mineral lempung memiliki struktur mirip dengan es. Struktur ini ajuh lebih kaku dibandingkan struktur air bebas dan oleh karenanya mengurangi kelincahan (mobilitas) air yang terikat erat ini.

Air dapat berada dalam bentuk-bentuk padat, cair, dan gas (uap). Perubahan perubahan dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain selalu diikuti oleh perubahanperubahan energi (bahang). Oleh karena itu ada beberapa istilah yang berakaitan dengan perubahan ini, antara lain : bahang penguapan, bahang pelelehan, bahang penyubliman. Tabel 5.1 di bawah ini melukiskan adanya kemungkinan-kemungkinan proses alih bentuk air dari bentuk satu ke bentuk yang lain.


5

Tabel. 5.1. Alih bentuk air serta perubahan energi yang mengikutinya.

V.4. Pengaruh suhu terhadap sifat-sifat air

Suhu dapat mempengaruhi beberapa sifat air. Desakan uap, dan massa uap air dalam udara jenuh selalu meningkat dengan meningkatnya suhu, sebaliknya kekentalan air, tegangan muka air, berat jenis (di atas nol derajad), dan kapasitas bahang, pada umumnya justru selalu menurun. Untuk gas-gas pada umumnya dengan semakin meningkatnya suhu semakin menurun tingkat kelarutannya di dalam air. Sedangkan bagi garam-garam pada umumnya semakin tinggi suhu semakin tinggi pula days kelarutannya di dalam air.

- Kekentalan

Kekentalan suatu bahan cair atau gas merupakan perwujudan gesekan internal (dakhil) antar molekul-molekul bahan tersebut yang menyebabkan hambatan terhadap bahan tersebut untuk mengalir. Kekentalan diukur dalam satuan poise ( 1 poise = 1 dyne detik cm-2) , seperseratus poise disebut satu centipoise. Kekentalan air pada suhu 20°C hampir sama dengan 1 centipoise. Kekentalan ini merupakan suatu faktor yang penting dalam infiltrasi dan perkolasi air.

- Tegangan muka Permukaan zat alir memperlihatkan bentuk tertentu mirip sifat-sifat selaput lentur yang menegang, oleh karena itu dinamakan tegangan muka. Tegangan muka adalah Universitas Gadjah Mada

6

kakas yang menarik ke arah dalam pada permukaan suatu cairan, dan berkecenderunganuntuk membuat luas permukaan tersebut sekecil mungkin. Molekulmolekul air cenderung untuk bergabung membentuk butir-butir (bola-bola) tetesan air. Hal ini disebabkan oleh ketidak seimbangan kakas-kakas tarik antara molekul-molekul air dengan molekul-molekul udara, ikatan antar molekul air lebih kuat dibandingkan antar molekul udara.

- Kapileritas

Salah satu gejala yang menarik dari tegangan muka ini adalah kapileritas, yakni gejala

penarikan molekul-molekul

air

ke dalam

lubang-lubang

(pori-pori)

yang

garistengahnya kira-kira sebesar rambut (bahasa Latin rambut adalah capilla). Kapileritas atau disebut pula "kerja sumbu" atau "wick action" bergantung kepada kohesi zat cair maupun adhesi zat cair tersebut pada dindingdinding zat padat. Semua bagian sisi dari kapiler menarik air (molekul-molekul air) sehingga suatu meniskus cekung terbentuk (sebagai akibat tegangan muka). Penarikan scara kapiler atau pengangkatan secara kapiler ini hanya akan terjadi di dalam medium yang dinding-dinding kapilernya mempunyai daya tank lebih besar terhadap zat cair tersebut dibendingkan daya tarik antar molekul dalam zat cair itu sendiri. Sebaliknya, dalam hal meniskus yang berbentuk cembung , air tidak ditarik oleh bahan padat (mis. lilin, yang memiliki sifat menolak air) sehingga perbedaan desakan pada antarmuka udara-air justru menarik air ke arah bawah. Begitu pula dalam kasus air raksa (Hg) yang gaya kohesi antar molekulnya jauh lebih kuat (besar) dibandingkan gaya adhesi antara molekul air raksa dengan molekul kaca menyebabkan Hg akan membentuk meniskus berbentuk cembung di dalam pipa kaca. Hg di sini tidak ditarik ke atas melebihi tinggi permukaan air raksa di dalam wadah tetapi sebaliknya permukaannya justru ditekan ke bawah sehingga berada di bawah permukaan air raksa di dalam wadah.

Secara kasar ditunjukkan bahwa hubungan antara tinggi kenaikan air di dalam sebuah pipa kapiler dengan dengan diameter pipa , dapat dilukiskan dalam rumus :


7

h = tinggi kenaikan air dalam pipa kapiler, cm d = garis tengah lubang pipa kapiler, cm

Hubungan antara garistengah pipa kapiler dan tinggi kenaikan air dalam pipa kapiler dapat dilukiskan seperti pada Gambar 5.1 . Di dalam hal kejadian di dalam tanah, maka tanah tidak menunjukkan adanya pipa-pipa kapiler seperti itu tetapi pori-pori di dalam tanah dapat dianggap merupakan kumpulan pipa-pipa kapiler dengan berbagai bentuk dan ukuran. Di dalam tanah semakin besar diameter pori-pori yang dilewati air semakin cepat air tersebut merambat, namun kemampuan pori berukuran besar tersebut dalam menarik air ke atas semakin kecil atau dengan kata lain air hanya dapat naik dalam kapiler hanya pada jarak yang pendek saja.

Dengan azas hubungan antara tinggi kenaikan air secara kapiler dengan diameter pori (pipa) seperti yang ditunjukkan oleh rumus di atas, maka dapat dibuatlah kurve hubungan antara tegangan air tanah dengan kadar air. Kuve ini juga disebut kurve karakateristik lengas tanah (soil misture characteristic curve) karena bentuk-bentuk kurve hubungan ini dapat menunjukkan ciri tertentu suatu tanah (terutama dalam hal sifat-sifat keporiannya).

V.3. Kondisi energi air tanah

Air tanah sebagaimana benda-benda lainnya di alam, dapat mengandung energi dalam jumlah dan bentuk yang berbeda-beda. Di dalam ilmu fisika klasik dikenal adanya dua bentuk dasar energi , yakni kenetik dan potensial. Karena gerakan air di dalam tanah sangat lambat, maka energi kinetiknya yang sebanding dengan pangkat dua dari kecepatan (E = mV2) dapat diabaikan. Sebaliknya, energi potensialnya, yang disebabkan posisi atau kondisi dakhil (internal), sangat penting dalam menentukan kedudukan dan gerakan air di dalam tanah.

Energi potensial air tanah sangat bervariasi pada kisaran yang lebar. Perbedaanperbedaan enrgi potensial air antara satu tititk dan titik yang lain mengakibatkan kecenderungan air untuk mengalir (bergerak) di dalam tanah. Kecenderungan sertamerta dan universal bagi setiap benda di alam untuk selalu bergerak dari tempat Universitas Gadjah Mada

8

yang mempunyai energi potensial tinggi menuju ke tempat dengan energi potensial rendah dan untuk setiap bagian dari bahan cenderung untuk menyeimbangkan dirinya dengan lingkungannya. Air tanah juga mengikuti hukum ini dan disebut ekuilibrium (seimbang), yang didefinisikan sebagai kondisi di mana seluruh energi potensial dalam suatu sistem pada kondisi seragam.

Konsep potensial air-tanah merupakan azas yang sangat penting. Ini merupakan tolok-ukur atau kriteria bagi energi air dalam tanah. Ini merupakan energi potensial spesifik bagi air relatif terhadap energi potensia air di dalam kondisi acuan baku. Kondisi baku yang umum digunakan adalah suatu reservoir air murni hipotetis, pada tekanan atmosfer, pada suhu sama seperti air tersebut (atau pada suhu tertentu lainnya), dan pada ketinggian tempat tertentu yang konstan.

Yang perlu diingat di sini adalah : dengan cara apa, dan kemudian, apakah air berbeda di suatu tempat terhadap tempat yang lain dan dari waktu ke waktu di dalam tanah ?. Tidak berbeda pada bentuknya, tetapi berbeda dalam energi potensialnya. Sehingga

nilai-nilai

yang

paling

mungkin

bagi

potensial

air

tanah

adalah

berkesinambungan (kontinyu), dan tidak menunjukkan perbedaan yang mencolok (mendadak) atau menunjukkan perbedaan-perbedaan dari satu kondisi ke kondisi yang lain (kecuali dalam perubahan-perubahan fasenya, mis. air cair ke uap air). Oleh karena itu tantangan bagi kita bukan terletak pada bagaimana kita berusaha untuk mengkalsifikasikan air tanah, tetapi justru pada bagaimana mengukur keadaan energi potensialnya.

Air di dalam tanah berhadapan dengan sejumlah medan gaya (kakas) yang menyebabkan potensial energinya berbeda dari air tanah murni, bebas. Medanmedan kakas ini berasal dari tarikan air oleh matriks (padatan) tanah, maupun dari kehadiran linarut (bahan-bahan terlarut)(solute) dan kinerja tekanan gas luar, serta kakas tarik bumi (gravitasi). Sehingga dengan demikian dapat dikatakan bahwa, potensial total air tanah adalah jumlah sumbangan yang seacara terpisah dari berbagai faktor tersebut, dan dapat dituliskan sebagai :


9

di mana : t adalah potensial total, g potensial gravitasi, p potensial tekanan (atau matriks), To potensial osmotik dan tanda plus titik-titik menggambarkan faktor-faktor yang lain yang secara teoretis mungkin dapat ditambahkan. Tidak setiap penyumbang potensial bekerja dengan cara yang sama dan gradien-gradiennya tidak selalu sama efektivenya dalam mempengaruhi aliran (mis. gradien potensial osmotik memerlukan suatu membran semipermeabel untuk menyebabkan aliran zat cair). Keuntungan adanya konsep potensial total ini menyebabkan tersedianya sebuah cara pengukuran yang seragam sehingga keadaan airdapat dievaluasi pada setiap waktu dan tempat di dalam sistem tanah-tanaman-atmosfer. V.4. Histeresis

Pembuatan kurve karakteristik lengas tanah atau kurve hubungan antara potensial matriks dan kebasahan tanah dapat ditempuh dengan dua cara : (1) dengan pelepasan air (desorption), yakni dengan mengambil contoh tanah yang semula dijenuhi kemudian diperlakukan dengan hisapan yang semakin meningkat sehingga berangsur-angsur menjadi kering , selama pengeringan tersebut dilakukan pengambilan contoh tanah dan dilakukan

pengukuran

kebasahan

tanah

versus

isapannya;

dan

(2)

dengan

pembasahan (sorption), dengan secara berangsur membasahi tanah yang semula kering dengan isapan yang semakin berkurang.

Dari kedua cara pendekatan yang berbeda tersebut diperoleh suatu kurve yang kontinyu, namun kedua kurve tersebut umumnya tidak identik (persis sama). Temyata kedudukan kurve yang diperoleh dari cara pengeringan (desorption) lebth tinggi letaknya dibandingkan kurve dari cara pembasahan (sorption). Ketergantungan kondisi dan kandungan air tanah terhadap arch proses perlakuannya menyebabkan gejala yang dinamakan "histeresis". Gambar menunjukkan gejala histeresis tersebut.


10

Gambar 5.2. Kurve kandungan air versus isapannya diperoleh dari cara pembasahan dan pengeringan. Lingkaran-lingkaran kecil yang berada di antara kedua kurve utama merupakan peralihan antara kedua cabang utama.

Gejala histeresis dapat terjadi karena beberapa sebab , yakni : (1)

ketidakseragaman geometris pori-pori individu (yang umumnya berbentuk rongga-

rongga tidak beraturan yang terhungkan oleh saluran halus), yang menyebabkan pengaruh "Ieher botol". (2)

pengaruh sudut kontak, yakni bahwa sudut kontak (singgung) lebih besar dan juga

berarti jejari lengkungan meniskus lebih besar pada saat terjadi proses pembasahan dibandingkan pada proses pengeringan. Pada suatu kandungan air tertentu akan cenderung menunjukkan isapan yang lebih besar dibandingkan pada saat pembasahan. (3)

udara terperangkap akan dapat menurunkan kandungan air pada tanah yang

menjadi basah (yang mengalami pembasahan). Gagal mencapai keseimbangan sejati akan menyebabkan gejala histeresis. (4)

pembengkakan, pengkerutan, atau umur yang menyebabkan perubahan struktur

tanah, bergantung kepada riwayat pembasahan atau pengeringan tanah. Pelarutan udara secara berangsur atau pembebasan udara (gas) dari air tanah, juga dapat mempunyai pengaruh yang berbeda terhadap hubungan isapankebasahan di dalam suatu sistem pembasahan dan pengeringan.


11

V.5. Cara pengukuran potensial-lengas tanah

Gambar 5.4. Gambar skematik dari bagian-bagian yang penting dari sebuah tensiometer.

Pengukuran kelembaban (kebasahan) tanah meskipun penting dalam beberapa penelitian fisika tanah dan perakayasan keteknikan, namun tidak cukup dapat memberikan gambaran tentang keadaan air tanah. Untuk memberikan gambaran yang lebih sempurna evaluasi keadaan energi air tanah (potensial lengas-tanah, atau isapan) sangat diperlukan.

Potensial lengas-tanah seringkali dianggap sebagai jumlah potensial matriks dan osmotik (linarut) dan merupakan suatu indeks yang berguna untuk mencirikan keadaan energi air tanah yang dikaitkan dengan penyerapan air oleh tanaman. Jumlah head matriks dan gravitasi (elevasi) umumnya disebut head hidrolik (atau potensial hidrolik) dan berguna untuk mengevaluasi arah dan besamya kakas penggerak aliran air di seluruh profit tanah.

Untuk mengukur potensial matriks di lapangan, digunakan alat yang disebut tensiometer, sedangkan pengukuran di laboratorium disebut piring-tekan dan ruang ekstraksi tekanan udara. Potensial lengas tanah total dapat ditentukan dengan cara mengukur tekanan keseimbangan uap air tanah menggunakan psikrometer termokopel. Di bawah ini akan dijelaskan cara kerja tersiometer, yang sekarang ini cenderung banyak digunakan karena praktis, dapat juga dapat untuk mengukur selain isapan matriks juga head hidrolik, dan gradien hidrolik


12

- Tensiometer

Bagian-bagian penting dari tensiometer dilukiskan pada Gambar 5.3. Tensiometer terdiri atas sebuah mangkok sarang (porus), umumnya terbuat dari keramik, yang dihubungkan oleh sebuah tabung/pipa ke sebuah manometer, dengan seluruh rangkaian ini diisi dengan air. Pada saat mangkok tersebut di benamkan di dalam tanah yang akan diukur isapan matriksnya, maka air di dalam mangkok akan keluar akibat persinggungan hidrolik dan akan cenderung menuju keseimbangan dengan air tanah lewat pori-pori pada dinding mangkok. Ketika daru saja dibenamkam ke dalam tanah, air yang ada di dalam tensiometer berada pada tekanan udara luar (atmosfer), sedangkan air tanah berada dalam keadaan tekanan di bawah tekanan atmosfer (subatmospheric pressure), akan mengisap atau menarik air dalam jumlah tertentu dari tensiometer yang kaku dan tertutup rapat tersebut, sehingga menyebabkan suatu penurunan tekanan hidrostatiknya. Tekanan ini ditunjukkan oleh sebuah manometer, yang barangkali berupa sebuah pipa-U sederhana yang berisi air atau air iakasa, sebuah manometer vakum, atau sebuah transduser listrik. Tensiometer yang tetap dipasang di dalam tanah untuk kurun waktu lama dapat menunjukkan perubahanperubahan isapan matriks air tanah. Umumnya perubahanperubahan isapan air dalam tanah terjadi akibat drainase, atau penyerapan air oleh tanaman, atau penambahan air karena hujan atai irigasi. - Psikrometer termokopel

Pada keadaan seimbang, potensial lengas tanah semadengan potensial uap air di dalam kisaran udara sekelilingnya. Bila keseimbangan suhu dapat dipertahankan dan pengaruh gravitasi diabaikan, maka potensial uap dapat disamakan dengan jumlah potensial matriks dan osmotik, karena udara bertindak sebagai sebuah selaput semipermeabel yang ideal maka akan hanya dapat melewatkan molekul-molekul air saja (asalkan bahan terlarut di dalamnya tidak dapat menguap). Psikrometer dirancang khusus untuk menunjukkan kelembaban nisbi (relative humidity) udara (atmosfer) di mana alat ini dipasang, umumnya dengan cara mengukur perbedaan antara suhu yang tercatat oleh sebuah termometer tabung basah dan tabung kering. Termometer tabung kering menunjukkan suhu suatu permukaan yang tidak menguap pada keseimbangan panas udara sekitar. Sedangkan termometer tabung basah menunjukkan suhu yang umumnya lebih rendah dari suatu permukaan yang dapat menguap, yang panas latennya diserap dalam jumlah seimbang dengan laju penguapan.


13

Pikrometer termokopel hasil rekayasa terkini memungkinkan pengukuran potensial lengas tanah di lapangan. Psikrometer tanah , lihat Gambar 5.3, terdiri atas sebuah termokopel kawat yang halus , yang salah satu sambungannya diseimbangkan dengan atmosfer tanah dengan cara menempatkannya di dalam sebuah mangkok pores yang berongga yang ditanam di dalam tanah, sementara itu sambungan lainnya disimpan di dalam sebuah medium yang tersekat yang dapat memberikan perbedaan suhu. . Selama operasi , satu emf diberikan sehingga sambungan yang disinggungkan dengan atmosfer tanah lalu didinginkan hingga menjadi suatu suhu di bawah titik embun udara atmosfer, yang pada suhu ini sebuah tetes air mengembun pada sanbungan tersebut, yang memungkinkan terbentuknya sebuah termometer tabung basah. Ini merupakan hasil dari efek Peltier. Pendinginan tersebut kemudian berhenti, dan karena air dari tetesan tersebut menguap kembali maka sambungan tersebut mencapai suatu suhu tabung basah yang tetap konstan hingga sambungan mengering, dan setelahnya ini akan kembali hingga ke suhu tanah disekelilingnya. Sementara penguapan berlangsung, perbedaan suhu antara tabung basah dan sambungan terisolasi yang berperanan sebagai tabung kering menimbulkan satu emf yang merupakan petunjuk potensial lengas tanah tersebut.

Gambar 5.3. Skema penampang melintang sebuah psikrometer termokopel yang terdapat di dalam sebuah keramik terisi udara.


14

V.6. Gerakan air di dalam tanah

1. Bentuk-bentuk yang berbeda dari gerakan air. Air dapat bergerak di dalam dalam fase cairan, gas, dan padat. (a)

Air cair : - Aliran jenuh : Sebagian besar pori-pori di isi oleh ait. Ini tejadi di dalam mintakat (zone)

air bumi=groung water) dan seringkali di dalam tanah setelah hujan lebat atau selama irigasi. Air dalam keadaan ini berada dalam kondisi bebas tegangan. - Aliran tidak jenuh : Pori-pori hanya sebagian saja berisi air. Air dipengaruhi regangan. (b)

Uap air: - Difusi (pembauran) : Uap air dapat bergerak akibat difusi yang timbul oleh adanya

perbedaan-perbedaan desakan uap parsial. - Aliran massa : Uap air dapat mengalir dalam suatu massa dengan gas-gas lain dalam suatu sistem sebagai akibat perbedaan-perbedaan total. (c)

Es: Dalam keadaan biasa gerakan air di dalam tanah tidak terjadi dalam bentuk es, tetapi

pembentukan lensa-lensa es menyebabkan tanah dapat bergerak naik turun. Gerakan air dalam bentuk padat semacam ini hanya terjadi sebagai bagian suatu gerakan dari seluruh tubuh tanah. Ini tidak akan dimasukkan ke dalam pembahasan tentang gerakan air tanah. 2. Konsep aliran air dan kakas dorong Gerakan air melalui tanah sebanding dengan basil kakas penggeraknya dan daya hantar tanah terhadap air. Gerakan ini, baik cairan maupun uap, dapat dinyatakan oleh persamaan sebagai berikut ini : Q = cDK

........................

(5.3)

Q = kecepatan aliran c = faktor kesebandingan D = kakas dorong (pengerak) K = daya hantar bahan terhadap air

Hubungan semacam ini juga berlaku bagi perpindahan panas (bahang) dan bagi aliran listrik dan gerakan air.

Kakas dorong bagi air adalah berupa landaian (gradien) desakan. Air bergerak dari suatu kedudukan yang mempunyai desakan tinggi ke desakan rendah. Ini berlaku bagi aliran cairan jenuh dan tak jenuh dan bagi aliran uap. Dalam hal aliran jenuh landaian desakan tersebut dapat ditimbulkan oleh perbedaan head hidrolik (hydrostatic head)(gaya berat, "air Universitas Gadjah Mada

15

selalu mencari tinggi permukaannya sendiri"). Landaian desakan ini mungkin juga disebabkan oleh kakas mekanik (desakan berat kepada permukaan tanah atau koloid-koloid yang membengkak). Dalam hal aliran tidak jenuh landaian desakan ini merupakan jumlah perbedaan, head hidrolik dan perbedaan tegangan lengas tanah.

Hantaran tanah terhadap air cair bergantung kepada luas penampang melintang pori-pori dan kepada ukuran pori-pori. Di dalam aliran jenuh hantaran ini meningkat sebesar pangkat empat jejari porinya. Di dalam aliran tak jenuh hantaran ini ditentukan oleh tingkat ketidak jenuhannya. Semakin kering tanah semakin kecil hantarannya. Hantaran hidrolik bukan merupakan fungsi sederhana dari porositas. Meskipun hantaran suatu tanah yang sangat porus (sarang) umumnya lebih besar daripada tanah yang kurang porus dalam hal aliran jenuh, hubungan ini dapat sebaliknya bagi aliran tak jenuh.

Kemampuan melewatkan uap air oleh tanah secara langsung sebanding terhadap ruang pori yang bebas air, tanpa memandang ukuran pori-porinya. Karena jarak tempuh rerata bagi molekul-molekul air kecil dibandingkan dengan bahkan pori-pori terkecilpun yang mungkin tanpa air pada kondisi normal. 3. Peranan lengas tanah bagi pertumbuhan tanaman - Tegangan Air menyusun sekitar 80% dari berat tanaman hijau. Sisanya sebagian besar terdiri atas senyawa-senyawa yang dibentuk dari air dan karbondioksida. Di sini jelas bahwa sebagian besar tanaman tidak dapat tumbuh pada tanah yang kering, namun akar-akar karena memerlukan udara maupun air, maka tanaman mesofitik tidak dapat tumbuh pada suatu tanah yang basah untuk waktu yang lama. Pada kondisi persediaan oksigen yang memadai pertumbuhan tanaman menurun secara tetap dengan semakin meningkatnya regangan lengas tanah dari mendekati jenuh hingga titik layu permanen.


16

Banyak bukti menunjukkan bahwa semakin dekat kandungan air ke arah jenuh, akan semakin lebih baik pertumbuhan tanaman, asalkan akar-akarnya memperoleh oksigen secara cukup. Kemudahan masuknya air ke dalam akar tanaman bergantung kepada landaian (gradien) energi bebas dari air tanah ke air di dalam jaringan sel tanaman. Ini juga bergantung kepada ketersediaan air tanah (kesiapan air dalam tanah untuk diserap tanaman). Energi bebas air atau tegangan negatif total air tanah ditentukan oleh isapan matriks (penarikan air oleh zarah-zarah tanah) dan oleh hadirnya komponen osmotik. Bila tegangan negatif tersebut sebagian besar terdiri atas isapan matriks, maka ketersebaran air menurun dengan cepat akibat meningkatnya tegangan negatif.

Kakas-kakas imbibisi dan osmotik meninbulkan suatu tenaga tank yang amat kuat bagi akar-akar tanaman terhadap air. Cukup sulit untuk memisahkan secara tegas pengaruh yang disebabkan oleh kedua macaw kakas ini.

Penyerapan zat-zat hara oleh tanaman meningkat dengan meningkatnya kandungan lengas tanah, dari titik layu hingga mendekati jenuh, sepanjang faktor-faktor tumbuh lainnya menjadi terbatas. Pengetahuan tentang hubungan antara lengas tanah dan pertumbuhan tanaman sangat diperlukan dalam tindakan pemupukan terhadap tanaman, misalnya termasuk seni dalam pemberian pupuk atau zat hara tanaman pada titik yang tepat serta pada waktu yang tepat pula sehingga efisiensi pemberian pupuk dapat dicapai.

- Penentuan kurve karakteristik lengas tanah Hubungan dasar antara kebasahan tanah dan isapan matriks sexing ditetapkan dengan cara sebuah rangkaian piring tegangan pada kisaran rendah (< 1 bar), dan dengan cara sebuah piring tekan atau aparatus selaput tekan pada kisaran isapan yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan isapan lebih besar 1 bar (mis. 20 bar atau lebih) dapat diperoleh dengan menggunakan tekanan udara. Sehingga perlu menempatkan rangkaian piring porus tersebut di dalam suatu ruangan bertekanan.

Dari basil kurve yang telah dibentuk sangat dimungkinkan untuk menghitung persentase sebaran ukuran pori tanah berdasarkan fungsi pori masing-masing, misalnya pori drainase, pori air tersedia bagi tanaman, pori tak berguna, dll.


17

BAB V AIR TANAH. V.1. Pengertian tentang istilah

Recommend Documents