PENUNTUN PRAKTIKUM FISIKA TANAH
Oleh Ir. I Nyoman Puja, M.S.
JURUSAN TANAH FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2008
KATA PENGANTAR Usaha untuk memantapkan dan memahami teori yang diperoleh dalam perkuliahan khususnya mata kuliah Fisika Tanah, maka mahasiswa perlu diberikan pratikum secara langsung. Praktikum Fisika Tanah pada dasarnya dapat dilaksanakan di laboratorium maupun di lapangan. Untuk keperluan tersebut sangat perlu dibuat satu penuntun atau panduan pelaksana praktikum yang disusun secara sistematis, sehingga mahasiswa lebih mudah untuk melaksanakan. Penuntun
praktikum Fisika Tanah dibuat
berdasarkan beberapa acuan dari literature Institut Pertanian Bogor (IPB), Universitas Brawijaya Malang dan disesuaikan dengan kondisi Laboratorium Fisika Tanah Fakultas Pertanian Universitas Udayana. Penuntun Fisika Tanah ini dibuat dan akan terus direvisi kembali sesuai dengan kemajuan teknologi dalam waktu yang tidak pasti.
Denpasar, Maret 2008 Penyusun
i
DAFTAR ISI No.
Teks
halaman
KATA PENGANTAR………………………………………………………………
i
DAFTAR ISI ………………………………………………………………………
ii
I.
1
PENETAPAN BERAT JENIS PARTIKEL, BERAT VOLUME DAN BERAT POROSITAS TANAH ………………………………………………
II. PENETAPAN PERMEABILITAS TANAH DALAM KEADAAN JENUH …
7
III. PENETAPAN POTENSIAL FREE ENERGY (pF) ………………………..
9
IV. PENETAPAN TEKSTURE TANAH ………………………………………..
12
ii
I.
PENETAPAN BERAT VOLUME TANAH (ρb)
Berat volume tanah (Bulk density) merupakan perbandingan berat tanah dengan volume total tanah. mempengaruhi
Berat volume tanah salah satu sifat tanah yang
porositas
tanah,
pergerakan
air,
peredaran
udara
dan
pergerakan akar tanaman. Besar kecilnya nilai berat volume tanah dipengaruhi oleh berat jenis partikel, susunan partikel dan bahan organik. Pada umumnya berat volume tanah untuk tanah pertanian berkisar antara 1,1 – 1,6 g/cm3. 1.1. Bahan dan Alat Bahan dan alat yang diperlukan pada penetapan berat volume tanah meliputi ring sampel, pisau lapang, karet gelang, kertas label. 1.2. Cara Kerja 1. Timbang tabung kosong, umpamanya beratnya Y gram. 2. Taruh tabung tersebut dengan posisi tegak berdiri pada permukaan tanah yang akan diukur berat volume tanahnya. 3. Tekan tabung tadi secara perlahan-lahan sehingga semua tabung masuk kedalam tanah 4. Angkat tabung beserta tanahnya, kemudian bersihkan kotoran yang menempel pada sisi tabung bagian luar, ratakan permukaan tanah dengan permukaan kedua ujung ring sampel lalu tutup kedua ujung ring dengan penutupnya 5. Ring tersebut dibawa ke laboratorium, kemudian keringkan dalam oven dengan temperatur 1050C, sampai beratnya konstan. 6. Timbang tabung beserta isinya, misalnya berat X gram. 7. Keluarkan tanah dalam ring dan hitung berat kering tanah dengan jalan mengurangi X dengan Y, misalnya beratnya Z gram. 8. Hitung volume tanah atau sama dengan volume tanah, misalnya volumenya A cm3 7. Hitung berat volume tanah dengan rumus : Berat volume tanah (ρb) =
Z g / cm 3 A
II. PENETAPAN BERAT JENIS PARTIKEL (ρp) Berat jenis partikel adalah perbandingan antara berat kering tanah dengan volume tanah (tidak termasuk pori yang terdapat di antara partikel), yang dinyatakan dalam gram persentimeter kubik. Berat jenis partikel tanah-tanah mineral umumnya berkisar antara 2,60 sampai dengan 2,70 g/cm3, sedangkan berat jenis partikel bahan organik tanah, berkisar antara 1,30 sampai dengan 1,50g/cm3. Penetapan berat jenis partikel dipergunakan dalam pergerakan partikel tanah dalam air, laju pengendapan dan perhitungan porositas tanah. 2.1. Bahan dan Alat Bahan dan alat yang diperlukan untuk menetapan berat jenis partikel adalah piknometer/erlemeyer, air bebas ion, neraca, kompor, botol semprot. 2.2. Cara Kerja 1. Tentukan kadar air tanah kering udara yang akan dipergunakan atau gunakan tanah kering mutlak. 2. Timbang piknometer/labu erlemeyer 2. Timbang 50 gram tanah kering mutlak, kemudian dimasukkan kedalam piknometer/labu erlemeyer 100 ml. 3. Isikan piknometer dengan air bebas ion atau aquadest sambil membilas tanah yang menempel dileher labu sampai terisi setengah labu. 4. Didihkan piknometer secara perlahan-lahan beberapa menit, sesekali labu digoyangkan hati-hati untuk mencegah hilangnya tanah bersama buih. 5. Dinginkan labu beserta isinya sampai mencapai suhu ruangan, kemudian tambahkan aquadest dingin yang telah dididihkan sebelumnya sampai batas volume, tutup dan bersihkan bagian luar labu dengan lap yang kering. 6. Piknometer seserta isinya ditimbang, misalnya beratnya Z gram. Z = Berat tanah + Berat labu + Berat air Berat air = Z – Berat labu – Berat tanah (X), Berat jenis air = 1, maka berat air sama dengan volume air.
7. Hitung volume tanah dengan jalan mengurangi volume labu dengan volume air (A). 8. Hitung berat jenis partikel dengan rumus : Berat jenis partikel (ρp) = Y/A g/cm3
III. PENETAPAN POROSITAS TANAH Porositas atau ruang pori tanah adalah volume seluruh pori-pori dalam suatu volume tanah utuh, yang dinyatakan dalam persen. Porositas terdiri dari ruang diantara partikel pasir, debu dan liat serta ruang diantara agregat-agregat tanah. Menurut ukuranya porositas tanah dikelompokkan ke dalam : ruang pori kapiler yang dapat menghambat pergerakan air menjadi pergerakan kapiler, dan ruang pori nonkapiler yang dapat memberi kesempatan pergerakan udara dan perkolasi secara cepat sehingga sering disebut pori drainase. Porositas total tanah dapat dihitung dari data berat volume tanah dan berat jenis partikel dengan rumus : Porositas total tanah = (1
BeratVolum eTanah ) x100% BeratJenis Partikel
IV. PENETAPAN PERMEABILITAS TANAH Permeabilitas diartikan sebagai kecepatan bergeraknya suatu cairan pada suatu media berpori dalam keadaan jenuh. Dalam hal ini sebagai cairan adalah air dan sebagai media berpori adalah tanah. Penetapan permeabilitas tanah dalam keadaan jenuh dilakukan mengikuti cara yang ditemukan oleh De Boodt (1967) berdasarkan Hukum Darcy. 4.1. Bahan dan alat Bahan dan alat yang diperlukan dalam penetapan permeabilitas tanah adalah tanah dalam ring sampel, air bebas ion, Cara Kerja 1. Contoh tanah diambil dari lapang dengan tabung silinder. 2. Contoh tanah dengan tabungnya direndam dalam bak air sampai setinggi 3 cm dari dasar bak selama 24 jam. Maksud perendaman adalah untuk mengeluarkan udara yang ada dalam pori-pori tanah sehingga tanah menjadi jenuh. 3. Setelah perendaman selesai, contoh tanah disambung dengan satu tabung silinder lagi. 4. Tabung kemudian dipindah kealat penetapan permeabilitas 4. Tambahkan air secara hati-hati setinggi tabung dan dipertahankan tinggi air tersebut. 5. Lakukan pengukuran volume air yang mengalir melalui alat penetapan permeabilitas tanah tersebut dalam waktu tertentu misalnya 3, menit, 5 menit, atau 10 menit 6. Lakukan pengukuran volume air tersebut sebanyak 5 kali, kemudian hasilnya dirata-ratakan. 7. Hitung permeabilitas tanah dengan rumus :
K
Q L 1 x x t h A
Dimana : K = Permeabilitas tanah (cm/jam) Q = Banyak air yang mengalir setiap pengukuran (ml) t = Waktu pengukuran (jam) L = Tebal contoh tanah (cm) h = Tinggi permukaan air dari permukaan contoh tanah (cm) A = Luas permukaan contoh tanah (cm2). Klasifikasi Permeabilitas tanah menurut Uhland dan O’neal (1951) adalah sebagai berikut :
Kelas Sangat lambat
Permeabilitas (cm/jam) < 0,125
Lambat
0,125 – 0,50
Agak lambat
0,50 – 2,00
Sedang
2,00 – 6,25
Agak cepat
6,25 – 12,50
Cepat Sangat cepat
12,50 – 25, 00 > 25,00
V. PENETAPAN POTENSIAL FREE ENERGY (pF) Potensial Free Energy (pF) adalah logaritma (log10) dari tegangan air tanah yang dinyatakan dalam cm tinggi kolom air, misalnya untuk tekanan dan isapan 1/3 atmosfir tinggi kolom air = 346 cm, maka pF log 346 = 2,54. Kurva pF adalah kurva yang menunjukkan hubungan antara logaritma tegangan air dengan kandungan air tanah. Penetapan sifat-sifat fisik tanah tersebut dilakukan mengikuti yang telah dikemukakan oleh Richard dan Fireman (1943) dan Richard (1947). Ada beberapa cara penetapan pF sesuai dengan alat yang digunakan yaitu : a. Dengan alat Pressure Plate Apparatus b. Dengan alat sistim gantung (Hanging) c. Dengan alat Tensiometer
A. Penetapan pF dengan Pressure Plate Apparatus Cara kerja 1. Contoh tanah diambil dari lapang dengan tabung baja (core) setebal 1 mm. 2. Tanah dari tabung diambil dari 3 bagian, masing-masing untuk pF 1 (tekanan 10 cm air), pF 2 (tekanan 100cm air) dan pF 2,54 (tekanan 1/3 atmosfir), untuk pF 4,2 (tekanan 15 atmosfir) digunakan contoh tanah kering udara < 2 mm. 3. Contoh tanah ditaruh diatas piringan (plate) dalam Pressure Plate Apparatus, sesuai dengan no. plate dan dijenuhi dengan air sampai kelebihan dan biarkan selama 24 jam. 4. Tutup alat tersebut rapat-rapat, kemudian biarkan tekanan sesuai dengan pF yang dikehendaki. 5. Keseimbangan akan tercapai setelah kira-kira 48 jam tekanan tersebut bekerja. 6. Setelah keseimbangan tersebut tercapai keluarkan contoh tanah itu, untuk ditetapkan kandungan airnya.
7. Buat kurva pF diatas kertas grafik, sebagai absis setelah kandungan air dan sebagai ordinat adalah pF. B. Penetapan pF dengan Sistim Gantung Cara Kerja 1. Siapkan corong khusus dan pipa plastik yang sesuai dengan corong tersebut dan digantung pada tembok atau dinding. 2. Contoh tanah diambil dari lapang dengan tabung baja (core)setebal 1 mm. 3. Tanah dari tabung diambil dari 3 bagian, masing-masing untuk pF 1 (tekanan 10 cm air), pF 2 (tekanan 100 cm air) dan pF 2,3 (tekanan 200 cm air). 4.
Biarkan air pada ujung pipa sampai rata dengan permukaan tanah dan biarkan selama 48 jam.
5. Setelah 48 jam buatlah tekanan isapan dengan membuat perbedaan ketinggian air sesuai dengan pF yang diinginkan. 6. Berikan tekanan selama 48 jam agar tercapai keseimbangan. 7. Tetapkan kadar airnya.
C. Penetapan pF dengan Alat Tensiometer Cara Kerja 1. Isikan air hingga alat penuh (Tensiometer) secara perlahan-lahan agar tidak terjadi udara yang terperangkap. 2. Keluarkan udara yang terperangkap dengan pompa vakum dan tutup rapat. 3. Masukan ujung keramik (yang porus) kedalam tanah dan dirapatkan pada pinggir ujung porus tersebut agar semua permukaannya bersentuhan dengan tanah. 4. Catat berapa tekanannya setelah posisi konstan. 5. Tetapkan kadar airnya, dengan rumus :
KadarAir
BeratTanahPermulaan BeratKerin gMutlak x100% BeratKerin gTanah
Pembuatan Kurva pF Perhitungan kadar air pada masing-masing pF
KadarAir
BeratTanahBasah BeratKerin gTanah x100% BeratKerin gTanah
pF 1 kadar airnya
=……………..%
pF 2 kadar airnya
=……………..%
pF 2,3 kadar airnya =……………..% pF 2,54 kadar airnya =……………..% pF 4,2 kadar airnya =……………..%
pF
7 6 5 4 3 2 1
0
10
20
30
40
50
60
70
Kadar air (%)
IV. PENETAPAN TEKSTUR TANAH Teksture tanah adalah susunan relative dari besar butir tanah terdiri dari pasir berukuran 2mm – 5 u, debu berukuran 50 u – 2 u dan liat berukuran kurang dari 2 u (menurut USDA). Ada 12 kelas tekstur tanah yaitu : pasir, debu, liat, pasir berlempung, lempung pasir, lempung, lempung berdebu, lempung berliat, lempung liat berpasir, lempung liat berdebu, liat berpasir, dan liat berdebu. Penetapan teksture tanah di laboratorium ialah dengan cara pipet dan cara hydrometer. Penetapan Tekstur Tanah Dengan Hydrometer Cara Kerja 1. Timbang tanah yang telah diayak (± 2 mm) sebanyak 50 gram. Masukan kedalam gelas piala 400 ml. tambahkan 50 ml H2O2 30% untuk mengoksidir bahan organic supaya tidak mengandung fraksi-fraksi pasir dan liat yang ada. 2. Tambahkan air destilasi sebanyak ± 200 ml. 3. Tambahkan 5 ml 1 N larutan calgon atau 30 ml 0,1 N Natrium Pirofosfat. 4. Kocok dan aduk sampai merata, tutup dan kemudian simpan selama 15 – 20 jam. 5. Tuangkan kedalam mankok dispersi dengan bantuan botol semprot. 6. Isi mankok dengan air distilasi samapai 7,5 cm dari permukaan. 7. Aduk dengan mixer selama 5 menit. 8. Tuangkan seluruh isi mangkok kedalam tabung sidimentasi, lalu bersihkan mangkok dengan botol semprot. 9. Isi tabung dengan air distilasi sampai tepat 1000 ml. 10. Rendam tabung dalam bak air selama beberapa waktu dan catat suhunya. 11. Angkat tabung sidimentasi, sumbat dengan sempurna lalu kocok dengan membolak-balikkan tabung sebanyak 20 kali. 12. Kembalikan tabung kedalam bak air, dan catat waktunya.
13. Segera tuangkan ± 3 tetes amil-alkohol ke permukaan suspensi untuk menghilangkan gangguan buih yang timbul. 14. Setelah 15 detik masukkan hydrometer kedalam suspensi secara hatihati. 15. Baca setelah 40 detik (atau 50 detik setelah Hydrometer dimasukkan) dan catat. 16. Keluarkan hydrometer dan bilas dengan air hingga bersih. 17. Koreksi angka dengan pembacaan dengan cara : untuk tiap derajat (derajat Fahrenheit/0F) di atas 680E(200C) angka pembacaan ini ditambah 0,2. bila kurang 680F, angka pembacaan dikurangi 0,2. 18. Setelah menjelang 2 jam, hydrometer dimasukkan lagi dan pembacaan dilakukan tepat pada waktu 2 jam. 19. Ambil hydrometer dan bilas bersih. 20. Tentukan persentase pasir, debu dan liat. Penetapan Tekstur Tanah Dengan Cara Pipet Cara Kerja 1. Timbang tanah 20 gram kering udara dan dimasukan dalam erlemayer 500 ml. 2. Tambahakan 15 ml air dan 15 ml H2O2 30% dan kocok memutar dengan tangan.. 3. Biarkan semalam, Apabila buih banyak tempatkan dalam bak air dan tambahkan alcohol. 4. Tempatkan diatas hot plate atau pemanas dengan suhu rendah dan tambahkan dengan H2O2 30% sedikit demi sedikit sampai tidak timbul buih. 5. Bila tanah mengandung CaCO3 bebas, tambahkan 45 ml HCL 0,4 N didihkan 60 menit, biarkan mengendap dan lakukan dekan tasi. 6. Tambahkan air sampai menjadi ± 300 ml, kemudian ditempatkan diatas hot plate dengan menaikkan suhu perlahan-lahan dan didihkan selama 1jam (untuk menghilangkan sisa H2O2 30%) setelah itu didinginkan.
7. Setelah dingin tambahkan 25 ml larutan Na4P2O7 5% dan biarkan semalam. 8. Hari beriku di kocok dengan pengocok (mixer) selama 5 menit, lalu pasirnya dipisahkan dengan ayakan 0,053 mm. pasir dioven dengan suhu 1050C sampai konstan. 9. Filtratnya untuk penentuan debu dan liat. Penentuan debu dan liat 1. Filtrat hasil saringan tadi dimasukkan ke dalam tabung 1000 ml dan tempatkan di atas meja kocok sampai semua larutan mengendap, dan langsung dipipet sebanyak 20 ml dan catat suhunya. 2. Hasil pemipetan dipindahkan ke tin timbangan (sebelumnya tin ditimbang dulu). Keringkan dalam oven selama semalam dengan suhu 105 0C. ini menunjukkan fraksi ± 50 u = berat B. 3. Diamkan jangan sampai kena getaran (suhu no.1 menentukan waktu pemipetan yang kedua). 4. Setelah waktu pemipetan kedua, pipet lagi sebanyak 20 ml, masukkan kedalam tin. Keringkan dalam oven semalam lalu timbang. Berat ini menunjukkan berat fraksi yang berukuran lebih kecil dari 50 u = berat C. 5. Suhu pemipetan kedua dicatat, untuk menentukan waktu pemipetan yang ketiga. 6. Selama tepat waktunya, pipet lagi sebanyak 20 ml (seperti no.2) masukkan dalam tin dan keringkan dalam oven selama semalam. Berat fraksi ini menunjukkan fraksi yang lebih kecil 2 u = berat D.
Waktu Sidimentasi Untuk Partikel Suhu 0 C
20
Jumlah waktu yang menunjukkan diameter partikel 2 um 20 um 10 cm 8 cm 10 cm 8 cm Jam Menit Jam Menit Jam Menit Jam Menit 7 46 6 13 4 39 3 43
21
7
35
6
4
4
33
3
38
22
7
24
5
55
4
37
3
33
23
7
11
5
47
4
20
3
28
24
7
4
5
39
4
14
3
23
25
6
55
5
32
4
8
3
19
26
6
45
5
24
4
2
3
14
27
6
36
5
17
3
56
3
9
28
6
28
5
10
3
53
3
6
29
6
19
5
3
3
48
3
2
Perhitungan Perhitungan berdasarkan pada berat kering sample. Berikut ini didapatkan penyajian akhir dari masing-masing fraksi : 1. Liat (< 2 u) = (D x 50) – 0,75 gram = ……….g (Berat K) 2. Debu (2 – 20 u) = (C x 50) – 0,57 g – K = ……….g (Berat L) 3. Debu(20 – 50 u) = (B x 50) – 0,75 - K – L = ……….g (Berat M) 4. pasir (50 – 2000 u ) = Berat A 0,75 g = koreksi untuk agent dispersi 5. Berat sampel = K + L + M + A 6. Jumlah proporsi (%) dari fraksi, dihitung dengan : % liat (< 2 u) = K/berat sampel x 100% = ……………….% %debu (2 – 20 u) = L/ berat sampel x 100% = …………...% %debu (20 – 50 u) = M/ berat sampel x 100% = …………% %pasir (50 – 2000 u) = A/ berat sampel x 100% = ……….% 7. Tentukan kelas tekstur dalam segitiga tekstur, 8. Tekstur tanah adalah …………………………………………………
Gambar Segitiga Tekstur Menurut USDA
