TINJAUAN PUSTAKA A. SIFAT FISIK DAN MEKANIK TANAH PADA PENGOLAHAN TANAH Tanah merupakan suatu sistem yang dinamis, tersusun dari empat bahan utama yaitu bahan mineral, bahan organik, air, dan udara. Bahan-bahan penyusun tanah tersebut masing-masing berbeda komposisinya untuk setiap jenis tanah, kadar air dan perlakuan terhadap tanah. Sebagai suatu sistem yang dinamis, tanah dapat berubah keadaannya dari waktu ke waktu, sesuai sifat-sifatnya yang meliputi : sifat fisik, sifat kimia dan sifat mekanis, serta keadaan lingkungan yang keseluruhannya menentukan produktifitas tanah. Pada tanah-tanah pertanian, sifat mekanis tanah yang terpenting adalah reaksi tanah terhadap gaya-gaya yang bekerja pada tanah, dimana salah satu bentuknya yang dapat diamati adalah perubahan tingkat kepadatan tanah. Perubahan fisik dan mekanik tanah tersebut, sesuai perkembangan tanah, terjadi baik secara alami atau akibat kegiatan manusia, seperti pengolahan tanah dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman melalui perbaikan aerasi, pergerakan air dan penetrasi akar dalam profil tanah (Yunus 2004) Sifat-sifat dinamik tanah adalah sifat-sifat yang dinyatakan melalui pergerakan tanah. Apabila suatu blok tanah bergerak di atas sebuah permukaan maka gesekan resultan adalah merupakan sifat dinamik dari tanah dan sifat ini tidak akan terlihat dan ditentukan sebelum blok tanah tersebut bergerak. Contoh lain adalah bila tanah gembur dipadatkan maka kekuatan tanahnya akan meningkat. Kekuatan tanah merupakan sifat dinamik dari tanah yang merupakan kemampuan dari suatu tanah pada kondisi tertentu untuk melawan gaya yang bekerja atau kemampuan suatu tanah untuk mempertahankan diri dari deformasi (Mandang dan Nishimura 1991). Tekstur
tanah
menunjukkan
kasar
halusnya
tanah
berdasarkan
perbandingan banyaknya butir-butir pasir, debu dan liat. Dalam klasifikasi tanah (taksonomi tanah) tingkat famili, kasar halusnya tanah ditunjukkan oleh sebaran ukuran butir (partickle size distribution) yang merupakan penyederhanaan dari kelas tekstur tanah dengan memperhatikan dari pasir (lebih dari 2 mm).
pula fraksi tanah yang lebih besar
Kelas besar butir untuk fraksi ukuran kurang
3
dari 2 mm (fraksi tanah halus) meliputi : berpasir, berlempung kasar, berlempung halus, berdebu kasar, berdebu halus, (berliat) halus, (berliat) sangat halus. Bila fraksi tanah halus (kurang dari 2 mm) sedikit sekali (< 10 %) dan tanah terdiri dari kerikil, batu-batu dan lain-lain (≥ 90 % volume) disebut fragmental. Bila tanah halus masuk kelas berpasir, berlempung atau berliat, tetapi mengandung 35 % - 90 % (volume) fragmen batuan (kerikil, batu-batu) maka kelas sebaran butirnya disebut
berpasir
skeletal,
berlempung
skeletal,
dan
berliat
skeletal.
(Hardjowigeno 2003). Tekstur tanah dipengaruhi oleh faktor dan proses pembentukan tanah tersebut. Faktor pembentukan tanah yang penting antara lain adalah bahan induk tanah. Bahan induk bertekstur kasar cenderung menghasilkan tanah bertekstur kasar dan sebaliknya (Buol et al. 1980). Struktur tanah adalah penyusunan (arrangement) partikel-partikel tanah primer seperti pasir, debu dan liat membentuk agregat-agregat yang satu agregat dengan lainnya dibatasi oleh bidang alami yang lemah. Struktur dapat memodifikasikan pengaruh tekstur dalam hubungannya dengan kelembaban, porositas, tersedianya unsur hara, kegiatan jasad hidup dan pertumbuhan akar (Bailey 1986). Tanah dengan struktur baik (granuler, remah) mempunyai tata udara yang baik, unsur-unsur hara lebih mudah tersedia dan mudah diolah. Struktur tanah yang baik adalah yang bentuknya membulat sehingga tidak dapat saling bersinggungan dengan rapat. Akibatnya pori-pori tanah banyak terbentuk. Di samping itu struktur tanah harus tidak mudah rusak (mantap) sehingga pori-pori tanah tidak cepat tertutup bila terjadi hujan (Hardjowigeno 2003). Kerapatan lindak atau bobot isi (bulk density) menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering dengan volume tanah termasuk volume pori-pori tanah. Bulk density merupakan petunjuk kepadatan tanah. Makin padat suatu tanah makin tinggi bulk density, yang berarti makin sulit meneruskan air atau ditembus akar tanaman. Pada umumnya bulk density berkisar 1.1 – 1.6 g/cc. Beberapa jenis tanah mempunyai bulk density kurang dari 0.9 g/cc misal tanah Andisol, bahkan ada yang kurang dari 0.1 g/cc misalnya tanah gambut (Hardjowigeno 2003).
4
B. PEMADATAN TANAH Pemadatan tanah adalah perubahan keadaan dimana terjadi penyusutan volume tanah atau terjadi kenaikan berat tanah pada satu satuan volume tertentu. Kondisi tanah atau tingkat kepadatan tanah dapat ditentukan dengan parameterparameter tertentu seperti Void ratio, porositas, bulk density, dan berat jenis isi. Void ratio adalah perbandingan antara volume pori terhadap volume padatan. Porositas adalah perbandingan volume pori terhadap volume total. Bulk density adalah perbandingan berat
tanah terhadap volume tanah total dan berat isi
tanah adalah perbandingan berat kering tanah terhadap volume padatan (Mandang dan Nishimura 1991). Harris (1971) menyatakan bahwa ada empat hal yang mungkin terjadi sehingga menghasilkan perubahan tingkat kepadatan tanah, yaitu : 1. Pemampatan partikel-partikel padatan tanah. 2. Pendesakkan cairan dan gas pada ruang pori tanah. 3. Perubahan kandungan cairan dan gas di dalam ruang pori tanah. 4. Perubahan susunan partikel-partikel padatan tanah. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses pemadatan tanah antara lain berat alat, tekanan udara ban, kadar air tanah pada saat melintas. Selain itu ada faktor lain yang perlu diperhatikan yaitu intensitas lalu lintas alat, slip
roda,
dan
baru
tidaknya
lahan
tersebut
diolah
sebelumnya
(Hersyami dan Sembiring 2000). James dan Donald (1993) menyatakan bahwa pemadatan dapat disebabkan oleh berat mesin, ukuran ban dan tekanan udara ban. Mesin seperti combine dan mesin pemupukan beratnya bisa mencapai lebih dari 30 ton. Beban yang ringan pada mesin hanya menyebabkan pemadatan di permukaan tanah, sedangkan beban yang berat dapat menyebabkan pemadatan yang lebih dalam yang tidak dapat diperbaiki dengan pengolahan tanah. Penambahan penggunaan ban pengapung telah dianjurkan pada pengoperasian di lahan yang terlalu basah untuk mendukung mesin. Hal ini juga mendorong terjadinya pemadatan yang dalam. Gambar 1 menunjukkan bagaimana kadar air tanah mempengaruhi kedalaman pemadatan. Pembebanan dan ukuran ban menyebabkan pemadatan yang lebih dalam pada tanah basah dibanding pada tanah kering.
5
Mandang dan Nishimura (1991) menyatakan bahwa gaya-gaya pada tanah dapat diklasifikasikan dalam dua katagori yaitu internal dan eksternal. Gaya-gaya internal timbul pada proses pembekuan, pengeringan dan pengerutan/penyusutan pada tanah. Gaya-gaya eksternal bersumber pada berbagai bentuk pembebanan tanah dari benda-benda di sekitar massa tanah, seperti bangunan, kendaraan dan kegiatan yang berlangsung di sekitar massa tanah. Gaya-gaya internal dapat dikatakan bersumber dari proses alam sedangkan gaya-gaya eksternal adalah ciptaan manusia. Prosedur pengukuran kepadatan tanah yang umum digunakan adalah menentukan volume dan berat contoh tanah atau dengan mengukur konduktivitas tanah. Kemampuan tanah dalam meneruskan tegangan dan kekuatan tanah adalah juga bentuk ukuran tingkat kepadatan tanah (Mandang dan Nishimura 1991).
Gambar 1. Pengaruh Kadar Air Tanah Terhadap Kedalaman Pemadatan C. PENGARUH PEMADATAN TANAH TERHADAP PRODUKSI TANAMAN Thompson et al. (1987) diacu dalam Stone dan Ekwue (1993) menyatakan bahwa pemadatan tanah adalah hal yang tidak diinginkan dalam kegiatan pertanian karena dapat mengurangi aerasi tanah, mengurangi ketersedian air bagi
6
tanaman, dan menghambat pertumbuhan akar tanaman. Pemadatan tanah yang disebabkan oleh beratnya mesin merupakan penyebab utama degradasi tanah di daerah Quebec, pemadatan tanah menyebabkan kerugian produksi setiap tahun. Nilai kerugian produksi akibat pemadatan tanah yang telah diestimasi oleh Fox and Coote (1985) diacu dalam Lavoie et al. (1991) sekitar US$ 30 juta dan oleh Dewan Science Kanada (1986) dan Mehuys (1984) diacu dalam Lavoie et al. (1991) sekitar US$ 100 juta . Penelitian di daerah Indiana Wisconsin dan Kanada (Gambar 2) menunjukkan bahwa pemadatan tanah mengurangi produksi jagung. Penelitian lain yang dilakukan oleh Southwest Research Centre dengan perlakuan sebuah plot yang secara intensif dipadatkan oleh lalu lintas truk berbeban berat sebelum proses pengolahan tanah dan penanaman. Penelitian ini menemukan bahwa pemadatan menghambat pertumbuhan tanaman, pada tongkol jagung tidak terdapat biji jagung. Pengaruh pemadatan terhadap produksi lebih nyata pada beberapa jenis tanah, tanah lempung liat berpasir lebih terpangaruh oleh pemadatan daripada lempung berpasir. Secara umum, semakin kecil partikelpartikel
tanah,
maka
akan
lebih
padat
dan
mengurangi
produksi
(James dan Donald 1993). Gill dan Vanden Berg (1968) menyatakan bahwa pemadatan tanah menurunkan aerasi tanah sehingga menghambat metabolisme perakaran tanaman, meningkatkan keteguhan tanah sehingga menghambat perkembangan akar, menurunkan permeabilitas tanah sehingga meningkatkan aliran permukaan dan erosi.
Gambar. 2. Pengaruh Pemadatan Terhadap Produksi Jagung (University of Wisconsin Publication A3367)
7
D. PENGARUH LINTASAN TRAKTOR TERHADAP PEMADATAN TANAH Pada penggunaan tanah di bidang pertanian, kepadatan tanah merupakan faktor yang penting untuk dipertimbangkan karena mempengaruhi produktivitas tanah.
Pemadatan tanah sampai batas tertentu memang diperlukan, misalnya
untuk memperbaiki kontak antara benih dan tanah, tetapi jika berlebihan akan berpengaruh buruk terhadap kondisi fisik tanah dan tanaman (Moolenaar 1990). Hasil penelitian yang dilakukan oleh Faozi (2002), menyatakan bahwa perlakuan lintasan traktor terhadap tanah memberikan pengaruh pada nilai bulk density, dimana semakin meningkat intensitas lintasan traktor yang diberikan maka nilai bulk density yang dihasilkan juga meningkat. Pada perlakuan tanpa lintasan traktor di kedalaman
0 – 10 cm nilai bulk density-nya 1.012 gr/cc,
sedang pada perlakuan dengan tiga lintasan traktor di kedalaman yang sama nilai bulk density-nya 1.330 gr/cc, kemudian untuk perlakuaan lima lintasan traktor di kedalaman yang sama nilai bulk density naik menjadi 1.403 gr/cc. Pengaruh lintasan terhadap pemadatan tanah memperlihatkan hubungan yang nyata, dimana tahanan penetrasi dan nilai bulk density meningkat setelah dilintasi traktor. Tahanan penetrasi paling besar terjadi pada proses pemadatan dengan tiga dan lima kali lintasan, nilai tahanan penetrasi tertinggi pada kedalaman 15 dan 25 cm sebesar 24.2 kg/cm2. Secara umum nilai bulk density tanah setelah mendapat perlakuan lintasan memperlihatkan nilai yang meningkat sejalan dengan penambahan jumlah lintasan pada tiap kedalaman (Kusuma 1998). Lalu lintas mesin telah memberikan pengaruh terhadap produksi tanaman dengan pertambahan nilai bulk density tanah. Pertambahan nilai bulk density tanah dapat menghambat penetrasi akar ke dalam tanah, mengurangi ketersedian udara dan mengurangi infiltrasi air ke dalam tanah sehingga mengurangi produksi tanaman (Raghavan 1978 diacu dalam Lavoie 1991). Dari segi kebutuhan energi, meningkatnya kepadatan tanah berarti meningkatkan energi untuk pengolahan tanah. Hasil penelitian Bateman. et al. (1965) diacu dalam Moolenaar (1990) menunjukkan bahwa kebutuhan energi untuk pengolahan tanah berhubungan dengan derajat kehancuran yang diinginkan dan tingkat keteguhan tanah (Gambar 3).
8
Gambar 3. Pengaruh Berat Isi Terhadap Kebutuhan Energi untuk Pengolahan Tanah Pada Kadar Air 28 % . Menurut Mc Kyes (1985) perubahan kebutuhan energi tersebut karena perubahan sifat hidraulis tanah akibat pemadatan tanah. Dikemukakannya bahwa kohesi dan sudut gesekan dalam (internal friction) tanah akan meningkat sejalan dengan makin padatnya tanah, yang berarti meningkatkan kebutuhan traksi. Gill (1971) menggunakan besaran “spesific draft” untuk menggambarkan kebutuhan energi dan mengemukakan bahwa “spesific draft” meningkat 0.01 kg/cm2 untuk setiap kenaikan 1 kg/cm2 tahanan penetrasi tanah. E. PENGARUH PEMBERIAN BAHAN ORGANIK TERHADAP DRAFT PENGOLAHAN TANAH Komponen horizontal gaya tarik yang sejajar arah gerak biasa disebut tahanan tarik (Draft) (Bainer et al. 1978) sedangkan perbandingan antara draft dengan luas penampang olahan disebut sebagai draft spesifik.
Komponen
vertikal draft berpengaruh terhadap penambahan beban pada roda belakang traktor dan pengurangan beban dari roda depan. Karena itu gaya ini sangat mempengaruhi kemampuan traksi, stabilitas dan kemudahan pengemudian traktor serta mempertahankan kedalaman alat (Bainer et al. 1978). Draft atau gaya horizontal pengolahan tanah adalah suatu fenomena kompleks yaitu ditentukan oleh banyak faktor yang dikelompokkan ke dalam faktor tanah (antara lain kerapatan/kepadatan, kandungan air, kohesi tanah, kandungan liat, dan sudut gesekan dalam tanah), faktor alat (antara lain bentuk, jenis dan ukuran) dan faktor operasi (antara lain kedalaman olah, lebar olah, adhesi tanah-alat, sudut gesekan dalam tanah-alat, kecepatan maju dan sudut
9
potong tanah). Telah banyak penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari faktor-faktor tersebut di atas terhadap draft pada kondisi-kondisi tertentu atau untuk mendapatkan persamaan-persamaan penduga draft pengolahan tanah (Sembiring et al. 1995). Bainer et al. (1978) menghubungkan draft dengan kecepatan olah dalam persamaan : Ds = Do + KV2 ...................................................(1) Dimana : Ds = Draft pada kecepatan V (N/cm2) Do = komponen statis draft (N/cm2) V = kecepatan olah (km/jam) K = konstanta yang tergantung dari tipe tanah dan alat Prasojo (1993) melakukan pendugaan tahanan tarik tanah jenis latosol pada berbagai tingkat kedalaman pembajakan dengan menggunakan model bajak singkal pada soil bin. Prasojo (1993) menyatakan bahwa kedalaman pembajakan dominan
pengaruhnya
terhadap
tahanan
tarik
tanah,
dengan
semakin
meningkatnya kedalaman pembajakan akan memperbesar nilai tahanan tarik tanah. Dengan semakin meningkatnya nilai kohesi maka akan memperbesar nilai tahanan tarik sedangkan bulk density tanah kurang dominan pengaruhnya terhadap tahanan tarik tanah. Warsono (1993) menyatakan bahwa tahanan tarik tanah mengalami penurunan sampai batas terendah dengan bertambahnya kadar air sampai mendekati batas plastis dan semakin bertambahnya kadar air akan meningkatkan kembali tahanan tarik. Tahanan tarik tanah semakin besar dengan meningkatnya sudut gesek dalam sehingga didapat korelasi linier antara tahanan tarik tanah dengan sudut gesek dalam. Begitu juga hubungan antara tahanan tarik tanah dengan nilai kohesi yang memiliki korelasi linier. Draft tanah yang diukur merupakan draft tanah aktual dan draft tanah spesifik. Draft tanah aktual dan spesifik adalah gaya reaksi tanah horizontal yang arahnya berlawanan namun tegak lurus terhadap bidang operasi permukaan kerja bajak singkal, dimana draft spesifik dihitung berdasarkan bidang operasi (N/cm2) dan draft aktual dihitung dalam satuan gaya (N).
10
Informasi kecepatan, lebar dan kedalaman potongan tanah diperlukan untuk memperoleh gambaran yang lebih lengkap dari tahanan tarik alat pengolah tanah dan kebutuhan daya traktor (Bainer et al. 1978). Menurut Liljedahl et al. (1979) bahwa alat ukur draft yang sederhana yaitu spring type dynamometer (dinamometer tipe pegas). Prinsip alat ini didasarkan pada perpanjangan dan perpendekan dari pegas, namun alat ini terbatas untuk pengukuran yang kasar, disebabkan oleh fluktuasi beban yang terjadi pada penggandengan yang pertama. Penelitian yang dilakukan Surawijaya (1995) menunjukkan bahwa perlakuan pemberian bahan organik memberikan pengaruh yang nyata pada draft. Nilai tahanan draft pada perlakuan pemberian bahan organik ternyata lebih rendah dibanding dengan perlakuan tanpa bahan organik. Penurunan draft pengolahan lahan sebesar 28.2 % - 44.5 % dimana draft terendah diperoleh pada perlakuan pengolahan tanah dengan bajak rotari dan bahan organik Sesbania rostrata. F. BAHAN ORGANIK Bahan organik merupakan bahan penting dalam menciptakan kesuburan tanah, baik secara fisika, kimia, dan biologi tanah. Bahan organik adalah bahan pemantap agregat tanah yang baik, merupakan sumber hara tanaman. Bahan organik berasal dari bahan tanaman dan binatang yang mengalami dekomposisi dan terangkut ke lapisan bawah serta tercampur dengan tanah. Bahan organik akan
mempengaruhi sifat fisik tanah seperti ;
1) kemampuan tanah menahan air meningkat, 2) warna tanah menjadi coklat hingga hitam, 3) merangsang granulasi agregat dan memantapkannya, 4) menurunkan plastisitas, kohesi dan sifat buruk lainnya dari liat (Bailey 1986). Peran pupuk organik dalam memperbaiki sifat fisik tanah, memberikan banyak keuntungan. Fungsi pupuk organik antara lain (Suriawiria 2002) : a. Sebagai pengatur kelembaban tanah, dengan keadaan tanah yang tetap lembab semua proses kehidupan di dalamnya akan berjalan secara baik. b. Sebagai pengatur sirkulasi udara di dalam tanah. c. Dapat mempermudah penetrasi akar di dalam tanah. d. Dapat mempermudah masuknya air ke dalam tanah. e. Sebagai sumber unsur-unsur mikro, zat pengatur tumbuh yang dibutuhkan tanaman di dalam tanah.
11
f. Dapat menyimpan air (konservasi air hujan) dan mengefesienkan penggunaan pupuk anorganik. Pemberian pupuk organik dengan cara pengadukan bersama pengolahan tanah mampu memperbaiki struktur tanah dan sifat fisik lain yang berkaitan, juga mampu menurunkan fluktuasi suhu harian tanah (Suwardjo, Abdurachman dan Sutono, 1984 diacu dalam Surawijaya
1995). Keterolahan tanah pada tanah
bertekstur halus dipengaruhi oleh kadar bahan organik. Jumlah bahan organik tanah yang cukup akan mengurangi pengaruh buruk pengolahan tanah dan akan memperlebar selang kadar air optimum untuk pengolahan tanah. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan Mastur et al. (1993) yang menyatakan bahwa tanah yang diberi bahan organik akan lebih mudah diolah atau dengan kata lain kebutuhan draft pengolahan tanah cenderung lebih rendah, ini terlihat dari lebar tanah terolah pada perlakuan bahan organik yang cenderung lebih tinggi dibanding perlakuan pupuk anorganik. Jenis pupuk organik yang sudah umum dikenal adalah pupuk organik kompos. Pupuk organik kompos berasal dari sampah rumah tangga seperti sisa sayuran, sisa bahan makanan yang dibuang karena membusuk, daun-daun pohon, jerami padi, pohon kacang-kacangan yang telah diambil buahnya dan serbuk gergaji yang telah mengalami proses pengomposan. Pupuk kompos baik bahan baku, tempat pembuatan dan cara pembuatannya dapat dilakukan oleh siapa pun dan di mana pun. Begitu pula dengan pemanfaatannya, kompos dapat digunakan untuk tanaman hias, tanaman sayuran, tanaman buah-buahan, dan tanaman pangan lainnya (Suriawiria 2002).
12
Tabel 1. Kandungan komposisi kimia pupuk tumaritis : Unsur
Jumlah
PH
7.90
N organik (%)
1.21
C organik (%)
7.68
Fospor, P (%)
0.38
Air (%)
27.00
Nitrogen, N (%)
0.78
Kalium, K (%)
23.45
Kalsium, Ca (%)
0.39
Magnesium, Mg (%) 0.40 C/N ratio
6
13
