HUBUNGAN TANAH - AIR - TANAMAN
1
2
3
4
5
Lingkaran Tanah-AirTanaman
LTAT mrpk sistem dinamik dan terpadu dimana air mengalir dari tempat dengan tegangan rendah menuju tempat dengan tegangan air tinggi.
Hilang melalui stomata daun (transpirasi)
Air kembali ke atmosfer (evapo-transpirasi)
Air dikembalikan ke tanah melalui hujan dan irigasi
Penguapan
Serapan bulu akar
6
7
Proses fotosintesis memerlukan air
8
CO2 dari Udara
Fotosintesis: CO2 + H2O ---- Karbohidrat (Glukosa)
Glukosa
Pati
dan senyawa organik lain dalam buah dan biji
Air dari tanah 9
CO2 dari Udara
Fotosintesis: CO2 + H2O
Karbohidrat (Glukosa)
Glukosa
Pati
dan senyawa organik lain dalam biji
Stomata:
Pintu lalu lintas CO2, O2, dan H2O
Air dari tanah 10
Kekuatan ikatan antara molekul air dengan partikel tanah dinyatakan dengan TEGANGAN AIR TANAH. Ini merupakan fungsi dari gaya-gaya adesi dan kohesi di antara molekul - molekul air dan partikel tanah
Adesi
Kohesi
H2O
Partikel tanah
Air terikat
Air bebas
11
Air Tersedia untuk pertumbuhan tanaman 12
Status Air Tanah
Perubahan status air dalam tanah, mulai dari kondisi jenuh hingga titik layu
Jenuh
Kap. Lapang
Padatan
Titik layu
Pori
100g
air
40g
tanah jenuh air
100g
20g
udara
kapasitas lapang
100g
10 g
udara
koefisien layu
100g
8g
udara
koefisien higroskopis
13
AIR DALAM PORI TANAH
14
KLASIFIKASI AIR DALAM TANAH (FISIK VS BIOLOGI)
15
Klasifikasi Air Tanah
Klasifikasi Fisik: 1. Air Bebas (drainase) 2. Air Kapiler 3. Air Higroskopis
Air Bebas (Drainase): a. Air yang berada di atas kapasitas lapang b. Air yang ditahan tanah dg tegangan kurang dari 0.1-0.5 atm c. Tidak diinginkan, hilang dengan drainase d. Bergerak sebagai respon thd tegangan dan tarika gravitasi bumi e. Hara tercuci bersamanya
AIR KAPILER: a. Air antara kapasitas lapang dan koefisien higroskopis b. Tegangan lapisan air berkisar 0.1 - 31 atm c. Tidak semuanya tersedia bagi tanaman d. Bergerak dari lapisan tebal ke lapisan tipis e. Berfungsi sebagai larutan tanah AIR HIGROSKOPIS : a. Air diikat pd koefisien higroskopis b. Tegangan berkisar antara 31 - 10.000 atm c. Diikat oleh koloid tanah d. Sebagian besar bersifat non-cairan e. Bergerak sebagai uap air
16
Klasifikasi berdasarkan ketersediaannya bagi tanaman: 1. AIR BERLEBIHAN: air bebas yg kurang tersedia bagi tanaman. Kalau jumlahnya banyak berdampak buruk bagi tanaman, aerasi buruk, akar kekurangan oksigen, anaerobik, pencucian air
Klasifikasi Biologi Air tanah
2. AIR TERSEDIA: air yg terdapat antara kap. Lapang dan koef. Layu. Air perlu ditambahkan untuk mencapai pertumbuhan tanaman yang optimum apabila 50 - 85% air yg tersedia telah habis terpakai. Kalau air tanah mendekati koefisien layu, penyerapan air oleh akar tanaman tdk begitu cepat dan tidak mampu mengimbangi pertumbuhan tanaman
3. AIR TIDAK TERSEDIA: AIR yg diikat oleh tanah pd TITIK LAYU permanen, yaitu air higroskopis dan sebagian kecil air kapiler.
KH 31 atm
KL
KP
15 atm
1/3 atm
Air Higroskopis
Air Kapiler
Tdk tersedia
Tersedia
100 % pori
Ruang udara dan air drainase
Berlebihan Daerah Optimum
17
18
19
20
21
22
KEBUTUHAN AIR TANAMAN A plant has different water needs at different stages of growth. While a plant is young it requires less water than when it is in the reproductive stage.
Kurva Penggunaan Air Musiman oleh Tanaman
When the plant approaches maturity, its water need drops. Curves have been developed that show the daily water needs for most types of crops. 23
TEGANGAN vs kadar air
Air higroskopis
Kurva tegangan - kadar air tanah bertekstur lempung
Air kapiler Air tersedia Lambat tersedia
Cepat tersedia
Air gravitasi
Zone optimum
Tegangan air, bar
31
Koefisien higroskopis Koefisien layu
0.1
Kapasitas lapang Kap. Lapang maksimum 24 persen air tanah
Hubungan antara kadar air tanah dan tegangan air tanah untuk tekstur lempung
25
STRUKTUR & CIRI
POLARITAS Molekul air mempunyai dua ujung, yaitu ujung oksigen yg elektronegatif dan ujung hidrogen yang elektro-positif. Dalam kondisi cair, molekul-molekul air saling bergandengan membentuk kelompok-kelompok kecil tdk teratur. Ciri polaritas ini menyebabkan plekul air tertarik pada ion-ion elektrostatis. Kation-kation K+, Na+, Ca++ menjadi berhidrasi kalau ada molekul air, membentuk selimut air, ujung negatif melekat kation. Permukaan liat yang bermuatan negatif, menarik ujung positif molekul air.
Kation hidrasi
Selubung air
Tebalnya selubung air tgt pd rapat muatan pd permukaan kation. Rapat muatan = muatan kation / luas permukaan
26
STRUKTUR & CIRI
IKATAN HIDROGEN Atom hidrogen berfungsi sebagai titik penyambung (jembatan) antar molekul air. Ikatan hidrogen inilah yg menyebabkan titik didih dan viskositas air relatif tinggi
KOHESI vs. ADHESI Kohesi: ikatan hidrogen antar molekul air Adhesi: ikatan antara molekul air dengan permukaan padatan lainnya Melalui kedua gaya-gaya ini partikel tanah mampu menahan air dan mengendalikan gerakannya dalam tanah TEGANGAN PERMUKAAN Terjadinya pada bidang persentuhan air dan udara, gaya kohesi antar molekul air lebih besar daripada adhesi antara air dan udara. Udara Permukaan air-udara
air 27
POTENSIAL AIR TANAH
POTENSIAL TARIKAN BUMI = Potensial gravitasi Pg = G.h dimana G = percepatan gravitasi, h = tinggi air tanah di atas posisi ketinggian referensi. Potensial gravitasi berperanan penting dalam menghilangkan kelebihan air dari bagian atas zone perakaran setelah hujan lebat atau irigasi
Potensial matrik dan Osmotik Potensial matrik merupakan hasil dari gaya-gaya jerapan dan kapilaritas. Gaya jerapan ditentukan oleh tarikan air oleh padatan tanah dan kation jerapan Gaya kapilaritas disebabkan oleh adanya tegangan permukaan air. Potensial matriks selalu negatif Potensial osmotik terdapat pd larutan tanah, disebabkan oleh adanya bahan-bahan terlarut (ionik dan non-ionik). Pengaruh utama potensial osmotik adalah pada serapan air oleh tanaman
Hisapan dan Tegangan Potensial matrik dan osmotik adalah negatif, keduanya bersifat menurunkan energi bebas air tanah. Oleh karena itu seringkali potensial negatif itu disebut HISAPAN atau TEGANGAN. Hisapan atau Tegangan dapat dinyatakan dengan satuan-satuan positif. Jadi padatan-tanah bertanggung jawab atas munculnya HISAPAN atau TEGANGAN. 28
Tekstur tanah dan air tersedia
29
Pola pergerakan air gravitasi dalam tanah
30
RETENSI AIR TANAH
KAPASITAS RETENSI MAKSIMUM adalah: Kondisi tanah pada saat semua pori terisi penuh air, tanah jenuh air, dan tegangan matrik adalah nol. KAPASITAS LAPANG: air telah meninggalkan pori makro, pori makro berisi udara, pori mikro masih berisi air; tegangan matrik 0.1 - 0.2 bar; pergerakan air terjadi pd pori mikro/ kapiler
KOEFISIEN LAYU: siang hari tanaman layu dan malam hari segar kembali, lama-lama tanaman layu siang dan malam; tegangan matrik 15 bar. Air tanah hanya mengisi pori mikro yang terkecil saja, sebagian besar air tidak tersedia bagi tanaman. Titik layu permanen, bila tanaman tidak dapat segar kembali
KOEFISIEN HIGROSKOPIS Molekul air terikat pada permukaan partikel koloid tanah, terikat kuat sehingga tidak berupa cairan, dan hanya dapat bergerak dlm bentuk uap air, tegangan matrik-nya sekitar 31 bar. Tanah yg kaya bahan koloid akan mampu menahan air higroskopis lebih banyak dp tanah yg miskin bahan koloidal. 31
Faktor yg berpengaruh: 1. Hubungan tegangan dengan kelengasan 2. Kedalaman tanah 3. Pelapisan Tanah
Faktor yg mempengaruhi Air Tersedia
TEGANGAN MATRIK : tekstur, struktur dan kandungan bahan organik mempengaruhi jumlah air yg dapat disediakan tanah bagi tanaman TEGANGAN OSMOTIK: adanya garam dalam tanah meningkatkan tegangan osmotik dan menurunkan jumlah air tersedia, yaitu menaikkan koefisien layu.
Persen air
Sentimeter air setiap 30 cm tanah 10
18
Kap. Lapang Air tersedia Koef. Layu
6
5 Air tidak tersedia
Pasir Sandy loam
Loam Silty-loam Clay-loam
Liat
Tekstur semakin halus 32
SUPLAI AIR ke TANAMAN
Dua proses yg memungkinkan akar tanaman mampu menyerap air dlm jumlah banyak, yaitu: 1. Gerakan kapiler air tanah mendekati permukaan akar penyerap 2. Pertumbuhan akar ke arah zone tanah yang mengandung air
LAJU GERAKAN KAPILER Bulu akar menyerap air
Gerakan kapiler 2.5 cm sagt penting
Jumlah air tanah berkurang
Laju gerakan tgt perbedaan tegangan dan daya hantar pori tanah
Tegangan air tanah meningkat Terjadi gerakan kapiler air menuju bulu akar
Terjadi perbedaan Tegangan dg air tanah di sekitarnya
LAJU PERPANJANGAN AKAR Selama masa pertumbuhan tanaman, akar tanaman tumbuh memanjang dengan cepat, sehingga luas permukaan akar juga tumbuh terus. Jumlah luas permukaan akar penyerap yang bersentuhan langsung dengan sebagian kecil air tanah (yaitu sekitar 1-2%) 33
HADANGAN HUJAN OLEH TUMBUHAN Tajuk tumbuhan mampu menangkap sejumlah air hujan, sebagian air ini diuapkan kembali ke atmosfer. Vegetasi hutan di daerah iklim basah mampu menguapkan kembali air hujan yg ditangkapnya hingga 25%, dan hanya 5% yg mencapai tanah melalui cabang dan batangnya.
KEHILANGAN UAP AIR DARI TANAH
Awan hujan
presipitasi
Pembentukan Awan
transpirasi evaporasi
Run off
infiltrasi Tanah permukaan perkolasi Batuan
Groundwater
Sungai - laut 34
Hadangan hujan oleh tanaman semusim
Sekitar 5 - 25% dari curah hujan dihadang tanaman dan dikembalikan ke atmosfer. Besarnya tergantung pada kesuburan tanaman dan stadia pertumbuhan tanaman . Dari curah hujan 375 mm, hanya sekitar 300-350 mm yang mencapai tanah.
Hadangan curah hujan oleh jagung dan kedelai Keadaan hujan
Persen dari curah hujan total untuk: Jagung Kedelai
Langsung ke tanah Melalui batang
70.3 22.8
65.0 20.4
Jumlah di tanah Yang tinggal di atmosfer
93.1 6.9
85.4 14.6
Sumber: J.L.Haynes, 1940.
35
EVAPOTRANSPIRASI
Kehilangan uap air dari tanah: 1. EVAPORASI: penguapan air dari permukaan tanah 2. TRANSPIRASI: Penguapan air dari permukaan tanaman 3. EVAPOTRANSPIRASI = Evaporasi + Transpirasi Laju penguapan air tgt pd perbedaan potensial air = selisih tekanan uap air = perbedaan antara tekanan uap air pd permukaan daun (atau permukaan tanah) dengan atmosfer
Faktor Iklim dan Tanah: 1. Energi Penyinaran 2. Tekanan uap air di atmosfer 3. Suhu 4. Angin 5. Persediaan air tanah Air tanah Jagung Tinggi Sedang
17.7 12.7
Evapotranspirasi (cm: Medicago sativa 24.4 20.5
Sumber: Kelly, 1957.
36
PEMAKAIAN KONSUMTIF (PK)
Pemakaian Konsumtif merupakan jumlah kehilangan air melalui evaporasi dan transpirasi. Lazim digunakan sebagai ukuran dari seluruh air yg hilang dari tanaman melalui evapotranspirasi Ini merupakan angka-praktis untuk keperluan pengairan
Dua faktor penting yg menentukan PK adalah: 1. KEDALAMAN PERAKARAN TANAMAN 2. FASE PERTUMBUHAN TANAMAN PK dapat berkisar 30 - 215 cm atau lebih: 1. Daerah basah - semi arid dg irigasi: 37.5 - 75 cm. 2. Daerah panas dan kering dg irigasi: 50 - 125 cm. EVAPORASI vs TRANSPIRASI Faktor yg berpengaruh adalah: 1. Perbandingan luas tutupan tanaman thd luas tanah 2. Efisiensi pemakaian air berbagai tanaman 3. Perbandingan waktu tanaman berada di lapangan 4. Keadaan iklim Di daerah basah : EVAPORASI TRANSPIRASI Di daerah kering: 1. EVAPORASI 70 - 75 % dari seluruh hujan yg jatuh 2. TRANSPIRASI 20 - 25% 3. RUN OFF 5%
37
WUE : Water Use Efficiency
WUE Produksi tanaman yg dapat dicapai dari pemakaian sejumlah air tersedia WUE dapat dinyatakan sbg: 1. Pemakaian konsumtif (dalam kg) setiap kg jaringan tanaman yg dihasilkan 2. Transpirasi (dalam kg) setiap kg jaringan tanaman yg dihasilkan ……… NISBAH TRANSPIRASI
Jumlah air yg diperlukan untuk menghasilkan 1 kg bahan kering tanaman NISBAH TRANSPIRASI Untuk tanaman di daerah humid: 200 - 500, di daerah arid duakalinya Tanaman
Nisbah Transpirasi
Beans Jagung Peas Kentang
209 - 282 - 736 233 - 271 - 368 259 - 416 - 788 385 - 636
Sumber: Lyon, Buckman dan Brady, 1952. 38
Faktor yang mempengaruhi WUE: Iklim, Tanah, dan Hara WUE tertinggi lazimnya terjadi pd tanaman yg berproduksi optimum; Adanya faktor pembatas pertumbuhan akan menurunkan WUE
FAKTOR WUE
Nisbah evapo-transpirasi tanaman di lokasi yg mempunyai defisit kejenuhan dari atmosfer 800 Kentang Kacang polong 400
Jagung 0 0
Defisit kejenuhan dari atmosfer (mm Hg)
12
14
Jumlah air unt menghasilkan 1 ton bahan kering 30 Kadar air tanah rendah
15 Kadar air tanah tinggi
0
39
0
Pupuk P, kg/ha
600
Pengendalian Penguapan
MULSA & PENGELOLAAN Mulsa adalah bahan yg dipakai pd permukaan tanah untuk mengurangi penguapan air atau untuk menekan pertumbuhan gulma. Lazimnya mulsa spt itu digunakan untuk tanaman yang tidak memerlukan pengolahan tanah tambahan
MULSA KERTAS & PLASTIK Bahan mulsa dihamparkan di permukaan tanah, diikat spy tdk terbang, dan tanaman tumbuh melalui lubang-lubang yg telah disiapkan Selama tanah tertutup mulsa, air tanah dapat diawetkan dan pertumbuhan gulma dikendalikan
MULSA SISA TANAMAN Bahan mulsa berasal dari sisa tanaman yg ditanam sebelumnya, misalnya jerami padi, jagung, dan lainnya Bahan mulsa dipotong-potong dan disebarkan di permukaan tanah Cara WALIK DAMI sebelum penanaman kedelai gadu setelah padi sawah MULSA TANAH Pengolahan tanah Efektivitas mulsa tanah dalam konservasi air-tanah (mengendalikan evaporasi) masih diperdebatkan, hasil-hasil penelitian masih snagat beragam 40
The amount of soil water is usually measured in terms of water content as percentage by volume or mass, or as soil water potential.
Jumlah air tersedia dipengaruhi tekstur tanah
Water content does not necessarily describe the availability of the water to the plants, nor indicates, how the water moves within the soil profile.
The only information provided by water content is the relative amount of water in the soil. 41
Field capacity is a soil-based concept. That is, it depends on the texture and structure of the soil as well as the physical conditions in the field. Coarse soils have lower field capacities than fine soils.
If there is a high water table or severe stratification that would restrict drainage, the field capacity would be higher than normal. 42
43
44
45
HUBUNGAN SUHU DAN PERTUMBUHAN TANAMAN • Suhu mrpkn faktor lingkungan yg berpengaruh trhdp pertumbh dan perkembangan tanaman • Suhu berkorelasi positif dgn radiasi mata hari
• Suhu: tanah maupun udara disekitar tajuk tanaman • Tinggi rendahnya suhu disekitar tanaman ditentukan oleh radiasi matahari, kerapatan tanaman, distribusi cahaya dalam tajuk tanaman, kandungan lengas tanah 46
Proses Fisiologis • Suhu mempengaruhi beberapa proses fisiologis penting: bukaan stomata, laju transpirasi, laju penyerapan air dan nutrisi, fotosintesis, dan respirasi
• Peningkatan suhu sampai titik optimum akan diikuti oleh peningkatan proses di atas • Setelah melewati titik optimum, proses tersebut mulai dihambat: baik secara fisik maupun kimia, menurunnya aktifitas enzim (enzim terdegradasi) 47
Pengaruh suhu terhadap lengas tanah • Peningkatan suhu disekitar iklim mikro tanaman akan menyebabkan cepat hilangnya kandungan lengas tanah • Peranan suhu kaitannya dengan kehilangan lengas tanah melewati mekanisme transpirasi dan evaporasi • Peningkatan suhu terutama suhu tanah dan iklim mikro di sekitar tajuk tanaman akan mempercepat kehilangan lengas tanah terutama pada musim kemarau
48
• Pada musim kemarau, peningkatan suhu iklim mikro tanaman berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman terutama pada daerah yang lengas tanahnya terbatas
• Pengaruh negatif suhu terhadap lengas tanah dapat diatasi melalui perlakuan pemulsaan (mengurangi evaporasi dan transpirasi) 49
• Penelitian dengan cara mengerudungi tanah menggunakan mulsa plastik ternyata dapat mempertahankan kelembaban tanah, mengendalikan suhu tanah, dan mengurangi evaporasi yang berlebihan • Air tanah tidak banyak yang terbuang atau hilang karena menguap • Kelembaban tanah merupakan faktor penting bagi peningkatan penyerapan unsur hara 50
• Keuntungan pemakaian mulsa: meningkatkan penyerapan air oleh tanah, mempebaiki sifat fisik tanah, mengurangi kisaran suhu tanah, dapat mengendalikan pertumbuhan gulma • Salah satu dampak pemulsaan terhadap perbaikan sifat fisik tanah: memperbaiki aerasi tanah sehingga akar dapat berkembang dengan baik, pertumbuhan tanaman akan lebih subur 51
Kaitan antara pemberian mulsa dan produktifitas tanaman • Mulsa plastik dgn warna tertentu mampu meningkatkan produktifitas tanaman • Mulsa plastik menyebabkan suhu iklim mikro lebih stabil (tidak naik turun) • Proses fisiologis terutama fotosintesis akan meningkat, produksi bahan kering meningkat • Pemberian mulsa plastik dengan warna tertentu menyebabkan distribusi cahaya di dalam tajuk tanaman lebih merata (mengurangi kasus mutual shading) 52
Suhu Iklim Global • Saat ini terjadi peningkatan suhu iklim global • Efek gas rumah kaca, meningkatnya konsentrasi CO2 di atmosfer
• Meningkatnya konsentrasi CO2 diatmosfer sebenarnya berdampak positif terhadap proses fisiologis tanaman, tetapi pengaruh positif CO2 dihilangkan oleh peningkatan suhu atmosfer yg cenderung berdampak negatif terhadap proses fisiologis tersebut
53
• Pengaruh positif peningkatan CO2 atmosfer : merangsang proses fotosintesis, meningkatkan pertumbuhan tanaman dan produktivitas pertanian tanpa diikuti oleh peningkatan kebutuhan air (transpirasi). • Pengaruh negatif peningkatan CO2: meningkatnya suhu iklim global, berdampak pada peningkatan respirasi, menurunkan produktifitas tanaman. Peningkatan suhu menghilangkan pengaruh positif dari peningkatan CO2 54
SELAMAT BELAJAR
55
