11. TINJAUAN PUSTAKA
A. Irigasi Kendi Irigasi di Indonesia telah dikenal sejak era pra-kolonial, dimana pada tahun 1832, &perkirakan 1,5 juta ha lahan pertanian telah diairi dengan sistem irigasi masyarakat setempat (Schrevel, 1998).
Selanjutnya, pembangunan irigasi berlangsung sampai
sekarang dengan prioritas untuk tanaman pangan khususnya padi. Menurut Said & Kuntarsih (1997), sejak tahun 1989 irigasi tetas untuk lahan kering mulai tercatat penggunaatmya d i Indonesia, khususnya untuk buctidaya tanaman hortikultura, seperti: melon, paprika, apel, kentang, strawbery, mangga, tomat, dan bunga potong. Di masyarakat sebelumnya telah juga diterapkan jenis irigasi untuk lahan kering, seperti: irigasi alur untuk tanarnan tebu, irigasi dengan penetes tabung bambu, irigasi dengan sumbu kompor, dan irigasi kendi. Kusnadi & Sapei (1 992) membagi sistem irigasi di lahan kering berdasarkan posisi keluarnya air, yaitu: irigasi pennukaan, irigasi bawah permukaan, dan irigasi curah. Menurut Mondal (1974) dan Stein (1990) irigasi kendi masuk ke kelompok sistem irigasi bawah permukaan
(subsurface
irrigation) karena kendi sebagai emiter
ditempatkan di bawah permukaan tanah. Selanjutnya Stein (1990) menggolongkannya juga berdasarkan aplikasinya, yaitu rembesan air secara lambat dengan volume yang rendah pada zone perakaran tanaman, dan hanya sebagian dari tanah :yang dibasahi, maka diklasifikasikan sebagai irigasi lokal, dan Mondal (1974) menyebutnya sebagai irigasi baru yang inovatif, karena teknologinya relatif baru dan hasil lokal. Batasan irigasi kendi menurut Stein (1994) merupakan: bentuk yatng sederhana, terbuat dari tanah yang dibakar tanpa dihaluskan (gerabah) yang dibenarnkan kedalam tanah sampai ke leher dan diisi air. Selanjutnya dinyatakan keluarnya air dari dinding kendi ke zone perakaran tanaman karena tekanan hidrostatik d d a t a u hisalpan.
'
Sistem irigasi kendi di lndia rnenggunakan kendi penampung air dengan diameter 30 cm, dan tinggi 60 cm (Mondal, 1974). Aplikasinya dengan membenamkan kendi kedalam tanah sampai sebatas leher kendi, dan beberapa tanaman dibtnam di sekitar kendi seperti pada Gambar 2.1.
Garnbar 2.1. Sistem irigasi kendi di India (Mondal, 1974) Penelitian irigasi kendi telah dilakukan oleh Thomas-M. Stein dari Departemen Teknologi Pedesaan dan Perlindungan Sumberdaya Alarn, Universitas Kassel, Jerman sejak tahun 1990 (Stein, 1994).
Aplikasi irigasi kendi yang dilakukan Stein (1990)
dengan membenamkan kendi kedalam tanah sampai sebatas leher kendi, clan beberapa tanaman ditanam di sekitar kendi ( Gambar 2.2), volume kendi yang digunakannya 2,5 liter, sedangkan dimensinya tidak dijelaskan.
Garnbar 2.2. Sistem irigasi kendi yang dikembangkan Stein (1 990:) Di Indonesia penelitian irigasi kendi telah dilakukan sejak tahun 1996 oleh Budi Indra Setiawan dari Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor (Setiawan,
1998). Aplikasi irigasi kendi yang dilakukannya dengan membenamkan Icendi kedalam tanah sampai sebatas leher kendi, dan tiga sampai empat tanaman ditanim di sekitar kendi, seperti pada Gambar 2.3. Keunggulan irigasi kendi sebagai irigasi bawah permukaan adalah air diberikan langsung ke zone perakaran tanaman, sehingga dapat mengurangi terjadiriya evaporasi, ..prL,lon;
,i, , L , . . , , , a,I;,,, l+ n l - l, ~GLIIII.IR-I
~ I I R U I L ~ I JY-& I
fhn,,A,l \IYIVIIUQI,
l1n77I o0' )l . n nA-..-. r IVIGIIUI U L
.A:-A:-r--->: OLGlll (1 ( J nn?\ 77 I ), 11111UlIlg KGIlUJ QL-:-
yang porus dapat mengendalikan merembesnya air berdasarkan kejenuhan tanah d i seputar kendi (autoregulafive). B. Aliran Air dalam Media Porus
Dalam irigasi kendi ada dua media porus yang menjadi media aliritn air irigasi, yaitu dinding ken& dan tanah. Pori-pori dinding kendi dan tanah tidak seragam dan sangat tidak beraturan yang berakibat kecepatan aliran dari titik ke titik sangat beragam, karena itu geometri sesungguhnya dan pola alirannya sangat rurnit dijelaskan
Gambar 2.3. Sistem irigasi kendi yang dikembangkan Setiawan (1998)
secara rinci. kecepatan
Untuk itu menurut Hillel (1980) dapat digunakan pendekatan vektor
aIiran
makroskopis,
yang
merupakan
rata-rata
keseluruhan
kecepatan
mikroskopis pada volume total tanah. Di dalam media porus, air akan mengalir bila terjadi gradien potensial. Fluks aliran pada media porus jenuh telah ditemukan oleh Darcy (Bear & Verruijt, 1987), dimana fluks rnenyatakan debit aliran air persatuan luas medium (cm3/dt.cm2) .
Menurut
Wliyazaki (1993) persamaan fluks pada media porus jenuh adalah:
dirnana: g . fluks (cm3/dt.cm2 =) c d d t ) , K . konduktivitas hidroIik jenuh ( c d d t ) , H : ketinggian hidrolik (cm), dan S : arah aliran x, y, z (cm) Persamaan Darcy di atas mempunyai keterbatasan atau menjadi tidak sahih (Hillel, 1 980), jika terjadi kondisi: I.
Gradien hidrolik terlalu kecil pada keadaan tak jenuh, sehingga q = 0 atau q tidak merupakan h n g s i garis lurus terhadap gradien hidrolik.
2. Kecepatan aliran air tinggi, sehingga alirannya tidak laminar.
Persamaan (2-1) juga tidak langsung berlaku pada aliran tak jenuh, untuk itu persamaan Dmcy telah dirnodifikasi oleh Richard menjadi persamaan aliran tak jenuh (Bear & Verruijt, 1987) seperti berikut.
dimana
K(9) : konduktivitas hidrolik tak jenuh yang merupakan fimgsi kadar air (cmldt), dan 8 : kadar air media basis volume (cm3/cm3) Menurut Miyazaki (1993) dan Koorevaar et al. (1983), ketinggian hidrolik (H) untuk kondisi jenuh dapat didefinisikan sebagai:
H=h+z sedangkan untuk kondisi tidak jenuh adalah:
dimana : : pressure head (cm H20), : matric head (cm HzO), : potensial gravitasi (cm), dan z Sumbu z didefinisikan adalah positif ke arah atas permukaan tanah.
h
Gerakan air dari kendi-tanah-tanarnan-atmosfir merupakan seri yang saling berkaitan. Aliran air pada sistem irigasi kendi dimulai dengan aliran air dari dalam kendi ke permukaan luar dinding kendi, dan terdistribusi di dalam tanah. Aliran air pada dinding kendi disebabkan gradien hidrolik dan
Kkendi,
sedangkan distribrusi air dalam
tanah dipengaruhi beda potensial kelembaban tanah, konduktivitas hidrolik tanah, adanya evaporasi melalui permukaan tanah, transpirasi melalui tanaman, perkolasi dan kemampuan tanah memegang air.
Keseimbangan air dalam tanah menurut Miyazaki
(1993) untuk kondisi tidak jenuh ditunjukkan pada persamaan (2-5).
dimana
AS CH I E T P LP
perubahan simpanan (cddt), curah'hujan (cm/dt), laju pemberian air irigasi (cmldt), Iaju evaporasi (cmfdt), laju transpirasi (crnldt), : laju perkolasi (cmldt), d m : laju aliran / limpasan permukaan (cmldt). : : : : :
Persamaan (2-5) dapat diaplikasikan pada sistem irigasi kendi, clengan kondisi tidak ada curah hujan (CH
=
0) dan tidak ada aliran 1 Iimpasan permulcaan (LP = 0).
Sehingga persamaan (2-5) menjadi persamaan (2-6).
Dalam persamaan (2-6) ini aliran air pada kondisi tidak mantap (unsteady, nonlinear, transient). Faktor atmosfir dapat ditekan dengan menggunakan mulsa plastik perak hitam (MPPH). Menurut Umboh (1997), evapotranspirasi aktual :&an mencapai 7%- 10% dari ETo jika dipasang MPPH. C. Hasil Penelitian dan Publikasi Terdahulu
Hasil penelitian irigasi kendi yang berkaitan dengan kinerja sistem irigasi kendi yang telah ditemukan dalam beberapa publikasi dapat ditinjau seperti berikut. 1. Stein (1 990) Telah mengukur konduktivitas hidrolik jenuh 14 kendi derigan hasilnya berkisar 0,0006 cm/hari (6,944 x 10" cm/dt) sampai 0,5333 cm/hari (6,1724 x cddt).
Metode pengukuran Kkcndi dengan tinggi muka air menurun dengan skema
pengukurannya seperti pada Gambar 2.4, dan persamaan (2-7) digunakan menghitung Kkendi-
Garnbar 2.4. Sistem pengukuran Kkenai yang digunslkan Stein (1990)
dimana: Kkcndi : konduktivitas hidrolik jenuh kendi (cddt), a : luas permukaan selang ukur (cm2), 1 : tebal dinding kendi (cm), A : luas perrnukaan luar dinding kendi (cm2), t2 - tl : waktu pengukuran (dt), hl : tinggi permukaan air pada t = tl (cm), dan h2 : tinggi permukaan air pada t = tl (cm) Dari Gambar (2.4) pengukur Kkendi dilakukan dengan rnemotong dinding kendi,
sehingga kendi yang diukur tidak dapat dipergunakan kembali. Kendi dengan Kkend,0,034 cmhari (3,935 x 10" c d d t ) dan kapasitas 2,5 liter diamati laju rembesannya dengan membenamkannya dalam tanah pasir berlempung dengan konduktivitas hidrolik jenuh 3 1,3 crnhari atau 3,623 x 10" crddt. Hasilnya laju rembesan pada saat kering atau awal 1,25 l/hari (0,01447 cm3/dt) dan kemudian menjadi konstan antara 0,5 Vhari sampai dengan 0,6 I/hari (5,787 x
lo5
- 6,944 x
10" cm3/dt). Kesimpulan dari Stein (1990) bahwa belum ada kriteria rancangan kendi yang valid untuk irigasi dapat disarankan.
2.
Stein (1994) Keuntungan irigasi kendi
addah dapat digunakan untuk berbagai tingkat
kemampuan pengguna dan sebagian besar komponennya merupakan hasil lokal. Selanjutnya sistem irigasi kendi dapat dikelompokkan berdasarkan sistem penambahan air kedalam kendi, yaitu. a.
Sistem manual. Pengisian air dilakukan dengan cara menuangkcan air dengan gayung air atau dengan slang.
b. Semi otomatik. Pengisian air dengan membuka kran pada pipa yang terhubung dengan setiap kendi, kernudian ditutup kembali setelah kendi penilh. c. Otomatis. Kendi sebagai emiter terhubung langsung kejaringan atau sebagai kapsul yang merupakan bagian dari sistem tertutup yang terhubung dengan jaringan pipa. Air mengalir secara konstan di bawah tekanan hidrostatik. Sistem irigasi kendi dapat didefinisikan secara makro dan secara mikro. Secara makro, maka sistem irigasi kendi akan menyangkut jaringan pipa primer, skunder dan tersier, sistem kontrol muka air dan termasuk unit suplai air. Seclangkan secara mikro, kendi merupakan sistem yang lengkap yaitu sebagai emiter dan penyimpan air.
Kendi juga mempunyai kemampuan mengatur pengeluaran air berdasarkan .
perbedaan tekanan. Kesimpulan Stein (1994), belum juga rancangan kendi untuk irigasi.
dapat memberikan rekomendasi
Sedangkan karakteristik fisik kendi yang
berpengaruh terhadap Kkend,adalah luas permukaan dinding, volume clan bentuk. 3.
Stein (1995) Hasil pengukuran Kkendidari 12 buah kendi dengan campuran bdlan yang sarna dengan hasilnya Kkmditidak seragam, dan setelah dilakukan pengamplasan pada permukaan dinding kendi ternyata dapat meningkatkan Kkendisebesar 369 - 1791 % seperti pada Tabel 2.1.
Kesimpulan dari Stein (1995), untuk meningkatkan
Kkendi
darpat dilakukan
dengan pengarnplasan dinding kendi. Tabel 2.1. Perbandingan Kkenai sebelum dan sesudah dinding kendi digosok (Stein, 1995) Nomor kendi
4.
Kbndi
sebelum digosok
cm/hari
Yo
Kkendi
cm/hari
setelah tiigosok Yo
Stein (1997)
Pengukuran laju rembesan dari kendi memberikan hasil : ada korelasi positif antara laju evaporasi dan laju rembesan dari kendi, laju evaporasi, Kkendi, dan luas permukaan dinding kendi memberikan pengaruh yang positif 1:erhadap laju rembesan, sedangkan tebal dinding kendi memberikan korelasi negatif terhadap laju rembesan. 5. Setiawan et al. (1996)
Penelitian irigasi kendi dengan simulasi kelembaban tanah ~menggunakan pendekatan numerik metode beda hingga (finite dzperence). Hasilnya penyebaran kelembaban tanah ke arah radial dan vertikal berkorelasi positif d.engan
Kkendi,
apabila Kksndi lebih kecil dari konduktivitas fiidrolik tanahjenuh (K,) dan sebaliknya jika Kkcndilebih besar dari K,. Secara rinci disajikan pada Tabel 2.2. Tabel 2.2. Hasil simulasi jarak pembasahan tanah pada irigasi kendi (Setiawan et al., 1996)
Jarak pembasahan ke arah
Perbandingan Kkcndi vs K s
1:l
R (cm) 18,O
Z (c:m) 44,O
1 : 0,2
16,O
41!,5
5:l
18,5
453
10: 1
19,O
468,O
6. Setiawan & Edward (1997) dan Edward et al.(1998) Percobaan pembuatan kendi irigasi dengan menggunakan bahan campuran tanah Iiat, pasir, dan serbuk gergaji. Hasilnya menunjukkan penamb.ahan pasir dan serbuk gergaji dapat meningkatkan Kkendi dari %) seperti pada Tabel 2.3.
lo-'
c d d t menjadi 1ow''cmldt (11142
Bentuk kendi yang dibuat berupa ddinder dengan
dimensi: tinggi f 28 cm, tinggi badan k 14 cm, diameter badan f 14 cm dan diameter leher kendi f 7 cm, secara rinci pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Spesifikasi kendi irigasi (Setiawan 62 Edward, 1!>97)dan Edward et al. (1998)
7. Setiawan (1 998) Mengukuran laju dan kumulatif rembesan pada dinding kendi irigasi dengan percobaan di rumah tanaman (green house) untuk kendi P9 (pada Tabel 2.3). Hasil pengukurannya seperti pada Gambar 2.6, dengan rerata laju rembesan 0,088339 crnljam dan rerata kumulatif rernbesan 53,498 cm3/jarn atau 1,28 Vhari. Percobaannya juga mengamati profil laju pembasahan (wetting ,fi-ont) tanah di sekitar kendi irigasi, dengan hasilnya pada Gambar 2.7.
Radius pembasahannya
setelah irigasi dapat dirinci pada Tabel 2.4 berikut. Tabel 2.3. Bahan campuran dan komposisi bahan pembuatan kendi di Plered,
Purwakarta, Jawa Barat dan hasil pengukuran Kkendi(Setiawan & Edward, 1997 dan Edward et al., 1998) Liat berdebu
No
Komposisi Campuran (%) Pasir
pasir
deb"
liat
pasir
deb"
liat
8.4%
34.8%
56.8%
88.7%
9.6%
1.7%
Serbuk gergaji
Kkendi
(cmlhari)
(lolos ayakan 2 mm)
Tabel 2.4. Jarak pembasahan tanah pada irigasi kendi (Setiawan, 1998)
23,5jam (1 hari) 48 jam (2hari) 144 jam (6 hari) 312 jam (13 hari)
12 14
19 25
23 24 32 40
0
500
loo0 Is00 2000 W*h (ian)
25M)
11
3000
ID00
1500
2(Y10
"""-.w
2500
JOOO
1
Gambar 2.6. Laju dan kurnulatif rembesan dinding kendi hasil percobaan di rumah tanaman untuk kendi P 9 pada Tabel 2.3 (Setiawan, 1998)
8. Mondd (1974) Penelitian irigasi kendi untuk tanaman melon dan labu di India mendapatkan pengaliran air irigasi sangat rendah yaitu 2 cm untuk selama 88 hari periode tanam. Rendahnya kebutuhan air ini dikarenakan sangat kecilnya evaporasi, perkolasi dan tidak ada aliran permukaan. 9 . Ibrahim et al. (1997) Penelitian irigasi dengan penetes berpori yang terbuat dari campwan tanah liat dan serbuk gergaji. Spesifikasi penetes berpori ini: berat rerata 10,04:3 gr, diameter 2,461 cm, dan tinggi 3,63 cm. Penetes berpori digunakan sebagai pengganti emiter . pada irigasi tetes, dan aplikasinya sama seperti irigasi tetes, dengan memberikan tekanan agar air dapat keluar dari emiter. 10. Carrol et al. (1995)
Simulasi distribusi kelembaban tanah pada tanah tidak jenuh dengan surnber airnya dari tabung aliran tanpa alas (velocity permeameter) dengan diameter 8 cm yang dibenamkan kedalam tanah seddam 6 em. Untuk analisis distribusi kelembaban tanah digunakan metode nurnerik elemcn hingga, dengan mengkondisikan beberapa perbandingan antara konduktivitas hidrolik tanah arah radial dan vaertikal. Hasil penelitiannya disajikan pada Tabel 2.5.
Garnbar 2.7.Bidang pembasahan (wettingfiont) pada tanah di sekitar kendi irigasi (Setiawan, 1998) Tabel 2.5. Jarak pembasahan tanah hasil simulasi pengaliran air clengan tabung aliran tanpa alas (veIocitypermeameter) pada beberapa perbandingan konduktivitas hidrolik tanah (Carrol et al., 1995)
K, vs K,
Dimana :
Radial (cm)
Vertikal (cm)
K, konduktivitas hidrolik tanah jenuh arah radial K, konduktivitas hidrolik tanah jenuh arah vertikal.
Berdasarkan informasi pustaka tentang penelitian dan publikasi yang berkaitan dengan sistem irigasi kendi dan aliran air tanah, maka ada beberapa ha1 yang belum ditemukan dan menjadi bahasan dari penelitian untuk disertasi ini. Untuk itu hd-ha1 baru dan asli dari penelitian ini pada Tabel 2.6.
17
Tabel 2.6. Matriks pustaka atau hasil dari penelitian yang telah dipublikasikan dengan penelitian ini Telah diteliti/publikasi
(
Belum diteliti/publikasi
I
Pembuatan kendi Pembuatan kendi irigasi dari campuran tanah Iiat dan gypsum (Stein, 1990) Belum ada kriteria kendi irigasi (Stein, 1990 dan Stein, 1994) Belum ada standar campuran bahan pembuatan kendi (Stein, 1990 dan Setiawan et ol., 1996) Membuat kendi irigasi dari campuran tanah liat, pasir dan serbuk gergaji (Setiawan d; Edward, 1997) Pengukuran Kkrndi Pengukuran Kk,di dengan memotong dinding kendi dan metode tinggi permukaan air menurun (Stein,1990) - Pengukuran K k e n d i dengan metode tinggi permukaan air menurun (Setiawan & Edward,
-
(
Termasuk dalarn
I
-
Standar campuran bahan pembuat hendi Kriteria kendi irigasi
-
Pembuatan kendi irigasi dengan campuran tanah liat dan pasir, dan mencari hubung;m penambahan pasir dengan Kk,di
-
-
Peningkatan Kkendi - peningkatan Kkrndi dengan pengamplasan (Stein, 1995) peningkatan Kkcndi dengan menambahkan pasir dan serbuk gergaji (Setiawan & Edward, 1997) dan Edward et al. (1998) Rembesan - percobaan pengukuran rembesan di rumah kaca (Stein, 1990 dan Stein, 1997) percobaan pengukuran rembesan dan bidang pembasahan di mmah kaca (Setiawan, 1998)
- Pengukuran Kkoldidengan metode tinggi permukaan air tetap dan metode pengukuran yang dianjurkan.
- Hubungan campuran
Pengukuran Khe,ai dengan tidak memotong dinding kendi Pengukuran &-,di dengan metode tinggi permukaan air tetap dan tinggi permukaan air menurun yang dimodifikasi dari metode pengukui-an K tanah jenuh.
-
Mencari hubungan penambahan persentase pasir dengan kenaikan KkCndi
bahan pembuatan kendi dengan Kkendi
-
-
-
- Hubungan rembesan pada
- Analisis kemampuan dinding
dinding kendi dengan suplai air bagi tanaman Pola rembesan pada dinding kendi pengaruh dari tanah disekitar kendi Penentuan jarak tanam tanaman dengan dinding kendi berdasarkan bidang pembasahan
kendi merembeskan air dengan pemenuhan kcbutuhan air tanaman pada tiga tekstur tanah Penentuan jarak tanam tanaman
-
-
Simulasi Simulasi distribusi kelembaban tanah pada tanah talc jenuh dengan metode elemen himgga dari tabung tanpa alas, dan K tanah dianggap konstan (Carrol et a!., 1995) - Simulasi distribusi kelembaban tanah dengan metode beda hingga, dengan mengkombiiasi-kan perbandingan antara K tanah dan Kksndi (Setiawan et al., 1996)
-
I
-
Simulasi sebaran kelembaban tanah dengan metode elemen hingga dari kcndi ke tanah di sekitsrnya Menentulcan pernilihan kendi irigasi. Menenhlican kedalaman pernbenaman kendi, dan Menenjarak tanam tanaman dengan d i n d i g kendi.
-
Simulasi s e b a m ~ kelembaban tanah dengan metode elemen hingga dari ken& ke tanah di sekitarnya Menentukan pernilihan kendi irigasi berdasarkan laju rembesan, Menentukan keclalaman pembenaman kendi berdasarkan profil kelernbabm tanah ,dan Menentukan jarak tanam tanaman dengan d i n d i g kendi berdasarkan bidmg pembasahan
