TEORI DAN PRAKTIK ANALISIS NERACA AIR UNTUK MENUNJANG TUGAS PENYULUH PERTANIAN DI KALIMANTAN TENGAH1) M. Anang Firmansyah 2) Pendahuluan Hingga kini telah banyak data-data iklim yang umum seperti curah hujan dan hari hujan tersedia di setiap kantor BPP (Balai Penyuluhan Pertanian) ataupun UPTD (Unit Pelaksana Teknis Dinas). Hal itu dapat dibuktikan dari terpasangnya alat penangkar hujan dan juga koleksi data jumlah curah hujan dan hari hujan oleh petugas. Namun disayangkan data-data tersebut hanya digunakan untuk menentukan bulan basah, bulan lembab, ataupun bulan kering. Padahal, data tersebut dapat dimanfaatkan lebih jauh untuk menyusun dan mengetahui neraca air diwilayah tersebut. Perubahan iklim global menyadarkan kepada kita semua betapa faktor iklim sangat penting dipelajari.
Data-data yang telah tersedia dapat dimanfaatkan
seoptimal mungkin dan akan lebih mempertegas strategi dan alternatif penggunaan pola tanam dan jenis tanaman yang lebih tepat dan spesifik lokasi melalui penyusunan neraca air. Dampaknya adalah dapat diperolehnya produksi tanaman yang baik dan harga yang menguntungkan. Data iklim yang digunakan dalam neraca air antara lain jumlah curah hujan yang dapat diperoleh pada setiap kantor BPP/UPTD, suhu udara yang umumnya didapat dari Stasiun Meteorologi dan Geofisika, kadar air tanah pada Kapasitas Lapang dan Titik Layu Permanen yang didapat dari analisis laboratorium. -------------------------------1.
2.
Makalah disampaikan pada Pelatihan Agribisnis Pertanian untuk Analisis Iklim diselenggarakan Balai Besar Pelatihan Binuang, Kalimantan Selatan bekerjasama dengan Badan Koordinasi Penyuluhan Pertanian, Perikanan, Kehutanan Provinsi Kalimantan Tengah di Hotel Sahid Jaya, Palangka Raya pada tanggal 1 – 7 Desember 2010. Peneliti Muda pada Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Kalimantan Tengah, Jl. G. Obos Km 5 Palangka Raya 73111.
1
Tujuan penyusunan makalah ini untuk memberikan cara perhitungan dan analisis neraca air merujuk pada Thornhwaite and Matter (1957) dengan data iklim yang sederhana dan tersedia di wilayah kerja penyuluh masing-masing. Dengan pemahaman menyusun dan menganalisa neraca air oleh para penyuluh di masingmasing wilayah binaan, maka diharapkan strategi untuk memilih pola tanaman dan jenis tanaman lebih tepat.
Pengertian Neraca Air Neraca air (water balance) merupakan neraca masukan dan keluaran air disuatu tempat pada periode tertentu, sehingga dapat untuk mengetahui jumlah air tersebut kelebihan (surplus) ataupun kekurangan (defisit). Kegunaan mengetahui kondisi air pada surplus dan defisit dapat mengantisipasi bencana yang kemungkinan terjadi, serta dapat pula untuk mendayagunakan air sebaik-baiknya. Manfaat secara umum yang dapat diperoleh dari analisis neraca air antara lain: 1. Digunakan sebagai dasar pembuatan bangunan penyimpana dan pembagi air serta saluran-salurannya. Hal ini terjadi jika hasil analisis neraca air didapat banyak bulan-bulan yang defisit air. 2. Sebagai dasar pembuatan saluran drainase dan teknik pengendalian banjir. Hal ini terjadi jika hasil analisis neraca air didapat banyak bulan-bulan yang surplus air. 3. Sebagai dasar pemanfaatan air alam untuk berbagai keperluan pertanian seperti tanaman pangan – hortikultura, perkebunan, kehutanan hingga perikanan.
2
Model neraca air cukup banyak, namun yang biasa dikenal terdiri dari tiga model, antara lain: 1. Model Neraca Air Umum. Model ini menggunakan data-data klimatologis dan bermanfaat untuk mengetahui berlangsungnya bulan-bulan basah (jumlah curah hujan melebihi kehilangan air untuk penguapan dari permukaan tanah atau evaporasi
maupun
penguapan
dari
sistem
tanaman
atau
transpirasi,
penggabungan keduanta dikenal sebagai evapotranspirasi). 2. Model Neraca Air Lahan.
Model ini merupakan penggabungan data-data
klimatologis dengan data-data tanah terutama data kadar air pada Kapasitas Lapang (KL),
kadar air tanah pada Titik Layu Permanen (TLP), dan Air
Tersedia (WHC = Water Holding Capacity). a. Kapasitas lapang adalah keadaan tanah yang cukup lembab yang menunjukkan jumlah air terbanyak yang dapat ditahan oleh tanah terhadap gaya tarik gravitasi. Air yang dapat ditahan tanah tersebut akan terus-menerus diserap akar tanaman atau menguap sehingga tanah makin lama makin kering. Pada suatu saat akar tanaman tidak lagi mampu menyerap airsehingga tanaman menjadi layu.
Kandungan air pada
kapasitas lapang diukur pada tegangan 1/3 bar atau 33 kPa atau pF 2,53 atau 346 cm kolom air. b. Titik layu permanen adalah kondisi kadar air tanah dimana akar-kar tanaman tidak mampu lagi menyerap air tanah, sehingga tanaman layu. Tanaman akan tetap layu pada siang atau malam hari. Kandungan air pada titik layu permanen diukur pada tegangan 15 bar atau 1.500 kPa atau pF 4,18 atau 15.849 cm tinggi kolom air.
3
c. Air tersedia adalah banyaknya air yang tersedia bagi tanaman yaitu selisih antara kapasitas lapang dan titik layu permanen. 3. Model Neraca Air Tanaman.
Model ini merupakan penggabungan data
klimatologis, data tanah, dan data tanaman. Neraca air ini dibuat untuk tujuan khusus pada jenis tanaman tertentu. Data tanaman yang digunakan adalah data koefisien tanaman pada komponen keluaran dari neraca air.
Analisis Neraca Air Model Thornthwaite and Matter Model neraca air dalam makalah pelatihan ini dipilihkan yang paling sederhana, dari banyak model-model dugaan komponen neraca air yang ada. Model Thornthwaite dan Matter (1957) merupakan model cukup populer, selain itu dikenal juga model-model lain untuk menduga besarnya ETP (Evapotranspirasi Potensial), seperti: Blaney-Criddle, Penman (1948), Penman-Monteth (1964), Makkink (1957), dan Priestly-Taylor (1972).
Penggunaan Data Nilai Tengah dan Peluang Kejadian Sebelum memahami lebih rinci tentang metode ini, ada baiknya kita mengenal dulu dasar-dasar penggunaan nilai tengah atau perata-rataan data iklim yang akan digunakan. Dua cara sederhana untuk mendapatkan data nilai tengah data klimatologi contohnya curah hujan, yaitu berdasarkan rata-rata aritmetika dan berdasarkan peluang kejadian. a. Data nilai tengah atau rata-rata curah hujan di bulan Januari berdasarkan rataan aritmetika untuk data 11 tahun (1994 – 20043) untuk Muara Teweh (Tabel 1):
4
Tabel 1. Data Curah Hujan dengan Nilai Tengah Aritmatika Tahun 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Rata-rata
Curah Hujan Januari (mm) 311 215 216 217 207 382 392 180 329 244 365 278,0
Berdasarkan nilai rataan aritmetika (Tabel 1) maka bulan Januari untuk kurun waktu 11 tahun (1994-2004) adalah penjumlahan curah hujan bulan januari dari tahun 1994 hingga 2004 yaitu (311mm + ... + 365mm) / 11 = 271,3 mm, begitu seterusnya hingga bulan Desember. b. Data klimatologi menggunakan peluang kejadian metode ranking, untuk data curah hujan selama 11 tahun (1994 -2004) lokasi Muara Teweh (Tabel 2): Tabel 2. Data Curah Hujan Mengunakan Peluang Kejadian Metode Ranking Tahun 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Curah Hujan Januari (mm) 311 215 216 217 207 382 392 180 329 244 365
Urutan dari nilai terbesar 392 382 365 329 311 244 217 216 215 207 180
Ranking 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Peluang (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
5
Perhitungan diatas (Tabel 2) menunjukkan besarnya peluang kejadian hujan yang terlampaui. Peluang kejadian 0 % (P>0) menunjukkan bahwa peluang curah hujan bulan Januari sebesar 392 mm tahun depan sulit terlampaui, sebaliknya peluang kejadian 100% (P>100%) menunjukkan peluang yang besar kemungkinan terlampaui karena hanya 180 mm. Umumnya peluang kejadian curah hujan terlampaui yang digunakan di bidang pertanian adalah 75 % (P>75). Pada Tabel diatas menunjukkan bahwa curah hujan yang digunakan adalah pada ranking 8 dan 9. Nilai curah hujan pada ranking tersebut dijumlahkan dan dibagi 2 atau (216 mm + 215 mm)/2 = 215,5 mm. Nampaklah bahwa penggunaan nilai rata-rata aritmatika cenderung diperoleh curah hujan yang lebih besar, sedangkan dengan peluang kejadian hujan terlampaui 75 % (P>75) mendapatkan nilai lebih kecil dan cukup realistis untuk bulan Januari sebesar 215,5 mm.
Langkah-langkah Menyusun Neraca Air Langkah-langkah dan tata urutan pemasukan data-data iklim dan tanah disusun berurutan agar dapat diikuti dan mudah dipahami peserta pelatihan (Tabel 3).
Data iklim yaitu suhu udara
(1998-2007) dan curah hujan (1998-2007)
digunakan dari Kota Palangka Raya, sedangkan data tanah Podzolik Merah Kuning dari UPT Bereng Belawan SP2 Kecamatan Manuhing, Kabupaten Gunung Mas. Kandungan air kedalaman 60 cm pada Kapasitas Lapang = 186,9 mm, Titik Layu Permanen = 79,2, WHC atau KAT = 186,9 – 79,2 = 107,7 mm. Koordinat Palangka Raya pada 2oLS dan 114oBT . Tabel isian untuk menyusun Neraca air dapat dilihat pada Tabel 4. 6
Data-data tentang besarnya KL dan TLP pada berbagai jenis tanah yang telah diteliti penulis dapat dijadikan rujukan sementara jika data-data tanah di lokasi tugas penyuluh belum tersedia. Gunakan data-data kadar air tanah pada kedalaman 0 - 30 untuk tanaman pangan dan 0 - 60 cm untuk tanaman perkebunan tersebut untuk mengisi KAT untuk tanah yang relatif sama dengan tanah dilokasi penyuluh bertugas (Tabel 5).
Tabel 3. Langkah Menyusun Neraca Air Langkah
Uraian
1
Data Suhu. Masukkan data suhu udara rata-rata bulanan dalam satu tahun, yang dihitung dari data jangka panjang, misalnya selama 10 tahun. Indeks Panas (I). Masukkan data indeks panas mengacu pada Lampiran Tabel 2. Di Tabel ini terlihat kolom kiri menunjukkan suhu udara dan lajur atas menunjukkan desimal suhu udara. Contoh: bulan januari suhu mencapai 27,3oC, maka di Tabel 2 kolom paling kiri dicari suhu 27sedangkan angka desimalnya yaitu 0,3 dicari dari lajur atas, keduanya dipotongkan dan akan didapat 13,07. Langkah ini dilanjutkan hingga bulan Desember yang memiliki suhu udara 27,2oC dengan I = 12,99. ETP harian belum disesuaikan (ETP Unadj). Gunakan Lampiran Tabel 5 untuk suhu udara > 26,5oCuntuk seluruh indikasi indeks panas. Caranya dengan seperti langkah ke-2 diatas. Contoh: bulan Januari suhu 27,3oC maka besarnya ETP harian belum disesuaikan sebesar 4,7, lanjutkan hingga bulan desember yang akan diperoleh besarnya ETP unadj 4,6. ETP disesuaikan (ETP adj.). pada langkah 4 ini terbagi 2 sub langkah: a. Mencari faktor koreksi. Gunakan Lampiran Tabel 7 untuk bumi belahan selatan, guna mengetahui faktor koreksi ETP yang disesuaikan. Pada Lampiran Tabel 7 ini terlihat derajat kintang selatan di kolom kiri dan lajur atas menunjukkan bulan dalam setahun. Posisi Palangka Raya ada 2oLS maka pada bulan Januari diperoleh angka 31,5, dan seterusnya hingga bulan Desember diperoleh angka 31,5. b. Menetapkan ETP disesuaikan (ETP adj). Cara mencarinya adalah dengan mengalikan antara ETP unadj dan faktor koreksi. Contoh: bulan Januari ETP unand. Sebesar 4,7 dikalikan faktor koreksinya pada bulan Januari 31,5 maka diperoleh angka 148,5. Lakukan penghitungan hinga bulan Desember. Memasukkan data curah hujan. Data curah hujan jangka panjang dapat digunakan nilai rataan aritmatika ataupun nilai peluang kejadian (P>75). Masukkan data tersebut dari bulan Januari hingga Desember. CH - ETP adj. Langkah ini adalah mengurangkan jumlah CH (Curah
2
3
4
5 6
7
7
8
9
10
11 12 13
Hujan) bulan tertentu dengan ETP adj. Pada bulan yang sama. Jika didapat nilai positif (+) maka kondisi surplus air, namun jika diperoleh hasil negatif (-) maka kondisi defisit air. Kehilangan air potensial terakumulasi (APWL). Menghitung secara akumulasi dari hasil negatif antara CH-ETP adj. Dari bulan ke bulan. Contoh: bulan Juli terdapat defisit -42,64, pada bulan Agustus defisit bertambah (-42,64 + (-65,64)) menjadi -108,28 dan seterusnya hingga bulan September akan didapat defisit -145,69 mm. KAT atau WHC. Masukkan data KL-TLP = WHC, maka diperoleh 107,7. Gunakan Lampiran Tabel 26 yang menunjukkan WHC 100 mm mendekati WHC tanah di Gunung Mas. Isilah bulan-bulan surplus dengan nilai WHC yaitu 107,7, namun pada bulan defisit maka lihat Lampiran Tabel 26. Contoh pada bulan Juli terjadi defisit, maka lihat APWL bulan Juli sebesar 42,64. Carilah ETP adj atau (PE) pada Tabel 26 kolom paling kiri pada posisi 40 dan pada lajur atas pada posisi 2 maka perpotongan tersebut diperoleh angka 65. Begitu seterusnya hingga bulan defisit habis. Bulan Oktober kondisi surplus maka diisi oleh WHC. ∆ KAT. Hitunglah perubahan KAT dari bulan kebulan, yaitu mengurangi bulan ini dengan bulan sebelumnya. Contoh pada bulan Juli ∆ KAT = KAT bulan Juli – KAT Juni atau 65-107,7 = -343 Sedangkan pada bulan Oktober terjadi + 85, dan bulan Nopember diisi dengan 0 karena telah mencapai nilai KAT. ET Aktual. ETA pada bulan-bulan dimana CH> ETP adj. Nilainya sama dengan nilai ETP adj. Namun pada bulan dimana CH<ETP adj. Maka ETA dicari dengan menambahkan CH bulan tertentu dengan nilai mutlak ∆ KAT pada bulan yang sama. Contoh: bulan Juli CH<ETP adj., maka nilai ETP aktual Juli = CH Juli + [∆ KAT] = 104 + [-43]= 147 mm. Defisit (D). Kondisi bulan dimana ETP adj. dan ETA berbeda pada bulan-bulan defisit. Contoh Bulan Agustus ETP adj – ETA = 146,64 – 113 = 34. Surplus (S). Kondisi bulan dimana CH>ETP adj. Sehingga nilai sama dengan bila CH – ETP adj. Contoh bulan Januari kondisi Surplus = CHETP Adj. = 137,95. Run off (aliran permukaan). Menunjukkan besarnya air yang mengalir dipermukaan tanah. Menghitungnya untuk bulan Januari atau Ro1 = 50% x S1 Januari = 69; Pebruari Ro2 = (50%x50%xS1 Januari) + (50%xS2 Pebruari); Maret Ro3= (50%x50%x50%xS1 Januari) + (50%x50%xS2 Pebruari) + (50%xS3 Maret), dan seterusnya hingga Ro12 atau Ro bulan Desember.
8
Tabel 4. Langkah Analisis Neraca Air Thornwhite and Matter 1957 untuk Kalimantan Tengah Bagian Tengah No. 1 2 3 4a 4b 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Unsur Iklim Suhu (T) oC Indeks Panas (I) ETP unandj. FK ETP adj. ETP adj Curah Hujan (CH) CH – ETP adj. APWL KAT ∆ KAT ETA Defisit (D) Surplus (S) Run Off (Ro)
Jan 27,3 13,07 4,7 31,5 148,05 286 137,95
Peb 27,4 13,14 4,8 28,2 135,36 235 99,64
Mar 27,4 13,14 4,7 31,2 146,64 319 172,36
Apr 27,8 13,43 4,9 30,3 148,47 326 177,53
Mei 27,9 13,50 4,9 30,9 151,41 331 179,59
Jun 27,4 13,14 4,7 30,0 141,00 189 48,00
107,7 0 148,05 0 137,95 69,0
107,7 0 135,36 0 99,64 120,7
107,7 0 146,64 0 172,36
107,7 0 148,47 0 177,53
107,7 0 151,41 0 179,59
107,7 0 141,00 0 48,00
Jul 27,2 12,99 4,7 31,2 146,64 104 -42,64 -42,64 65 -43 147,00 0 0
Agu 27,1 12,92 4,7 31,2 146,64 81 -65,64 -108,28 33 -32 113,00 34,00 0
Sep 27,4 13,14 4,7 30,3 142,41 105 -37,41 -145,69 23 -10 115,00 27,00 0
Okt 27,4 13,14 4,7 31,2 146,64 245 98,36
Nop 27,0 12,85 4,6 30,6 140,76 354 213,24
Des 27,2 12,99 4,7 31,5 148,05 311 162,95
107,7 85 146,64 0 98,36
107,7 0 140,76 0 213,24
107,7 0 148,05 0 162,95
9
Tabel 5. Kadar Air pada Kapasitas Lapang (KL) dan Titik Layu Permanen (TLP) Di Berbagai Jenis dan Kedalaman Tanah di Kalimantan Tengah Jenis Tanah PMK (Ultisol) PMK (Alfisol) Regosol (Entisol) Podsol (Spodosol) PMK (Ultisol) PMK (Inceptisol)
Lokasi Teweh Tengah, BARUT G. Bintang Awai, BARSEL Sei Gohong, PLK RAYA Manuhing, GUMAS Manuhing, GUMAS Kotawaringin Lama, KOBAR
Tekstur (%) Pasir Debu 22,96 29,14 17,04 33,53 10,15 20,71 5,70 20,71 97,34 0,13 97,70 0,91 73,92 21,34 15,72 33,69 4,44 12,86 39,83 9,85 35,23 16,03
Liat 47,90 49,63 73,59 73,59 2,53 1,39 4,75 50,59 82,70 50,32 48,74
C Organik (%) 2,84 0,41 3,41 0,47 2,94 0,16 5,26 1,28 0,46 2,87 0,36
Kedalaman Tanah (cm) 0 - 30 0 - 60 0 - 30 0 - 60 0 - 30 0 - 60 0 - 30 0 - 60 0 - 30 0 - 60 0 - 30 0 - 60
KL (mm) 90,4 182,3 160,3 325,0 35 64,4 74,2 89,2 197,8 90,1 187,9
TLP (mm) 57,3 117,9 105,8 208,2 22,2 38,7 20,4 58,7 134,8 64,7 139,8
Keterangan
Padas
10
Interpretasi Neraca Air Setelah neraca air tersusun, maka perlu kita interpretasi. Untuk neraca air umum cukup digunakan langkah 1 hingga langkah 6 (Gambar 1), sedangkan untuk neraca air lahan digunakan seluruh langkah dari 1 – 13, (Gambar 2 dan Gambar 3) dan untuk neraca air tanaman perlu ditambahi satu langkah yaitu langkah 4 dikalikan faktor koefisien tanaman (kc) yang digunakan atau ETP adj X Kc. Nilai kc dapat dilihat pada berbagai buku tentang hidrologi.
Defisit
Gambar 1. Grafik Neraca air Umum Wilayah Kalimantan Tengah bagian tengah
Pemakaian air tanah
Gambar 2. Neraca Air Lahan (ETP-ETA) Kalimantan Tengah bagian tengah
11
Gambar 3. Neraca Air Lahan (KL-TLP) Kalimantan Tengah bagian tengah
Daftar Pustaka Thornthwaite, C.W., and J.P. Matter. 1957. Instruction and tables for computing potensial evapotranspiration and te water balance. Drexel Institute of Climatology. New Jersey. 401p.
12
DAFTAR PENYULUH YANG DILATIH DAN HADIR PADA TEORI DAN PRAKTIK NERACA AIR PALANGKA RAYA, 5 DESEMBER 2010 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Nama Purwadi Mulyadi SST Tommy Hendri K, SP Ferry Pirona P.L. SP.,M.Si Juarini SP Suparsih S. PKP Yunati S.PKP Yayah Mutiah SP Lisnae SP Utardi A.Md Hardinata Maesa Barno Syahrul S.ST Bardin A.Md Syahruddin Noor SP Eliae A.Md Suparmin S.PKP Eko Budi santoso A.Md Obed. M. Nono Muhammad Musri. SST Ardianotol A.Md Muhap S.ST Amaludrik Hamsani SP Tumbing Gunawan A SP Mardian
Instansi Distanpanghor Distanpanghor BKP4 BKP4 BKP BKP BKP BKP BKP BKP KPP KPP BKP BKP Distannak Distannak KPPKP KPPKP Distannak Distannak KKP KKP KPPPK KPPPK BKP Distankannak Distankannak
Kabupaten/Kota Kapuas Kapuas Pulang Pisau Pulang Pisau Palangka Raya Palangka Raya Palangka Raya Palangka Raya Katingan Katingan Gunung Mas Gunung Mas Kotawaringin Timur Kotawaringin Timur Seruyan Seruyan Kotawaringin Barat Kotawaringin Barat Sukamara Sukamara Lamandau Lamandau Barito Timur Barito Timur Barito selatan Barito Utara Barito Utara
