6
TINJAUAN PUSTAKA Infiltrasi Infiltrasi adalah gerakan air permukaan tanah masuk ke dalam tanah.Infiltrasi (vertikal) ke dalam tanah yang pada mulanya tidak jenuh, terjadi di bawah pengaruh hisapan matriks tanah dan gravitasi. Laju infiltrasi pada awalnya tinggi, dengan masuknya air lebih dalam dan lebih dalamnya profil tanah yang basah, maka hisapan matriks tanah berkurang dan akhirnya hanya tinggal tarikan gravitasi yang berpengaruh terhadap pergerakan air, menyebabkan laju infiltrasi semakin menurun dengan berjalannya waktu mendekati kondisi kesetimbangan (steady state) (Kurnia, dkk, 2006). Infiltrasi
merupakan
interaksi
kompleks
antara
intensitas
hujan,
karakteristik dan kondisi permukaan tanah.Intensitas hujan berpengaruh terhadap kesempatan air untuk masuk ke dalam tanah.Bila intensitas hujan lebih kecil dibandingkan dengan kapasitas infiltrasi, maka semua air mempunyai kesempatan untuk masuk ke dalam tanah. Sebaliknya, bila intensitas hujan lebih tinggi dibandingkan dengan kapasitas infiltrasi, maka sebagian dari air yang jatuh di permukaan tanah tidak mempunyai kesempatan untuk masuk ke dalam tanah, dan bagian ini akan mengalir sebagai aliran permukaan. Penutupan dan kondisi permukaan tanah sangat menentukan tingkat atau kapasitas air untuk menembus permukaan tanah, sedangkan karakteristik tanah, khususnya struktur internalnya berpengaruh terhadap laju air saat melewati masa tanah. Unsur struktur tanah yang terpenting adalah ukuran pori dan kemantapan pori (Kurnia, dkk, 2006). Tanah yang berbeda-beda menyebabkan air meresap dengan laju yang berbeda-beda. Setiap tanah memiliki daya resap yang berbeda, yang diukur dalam
7
mm/jam. Jenis tanah berpasir umumnya cenderung mempunyai laju infiltrasi tinggi, akan tetapi tanah liat sebaliknya, cenderung mempunyai laju infiltrasi rendah. Untuk satu jenis tanah yang sama dengan kepadatan yang berbeda mempunyai laju infiltrasi yang berbeda pula. Makin padat makin kecil laju infiltrasinya (Wilson, 1993).Klasifikasi laju infiltrasi tanah dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Klasifikasi Infiltrasi tanah Deskripsi Sangat lambat Lambat Sedang lambat Sedang Sedang cepat Cepat Sangat cepat (Lee, 1990)
Infiltrasi (mm/jam) 1 1–5 5 – 20 20 – 65 65 – 125 125 – 250 250
Proses Terjadinya Infiltrasi Ketika air hujan menyentuh permukaan tanah, sebagian atau seluruh air hujan tersebut masuk ke dalam tanah melalui pori-pori permukaan tanah. Proses masuknya air hujan ke dalam tanah disebabkan oleh potensial gravitasi dan potensial matriks tanah. Laju air infiltrasi yang dipengaruhi oleh potensial gravitasi dibatasi oleh besarnya diameter pori-pori tanah.Di bawah pengaruh potensial gravitasi, air hujan mengalir tegak lurus ke dalam tanah melalui profil tanah. Pada sisi yang lain, potensial matriks bersifat mengalirkan air tersebut tegak lurus ke atas, ke bawah, dan ke arah horizontal. Potensial matriks tanah ini bekerja nyata pada tanah dengan pori-pori relatif kecil, pada tanah dengan poripori besar potensial ini dapat diabaikan pengaruhnya dan air mengalir ke tanah yang lebih dalam oleh pengaruh gravitasi. Dalam perjalanannya, air juga
8
mengalami penyebaran ke arah lateral akibat tarikan gaya kapiler tanah, terutama ke arah tanah dengan pori-pori yang lebih kecil (Asdak, 1995). Evaluasi Laju Infiltrasi Model laju infiltrasi (infiltration rate) menurut Philip merupakan persamaan empiris yang bergantung pada waktu (time dependent equation). Philip mengajukan model persamaan infiltrasi: fp=C+Dt-0,5 ............................................................................................... (1) Dimana: fp
= kapasitas infiltrasi (mm/ menit)
C, D
= konstanta yang dipengaruhi oleh faktor lahan dan kadar air tanah awal.
t
= waktu (menit)
infiltrasi kumulatif diperoleh dengan mengintegralkan persamaan (1) untuk periode tertentu, mulai dari t = 0 sampai dengan t = t. t
F= ∫0 (Dt-0,5 +C ) . dt=C.t+2Dt0.5 ...........................................................................(2)
Sehingga persamaan infiltrasi kumulatif Philip dapat ditulis:
F-C.t=2 Dt0,5 ......................................................................................................... (3) Proses pengepasan dari persamaan di atas dapat dilakukan dengan menggunakan data dari dua interval waktu, yaitu t1dant2, serta dua nilai dari infiltrasi kumulatif pada interval tersebut, yaitu F1 dan F2sehingga: F1 - Ct1 =2 Dt10,5 .....................................................................................................(4) F2 - Ct2 =2 Dt20,5 .....................................................................................................(5) Untuk mendapatkan nilai D maka dilakukan eliminasi:
9
(F1 - Ct1 =2 Dt10,5 ) × t2 (F2 - Ct2 =2 Dt20,5 )×t1 F1 t2 - Ct1 t2 =2 Dt10,5 t2 F2 t1 - Ct1 t2 =2 Dt20,5 t1 F1 t2 -F2 t1 = 2 D (t10,5 t2 - t20,5 t1 ) Sehingga, D=
F1 t2 - F2 t1 0,5
2 (t1
t2 - t2
0,5
t1 )
.................................................................................................. (6)
Nilai D lalu dimasukkan ke dalam persamaan (4) atau (5) hingga diperoleh nilai C. Nilai C dan D kemudian dimasukkan ke dalam persamaan Philip (Januar dan Nora, 1999). Infiltrometer Alat infiltrometer yang biasa digunakan adalah jenis infiltrometer ganda (double ring infiltrometer), yaitu satu infiltrometer silinder ditempatkan di dalam infiltrometer silinder lain yang lebih besar. Infiltrometer silinder yang lebih kecil mempunyai ukuran diameter sekitar 30 cm dan infiltrometer yang besar mempunyai ukuran 46 hingga 50 cm. Pengukuran hanya dilakukan pada silinder yang kecil. Silinder yang lebih besar berfungsi sebagai penyangga yang bersifat menurunkan efek batas yang timbul oleh adanya silinder (Asdak, 1995). Hal tersebut diperlukan pula agar air yang berinfiltrasi tidak menyebar secara lateral di bawah permukaan tanah (Seyhan, 1990). Faktor- faktor Yang Mempengaruhi Infiltrasi Proses infiltrasi dipengaruhi beberapa faktor, antara lain, tekstur dan struktur tanah, persediaan air awal (kelembaban awal), kegiatan biologi dan unsur
10
hara organik, jenis dan kedalaman serasah, dan tumbuh-tumbuhan atau tajuk penutup tanah lainnya. Tanah remah akan memberikan kapasitas infiltrasi lebih besar dari tanah liat. Tanah dengan pori-pori jenuh akan mempunyai kapasitas infiltrasi lebih kecil dibandingkan dengan tanah dalam keadaan kering. Keadaan tajuk penutup tanah yang rapat dapat mengurangi jumlah air hujan yang sampai ke permukaan tanah, dengan demikian mengurangi besarnya air infiltrasi. Sementara sistem perakaran vegetasi dan serasah yang dihasilkannya dapat membantu permeabilitas tanah, dan dengan demikian meningkatkan laju infiltrasi (Asdak,1995). 1. Tekstur Tanah Tekstur tanah menunjukkan komposisi partikel penyusun tanah (separat) yang dinyatakan sebagai perbandingan proporsi (%) relatif antara fraksi pasir (sand) (berdiameter 2,00-0,20 mm atau 2000-200 μm, debu (silt) (berdiameter 0,20-0,002 mm atau 200-2 μm) dan liat (clay) (<2 μm) (Hanafiah, 2005). Kelas tekstur ditentukan atas dasar perbandingan massa dari ketiga fraksi tersebut. Tanah dengan proporsi pasir, debu, dan liat yang berbeda menunjukkan kelas tekstur yang berbeda (Hillel, 1971).Secara lebih rinci tekstur tanah digambarkan dalam segitiga USDA seperti yang terlihat pada Gambar 1. 2. Kerapatan Massa (Bulk Density) Kerapatan massa adalah perbandingan dari massa tanah kering dengan volume total tanah (termasuk volume tanah dan pori) (Hillel, 1971). Setiap perubahan dalam struktur tanah mungkin untuk mengubah jumlah ruang-ruang g pori dan juga berat per unit volume. Bila dinyatakan dalam � 3 kerapatan cm massa tanah-tanah liat yang ada di permukaan dengan struktur granular besarnya
11
berkisar 1,0 sampai 1,3. Tanah-tanah di permukaan dengan tekstur kasar mempunyai kisaran 1,3 sampai 1,8. Perkembangan struktur yang lebih besar pada tanah-tanah dipermukaan dengan tekstur halus menyebabkan kerapatan massanya lebih rendah bila dibandingkan dengan tanah berpasir (Foth, 1991). ρb =
Ms Vt
=
Ms Vs + Va+ Vw
................................................................................................ (7)
Dimana : g 𝜌𝜌𝑏𝑏 = Kerapatan massa (bulk density) ( � 3 ) cm
Ms = massa tanah (g)
Vt = volume total tanah (volume ring)(𝑐𝑐𝑐𝑐3 )
Gambar 1.Segitiga tekstur (Hillel, 1971). 3. Kerapatan Partikel (Particel Density) kerapatan partikel �ρs �=
Ms Vs
g � � 3 � .....................................................................(8) cm
12
Dimana, Vs = volume tanah (cm3) Berat jenis butir adalah berat bagian padat dibagi dengan volume bagian padat dari tanah tersebut. Berat jenis butir tanah pada umumnya berkisar antara g 2,6-2,7 � 3 . Dengan adanya kandungan bahan organik pada tanah maka nilai cm
menjadi lebih rendah. Istilah kerapatan ini sering dinyatakan dalam istilah berat
jenis atau specific gravity, yang berarti perbandingan kerapatan suatu benda tertentu terhadap kerapatan air pada keadaan 4ºC dengan tekanan udara biasa, yaitu satu atmosfer (Sarief, 1986). 4. Ruang Pori atau Porositas Porositas adalah proporsi ruang pori total (ruang kosong) yang terdapat dalam satuan volume yang dapat ditempati oleh udara dan air, sehingga merupakan indikator kondisi drainase dan aerasi tanah. Tanah porous merupakan tanah yang cukup mempunyai ruang pori untuk pergerakan air dan udara masuk keluar tanah secara leluasa, begitu juga sebaliknya (Hanafiah, 2005). Porositas total atau ruang pori total adalah volume seluruh pori dalam suatu volume tanah yang utuh yang dinyatakan dalam persen. Porositas total merupakan indikator awal yang paling mudah untuk mengetahui apakah suatu tanah mempunyai struktur baik atau jelek. Pengukuran porositas total dilakukan pada kedalaman 0-25 cm, dengan menggunakan persamaan :
f=
Vf Vt
=
Va + Vw Vs +Va + Vw
........................................................................................ (9)
Dimana : F
= ruang pori atau porositas tanah
Vf = volume ruang pori (cm3)
13
Vt = volume total (volume ring) (cm3) Hubungan porositas dengan kerapatan massa (bulk density), yaitu : f=
5.
ρs -ρb ρs
ρ
=1- ρb .........................................................................................................(10) s
Bahan Organik Tanah Tanah tersusun oleh bahan padatan, air dan udara.Bahan padatan ini
meliputi bahan mineral berukuran pasir, debu, dan liat, serta bahan organik.Bahan organik tanah biasanya menyusun 5% bobot total tanah, meskipun hanya sedikit tetapi memegang peran penting dalam menentukan kesuburan tanah, baik secara fisik, kimiawi maupun secara biologis tanah.Komponen tanah berfungsi sebagai media tumbuh, maka bahan organik juga berpengaruh secara langsung terhadap perkembangan dan pertumbuhan tanaman dan mikrobia tanah, yaitu sebagai sumber energi, hormon, vitamin, dan senyawa perangsang tumbuh lainnya.Secara fisik bahan organik berperan dalam menentukan warna tanah menjadi coklathitam, merangsang granulasi, menurunkan plastisitas dan kohesi tanah (Brady, 1984), memperbaiki struktur tanah menjadi lebih remah sehingga laju infiltrasi lebih tinggi, dan meningktakan daya tanah menahan air sehingga drainase tidak berlebihan, kelembaban dan temperatur tanah menjadi stabil (Hanafiah, 2005). 6. Tata Guna Lahan Vegetasi dapat menahan aliran permukaan dan diperkuat oleh humus, kemudian dirembeskan ke bagian dalam dari top soil.Kecepatan infiltrasi dipengaruhi oleh banyaknya pori-pori tanah, dimana akar-akar vegetasi sangat menunjang dalam pembentukan pori-pori tanah tersebut (Kartasapoetra, 1989).
14
Kemampuan sistem lahan dalam meretensi air hujan sangat tergantung kepada karakteristik sistem tajuk dan perakaran tipe vegetasi penutupnya.Sistem tata guna lahan dengan vegetasi penutup bertipe pohon yang disertai dengan adanya tumbuhan penutup tanah adalah sistem lahan yang mempunyai kemampuan meretensi air hujan lebih baik dari pada sistem lahan tingkat semai/ semak atau tiang. Dengan demikian vegetasi tingkat pohon mempunyai fungsi yang lebih baik untuk meningkatkan kapasitas infiltrasi dan menyimpan air (Suharto, 2006). Lahan yang bervegetasi pada umumnya lebih menyerap karena serasah permukaan mengurangi pengaruh-pengaruh pukulan tetesan hujan, dan bahan organik, mikroorganisme serta akar-akar tanaman cenderung meningkatkan porositas tanah dan memantapkan struktur tanah. Vegetasi juga menghabiskan kandungan air tanah hingga kedalaman yang lebih besar, meningkatkan peluang penyimpanan air dan menyebabkan laju infiltrasi yang lebih tinggi, pengaruhpengaruh ini lebih tegas pada penutupan hutan dimana akar-akar berpenetrasi lebih dalam dan laju-laju evapotranspirasi adalah lebih besar (lee, 1990). Tanah yang terbuka bisa menjadi hampir kedap air akibat benturan tetesan hujan besar-besar
yang memadatkan ditambah lagi kecenderungan air
menghanyutkan butiran yang halus dan masuk ke dalam lowong yang ada. Permukaan tanah cenderung menjadi tersumbat dan nilai f pun merosot tajam. Demikian pula pemadatan oleh manusia atau hewan yang menginjak-injak permukaan tanah, atau akibat lalu lintas kendaraan, dapat sangat menurukan daya resap tanah (Wilson, 1993).
15
Potensial Air Tanah Potensial air tanah merupakan jumlah kerja yang mesti dilakukan per unit air murni untuk mengangkut sejumlah air dari suatu tempat air murni pada elevasi dan tekanan atmosfer.Total potensial air tanah dapat dikatakan sebagai penjumlahan dari beberapa faktor, yaitu: ψt = ψg +ψp +ψo +… ............................................................................. (11) Dimana 𝜓𝜓𝑡𝑡 adalah potensial total air tanah, ψg adalah potensial gravitasi, dan ψp
merupakan potensial tekanan (matriks) dan ψo adalah potensial osmotik.
Potensial gravitasi penting dalam tanah jenuh dan ditunjukkan oleh kecenderungan air untuk mengalir ke elevasi yang lebih rendah.Potensial matriks adalah hasil tenaga adhesi dan kohesi yang berhubungan dengan jaringan partikel tanah atau matriks tanah.Potensial osmosis disebabkan terutama oleh daya tarik molekul air terhadap ion-ion yang dihasilkan oleh garam yang dapat larut. Biasanya, pada tanah yang tercuci potensi osmosisnya kecil dan merupakan faktor minor dalam penyerapan air (Foth, 1978). Potensial air dan tanah (potensial hidrolik) yang berperan dalam tanah akan bergantung pada kondisi tanahnya. Pada kondisi tanah jenuh yang berperan adalah potensial tekanan dan potensial gravitasi, dan pada tanah tidak jenuh yang berperan adalah potensial matriks. Jumlah air yang ditahan oleh tanah dengan isapan matriks yang rendah antara 0-1 bar, terutama bergantung pada pengaruh kapilaritas, distribusi ukuran pori, dan bergantung pada struktur. Makin besar daya isap tanah, makin besar pengaruh adsorbsi dan makin berkurang pengaruh struktur (makin kering tanah).Yang paling berpengaruh yaitu tekstur dan permukaan spesifik partikel tanah. Keuntungan utama konsep total potensial adalah mendapatkan suatu ukuran
16
yang sama mengenai status energi air tanahdalam berbagai waktu dan tempat dalam hubungan tanah, tanaman, dan atmosfer (Hillel, 1987). Tensiometer Tensiometer adalah alat praktis untuk mengukur kandungan air tanah, tinggi hidrolik, dan gradient hidrolik.Alat ini terdiri atas cawan sarang, secara umum terbuat dari keramik yang dihubungkan melalui tabung ke manometer, dengan seluruh bagian diisi air. Saat cawan diletakkan di dalam tanah pada waktu pengukuran hisapan dilaksanakan, air total di dalam cawan melakukan kontak hidrolik, dan cenderung untuk seimbang dengan air tanah melalui pori-pori pada dinding keramik. Pada saat tensiometer diletakkan di permukaan tanah, air yang terdapat dalam tensiometer umumnya berada pada tekanan atmosfer, sedangkan air tanah secara umum mempunyai tekanan lebih kecil dari tekanan atmosfer, sehingga terjadi hisapan dari alat tensiometer karena perbedaan tekanan, dan air dari alat itu keluar, serta tekanan dalam alat turun yang ditunjukkan oleh manometer (Kurnia, dkk, 2006).
