MK. DASAR ILMU TANAH AIR TANAH (SOIL MOISTURE = SOIL WATER) www// marno.lecture.ub.ac.id

1. MK. DASAR ILMU TANAH AIR TANAH (SOIL MOISTURE = SOIL WATER) www//marno.lecture.ub.ac.id

2. PEREDARAN AIR , air tanahsebagaicadangannya . Air diatmosfir Hujan Manusia AIR TANAH Tumbuhan Binatang Perairan Diunduhdari: http://systemexplorations.wordpress.com/2011/09/05/of-complex-systems/ …… 17/3/2013

3. Perubahan Air Tanah. Kapasitaslapang minus titiklayuadalahjumlah air ygtersediabagitanaman. . Air Hujan Infiltrasi Evaporasi Transpirasi Setelahbeberapahari Setelahberminggu-minggukering Tabel Air: Lapisantanahygselalujenuh air Kondisitanahjenuh air: Seluruhporiterisi air KapasitasLapang: Separuhporiterisi air Titiklayu : Tanamantidakdapatmenyerap air yang ada Diunduhdari: http://systemexplorations.wordpress.com/2011/09/05/of-complex-systems/ …… 17/3/2013

4. LENGAS TANAH = SOIL MOISTURE LENGAS (Moisture) menyatakan adanya suatu cairan, terutama air , seringkali dalam jumlah terbatas. Sejumlah air ditemukan dalam udara (kelembaban udara), dalam tanah (lengas tanah) . Kadar lengas tanah merupakan kuantitas air yang terkandung dalam tanah. Kadar lengas dinyatakan sebagai rasio , yang berkisar dari 0 (kering lengkap) hingga nilai jenuh. Kadar lengas ini dapat dinyatakan secara volumetrik atau gravimetrik.

5. Kadar air volumetrik , θ, dirumuskan sebagai: • dimana : • Vw adalah volume air • VT = Vs + Vv = Vs + Vw + Va adalah total volume (vol tanah + vol. air + rongga udara).

6. Kadar air Gravimetrikdirumuskansbb: • Dimana: • mwadalahmasa air • mbadalahmasa total. Masa total adalahmasatanahkeringmutlak • Untukmengubahkadar air gravimetrikmenjadikadar air volumetrik, kalikankadar air gravimetrikdenganberatisitanah.

7. STRUKTUR & CIRI Molekul air terdiri atas atom oksigen dan dua atom hidrogen, yang berikatan secara kovalen Atom-atom tidak terikat secara linear (H-O-H), tetapi atom hidrogen melekat pada atom oksigen seperti huruf V dengan sudut 105o. Molekul air bersifat dipolar: Zone elektro positif + H H 105o Zone elektro negatif -

8. Air adalahmolekul polar denganikatanhidrogendiantaramolekul-molekul air

9. Partikel koloidal yang bersifat hidrofilik dan selubung hidrasinya

10. SIFAT-SIFAT FISIK AIR

11. Peranan air dalamtumbuhanhidup: Komponenprotoplasm Substratuntukmetabolismetanaman Solvent untukabsorpsidantransportasi Menjagatanamantetapdalambentuknya Menjagakeseimbangansuhutubuhtanaman

12. PENYERAPAN AIR OLEH AKAR TANAMAN Penyerapan air padatumbuhandilakukandenganduacarayaitupenyerapan air secaraaktifdanpenyerapan air secarapasif. Penyerapan air secaraaktifdilakukanolehselhidup. Padapenyerapaniniselmemerlukanenergi. Kemampuanpenyerapan air inidipengaruhiolehkendungan O2. Apabilaakartanamanmendapat 02 yang cukupprosespenyerapan air olehakarakanberlangsungsangatlancar. Sebaliknyaapabilla 02 sangatkurang, penyerapan air olehakarakansangatlambatatautidakterjadisamasekali. Teoriinididukungolehbeberapabukti: Akartanaman yang hiduppadatanah yang aerasinyaburuk, bentukakarnyamenggulung. Apabilarespirasidihalangidenganzatpenghalangmisalnya KCN, makaabsorpsi air akanberkurang. Absorpsiair hanyadilakukanolehsel yang hidup. Penyerapan air secarapasifterjadisebagaiakibatdariprosestranspirasi . Semakinlancartranspirasi , semakinlancar pula absorpsi air olehakar.

13. Transpor lateral air dalamakar : Adaduajalurdalamakaruntukmenyerap air daritanah. Setiapjalurinimempunyaikeunggulandankelemahannya. JalurApoplastikdapatterjadikalautidakada hypodermis . Air bergerakmenembusdindingseldanrongga-ronggaantar sel. Kalau air mengalir, zatterlarutikutbergerakbersamaaliranataudengancaradifusi. Jalurinisangatefisien. JalurSymplastik, dapateterjadikalauada hypodermis. Air bergerakmenembusmembranseldansel-selhidup. Air bergeraksecara osmosis, sehingga solutes dapatbergerakdariselkeselmelaluiplasmodesmata. Prosesinilebihlambatdibandingkandenganjalurapoplastik.

14. Bulu-buluakar, zone penyerapan air

15. Penyerapan air olehakartanaman: • Prosesaktif • Prosespasif • Prosespenyerapan air secaraaktif: Penyerapan air berlangsungolehadanyaaktivitasfisiologisakartanaman • Apoplast:Suatusistemkontinyuterdiriatasdindingsel, ronggasel (interplace) danpembuluh xylem, kecuali protoplast, dianggapsebagaibagian yang mati . • • Resistensirendahdantranspor air lebihcepat . • Symplast: Suatusistemkontinyuterdiriatas protoplast, plasmodesmadanmembran plasma, dianggapsebagaibagian yang hidup . • • Air memasukisimplastdengancara osmosis dankemudian air diangkutmelintasiselke sel.

16. Faktor yang mempengaruhipenyerapan air olehakar: Faktor Internal , derajatperkembangan, konduktivitas air danrespirasiakar Faktoreksternal: faktorudara→ transpirasi → Penyerapan air (tidaklangsung) . Faktor Tanah secaralangsungmempengartuhipenyerapan air olehakar.

17. Suhu tanah dan penyerapan air oleh akar tanaman Suhurendah: viskositas air dan plasma meningkat; konduktivitas air menurun; respirasimenurunkarenaenergitidakcukup; pertumbuhanakardanbuluakarmenurun. Suhuterlalutinggi: akarmudahmembentukgabus, konduktivitas air menurun.

18. AIR TANAH 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 Kohesi Adesi H2O Partikel tanah Air terikat Air bebas

19. Akar Partikel tanah bersingguingan satu sama lain dan ada rongga di antaranya (pori tanah). Kalau tanah kering, porinya terisi udara. Setelah hujan , pori tanah terisi dengan air. Akar tanaman dapat membantu aerasi tanah. Partikeltanah Air Udara

20. IkatanHidrogen Permu-kaanpartikeltanah Kohesi Adhesi

21. Per- mu- ka- an L I A T Dijerapkuat Dijeraplemah

22. 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. KationhidrasiTebalnyaselubung air tgt pd rapatmuatan pd per- mukaankation. Rapatmuatan = Selubung air muatankation / luaspermukaan

23. 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 besra daripada adhesi antara air dan udara. Udara Permukaan air-udara air

24. ENERGI AIR TANAH Retensi dan pergerakan air tanah melibatkan energi, yaitu: Energi Potensial, Energi Kinetik dan Energi Elektrik. Selanjutnya status energi dari air disebut ENERGI BEBAS, yang merupakan PENJUMLAHAN dari SEMUA BENTUK ENERGI yang ada. Air bergerak dari zone air berenergi bebas tinggi (tanah basah) menuju zone air berenergi bebas rendah (tanah kering). Gaya-gaya yg berpengaruh Gaya matrik: tarikan padatan tanah (matrik) thd molekul air; Gaya osmotik: tarikan kation-kation terlarut thd molekul air Gaya gravitasi: tarikan bumi terhadap molekul air tanah. Potensial air tanah Ketiga gaya tersebut di atas bekerja bersama mempengaruhi energi bebas air tanah, dan selanjutnya menentukan perilaku air tanah, ….. POTENSIAL TOTAL AIR TANAH (PTAT) PTAT adalah jumlah kerja yg harus dilakukan untuk memindahkan secara berlawanan arah sejumlah air murni bebas dari ketinggian tertentu secara isotermik ke posisi tertentu air tanah. PTAT = Pt = perbedaan antara status energi air tanah dan air murni bebas Pt = Pg + Pm + Po + ………………………… ( t = total; g = gravitasi; m = matrik; o = osmotik)

25. Potensial Air Tanah AIR Akartumbuhan Groundwater

26. Potensial AIR

27. Energipotensial air tanahpadaelevasilebihtinggidarikondisireferensistandar Positif + PotensialGravitasi Energipotensial air murnipadakondisireferensistandarditetapkansebagainol 0 PotensialOsmotik Besarnyaenergipotensial air ygmengandunggaramdanbahanlarut lain PotensialMatriks Negatif - Besarnyaenergipotensial air ygterikatpadapartikeltanah (matrkstanah) -

28. Bentuk-bentuk Potensial air –Ψ PotensialGravitasi ( nilaipositif) Potensialmatriks ( nilainegatif)

29. PotensialOsmotik ( nilainegatif) PotensialTekanan ( nilai + atau -)

30. PotensialMatriks Per- mu- ka- an L I A T Dijerapkuat Dijeraplemah EfekPotensialmatriksmengurangienergibebas

31. Pori mikromengikatmolekul air denganenergi yang lebihbesar

32. Molekul air bergerakmelintasimembran semi-permeabel

33. Hubungan potensial air tanah dengan energi bebas Energi bebas naik bila air tanah berada pada letak ketinggian yg lebih tinggi dari titik baku pengenal (referensi) + Poten-sial positif Energi bebas dari air murni Potensial tarikan bumi 0 Potensial osmotik (hisapan) Menurun karena pengaruh osmotik Poten-sial negatif Potensial matrik (hisapan) Menurun karena pengaruh matrik - Energi bebas dari air tanah

34. Klasifikasi air (lengas) tanah Tanah jenuh air KapasitasLapang Maksimumdefisit air tanah Total volume air dalamtanahC Air tanah Tersedia TitikLayuPermanen Tanah keringmutlak Diunduhdari: http://www.agf.gov.bc.ca/resmgmt/publist/600Series/619000-1.pdf ……….. 16/3/2013

35. Air tersediadalamtanah Diunduhdari: http://www.agf.gov.bc.ca/resmgmt/publist/600Series/619000-1.pdf ……….. 16/3/2013

36. SOIL WATER STORAGE (SimpananLengas Tanah) Kapasitassimpananlengastanah (SWS) didefinisikansebagaijumlah total air yang disimpandalamtanahpada zone perakarantanaman. Teksturtanahdankedalamanakartanamansnagatmenentukanbesarnya SWS ini. Semakindalamperakarantanaman, semakinbanyak air yang dapatdisimpandalamtanah, sehinggasemakinbanyak pula cadangan air yang dapatdiserapolehakartanaman. Diunduhdari: http://www.agf.gov.bc.ca/resmgmt/publist/600Series/619000-1.pdf ……….. 16/3/2013

37. Kedalaman zone akartanaman Diunduhdari: http://www.agf.gov.bc.ca/resmgmt/publist/600Series/619000-1.pdf ……….. 16/3/2013

38. 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.

40. Cara Menyatakan Tegangan Energi Tegangan: dinyatakandengan “tinggi (cm) darisatuankolom air yang bobotnyasamadengantegangantsb”. Tinggikolom air (cm) tersebutlazimnyadikonversimenjadilogaritmadarisentimetertinggikolom air, selanjutnyadisebutpF. Tinggi unit Logaritma Bar Atmosfer kolom air (cm) tinggi kolom air (pF) 10 1 0.01 0.0097 100 2 0.1 0.0967 346 2.53 0.346 1.3 1000 3 1 10000 4 10 9.6749 15849 4.18 15.8 15 31623 4.5 31.6 31 100.000 5 100 96.7492

41. KANDUNGAN AIR DAN TEGANGAN KURVA ENERGI - LENGAS TANAH Tegangan air menurun secara gradual dengan meningkatnya kadar air tanah. Tanah liat menahan air lebih banyak dibanding tanah pasir pada nilai tegangan air yang sama Tanah yang Strukturnya baik mempunyai total pori lebih banyak, shg mampu menahan air lebih banyak Pori medium dan mikro lebih kuat menahan air dp pori makro Tegangan air tanah, Bar 10.000 Liat Lempung Pasir 0.01 10 Kadar air tanah, % 70

42. Strukturnya baik Strukturnya jelek Liat Lempung K D R a i r t n h Kd r A i r t nh Pasir Potensial air tanah

43. Gerakan Air Tanah TidakJenuh Gerakantidakjenuh = gejalakapilaritas = air bergerakdarimuka air tanahkeatasmelaluiporimikro. Adhesidankohesibekerjaaktifpadakolom air (dalamprimikro), ujungkolom air berbentukcekung. Perbedaantegangan air tanahakanmenentukanarahgerakan air tanahsecaratidakjenuh. Air bergerakdaridaerahdenganteganganrendah (kadar air tinggi) kedaerah yang tegangannyatinggi (kadar air rendah, kering). Gerakan air inidapatterjadikesegalaarahdanberlangsungsecaraterus-menerus. Pelapisan tanah berpengaruh terhadap gerakan air tanah. Lapisan keras atau lapisan kedap air memperlambat gerakan air Lapisan berpasir menjadi penghalang bagi gerakan air dari lapisan yg bertekstur halus. Gerakan air dlm lapisan berpasir sgt lambat pd tegangan

44. Molekul air bergerakdarienergitinggimenujuketempatygenerginyalebihrendah Perbedaanenergibebasmenyebabkanmolekul air bergerak

45. Pergerakan air dalamtanah Adatigamacamgerakan (aliran) air dalamtanah Pergerakan air melaluiporitanah yang dayahantarnya (k) berbeda-beda

46. Gerakan Jenuh (Perkolasi) Air hujan dan irigasi memasuki tanah, menggantikan udara dalam pori makro - medium - mikro. Selanjutnya air bergerak ke bawah melalui proses gerakan jenuh dibawah pengaruh gaya gravitasi dan kapiler. Gerakan air jenuh ke arah bawah ini berlangsung terus selama cukup air dan tidak ada lapisan penghalang Lempung berpasir Lempung berliat cm 0 15 mnt 4 jam 30 60 90 1 jam 24 jam 120 24 jam 48 jam 150 30 cm 60 cm Jarak dari tengah-tengah saluran, cm

47. PERKOLASI Jumlah air perkolasi Faktor yg berpengaruh: 1. Jumlah air yang ditambahkan 2. Kemampuan infiltrasi permukaan tanah 3. Daya hantar air horison tanah 4. Jumlah air yg ditahan profil tanah pd kondisi kapasitas lapang Keempatfaktordiatasditentukanolehstrukturdanteksturtanah Tanah berpasirpunyakapasitasilfiltrasidandayahantar air sangattinggi, kemampuanmenahan air rendah, shgperkolasinyamudahdancepat Tanah tekstur halus, umumnya perkolasinya rendah dan sangat beragam; faktor lain yg berpengaruh: 1. Bahan liat koloidal dpt menyumbat pori mikro & medium 2. Liat tipe 2:1 yang mengembang-mengkerut sangat berperan

48. LAJU GERAKAN AIR TANAH Kecepatangerakan air dlmtanahdipengaruhiolehduafaktor: 1. Dayadari air yang bergerak 2. Hantaranhidraulik = Hantarankapiler = dayahantar i = k.f dimanai = volume air yang bergerak; f = daya air ygbergerakdan k = konstante. Daya air yg bergerak = daya penggerak, ditentukan oleh dua faktor: 1. Gaya gravitasi, berpengaruh thd gerak ke bawah 2. Selisih tegangan air tanah, ke semua arah Gerakan air semakin cepat kalau perbedaan tegangan semakin tinggi. Hantaran hidraulik ditentukan oleh bbrp faktor: 1. Ukuran pori tanah 2. Besarnya tegangan untuk menahan air Pada gerakan jenuh, tegangan airnya rendah, shg hantaran hidraulik berbanding lurus dengan ukuran pori Pd tanah pasir, penurunan daya hantar lebih jelas kalau terjadi penurunan kandungan air tanah Lapisan pasir dlm profil tanah akan menjadi penghalang gerakan air tidak jenuh

49. Gerakan air tanah Gerakan air tanahdipengaruhiolehkandungan air tanah Penetrasi air dari tnh basah ke tnh kering (cm) 18 Tanah lembab, kadar air awal 29% Tanah lembab, kadar air awal 20.2% Tanah lembab, kadar air awal 15.9% 0 26 156 Jumlah hari kontak, hari Sumber: Gardner & Widtsoe, 1921.

50. Pergerakan air tanah: Kondisi Jenuh Air