AIR

Bab 4. AIR TANAH
Foto : Kurniatun Hairiah
Apa yang dipelajari ?








Kapilaritas dan Air Tanah
Konsep Enerji Air Tanah
Kadar Air dan Potensial
Air
Mengukur Kadar dan
Potensial Air
Macam-macam aliran air
di dalam tanah
Retensi Air di Lapangan
Klasifikasi Air
Ketersediaan air bagi
Tanaman
2
AIR berada di ………………… dalam ruangan PORI
(diantara MATRIKS tanah)
Partikel Tanah
Ruangan Pori
Air Tanah
Bagaimana air bisa tinggal dalam
ruangan pori ?
• Diikat oleh partikel (padatan)
• Diikat oleh gaya adhesi dan kohesi
KAPILARITAS
Molekul Air dan Kapilaritas
• Satu melekul air terbentuk ketika 2
•
•
atom H terikat secara kovalen dengan 1
atom O
Di dalam ikatan kovalen, elektron
dijumpai antar atom
Atom oksigen menarik elektron lebih
kuat dibanding hidrogen. Keadaan ini
menyebabkan terjadinya distribusi
muatan yang tidak simetris pada air .
Molekul Air dan Kapilaritas
• Molekul yang memiliki ujung akhir
dengan muatan positif dan negatif
disebut molekul polar
• Sifat polar tersebut memungkinkan
air untuk memisahkan molekul
larutan polar , oleh karena itu air
dapat melarutkan banyak sekali
senyawa kimia
• Jadi, satu molekul air bukan molekul
netral
Kohesi & Adesi
• Penarikan 1 molekul air ke molekul air lainnya
•
•
disebut kohesi
Adesi terjadi jika molekul-molekul air ditarik
oleh jenis melekul lainnya, seperti gelas, tanah,
logam, atau daun tanaman karena permukan
molekul lain tersebut juga mempunyai muatan
Gaya Adesi lebih kuat dibandingkan dengan
gaya kohesi
Air Adesi- air yang ditarik ke permukaaan padatan
• Di ikat oleh gaya elektrik
•
•
•
•
yang kuat – energi rendah
Sedikit pergerakan- di ikat
kuat oleh tanah
Berada dalam bentuk film
Tidak tersedia bagi tanaman
Dapat hilang dari tanah
melalui pengeringan tanah
dalam oven
Air Kohesi – air ditarik oleh molekul air lainnya
• Di ikat oleh ikatan
•
•
•
hidrogen
Status cair dalam film
air
Sumber air utama untuk
tanaman
energi lebih besar
dibandingkan adesi
Air Gravitasi
• Dijumpai dalam pori-pori makro
• Mempunyai energi terbesar
• Bergerak bebas akibat gaya gravitasi
Air mengalir ……
Aliran permukaan
terjadi karena gaya
gravitasi
gravitasi
Apakah air selalu
mengalir ke bawah ?
Foto: M van Noordwijk
Air juga bisa mengalir ke atas . . . . .
Menyiram tanaman melalui selokan ………..
Air diberikan
lewat
selokan
Air
membasahi
permukaan
Kapilaritas
Air bisa mengalir naik melalui ruang pori tanah secara
kapiler, disebabkan oleh gaya-gaya adhesi dan kohesi
Potensial Air
LARUTAN TANAH
osmotik
AIR
matriks
absorpsi
gravitasi
PARTIKEL TANAH
PUSAT BUMI
AKAR
Potensial Air - Y
• Potensial gravitasi
• Potensial matriks
Potensial Total
• Potensial osmotik
Y t = Y g + Y m + Yo
Tegangan Air (+) atau Potensial (-)
0 bar
-0.33 bar
-1 bar
--15 bar
Gaya Kapiler (matriks)
h = 0.15/r
2g cos a
h = rrg
g = tegangan permukaan
a = sudut kontak
r = jari-jari pipa (pori)
r = berat jenis air
g = gravitasi
Pori yang halus menahan air ditahan
dengan energi yang lebih besar
Gaya Osmotik
Air mengalir melewati selaput semipermeabel
Na+
H
H
K+
H
O
H
H
O
H
O
H
H
H
H
O
H
Cl-
O
H
H
Cl-
H
O
O
O
H
O
H
O
H
O
H
H
O
H
H
H
H
H
Konsep Energi
Air mengalir dari energi tinggi ke enerji rendah
tanah basah
pori kasar
enerji H2O
lebih tinggi
tanah kering
Aliran H2O
pori halus
enerji H2O
lebih rendah
(lebih negatif)
perbedaan enerji bebas menyebabkan pergerakan H2O
Potensial Air
• Potensial air tanah total = Potensial Matrik + potensial
•
•
•
gravitasi + Osmotik (garam)
Jika tanah mengering, maka potensial matrik
berkurang atau jumlah negatif lebih besar
0 -5 -8 -10
-15
-55
-100
jenuh. basah - -------- kering ------- > sangat kering
Mengukur Kadar Air Tanah
Gravimetrik :
•• Timbang Tanah (Padatan + Air) = G1
•• Keringkan dan Timbang (Padatan) = G2
•• Hitung kadar air (w)
w =
G1 – G2
G2
(g g-1)
Alat-alat untuk Mengukur Air Tanah
Gypsum Block
Elektroda (Resistensi)
Sinar Gamma
Sinar Neutron
Tensiometer
TDR (Time Domain Reflectometer)
Neutron Probe
Berapa banyaknya air dalam tanah ?
Kadar Air
w (massa) =
Ma/Mp
kg kg-1
q (volume)=
Va/Vt
m3 m-3
t (tebal)
Ta/Tt
mm m-1
=
Ma=massa air
Mp = massa padatan
Va =volume air
Vt = volume tanah
Ta =tebal air
Tt = tebal tanah
Satuan Pengukuran Air Tanah
Kadar Air Tanah :
Kadar Air massa
kg kg-1
Kadar Air Volume
m3 m-3
Tebal Air
mm
Potensial Air Tanah
Potensial per massa J kg-1
Potensial per volume N m-2 = Pa
Potensial per berat
m
Konversi Satuan
1 atm = 760 mm Hg = 1020 cm H2O = 1 bar = 100 KPa
cm H2O
300
1.000
10.000
15.000
bars
-0.3
-1
-10
-15
kPa
-30
-100
-1000
-1500
pF
2,5
3,0
4,0
4.2
pF = logaritma tekanan air dalam satuan cm H2O
Kadar Air dan Potensial Air
Tanah jenuh = jumlah air banyak
• Potensial rendah
• Air mudah dilepaskan
Tanah kering = jumlah air sedikit
• Potensial kuat (nilai makin negatif)
• Air sulit dilepaskan
Kadar Air dan Potensial Air
Semakin kering tanah semakin kuat potensial
air tanah :
• Ada hubungan antara Kadar Air vs
Potensial
• Hubungan berbentuk semi-logaritmik
• Disebut :
o
Kurva Karakteristik Air Tanah
o
Kurva pF
Kurva pF : Pengaruh Tekstur Tanah
Tekanan Air (bars)
-20
tanah berliat
0
tanah berpasir
Kadar Air (%)
Kurva pF : Pengaruh Struktur Tanah
Tekanan Air (bars)
-100
tanah mampat
Tanah beragregat
0
Kadar Air (%)
Histeresis
2r
0.5
2R
pembasahan
pengeringan
pengeringan
q
pembasahan
0
Tekanan Air (bars)
-100
Alat ukur pF
Air Tanah : Klasifikasi & Ketersediaan
FISIK
BIOLOGI
0.0
gravitasi
tdk tersedia
(drainase)
- 0.3
tersedia
y (bars)
-15
kapiler
tdk tersedia
- 30
uap
Klasifikasi Air didalam Pori
Klasifikasi Air Tanah
•
•
•
•
0 sampai -0.3 bar = Gravitasi (tidak tersedia)
-0.3 bar = kapasitas lapangan
-15 bar = titik layu
antara -0.3 & -15 air tersedia bagi tanaman (available
water capacity = AWC)
• -15 sampai -100 bar = status tanah kering udara
• -10,000 bar = tanah kering oven
Kapasitas Menahan Air
Kapasitas beberapa tanah dalam menahan air
TEKSTUR
TANAH
Prosentase Air (Kadar air volume, q)
Kapasitas Koefisien
Air
Lapangan
Higroskopis Kapiler
Lempung berpasir
Lempung berdebu
Liat
12
30
35
Tekanan (atm = bar)
- 0,3
3
10
18
- 31
9
20
17
(-0,3)–(-31)
Bandingkan istilah2 ini dengan klasifikasi air secara fisik & biologi !
Air Tanah dan Tanaman
Fakta :
• Air tanah terikat dalam berbagai
tingkat kekuatan (potensial)
• Tanaman menyerap air melalui akar
dengan kekuatan isap maksimum
Konsekuensinya :
Air tanah dapat diserap akar, bila
kekuatan isap akar lebih besar dari
kekuatan ikatan matriks
AIR TERSEDIA BAGI TANAMAN
Faktor mempengaruhi AWC tanaman
AWC = Kapasitas lapangan-Titik Layu
• Kedalaman perakaran
– Jenis tanaman
– Stadium pertumbuhan
• Kedalaman lapisan pembatas pertumbuhan akar
• Infiltrasi vs. limpasan permukaan (makin banyak
air masuk ke tanah, makin banyak air disimpan)
• Jumlah fraksi kasar (terutama kerikil)
• Tekstur Tanah – ukuran dan jumlah pori
– Lempung berdebu memiliki AWC terbesar, kemudian
lempung, lempung berliat, lempuang liat berdebu
Apa Komentar Anda ?
Sebaran akar sorghum (a) di tanah kering dan (b)
tanah yang diairi (Russel, 1994)
Ketersediaan Air bagi Tanaman
Air Drainasi :
Setelah hujan atau penggenangan, air
masih mengalir ke bawah (drainasi)
Kapasitas Lapangan :
Air yang tidak mengalir ke bawah lagi tetapi
tinggal/diikat dalam ruangan pori
Titik Layu :
Air tinggal sedikit diikat sangat kuat
sehingga akar tidak bisa menyerapnya
(tanaman menunjukkan gejala layu)
Aliran Air dalam Tanah
Ada 3 macam Aliran Air dalam Tanah:
1. Aliran jenuh (saturated flow)
2. Aliran tidak jenuh (unsaturated flow)
3. Aliran uap air (vapor flow)
Prinsip Aliran (hukum Darcy) :
q =-k
dY
ds
Air mengalir karena ada perbedaan tekanan antara dua titik
(dY/ds)
Aliran air melalui pori-pori tanah, memiliki sifat daya hantar
berbeda-beda (k)
Aliran Tidak Jenuh :
Pengaruh Tekstur Tanah
Pergerakan Air
• Air tidak akan
bergerak ke pasir
sampai lempung
menjadi jenuh
t1
t2
t3
t4
Pergerakan Air
• Air bergerak ke liat
setelah kontak dengan
liat, tetapi karena liat
menggerakan air
lambat yang
terbentuk di atas
lapisan liat
Siklus Hidrologi
• Evaporasi
• Transpirasi
• Cadangan air tanah
menentukan
kandungan air bawah
tanah
Neraca Air
http://wwwcimis.water.ca.gov/cimis/infoIrrBudget.jsp
AIR adalah sahabat kita,
AIR selalu dibutuhkan
dalam kehidupan
kita…TETAPI……
AIR bisa juga tidak
bersahabat dengan kita!
………….Kapan?
52