bab 4. air tanah -...
TRANSCRIPT
Foto : Kurniatun Hairiah
Bab 4. AIR TANAH
2
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
Apa yang dipelajari ?
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 akhirdengan muatan positif dan negatifdisebut molekul polar
• Sifat polar tersebut memungkinkanair untuk memisahkan molekullarutan polar , oleh karena itu air dapat melarutkan banyak sekalisenyawa kimia
• Jadi, satu molekul air bukan molekulnetral
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 ……
Apakah air selalu
mengalir ke bawah ?
Aliran permukaan
terjadi karena gaya
gravitasi
gravitasi
Foto: M van Noordwijk
Menyiram tanaman melalui selokan ………..
Air diberikan
lewat
selokan
Air
membasahi
permukaan
Air juga bisa mengalir ke atas . . . . .
Kapilaritas
Air bisa mengalir naik melalui ruang pori tanah secara
kapiler, disebabkan oleh gaya-gaya adhesi dan kohesi
Potensial Air
AIR
gravitasi
AKAR
LARUTAN TANAH
PARTIKEL TANAH
osmotik
matriks
absorpsi
PUSAT BUMI
Potensial Air - Y
Yt = Yg + Ym + Yo
• Potensial gravitasi
• Potensial matriks Potensial Total
• Potensial osmotik
Tegangan Air (+) atau Potensial (-)
0 bar
-0.33 bar-1 bar
--15 bar
Gaya Kapiler (matriks)
Pori yang halus menahan air ditahan
dengan energi yang lebih besar
h = 0.15/r
g = tegangan permukaan
a = sudut kontak
r = jari-jari pipa (pori)
r = berat jenis air
g = gravitasi
2g cos a
r r gh =
Gaya OsmotikAir mengalir melewati selaput semi-
permeabel
O
H
H
O
H
H
O
H
H O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
K+
Cl-O
H
H
Na+
Cl-
O
H
H
O
H
H
O
H
H
Konsep Energi
perbedaan enerji bebas menyebabkan pergerakan H2O
Air mengalir dari energi tinggi ke enerji rendah
tanah basah tanah kering
pori kasar pori halus
enerji H2O
lebih tinggi
enerji H2O
lebih rendah
(lebih negatif)
Aliran H2O
Potensial Air
• Potensial air tanah total = Potensial Matrik + potensialgravitasi + Osmotik (garam)
• Jika tanah mengering, maka potensial matrikberkurang 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
cm H2O bars kPa pF
300 -0.3 -30 2,5
1.000 -1 -100 3,0
10.000 -10 -1000 4,0
15.000 -15 -1500 4.2
1 atm = 760 mm Hg = 1020 cm H2O = 1 bar = 100 KPa
pF = logaritma tekanan air dalam satuan cm H2O
Kadar Air dan Potensial Air
Tanah kering = jumlah air sedikit
• Potensial kuat (nilai makin negatif)
• Air sulit dilepaskan
Tanah jenuh = jumlah air banyak
• Potensial rendah
• Air mudah 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
tanah berpasir
tanah berliat
Kadar Air (%)
Tek
an
an
Air
(b
ars
)
0
-20
Kurva pF : Pengaruh Tekstur Tanah
Tanah beragregat
Kadar Air (%)
Tek
an
an
Air
(b
ars
)
0
-100
tanah mampat
Kurva pF : Pengaruh Struktur Tanah
Histeresis
pengeringan
pembasahan
q
Tekanan Air (bars)
2r
2R
pengeringan
pembasahan
0 -100
0.5
Alat ukur pF
Air Tanah : Klasifikasi & Ketersediaan
FISIK BIOLOGI0.0
- 30
-15
- 0.3
gravitasi
kapiler
uap
tdk tersedia
(drainase)
tersedia
tdk tersedia
y (bars)
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
Prosentase Air (Kadar air volume, q)TEKSTUR Kapasitas Koefisien AirTANAH Lapangan Higroskopis Kapiler
Lempung berpasir 12 3 9Lempung berdebu 30 10 20Liat 35 18 17
Tekanan (atm = bar) - 0,3 - 31 (-0,3)–(-31)
Bandingkan istilah2 ini dengan klasifikasi air secara fisik & biologi !
Kapasitas beberapa tanah dalam menahan air
Air Tanah dan Tanaman
• Air tanah terikat dalam berbagai
tingkat kekuatan (potensial)
• Tanaman menyerap air melalui akar
dengan kekuatan isap maksimum
Fakta :
Air tanah dapat diserap akar, bila
kekuatan isap akar lebih besar dari
kekuatan ikatan matriks
Konsekuensinya :
AIR TERSEDIA BAGI TANAMAN
Faktor mempengaruhi AWC tanamanAWC = 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
Titik Layu :
Air tinggal sedikit diikat sangat kuat
sehingga akar tidak bisa menyerapnya
(tanaman menunjukkan gejala layu)
Kapasitas Lapangan :
Air yang tidak mengalir ke bawah lagi tetapi
tinggal/diikat dalam ruangan pori
Air Drainasi :
Setelah hujan atau penggenangan, air
masih mengalir ke bawah (drainasi)
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)
Air mengalir karena ada perbedaan tekanan antara dua titik
(dY/ds)
Aliran air melalui pori-pori tanah, memiliki sifat daya hantar
berbeda-beda (k)
Prinsip Aliran (hukum Darcy) : q = - k ds dY
Aliran Tidak Jenuh :Pengaruh Tekstur Tanah
Pergerakan Air
• Air tidak akan bergerak ke pasir sampai lempung menjadi jenuh
t 1
t 2
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 tanahmenentukankandungan air bawahtanah
Neraca Air
http://wwwcimis.water.ca.gov/cimis/infoIrrBudget.jsp
52
AIR adalah sahabat kita,
AIR selalu dibutuhkan
dalam kehidupan
kita…TETAPI……
AIR bisa juga tidak
bersahabat dengan kita!
………….Kapan?