1. Bahan kajian pada
MK DASAR ILMU TANAH
AIR – LENGAS TANAH
Disarikan oleh:
SMNO.jursntnhfpub.Sept2012
2. CIRI-CIRI TANAH
• Tekstur Tanah
– Definition: relative proportions of various sizes of
individual soil particles
– USDA classifications
• Sand: 0.05 – 2.0 mm
• Silt: 0.002 - 0.05 mm
• Clay: <0.002 mm
– Textural triangle: USDA Textural Classes
– Coarse vs. Fine, Light vs. Heavy
– Affects water movement and storage
• Struktur Tanah
– Definition: how soil particles are grouped or
arranged
– Affects root penetration and water intake and
movement
4. • Bulk Density (b)
– b = soil bulk density, g/cm3
– Ms = mass of dry soil, g
– Vb = volume of soil sample, cm3
• Typical values: 1.1 - 1.6 g/cm3
• Particle Density (p)
– P = soil particle density, g/cm3
– Ms = mass of dry soil, g
– Vs = volume of solids, cm3
• Typical values: 2.6 - 2.7 g/cm3
b
s
b
V
M
p
s
s
M
V
5. • Porositas tanah ()
• Nilai-nilai yang khas: 30 - 60%
volume of pores
volume of soil
1 100%
b
p
6. AIR DALAM TANAH
• Kadar Air (Lengas) Tanah
– Mass water content (m)
– m = mass water content (fraction)
– Mw = mass of water evaporated, g
(24 hours @ 105o
C)
– Ms = mass of dry soil, g
s
w
m
M
M
7. • Kadar air volumetrik (v)
– V = volumetric water content (fraction)
– Vw = volume of water
– Vb = volume of soil sample
– At saturation, V =
– V = As m
– As = apparent soil specific gravity = b/w
(w = density of water = 1 g/cm3)
– As = b numerically when units of g/cm3 are used
• Ekuivalen kedalaman air (d)
– d = volume of water per unit land area = (v A L) / A = v L
– d = equivalent depth of water in a soil layer
– L = depth (thickness) of the soil layer
v
w
b
V
V
9. 1 in.
0.50 in.
0.15 in.
0.20 in.
0.15 in.
Soil Solids (Particles): 50%
Total Pore
Space: 50%
Very Large Pores: 15%
(Gravitational Water)
Medium-sized Pores: 20%
(Plant Available Water)
Very Small Pores: 15%
(Unavailable Water)
Kadar air volumetrik & Kedalaman ekuivalen
10. Daya Simpan Air =
Water-Holding Capacity of Soil
Effect of Soil Texture
Coarse Sand Silty Clay Loam
Gravitational Water
Water Holding Capacity
Available Water
Unavailable Water
Dry Soil
11. POTENSIAL AIR TANAH
• DESKRIPSI
– Ukuran dari status energi air tanah
– Important because it reflects how hard plants must
work to extract water
– Units of measure are normally bars or
atmospheres
– Soil water potentials are negative pressures
(tension or suction)
– Water flows from a higher (less negative) potential
to a lower (more negative) potential
12. Komponen
– t = total potensial air tanah
– g = gravitational potential (force of gravity pulling on the
water)
– m = matric potential (force placed on the water by the
soil matrix – soil water “tension”)
– o = osmotic potential (due to the difference in salt
concentration across a semi-permeable membrane, such
as a plant root)
– Matric potential, m, normally has the greatest effect on
release of water from soil to plants
t g m o
POTENSIAL AIR TANAH
13. Kurva pelepasan air tanah :
– Curve of matric potential (tension) vs. water content
– Less water more tension
– At a given tension, finer-textured soils retain more
water (larger number of small pores)
14. Height of capillary
rise inversely related
to tube diameter
Potential Matriks dan Tekstur Tanah
The tension or suction created by small capillary tubes (small soil pores) is
greater that that created by large tubes (large soil pores). At any given matric
potential coarse soils hold less water than fine-textured soils.
15. Kapasitas Lapang= Field Capacity (FC or fc)
1. Soil water content where gravity drainage becomes negligible
2. Soil is not saturated but still a very wet condition
3. Traditionally defined as the water content corresponding to a
soil water potential of -1/10 to -1/3 bar
Titik Layu Permanen: Permanent Wilting Point (WP or wp)
1. Soil water content beyond which plants cannot recover from
water stress (dead)
2. Still some water in the soil but not enough to be of use to
plants
3. Traditionally defined as the water content corresponding to -15
bars of SWP
17. Menghitung masa (atau bobot) dan volume dari tiga fase
yang berbeda
soil
air
water
Vs
Va Ma=0
Ms
Mw
Mt
Vw
Vv
Vt
Diagram Fase
Notation
M = mass or weight
V = volume
s = soil grains
w = water
a = air
v = voids
t = total
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
18. Definisi
Kadar air (w) merupakan ukuran air yang
ada dalam tanah.
soil
air
water
Vs
Va Ma=0
Ms
Mw
Mt
Vw
Vv
Vt
Phase Diagram
S
W
M
M
w
Expressed as percentage.
Range = 0 – 100+%.
X 100%
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
19. Definisi:
Void ratio (e) is a measure of the void volume.
soil
air
water
Vs
Va Ma=0
Ms
Mw
Mt
Vw
Vv
Vt
Phase Diagram
S
V
V
V
e
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
20. Definisi:
Porosity (n) is also a measure of the void volume, expressed as
a percentage.
soil
air
water
Vs
Va Ma=0
Ms
Mw
Mt
Vw
Vv
Vt
Phase Diagram
T
V
V
V
n X 100%
Theoretical range: 0 – 100%
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
21. Definisi
Derajat kejenuhan (S): persentase pori yang terisi air .
soil
air
water
Vs
Va Ma=0
Ms
Mw
Mt
Vw
Vv
Vt
Phase Diagram
V
W
V
V
S
Range: 0 – 100%
X 100%
Dry
Saturated
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
23. Definisi
Bobot Isi (m) adalah kerapatan tanah dalam kondisi apa
adanya.
soil
air
water
Vs
Va Ma=0
Ms
Mw
Mt
Vw
Vv
Vt
Phase Diagram
T
T
m
V
M
Units: t/m3, g/ml, kg/m3
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
24. Definisi
Saturated density (sat) is the density of the soil
when the voids are filled with water.
Submerged density (’) is the effective density
of the soil when it is submerged.
’ = sat - w
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
25. Definisi
Kerapatan kering (d) : kerapatan tanah pada kondisi
kering.
soil
air
water
Vs
Va Ma=0
Ms
Mw
Mt
Vw
Vv
Vt
Diagram Fase
T
S
d
V
M
Units: t/m3, g/ml, kg/m3
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
26. Definisi
Bulk, saturated, dry and submerged unit weights ()
are defined in a similar manner.
= g
Here, use weight (kN) instead of mass (kg).
Berat jenis (kerapatan jenis) partikel tanah (Gs)
biasanya berkisar antara 2.6 dan 2.8.
kg/m3
N/m3 m/s2
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
27. Hubungan Fase
Perhatikan fraksi tanah dimana Vs = 1.
soil
air
water
1 Gsw
Sew
Se
e
Diagram Fase
The other volumes can
be obtained from the
previous definitions.
Massa = Kerapatan x Volume
volumes masses
The masses can be
obtained from:
• Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
28. Hubungan Fase
Dari definisi sebelumnya:
soil
air
water
1 Gsw
Sew
S
e
e
Phase Diagram
S
S
W
G
Se
M
M
w
e
e
V
V
n
T
V
1
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
30. AIR TANAH TERSEDIA
• Definisi:
1. Water held in the soil between field capacity and
permanent wilting point
2. “Tersedia” untuk digunakan oleh tanaman
Kapasitas Air Tersedia: Available Water Capacity
(AWC)
1. AWC = fc - wp
2. Units: depth of available water per unit depth of soil,
“unitless” (in/in, or mm/mm)
3. Measured using field or laboratory methods (described
in text)
32. • Fraksi air-tersedia yang hilanbg dari tanah (fd)
– (fc - v) = soil water deficit (SWD)
– v = current soil volumetric water content
• Fraksi air-tersedia yang tertinggal (fr)
– (v - wp) = soil water balance (SWB)
wp
fc
v
fc
d
f
wp
fc
wp
v
r
f
33. • Total Air Tersedia: Total Available Water (TAW)
TAW = (AWC) (Rd)
1. TAW = total available water capacity within the plant
root zone, (inches)
2. AWC = available water capacity of the soil,
(inches of H2O/inch of soil)
3. Rd = depth of the plant root zone, (inches)
4. If different soil layers have different AWC’s, need to sum up
the layer-by-layer TAW’s
TAW = (AWC1) (L1) + (AWC2) (L2) + . . . (AWCN) (LN)
- L = thickness of soil layer, (inches)
- 1, 2, N: subscripts represent each successive soil layer
35. Infiltrasi Air :
Masuknya air ke dalam tanah
Faktor-faktor yang mempengaruhi:
• Tekstur tanah
• Kandungan-awal lengas tanah
• Kerak permukaan (structure, etc.)
• Soil cracking
• Praktek pengolahan tanah
• Metode aplikasi air (e.g., Basin vs. Furrow)
• Suhu air.
41. Kedalaman Penetrasi Air
1. Can be viewed as sequentially filling the soil
profile in layers
2. Deep percolation: water penetrating deeper
than the bottom of the root zone
3. Pencucian : transport of chemicals from
the root zone due to deep percolation
43. 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
Partikel tanah
H2O
Adesi Kohesi
Air terikat Air bebas 43
45. Status Air
Tanah
Perubahan status air dalam tanah, mulai
dari kondisi jenuh hingga titik layu
Jenuh Kap. Lapang Titik layu
100g 8g udara
Padatan Pori
100g 20g udara
100g 10 g udara
100g air 40g tanah jenuh air
kapasitas lapang
koefisien layu
koefisien higroskopis 45
46. TEGANGAN
&
KADAR AIR
PERHATIKANLAH proses yang terjadi kalau tanah basah
dibiarkan mengering.
Bagan berikut melukiskan hubungan antara tebal lapisan
air di sekeliling partikel tanah dengan tegangan air
Bidang singgung tanah dan air
Koef. Koef. Kapasitas
padatan tanah higroskopis layu lapang
10.000
atm
31 atm 15 atm 1/3 atm
10.000 atm Mengalir krn gravitasi
Tegangan air
1/3 atm
tebal lapisan air
47. JUMLAH AIR DALAM TANAH
The amount of soil water is usually measured in terms of water content as
percentage by volume or mass, or as soil water potential. Water content
does not necessarily describe the availability of the water to the plants,
nor indicates, how the water moves within the soil profile. The only
information provided by water content is the relative amount of water in
the soil.
Soil water potential, which is defined as the energy required to remove
water from the soil, does not directly give the amount of water present in
the root zone either. Therefore, soil water content and soil water potential
should both be considered when dealing with plant growth and irrigation.
The soil water content and soil water potential are related to each other,
and the soil water characteristic curve provides a graphical
representation of this relationship.
47
48. TEGANGAN
vs
kadar air
Kurva tegangan - kadar air tanah bertekstur
lempung
Tegangan air, bar
31 Koefisien higroskopis
Koefisien layu
Kapasitas lapang
0.1 Kap. Lapang maksimum
persen air tanah
Air kapiler
Air Air tersedia
higros-
kopis Lambat tersedia Cepat tersedia Air gravitasi
Zone optimum
50. 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.
Kation hidrasi Tebalnya selubung air tgt
pd rapat muatan pd per-
mukaan kation.
Rapat muatan =
Selubung air muatan kation / luas permukaan
50
51. 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
52. 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)
53. 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)
+
0
-
Poten-
sial
positif
Poten-
sial
negatif
Energi bebas dari air murni Potensial tarikan bumi
Menurun karena pengaruh osmotik
Menurun karena pengaruh matrik
Energi bebas dari air tanah
Potensial osmotik
(hisapan)
Potensial matrik
(hisapan)
54. 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.
55. Cara
Menyatakan
Tegangan
Energi
Tegangan: dinyatakan dengan “tinggi (cm) dari
satuan kolom air yang bobotnya sama dengan
tegangan tsb”.
Tinggi kolom air (cm) tersebut lazimnya dikonversi
menjadi logaritma dari sentimeter tinggi kolom air,
selanjutnya disebut pF.
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
55
56. 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
62. Gerakan
Air Tanah
Tidak Jenuh
Gerakan tidak jenuh = gejala kapilaritas = air bergerak
dari muka air tanah ke atas melalui pori mikro.
Gaya adhesi dan kohesi bekerja aktif pada kolom air (dalam
pri mikro), ujung kolom air berbentuk cekung.
Perbedaan tegangan air tanah akan menentukan arah
gerakan air tanah secara tidak jenuh.
Air bergerak dari daerah dengan tegangan rendah (kadar air
tinggi) ke daerah yang tegangannya tinggi (kadar air rendah,
kering).
Gerakan air ini dapat terjadi ke segala arah dan berlangsung
secara terus-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
62
63. 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 63
64. Pola Penetrasi dan Pergerakan Air pada tanah Berpasir
dan tanah Lempung-liat
64
65. 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
Keempat faktor di atas ditentukan oleh struktur dan tekstur
tanah
Tanah berpasir punya kapasitas ilfiltrasi dan daya hantar air
sangat tinggi, kemampuan menahan air rendah, shg
perkolasinya mudah dan cepat
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
65
66. LAJU
GERAKAN
AIR TANAH
Kecepatan gerakan air dlm tanah dipengaruhi oleh dua faktor:
1. Daya dari air yang bergerak
2. Hantaran hidraulik = Hantaran kapiler = daya hantar
i = k.f
dimana i = volume air yang bergerak; f = daya air yg bergerak dan
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
66
67. Gerakan air
tanah
Gerakan air tanah dipengaruhi oleh
kandungan 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.
68. Pengukuran Air Tanah
• Metode Gravimetrik
1. Mengukur kandungan massa air (m)
2. Take field samples weigh oven dry weigh
3. Advantages: accurate; Multiple locations
4. Kelemahan: memerlukan tenaga dan waktu
• Metode Perasaan: Feel and appearance
1. Take field samples and feel them by hand
2. Advantages: low cost; Multiple locations
3. Disadvantages: experience required; Not highly
accurate
69. • Pencaran neutron (attenuation)
– Measures volumetric water content (v)
– Attenuation of high-energy neutrons by hydrogen nucleus
– Advantages:
• samples a relatively large soil sphere
• repeatedly sample same site and several depths
• accurate
– Disadvantages:
• high cost instrument
• radioactive licensing and safety
• not reliable for shallow measurements near the soil surface
• Konstante dielektrik
1. A soil’s dielectric constant is dependent on soil moisture
2. Time domain reflectometry (TDR)
3. Frequency domain reflectometry (FDR)
4. Primarily used for research purposes at this time
Pengukuran Air Tanah
71. • Tensiometer
– Measure soil water potential (tension)
– Practical operating range is about 0 to 0.75 bar of tension
(this can be a limitation on medium- and fine-textured soils)
• Electrical resistance blocks
– Measure soil water potential (tension)
– Tend to work better at higher tensions (lower water
contents)
• Thermal dissipation blocks
– Measure soil water potential (tension)
– Require individual calibration
Pengukuran Air Tanah
72. Tensiometer untuk mengukur potensial air tanah
Porous Ceramic Tip
Vacuum Gauge (0-100 centibar)
Water Reservoir
Variable Tube Length (12 in- 48 in)
Based on Root Zone Depth
