1. SMNO.jursntnhfpub.Sept2012
Bahan kajian pada
MK DASAR ILMU TANAH
AIR – LENGAS TANAH
Disarikan oleh:
SMNO.jursntnhfpub.Sept2012

2. CIRI-CIRI TANAH Tekstur Tanah Struktur Tanah
Definition: relative proportions of various sizes of individual soil particles
USDA classifications
Sand: – 2.0 mm
Silt: 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

3. SEGITIGA TEKSTUR TANAH USDA Textural Triangle

4. Bulk Density (b) Typical values: 1.1 - 1.6 g/cm3
b = soil bulk density, g/cm3
Ms = mass of dry soil, g
Vb = volume of soil sample, cm3
Typical values: g/cm3
Particle Density (p)
P = soil particle density, g/cm3
Vs = volume of solids, cm3
Typical values: g/cm3

5. Porositas tanah ()
Nilai-nilai yang khas: %

6. AIR DALAM TANAH Kadar Air (Lengas) Tanah Mass water content (m)
m = mass water content (fraction)
Mw = mass of water evaporated, g (24 105oC)
Ms = mass of dry soil, g

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

8. Kadar air volumetrik & Kedalaman ekuivalen
(cm3)
Equivalent Depth
(cm3)
(g)
(g)

9. Kadar air volumetrik & Kedalaman ekuivalen
Soil Solids (Particles): 50%
0.50 in.
1 in.
Very Large Pores: % (Gravitational Water)
0.15 in.
Total Pore Space: %
Medium-sized Pores: 20% (Plant Available Water)
0.20 in.
Very Small Pores: % (Unavailable Water)
0.15 in.

10. Daya Simpan Air = Water-Holding Capacity of Soil Effect of Soil Texture
Coarse Sand Silty Clay Loam
Dry Soil
Gravitational Water
Water Holding Capacity
Available Water
Unavailable Water

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. POTENSIAL AIR TANAH 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

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. 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.
Height of capillary rise inversely related to tube diameter

15. Kapasitas Lapang= Field Capacity (FC or fc)
Soil water content where gravity drainage becomes negligible
Soil is not saturated but still a very wet condition
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)
Soil water content beyond which plants cannot recover from water stress (dead)
Still some water in the soil but not enough to be of use to plants
Traditionally defined as the water content corresponding to -15 bars of SWP

16. Relasi-relasi Lengas Tanah
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

17. Menghitung masa (atau bobot) dan volume dari tiga fase yang berbedaVa
air
Ma=0 Mt Vt Vv
Notation M = mass or weight
V = volume
s = soil grains
w = water
a = air v = voids t = total Vw
water Mw Vs
soil Ms
Diagram Fase
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

18. Definisi Kadar air (w) merupakan ukuran air yang ada dalam tanah. soil
water Vs Va
Ma=0 Ms Mw Mt Vw Vv Vt
X 100%
Expressed as percentage.
Range = 0 – 100+%.
Phase Diagram
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

19. Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
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
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

20. Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
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
X 100%
Theoretical range: 0 – 100%
Phase Diagram
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

21. Derajat kejenuhan (S): persentase pori yang terisi air .
Definisi
Derajat kejenuhan (S): persentase pori yang terisi air .
soil
air
water Vs Va
Ma=0 Ms Mw Mt Vw Vv Vt
X 100%
Range: 0 – 100%
Dry
Saturated
Phase Diagram
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

22. Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
Contoh sederhana:
Dalam ilustrasi ini:
water
air
soil
e = 1
n = 50%
S = 50%
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

23. Bobot Isi (m) adalah kerapatan tanah dalam kondisi apa adanya.
Definisi
Bobot Isi (m) adalah kerapatan tanah dalam kondisi apa adanya.
soil
air
water Vs Va
Ma=0 Ms Mw Mt Vw Vv Vt
Units: t/m3, g/ml, kg/m3
Phase Diagram
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. Kerapatan kering (d) : kerapatan tanah pada kondisi kering.
Definisi
Kerapatan kering (d) : kerapatan tanah pada kondisi kering.
soil
air
water Vs Va
Ma=0 Ms Mw Mt Vw Vv Vt
Units: t/m3, g/ml, kg/m3
Diagram Fase
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

26. Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
Definisi
Bulk, saturated, dry and submerged unit weights () are defined in a similar manner.
Here, use weight (kN) instead of mass (kg).
 = g
kg/m3
N/m3
m/s2
Berat jenis (kerapatan jenis) partikel tanah (Gs) biasanya berkisar antara 2.6 dan 2.8.
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

27. Massa = Kerapatan x Volume
Hubungan Fase
Perhatikan fraksi tanah dimana Vs = 1.
The other volumes can be obtained from the previous definitions.
air e Se
water
Sew
The masses can be obtained from: 1
soil
Gsw
Massa = Kerapatan x Volume
volumes
masses
Diagram Fase
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

28. Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan
Hubungan Fase
Dari definisi sebelumnya:
soil
air
water 1
Gsw
Sew Se e
Phase Diagram
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

29. Hubungan Fase soil air water 1 Gsw Sew Se e Diagram Fase
Diunduh dari: Soil Water Phases - N. Sivakugan

30. AIR TANAH TERSEDIA Definisi:
Water held in the soil between field capacity and permanent wilting point
“Tersedia” untuk digunakan oleh tanaman
Kapasitas Air Tersedia: Available Water Capacity (AWC)
AWC = fc - wp
Units: depth of available water per unit depth of soil, “unitless” (in/in, or mm/mm)
Measured using field or laboratory methods (described in text)

31. Sifat Hidraulik Tanah & Tekstur Tanah

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)

33. Total Air Tersedia: Total Available Water (TAW)
TAW = (AWC) (Rd)
TAW = total available water capacity within the plant root zone, (inches)
AWC = available water capacity of the soil, (inches of H2O/inch of soil)
Rd = depth of the plant root zone, (inches)
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

34. Gravity vs. Capillarity
Horizontal movement due to capillarity
Vertical movement due largely to gravity

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.

36. Infiltrasi Kumulatif vs. Tekstur Tanah

37. Laju Infiltrasi vs. Waktu Untuk tekstur tanah yang berbeda

38. Laju Infiltrasi dan Tekstur Tanah

39. Laju infiltrasi vs. Laju irigasi konstan

40. Laju infiltrasi vs. Laju irigasi beragam

41. Kedalaman Penetrasi Air
Can be viewed as sequentially filling the soil profile in layers
Deep percolation: water penetrating deeper than the bottom of the root zone
Pencucian : transport of chemicals from the root zone due to deep percolation

42. Simpanan lengas (air) dalam profil tanah yang berlapis-lapis

43. 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

44. Air Tersedia untuk pertumbuhan tanaman

45. Status Air Tanah
Perubahan status air dalam tanah, mulai dari kondisi jenuh hingga titik layu
Jenuh Kap. Lapang Titik layu
Padatan Pori
100g air g
tanah jenuh air
100g g udara
kapasitas lapang
100g g udara
koefisien layu
100g g udara
koefisien higroskopis

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 atm /3 atm
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.

48. Kurva tegangan - kadar air tanah bertekstur lempung
TEGANGAN vs
kadar air
Kurva tegangan - kadar air tanah bertekstur lempung
Air kapiler
Air Air tersedia
higros-
kopis Lambat tersedia Cepat tersedia Air gravitasi
Zone optimum
Tegangan air, bar
31 Koefisien higroskopis
Koefisien layu
Kapasitas lapang
Kap. Lapang maksimum
persen air tanah

49. Hubungan antara kadar air tanah dan tegangan air tanah untuk tekstur lempung

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

51. STRUKTUR & CIRI KOHESI vs. ADHESI
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) +
Poten-sial positif
Energi bebas dari air murni
Potensial tarikan bumi
Menurun karena pengaruh osmotik
Potensial osmotik (hisapan)
Poten-sial negatif
Potensial matrik (hisapan) -
Menurun karena pengaruh matrik
Energi bebas dari air tanah

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)

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

57. Tekstur tanah dan air tersedia

58. Hubungan antara kadar air tanah dengan tegangan air tanah

59. Jelaskan bagaimana tektur tanah mempengaruhi jumlah air tersedia bagi tanaman? Sebanyak 250 kata

60. Jelaskan tanah-tanah yang tekturnya halus mampu menahan lebih banyak air dibandingkan dgn tanah-tanah yang teksturnya kasar? Sebanyak 250 kata

61. Kapasitas air tersedia dalam tanah yang teksturnya berbeda-beda

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

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
15 mnt 4 jam 30 60
jam jam
120
24 jam jam
150
30 cm cm
Jarak dari tengah-tengah saluran, cm

64. Pola Penetrasi dan Pergerakan Air pada tanah Berpasir dan tanah Lempung-liat

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

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

67. 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%
Jumlah hari kontak, hari
Sumber: Gardner & Widtsoe, 1921.

68. Pengukuran Air Tanah Metode Gravimetrik
Mengukur kandungan massa air (m)
Take field samples  weigh  oven dry  weigh
Advantages: accurate; Multiple locations
Kelemahan: memerlukan tenaga dan waktu
Metode Perasaan: Feel and appearance
Take field samples and feel them by hand
Advantages: low cost; Multiple locations
Disadvantages: experience required; Not highly accurate

69. Pengukuran Air Tanah 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
A soil’s dielectric constant is dependent on soil moisture
Time domain reflectometry (TDR)
Frequency domain reflectometry (FDR)
Primarily used for research purposes at this time

70. Pengukuran Air Tanah: Neutron Attenuation

71. Pengukuran Air Tanah Tensiometer Electrical resistance blocks
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
Tend to work better at higher tensions (lower water contents)
Thermal dissipation blocks
Require individual calibration

72. Tensiometer untuk mengukur potensial air tanah
Water Reservoir
Variable Tube Length (12 in- 48 in) Based on Root Zone Depth
Porous Ceramic Tip
Vacuum Gauge (0-100 centibar)

73. Electrical Resistance Blocks & Meters