II. TINJAUAN PUSTAKA A. Tanah Tanah (soil) berasal dari kata latin solum yang berarti bagian teratas dari kerak bumi yang dipengaruhi proses pembentukan tanah (Kalsim 1989). Menurut Hakim et al (1986), tanah adalah tubuh alam (natural body) yang terbentuk dan berkembang sebagai akibat bekerjanya gaya-gaya alam (natural forces) terhadap bahan-bahan alam (natural material) di permukaan bumi. Tanah merupakan suatu sistem mekanik yang kompleks terdiri dari tiga fase yaitu bahan-bahan padatan, cairan, dan gas. Komposisi ketiga bahan penyusun tanah tergantung dari jenis tanah dan kondisi lingkungannya, serta saling terkait antara fase yang satu dengan fase yang lainnya. Hubungan ketiganya menunjukkan sifat-sifat fisik tanah (Hillel 1980). Menurut Hakim et al (1986) fase padatan dalam tanah menempati hampir 50% volume tanah yang sebagian besar terdiri dari bahan mineral dan bahan organik. Menurut Hardjowigeno (1995) komponen utama bahan penyusun tanah adalah mineral, bahan organik, air, dan udara. Komposisi keempat bahan tersebut berbeda-beda untuk setiap jenis dan lapisan tanah. Tanah dalam pertanian didefinisikan lebih khusus, yaitu media tumbuhnya tanaman darat yang mempunyai sifat baik misalnya mampu sebagai tempat bercokol. Perakaran tanaman akan berkembang dengan leluasa dalam tanah yang baik tersebut (Hardjowigeno 1995). B. Sifat Fisik Dan Mekanik Tanah Penentuan sifat fisik dan mekanik tanah memiliki peranan penting dalam bidang pertanian karena keduanya tidak hanya berperan bagi pertumbuhan dan produktivitas tanaman, melainkan juga dapat digunakan sebagai dasar perancangan dan pengaplikasian alatalat dan mesin pertanian. Sifat-sifat fisik tanah bergantung pada jumlah, ukuran, bentuk, susunan, dan komposisi mineral dari partikel-partikel tanah. Sifat-sifat fisik tanah yang umumnya digunakan sebagai parameter untuk menentukan kondisi tanah antara lain tekstur, struktur, kerapatan (density), porositas, konsistensi, warna, dan suhu (Hakim et al 1986). Sifat mekanik tanah menurut Braja (1993) adalah perilaku atau sifat tanah yang merupakan respon tanah terhadap tegangan dan regangan yang dialami tanah dalam keadaan yang paling ideal. 1. Tekstur Tanah Tanah terdiri atas butir-butir berbagai ukuran. Bagian tanah yang berukuran lebih dari 2 mm disebut sebagai bahan kasar (kerikil sampai batu). Bahan-bahan tanah yang lebih halus dapat dibedakan menjadi : a. Pasir : 2 mm 50 µm b. Debu : 50 µm 2 µm c. Liat : kurang dari 2 µm
Tekstur tanah menunjukkan kasar atau halusnya tanah berdasarkan parbandingan banyaknya butir-butir pasir, debu, dan liat. Pada sistem klasifikasi tanah (taksonomi tanah) tingkat famili, kasar atau halusnya suatu tanah ditunjukkan oleh sebaran ukuran butir (particle size distribution) yang merupakan penyederhanaan dari kelas tekstur tanah dengan memperhatikan pula fraksi tanah yang lebih besar dari pasir (lebih dari 2 mm) (Hardjowigeno 1995). Gambar 1. Diagram segitiga tekstur tanah menurut USDA Sumber : http://arumaarifu.wordpress.com/2010/04/copy-ofsoiltriangle.jpg (diakses tanggal 25 Februari 2011) Tanah bertekstur pasir mempunyai luas permukan yang kecil sehingga sulit menahan air dan unsur hara, sedangkan tanah yang bertekstur liat mempunyai luas permukaan yang luas sehingga kemampuan tanah dalam menahan air dan menyediakan unsur hara cukup tinggi. Tanah bertekstur halus lebih aktif dalam reaksi kimia daripada tanah bertekstur kasar. Di lapangan, tanah ini dapat dicirikan dengan terasa berat, halus, dan sangat lekat saat dipijit-pijit serta mudah dibentuk menjadi bola dan mudah digulung (Hardjowigeno 1995). 2. Kadar Air Tanah Kadar air tanah adalah jumlah air tanah yang tekandung dalam pori-pori tanah dalam suatu massa tanah tertentu. Kadar air tanah dapat berubah-ubah pada tiap kedalaman karena merupakan bagian tanah yang tidak stabil. Perubahan kadar air tanah tersebut dapat menyebabkan perubahan nilai tahanan penetrasi dan densitas (bulk density) tanah. Menurut Hardjowigeno (1995), air di dalam tanah dibagi menjadi air gravitasi, kapiler, dan higroskopis. Menurut Hakim et al (1986) cara yang biasa digunakan untuk menyatakan kadar air dalam tanah adalah persentase terhadap bobot tanah kering. Bobot tanah lembab tidak dipakai karena bergelonjak dengan kadar airnya. Kadar air juga dapat dinyatakan dalam persen volume, yaitu persentase volume air terhadap volume tanah. 4
Cara penetapan kadar air tanah dapat digolongkan kedalam cara gravimetrik, tegangan dan hisapan, hambatan listrik (blok tahanan), serta pembauran neutron (neutron scattering). Cara gravimetrik merupakan cara yang paling umum dipakai. Pada cara penentuan kadar air ini, sejumlah tanah basah dikeringkan dalam oven pada suhu antara 100 o C sampai 110 o C selama kurun waktu tertentu. Air yang hilang karena pengeringan merupakan sejumlah air yang terkandung dalam tanah basah (Hakim et al 1986). 3. Densitas Tanah (Bulk Density) Hardjowigeno (1995) menyatakan bahwa densitas tanah (Bulk Density) atau kerapatan lindak menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering dengan volume tanah termasuk pori-pori tanah. Densitas tanah merupakan petunjuk kepadatan tanah. Semakin padat suatu tanah maka semakin tinggi densitas tanahnya, artinya semakin sulit meneruskan air atau ditembus akar tanaman. Pada umumnya densitas tanah berkisar antara 1.1 1.6 g/cm 3. Akan tetapi ada juga beberapa jenis tanah yang mempunyai densitas tanah kurang dari 0.85 g/cm 3. Menurut Pramuhadi (2005), pertumbuhan dan produksi tebu maksimum serta pertumbuhan gulma minimum terjadi pada kisaran densitas tanah 1.2 1.3 g/cm 3. Pada suatu usaha pemadatan tanah yang tetap, densitas tanah merupakan fungsi kadar air tanah. Densitas tanah meningkat mulai dari meningkatnya kadar air tanah dan mencapai puncak yang disebut sebagi kadar air optimum, selanjutnya menurun seiring dengan meningkatnya kadar air tanah (Hillel 1980). Menurut McKyes (1985), kekuatan tanah dan sifat mekanik tanah lainnya akan berubah dengan adanya proses pemadatan. Kohesi tanah akan meningkat dengan pola logaritmik dan sudut geser dalam tanah akan meningkat dengan pola linier seiring kenaikan densitas tanah. Peningkatan kekuatan tanah akibat meningkatnya densitas ini tidak hanya menyebabkan kekuatan dan energi yang diperlukan untuk pemotongan (pengolahan) tanah menjadi meningkat, akan tetapi juga akan menghambat pertumbuhan akar tanaman. 4. Konsistensi Tanah Konsistensi tanah menunjukkan kekuatan daya kohesi butir-butir tanah atau daya adhesi butir-butir tanah dengan benda lain. Hal ini ditunjukkan oleh daya tahan tanah terhadap gaya yang akan mengubah bentuk tanah. Gaya-gaya tersebut misalnya pencangkulan, pembajakan, dan sebagainya. Menurut Plaster (1992), penentuan konsistensi tanah dapat dijadikan sebagai dasar penentuan kondisi tanah yang sesuai untuk pengolahan tanah, kemungkinan erosi pada tanah, dan penentuan jenis tekstur tanah. Menurut Pramuhadi dan Sembiring (2001), pengetahuan konsistensi tanah juga dapat digunakan sebagai dasar penentuan landasan atau tumpuan mobilitas alat dan mesin pertanian, dimana tanah harus memiliki konsistensi yang baik sebagai landasan (ground) perlintasan alat dan mesin pertanian. Pada keadaan kering, tanah dibedakan kedalam konsistensi lunak sampai keras. Pada keadaan lembab, tanah dibedakan kedalam konsistensi gembur (mudah diolah) sampai teguh (agak sulit dicangkul). Pada keadaan basah tanah dibedakan berdasarkan plastisitasnya (plastis sampai tidak plastis) atau kelengketannya (tidak lekat sampai lekat). 5
Konsistensi tanah merupakan bagian dari ilmu yang mempelajari perubahan- sebagai s perubahan bentuk (deformation) dan aliran suatu benda (flow) atau sering disebut Ilmu Rheologi. Sifat-sifat rheologi tanah dipelajari dengan menentukan angka-angka tanah. Angka Atterberg meliputi batas cair, batas plastis, dan batas melekat (Hardjowigeno 1995) Atterberg, yaitu angka-angka kadar air tanah pada beberapa kondisi. Gambar 2. Batas-batass dalam konsistensi tanah (Wesley 1973) Batas-batas yang sering digunakan untuk menggambarkann konsistensi tanah adalah batas cair, batas plastis, dan batas melekat. Menurut Wesley (1973), batas cair adalah kadar air tanah pada batas antara keadaan cair dan keadaan plastis (batas atas dari daerah plastis), sedangkan batas plastis adalah kadar air pada batas bawah daerah plastis. Secara skematik gambaran mengenai batas-batas besarnyaa perbedaan kandungan air pada batas melekat dan batas plastis. Tanah yang jangka olahnya tinggi merupakan tanah yang mudah untuk tersebutt tersaji pada Gambar 2. Jangka olah menunjukkan diolah, sedangkan tanah yang jangka olahnya rendah merupakan tanah yang sulit untuk diolah. Apabila jangka olahnya sama, maka tanah yang memiliki indeks plastisitass lebih tinggi akan lebih sukar diolah dibandingkann tanah yang memiliki indeks plastisitas rendah (Hardjowigeno 1995). 5. Kekuatan Tanah Kekuatan tanah adalah kemampuan tanah untuk menahan beban tanpa mengalami kerusakan, baik berupa perpecahan, perpisahan ataupun aliran. Secara kuantitatif kekuatan tanah dapat didefinisikan sebagai tegangan maksimal yang dapat diberikan kepada tanah tertentu tanpa menyebabkann kerusakan pada tanah tersebut (Hillel 1980). Kekuatan geser tanah menurut Hardiyatmo (1992) merupakan gaya perlawanann yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan. Kekuatan tanah tergantung pada gaya-gaya yang bekerja diantara butir-butirnya. Kekuatan geser tanah adalah salah satu parameter kekuatan tanah yang merupakan fungsi dari kohesi dan gesekan (ƒ(c, tan ө)). Kohesi tanah merupakan fungsi dari interaksi gaya tarik-menarik antara partikel liat. Kekuatan geser tanah dapat dianggap terdiri atas bagian yang bersifat kohesi yang tergantung padaa jenis tanah, kepadatan butirnya, dan bagian yang mempunyai sifat gesekan (frictional) yang sebanding dengan tegangan efektif yang bekerja pada bidang geser (Wesley, 1973). Menurut McKyes (1985), perancangan alat dan mesin pengolahan tanah yang efektif dan efisien dimulai dengan analisis dasar mengenai kekuatan geser tanah. Hal ini bertujuan untuk memprediksikan kekuatan dan energi yang dibutuhkan alat dan mesin 6
tersebut untuk memotong tanah dengan efektif dan efisien. Proses pemotongann tanah mengakibatkan keruntuhan material tanah. Keruntuhan mekanik ini biasanya tejadi pada bagian permukaan perpecahan dalam (internal rupture surface) tanah dan bagian tanah yang bersentuhann dengan alat pemotong tanah. Gambar 3. Skema keruntuhan tanah pada proses pemotongan tanah (McKyes 1985) Gaya-gaya yang menghasilkan keruntuhan tanah adalah gesekan dan kohesi yang sesuai dengan hukum Coulomb: τ = c + σ tan ө dimana : τ = Kekuatan tanah terhadap geseran (kgf/cm 2 ) c = Kohesi tanah (kgf/cm 2 ) σ = Tegangann normal terhadap bidang geser (kgf/cm 2 ө = Sudut gesekan dalam ( o ) 2 ) Kekuatann geser tanah dari benda uji yang diperiksa di laboratorium biasanya dilakukan dengan besar beban yang ditentukan terlebih dahulu dan dikerjakan dengan menggunakan tipe peralatan khusus. Beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya kekuatan geser tanah yang diuji di laboratorium adalah : a. kandungan mineral dan butiran tanah b. bentuk partikel c. angka pori dan kadar air d. cara pengujian e. kecepatan pembebanan f. tekanan air pori yang ditimbulkan g. kriteria yang diambil untuk penentuan kuat gesernya h. tegangan yang dibebankan sebelum pengujian Menurut Hardiyatmo (1992) ada beberapa cara untuk menentukan kekuatan geser tanah, yaitu pengujian kekuatan geser langsung (direct shear test), pengujian triaksial (triaxial test), pengujian tekan bebas (unconfined compression test), dan pengujian baling-baling (vane shear test). Pada pengukuran kekuatan geser tanah menggunakan metode uji geser langsung, contoh tanah yang akan diujii diberikan tegangan normal yang konstan serta tegangan pori yang selalu nol (Wesley 1973). 7
Menurut Hardiyatmo (1992) terdapat beberapa batasan ataupun kekurangan dalam pengujian kekuatan geser langsung, yaitu: a. Tanah benda uji dipaksa untuk mengalami keruntuhan (failure) pada bidang yang telah ditentukan sebelumnya. b. Distribusi tegangan pada bidang keruntuhan tidak seragam. c. Tekanan air pori tidak dapat diukur. d. Deformasi yang diterapkan pada benda uji hanya terbatas pada gerakan maksimum sebesar alat geser langsung dapat digerakkan. e. Pola tegangan pada kenyataannya adalah sangat kompleks dan arah dari bidangbidang tegangan utama berotasi ketika regangan geser ditambah. f. Drainase tidak dapat dikontrol. g. Luas bidang kontak antara tanah di dalam kotak geser berkurang ketika pengujian berlangsung. Akan tetapi, pengaruhnya sangat kecil pada hasil pengujian sehingga dapat diabaikan. C. Pupuk Organik Granul Pupuk adalah zat hara yang ditambahkan pada tumbuhan agar berkembang dengan baik sesuai genetis dan potensi produksinya. Pupuk dapat dibuat dari bahan organik ataupun non-organik (sintetis). Pupuk organik bisa dibuat dalam bermacam-macam bentuk meliputi cair, curah, tablet, pelet, briket, atau granul. Pemilihan bentuk ini tergantung pada penggunaan, biaya, dan aspek-aspek pemasaran lainnya (Isroi 2009). Pupuk organik granul (POG) merupakan salah satu jenis pupuk organik. Pupuk organik menurut Permentan No.2/Pert/Hk.060/2/2006 adalah pupuk yang sebagian besar atau seluruhnya terdiri atas bahan organik yang berasal dari tanaman dan atau hewan yang telah melalui proses rekayasa, dapat berbentuk padat atau cair yang digunakan untuk menyuplai bahan organik, memperbaiki sifat fisik, kimia dan biologi tanah (Simanungkalit et al 2006). Pembuatan pupuk dalam bentuk granul dilakukan untuk memudahkan aplikasi. Pengaplikasian pupuk di perkebunan besar, seperti perkebunan tebu lahan kering, sering menggunakan aplikator pupuk. Bentuk yang baik untuk aplikator pupuk adalah bentuk granul. Bentuk granul juga dibuat untuk memudahkan transportasi pupuk. Massa pupuk bebentuk granul lebih ringan daripada pupuk berbentuk curah, sehingga memudahkan dan mengurangi biaya tranportasi. Pupuk bebentuk granul juga lebih mudah ditaburkan daripada bentuk curah (Isroi 2009). Bahan baku utama pembuatan pupuk organik granul adalah bahan organik, seperti kompos atau pupuk kandang. Bahan lain yang cukup penting adalah perekat, supaya pupuk organik dapat dibuat granul. Hanya dengan dua macam bahan ini saja sebenarnya sudah bisa dibuat pupuk organik granul. Akan tetapi, pada pembuatan pupuk organik granul sering ditambahkan beberapa bahan. Bahan-bahan yang sering ditambahkan dalam pembuatan pupuk organik granul adalah gambut, fosfat alam, dolomit, kapur pertanian, zeolit, abu atau arang, dll (Isroi 2009). 8
D. Pengaruh Bahan Organik Terhadap Sifat Tanah Bahan organik merupakan bahan yang penting dalam menciptakan kesuburan tanah, baik secara fisika, kimia ataupun biologi tanah. Menurut Hakim et al (1986) keberadaan bahan organik dalam tanah mempunyai fungsi sebagai bahan pemantap agregat tanah yang paling baik. Selain itu, bahan organik juga merupakan sumber hara tanaman, sumber energi sebagian besar organisme tanah, dan sumber terbesar (± 50%) kapasitas tukar kation (KTK) tanah. Sumber bahan organik dapat berupa kompos, pupuk hijau, pupuk kandang, sisa panen (jerami, brangkasan, tongkol jagung, bagas tebu, dan sabut kelapa), limbah ternak, limbah industri yang menggunakan bahan pertanian, dan limbah kota. Kompos merupakan produk pembusukan dari limbah tanaman dan hewan hasil perombakan oleh fungi, aktinomiset, dan cacing tanah (Simanungkalit et al 2006). Bahan organik yang dikomposkan dengan baik bukan hanya dapat memperkaya unsur hara untuk tanaman saja, tetapi juga berperan besar terhadap perbaikan sifat-sifat tanah. Perbaikan sifat-sifat tanah tersebut adalah dengan memperbesar daya ikat tanah yang berpasir sehingga struktur tanah akan menjadi baik, memperbaiki struktur tanah berlempung sehingga tanah yang semula berat akan menjadi ringan, serta mempertinggi daya ikat tanah terhadap zat hara, sehingga tidak mudah larut oleh air pengairan air hujan. Selain pengaruh yang telah disebutkan di atas, bahan organik juga dapat memperbaiki drainase dan tata udara tanah, terutama pada tanah berat (Moerbandono 1998). Poerwowidodo (1987) menyatakan bahwa Koloid organik akan bersaing dengan molekul-molekul air untuk menempati ruangan pada permukaan koloid liat, mengurangi pembasahan, dan pengembangan serta meningkatkan kemampuan agregat tanah. Penelitian yang dilakukan oleh Yusuf (2000) disimpulkan bahwa penambahan bahan organik pada saat pengolahan tanah dapat memperbaiki sifat fisik tanah, khususnya nilai tahanan penetrasi, bulk density, dan konsistensi tanah. Adanya bahan organik di dalam tanah dapat menurunkan nilai tahanan penetrasi dan bulk density tanah karena bahan organik membuat tanah menjadi gembur. Disamping itu, bahan organik juga dapat menurunkan nilai konsistensi tanah. Sedangkan pada penelitian yang dilakukan oleh Cahyani (2003), disimpulkan bahwa penambahan bahan organik menyebabkan nilai indeks plastisitas, kohesi dan sudut geser dalam tanah menjadi turun. 9