2 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian adalah sebagai berikut : 1. Menjadi panduan untuk petani dalam pengelolaan air hujan dan aliran permukaan di kebun pala untuk menekan penurunan hasil akibat kekurangan air pada musim kemarau serta mengurangi terjadinya erosi dengan mulsa pada musim hujan di kebunpala. 2. Penerapan teknologi tepat guna bagi industri/perkebunan untuk kebutuhan air sekaligus penanganan aliran permukaan sehingga meningkatkan produktivitas pala. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian adalah sebagai berikut: a) Analisis aliran permukaan. b) Analisis koefisien drainase. c) Desain teknis sistem pemanenan hujan menggunakan saluran peresapan, rorak dan mulsa. 2 TINJAUAN PUSTAKA Air Tanah Tersedia Air penting untuk pertumbuhan tanaman dan reaksi-reaksi kimia dalam pelapukan mineral. air perkolasi membantu siklus unsur hara dan pemindahan liat, oksida besi dan alumunium, garam-garam dan lain-lain. Di daerah kering gerakan air ke atas (kapiler), menyebabkan terjadinya akumulasi garam di permukaan tanah. Bila air mudah meresap ke dalam bahan induk tanah, maka terdapatlah keadaan aerobic, sehingga terbentuklah tanah yang cukup dalam dan mengandung bahan yang teroksidasi, dan perakaran tanaman tidak terhambat oleh air (Hardjowigeno 2010). Selisih kadar air antara kapasitas lapang dan titik layu permanen disebut air tersedia. Air tanah tersedia dapat juga diartikan sebagai kemampuan tanah memegang air (water holding capacity) atau besarnya kelembaban yang dapat disimpan di daerah perakaran pada batas antara kapasitas lapang dan titik layu permanen. Total air tanah tersedia (TAW) adalah jumlah air tersedia dalam zona perakaran antara kapasitas lapang (FC) dan titik layu permanen (WP) (Raes et al. 2006; Surdianto 2012). Apabila tanaman mendapat cekaman air yang cukup hebat, laju absorbsi air dari dalam tanah tidak dapat mengimbangi laju transpirasi. Akibat kejadian tersebut stomata akan menutup. Dengan demikian, penyerapan CO 2 dari udara kejaringan mesofil daun tidak akan terjadi. Selanjutnya aktivitas fotosintesis akan terganggu karena kurang tersedianya ion H yang berasal dari air tanah dan CO 2
dari udara sehingga tanaman tidak dapat tumbuh dengan baik. Kebutuhan air oleh tanaman diukur berdasarkan persentase kapasitas lapang (Jasminarni 2008). Penentuan kebutuhan air pada suatu musim atau bulan untuk suatu tanaman atau pola tanam dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti : keperluan air bagi tanaman yang ditentukan oleh iklim dan sifat tanaman, air hujan, air tanah dan pergerakan air tanah (Wirosoedarmo 2010). 3 Klasifikasi Iklim Menurut Oldeman Klasifikasi iklim Oldeman digunakan terutama untuk keperluan pertanian di Indonesia. Dasar yang digunakan adalah adanya bulan basah yang berturut-turut dan bulan kering yang berturut-turut juga. Kedua bulan ini dihubungkan dengan kebutuhan tanaman padi di sawah serta palawija terhadap air. Penentuan bulan basah menurut Oldeman adalah bulan dengan curah hujan lebih dari 200 mm. Bulan kering adalah bulan dengan curah hujan yang kurang dari 100 mm. Berdasarkan penggolongan yang menitikberatkan pada bulan basah, Oldeman mengemukakan lima zona utama bulan basah yang berturut-turut sebagai berikut: a) Zona A, bulan basah yang lebih dari 9 kali berturut-turut. b) Zona B, bulan basah 7 sampai 9 kali berturut-turut. c) Zona C, bulan basah 5 sampai 6 kali berturut-turut. d) Zona D, bulan basah 3 sampai 4 kali. e) Zona E, bulan basah yang kurang 3 kali (Kartasapoetra 2008). Aliran Permukaan Aliran permukaan mempunyai sifat yang dinyatakan dalam jumlah, kecepatan, laju dan gejolak aliran permukaan. Sifat-sifat ini mempengaruhi kemampuannya untuk menimbulkan erosi. Jumlah aliran permukaan menyatakan jumlah air yang mengalir di permukaan tanah untuk suatu masa hujan atau masa tertentu dinyatakan dalam tinggi kolom air (mm atau cm) atau dalam volume air (m 3 ) (Arsyad 2010). Koefisien limpasan (aliran permukaan) adalah rasio jumlah limpasan (aliran permukaan) terhadap jumlah curah hujan, dimana nilainya tergantung pada tektur tanah, kemiringan lahan dan jenis penutupan lahan. Pada daerah aliran sungai (DAS) berhutan dengan tektur tanah liat berpasir, nilai koefisien limpasan (aliran permukaan) berkisar antara 0.10-0.30. Pada lahan pertanian dengan tekstur tanah yang sama, nilai koefisien limpasan (aliran permukaan) adalah 0.30-0.50. Sedimentasi merupakan dampak lanjutan dari terjadinya erosi di daerah aliran hulu sungai yang diakibatkan oleh limpasan (aliran permukaan) (Prastowo dan Pawitan 2011). Persamaan matematik metode rasional USSCS (1973) untuk memperkirakan laju aliran permukaan (Wismarini et. al 2011):... 1 dimana: Q = laju aliran (debit) puncak (m³/detik) C = koefisien aliran permukaan ( 1) I = intensitas curah hujan (mm/jam) A = luas DAS (ha)
4 Koefisien Drainase Drainase untuk pertanian umumnya mencapai optimal ketika sistem yang dirancang berdasarkan curah hujan 5 tahun. Koefisien drainase yang merupakan fungsi dari curah hujan. Perhitungan koefisien drainase akan mengendalikan aliran permukaan yang berlebihan pada tanaman. Curah hujan yang berlebihan dari koefisien konsumtif tanaman (Kc) dan fase kritis tanaman terkait kebutuhan air (ky) akan menjadi debit yang harus ditampung dari desain sistem pemanenan hujan yang tepat untuk dimensi saluran peresapan dan rorak. Metode untuk menghitung koefisien drainase (Feyen 1983) menggunakan persamaan berikut : 1... 2 1... 3 Dimana : Q = debit di saluran (m 3 /dtk) A = luasan Lahan (ha) q = koefisien drainase (liter/ha.dtk) Teknik Pemanenan Air Hujan Pemanenan air menurut terminologi dapat diartikan sebagai pemanfaatan air. Menurut bahasa undang-undang dalam arti sempit, pemanenan air merupakan penggunaan air, sedangkan dalam arti luas adalah pendayagunaan sumber daya air. Pendayagunaan sumber daya air dilakukan melalui kegiatan penatagunaan, penyediaan, penggunaan, pengembangan, dan pengusahaan sumber daya air dengan mengacu pada pola pengelolaan sumber daya air yang ditetapkan pada setiap wilayah sungai (Yuswanto 2008). Pemanenan air hujan (PAH) merupakan metode atau teknologi yang digunakan untuk mengumpulkan air hujan yang berasal dari atap bangunan, permukaan tanah, jalan atau perbukitan batu dan dimanfaatkan sebagai salah satu sumber suplai air bersih (UNEP 2001). Pemanenan air hujan yang dilakukan di atas permukaan tanah pada dasarnya adalah usaha menampung air larian permukaan (surface runoff). Besarnya air hujan yang dapat dipanen dengan cara pengumpulan air di atas (datar atau miring) dan oleh kemampuan lapisan tanah atas menahan air (Asdak 2007). Saluran Peresapan Wibowo (2003) menyatakan parit peresapan (infiiltration trench) dimensi lateral lebih besar dari dimensi vertikal. Cara ini digunakan untuk daerah dengan muka air tanah yang relatif dangkal (< 3m). Saluran peresapan berfungsi untuk menampung air aliran permukaan dan meningkatkan daya resap air ke dalam tanah. Tanah yang digali untuk saluran dapat digunakan untuk pembuatan bedengan. Tanah galian tersebut juga dapat diletakkan pada bagian bawah saluran dan membentuk guludan. Untuk menjaga kestabilannya, guludan ini perlu ditanami dengan rumput penguat seperti rumput bahia (Paspalum notatum),
rumput bede (Brachiaria decumbens), akar wangi (Vetiveria zizanioides), atau pohon legum seperti lamtoro (Leucaena leucocephala), gamal (Glyricidia sepium), dan lain-lain (Subagyono et al. 2005). Persyaratan utama yang harus dipenuhi dalam aplikasi teknologi ini adalah (a) tanah tidak rawan longsor; (b) tanah mempunyai kemampuan tinggi untuk meresapkan air; dan (c) dapat dibuat pada tanah yang agak dangkal (kedalaman 20-40 cm). Longsor dapat terjadi apabila terpenuhi tiga syarat yaitu (a) tanah pada lahan dengan lereng curam, sehingga volume tanah dalam jumlah yang relatif banyak dapat bergerak atau meluncur ke bawah, (b) terdapat lapisan yang agak kedap air dan lunak di bawah permukaan tanah yang merupakan bidang luncur, dan (c) terdapat cukup air dalam tanah, sehingga lapisan tanah tepat di atas lapisan kedap air tadi menjadi jenuh (Arsyad 2010). Saluran peresapan dibuat mengikuti kontur dengan ukuran lebar 30-40 cm dan dalam 40-50 cm. Saluran ini dapat dilengkapi dengan rorak yang dibuat dalam saluran, untuk memperbesar daya tampung air aliran permukaan dan sedimen.untuk memberikan peluang mengganti air maka pada sistem konservasi air ini perlu dilengkapi dengan SPA (Subagyono et al. 2005). Rorak Rorak merupakan tempat/lubang penampungan atau peresapan air, dibuat di bidang olah atau saluran peresapan. Pembuatan rorak ditunjukan untuk memperbesar peresapan air ke dalam tanah dan menampung tanah yang tererosi. Pada lahan kering beriklim kering, rorak berfungsi sebagai pemanenan air hujan dan aliran permukaan. Rorak merupakan metode konservasi tanah mekanik yang relatif murah dan mudah untuk diterapkan.jumlah rorak per ha berkisar antara 150-200 buah. Pemeliharaan rorak harus rutin dilakukan khususnya apabila rorak telah penuh terisi sedimen atau bahan-bahan lainnya yang masuk ke dalam rorak, misalnya saja serasah tanaman. Pemeliharaan rorak dapat dilakukan dengan menggali rorak yang lama, atau menggali rorak baru di sebelah rorak lama. Optimalisasi pemanfatan air hujan dan aliran permukaan di kebun belimbing dengan cara membuat saluran peresapan yang dilengkapi dengan rorak. Saluran peresapan dengan ukuran lebar 25 cm dan dalam 20 cm. Sedangkan rorak dibuat dengan ukuran 40 x 40 x 40 cm. jumlah rorak lubang peresapan sebanyak 57 buah dengan panjang saluran 271.277 m. Saluran peresapan tidak mengarah ke satu arah, tetapi dibuat mengikuti ketinggian pemukaan tanah atau mengikuti aliran air yang terjadi di lapangan. Pembuatan saluran peresapan dan rorak dilakukan secara bertahap sampai diyakini tidak terjadi aliran permukaan yang mengalir ke luar kebun penelitian maupun genangan air di permukaan tanah. Selanjutnya posisi saluran peresapan dan rorak dipetakan ke dalam peta kontur menggunakan program surfer v 9.9.785 (Gambar 1) (Surdianto et al. 2012). 5
6 Gambar 1. Peta kontur saluran peresapan dan rorak di kebun belimbing (Surdianto et al. 2012) Mulsa Pemberian mulsa dimaksudkan untuk menutupi permukaan tanah agar terhindar dari pukulan butir hujan. Mulsa merupakan teknik pencegahan erosi yang cukup efektif. Jika bahan mulsa berasal dari bahan organik, maka mulsa juga berfungsi dalam pemeliharaan bahan organik tanah. Fungsi lain mulsa adalah : a. Jika sudah melapuk dapat meningkatkan kemampuan tanah menahan air sehingga air lebih tersedia untuk pertumbuhan tanaman, dan memperkuat agregat tanah. b. Mengurangi kecepatan serta daya kikis aliran permukaan. c. Mengurangi evaporasi, memperkecil fluktuasi suhu tanah, meningkatkan jumlah pori aerasi sebagai akibat meningkatnya kegiatan jasad hidup di dalam tanah dan meningkatkan kapasitas infiltrasi tanah. d. Menyediakan sebagian zat hara bagi tanaman. e. Dianjurkan menggunakan 6 ton mulsa/ha/tahun atau lebih. Bahan mulsa yang paling mudah didapatkan adalah sisa tanaman. f. Mulsa diberikan dengan jalan menyebarkan bahan organik secara merata di permukaan tanah. g. Bahan mulsa yang baik adalah bahan yang sukar melapuk seperti jerami padi dan batang jagung. Mulsa dapat juga diberikan ke dalam lubang yang dibuat khusus dan disebut sebagai mulsa vertikal (Departemen Pertanian 2007). Desain Rorak Dimensi rorak yang disarankan sangat bervariasi, seperti yang disarankan oleh Arsyad (2010) adalah dalam 60 cm, lebar 50 cm dengan panjang sekitar 400-500 cm. Panjang rorak dibuat sejajar kontur atau memotong lereng, jarak ke samping antara satu rorak dengan rorak lain berkisar antara 100-150 cm, sedangkan jarak horizontal berkisar antara 20 m pada lereng yang landai dan agak miring sampai 10 m pada lereng yang lebih curam. Rorak yang direkomendasikan PUSLITKOKA (2010) berukuran panjang 100 cm, lebar 30 cm dan dalam 30 cm. Dimensi rorak yang akan dipilih sebaiknya disesuaikan dengan kapasitas air atau sedimen dan bahan-bahan terangkut lainnya yang akan ditampung.
Pada penampang melintang saluran berbentuk persegi dengan lebar dasar B dan kedalaman air (h), luas penampang basah (A), dan keliling basah (P), dapat dituliskan sebagai berikut: A = Bh... 4 B =... 5 7 Gambar 2. Penampang saluran berbentuk persegi P = B + 2 h... 6 Subtitusi persamaan (5) ke dalam persamaan (6) maka diperoleh persamaan : P =... 7 Dengan asumsi luas penampang (A) adalah konstan, maka persamaan diatas dapat dideferensialkan terhadap (h) dan dibuat sama dengan nol untuk memperoleh (P) minimum. A = 2h = Bh... 8 Atau B = 2 h atau h =... 9 Jari-jari hidraulik, R R=... 10 atau R =... 11 Keterangan : B = lebar dasar (m) H = kedalaman air (m) A = luas penampang basah (m 2 ) P = keliling basah (m) R = jari-jari hidraulik (m)