Ringkasan dokumen tersebut adalah: (1) Penelitian ini mengevaluasi kepekaan alat pengukur kandungan air tanah murah dalam mendeteksi perubahan kandungan air tanah pada tanaman jarak pagar dengan berbagai perlakuan nitrogen dan kerapatan tanam, (2) Hasil kalibrasi menunjukkan hubungan kuadratik antara bacaan sensor dengan kandungan air tanah yang diukur secara gravimetrik, (3) Berdasarkan uji

1. PENGUKURAN KANDUNGAN AIR TANAH
PADA TANAMAN JARAK PAGAR (Jatropha curcas L.)
MEASUREMENT WATER SO IL CONTENT TO CROP MODELING
OF JARAK PAGAR (Jatropha curcas L.))
Gusti Rusmayadi
Jurusan Budidaya Pertanian Fakultas Pertanian UNLAM
Jl. Jend. A. Yani Km.36 PO Box 1028 Banjarbaru 70714
e-mail: grusmayadi@yahoo.com.sg
ABSTRACT
Management strategies development for efficient water utilization of crop production req uires sensitive
measurements of changes in soil water content on a dynamic basis. Many of the methods currently used for
measuring these changes are destructive, slow, or relatively expensive for large -scale investigations. A
sensor that low-cost, nondestructive soil moisture sensor for measuring changes in soil volumetric water
content on the basis of changes in the dielectric constant of the soil water were available. So, this research
was carried out to quantify soil water content on Jatropha under rainf all condition, four levels of nitrogen
fertilizer (N) and two population densities (P). The experiments used a systematic Nelder fan design with 9
spokes and 4 rings were conducted at SEAMEO-BIOTROP field experiment in 2007. Calibration in depth 0 -
2 2 2
20 cm and 20-40 cm are ỳ=-1.3225x +7.4968x+11.669, R =0.37 dan ỳ=-1.5946x +10.909x+ 8.3394,
2
R =0.70, resvectively. Based on field test this instrument can use to measurement soil water content and
actual evapotranspiration calculation with variation of nitrogen fe rtilizer and population densities.
Keywords: Instrument, Jatropha and Soil water content
ABSTRAK
Perkembangan dari strategi pengelolaan penggunaan air yang efisien dalam produksi tanaman memerlukan
pengukur yang peka terhadap perubahan kandungan air tan ah yang dinamis. Beberapa metode sekarang
dalam mengukur perubahan tersebut menggunakan metode destruktif, lambat dan relatif mahal pada
penelitian skala besar Suatu alat pengukur yang berbiaya murah telah tersedia, yaitu sensor kadar air tanah
non-destruktif untuk mengukur kandungan air tanah volumetrik dengan basis dielektrik konstan dari
kandungan air. Penelitian ini dilakukan untuk mengevaluasi pengukuran fluktuasi kandungan air tanah oleh
sensor kadar air tanah pada pertanaman Jarak Pagar dengan kondis i empat tingkat pemberian nitrogen (N)
dan dua kerapatan populasi (P) pada lahan tadah hujan. Percobaan disusun menurut Fan Nelder design
dengan 9 spoke dan 4 ring dilakukan pada kebun percobaan SEAMEO -BIOTROP tahun 2007. Kalibrasi
2 2
pada kedalaman 0 – 20 dan 20 – 40 cm masing-masing adalah ỳ=-1.3225x +7.4968x+11.669, R =0,37 dan
2 2
ỳ=-1.5946x +10.909x+ 8.3394, R =0,70. Berdasarkan pengujian lapang, alat tersebut dapat dipergunakan
untuk mengukur kandungan air tanah dan perhitungan evapotranspirasi aktual dengan perlakuan pemberian
nitrogen dan kepadatan populasi yang bervariasi.
Kata kunci: Instrument, Jarak Pagar, kandungan air tanah dan evapotranspirasi aktual
PENDAHULUAN sederhana yang menggunakan pendekatan
pengukuran konduktivitas listrik dapat digunakan
Cara konvensional mengukur kandungan air
menduga kandungan air tanah.
tanah yang masih dipergunakan sampai sekarang
Sensor yang dipergunakan di sini berbeda
adalah metode gravitasi metrik atau gravimetrik
dengan sensor kadar air tanah yang sudah
dengan mengambil contoh tanah, kemudian tanah di
dikembangkan saat ini seperti neutron probe yang
oven sampai kering dan dihitung selisih berat basah
relatif mahal atau ECH2O dielectric Aquameter
terhadap berat keringnya. Proses ini memerlukan
Model EC20 probe (McMichael & Lascano, 2003).
waktu dan upaya yang cukup banyak untuk
Kedua alat terakhir ini memerlukan akses berupa
mendapatkan data yang akurat karena contoh tanah
pipa PVC, sementara itu sensor tipe 303 Digital
yang diambil cukup banyak . Tehnik elektronik
Volume 18 Nomor 3 April 2011 25

2. Multimeter dapat dipergunakan tanpa menggunakan KHz. Sensor dan bahan yang dipergunakan adalah
pipa PVC, karena masing-masing batang sensor sepasang elektroda, sakelar elektronik (IC 4066),
dilapisi oleh isolator. Multivibrator Astable (IC 4047), dan Multimeter
Kepekaan alat ini dievaluasi pada suatu (DVM).
pertanaman Jarak Pagar yang diberi perlakuan Dengan pendekatan teknik elektronik sederhana,
empat tingkat pemberian nitrogen pada dua tingkat kandungan air tanah dapat diduga dengan
kerapatan populasi. Peran pengukuran kandungan mengukur konduktivitas listriknya. Teknik ini
air tanah ini menjadi penting karena karakteristik memerlukan sepasang elektroda yang dibenamkan
Jarak Pagar memerlukan nitrogen yang banyak dan kedalam tanah. Air dalam tanah berupa larutan
dianjurkan penanamannya pada lahan marginal. elektronik sehingga medan listrik akan
Penanaman jarak pagar dianjurkan untuk lahan mempengaruhi posisi ion-ion dalam tanah.
marginal dan kebutuhan air tanamannya relatif Kecepatan gerakan ion (terbaca sebagai day a
sedikit. Menurut Sukarin et al. (1987) dan Aker, hantar listrik) merupakan fungsi kandungan air
(1997) variabilitas iklim curah hujan mengendalikan tanahnya. Alat ukur daya hantar listrik pada
penggunaan air pada kondisi air yang terbatas umumnya memberi medan listrik DC pada kedua
dalam produksi jarak pagar. elektroda. Untuk larutan elektrolit medan listrik akan
Jarak pagar merupakan tanaman yang dapat menghasilkan polarisasi sehingga konduktivitas
menyimpan air pada daun dan akarnya selama tidak terukur. Untuk itu medan listrik yang diberikan
musim kering (Prihandana & Hendroko, 2007) dan pada sepasang elektrodanya harus berupa listrik AC
termasuk tanaman succulent yang daunnya dengan frekuensi ± 1 KHz.
menutup dimusim kering, jadi tanaman ini memiliki Nilai kandungan air tanah diperoleh dari fungsi
adaptasi yang sangat baik dan luas di wilayah - nilai resistansi yang tertera pada alat ukur.
wilayah kering dan semi kering (Heller, 1996). Berdampak kalibrasi terhadap kandungan air ya ng
Namun, kekeringan dapat membatasi nitrogen (N) mudah diketahui dari jenis tanah tertentu maka
yang dapat diserap tanaman, melalui pengurangan pengukuran kandungan air tanah yang cepat dan
laju mineralisasi N. Hujan yang terlalu tinggi dapat akurat dapat diperoleh. Akurasi pengukuran
menyebabkan kehilangan N dari tanah melalui kandungan air tanah lebih dipengaruhi oleh jumlah
pencucian dan denitrifiksasi. Pada tanah alkalin pengambilan contoh pengamatan dari pada akurasi
tinggi, N dapat hilang karena votalisasi ( Matthews, alatnya sendiri.
2002). Jadi, penelitian ini memerlukan instrument
Percobaan lapang
yang handal untuk mengetahui fluktuasi kandungan
air tanah pada lingkungan yang beragam dalam hal Percobaan disusun menurut Nelder Fan Design
ini adalah perlakuan nitrogen dan kerapatan (Mark, 1983). Setiap plot terdiri dari 9 spoke dan 4
populasi. ring. Nitrogen (N) yang diberikan adalah W1N0 (0 g
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengevaluasi Urea/pohon), W1N1 (20 g Urea/pohon), W1N2 (40 g
kepekaan instrument kadar air tanah tipe 303 Digital Urea/pohon), dan W1N3 (60 g Urea/pohon). Setiap
Multimeter dalam melacak perubahan kandungan air ring ditempatkan populasi tanaman (P) W1P1 (17
2
tanah yang dinamis pada perlakuan nitrogen dan 698 tanaman/ha atau 1.7 tanaman/m ) dan W1P2
2
kerapatan populasi di bawah kondisi lahan tadah (3.246 tanaman/ha atau 0.32 tanaman/m ). Pada
hujan. percobaan ini biji ditanam tanggal 18 April dan
dipanen pada 22 Oktober 2007.
METODE PENELITIAN
Pengamatan
Bahan dan Alat
1 Sifat fisik dan kimia tanah di lokasi percobaan
Pupuk Urea sesuai perlakuan diberikan /2 dosis
saat tanam dan 90 HST. SP -36 dan KCl masing- sebagai berikut. Nilai pF 2.54 = 36,28% dan pF 4.2
-3
masing sebesar 20 g/pohon (Hambali et al. 2006) = 27,48% (% volume) dengan bobot isi 1,42 g cm ,
-1
diberikan saat tanam. Populasi IP -1P digunakan laju permeabilitas 2,13 cm jam (lambat), N total
sebagai benih. Fungisida, furadan, dan insektisida 0,18% (rendah), pH 5,6 (agak masam), nisbah C/N
untuk pemeliharaan tanaman. Alat yang digunakan sebesar 9,3, dan bahan organik sebesar 2,92%.
-1
adalah kandungan air tanah portabel tipe 303 Digital Unsur iklim selain curah hujan (mm hari )
Multimeter. diambil dari stasiun Branang -Siang sekitar 1 km dari
-2 -1
lokasi percobaan, yaitu radiasi surya ( MJ m hari ),
Metode
suhu udara ( C), kelembapan nisbi (%), dan
Instrument Kandungan Air Tanah tipe 303 Digital -1
kecepatan angin (m s ) yang diperlukan untuk
Multimeter mensimulasi model neraca air.
Prinsip dasar kerja alat adalah mengukur daya Kandungan air tanah (KAT) diukur selang 7 hari
hantar listrik tanah dengan multimeter (DVM). Alat pada setiap kedalaman 20 cm pada titik yang tetap
ini dapat mengubah polaritas dengan frekuensi 1 menurut plot percobaan. Evapotranspirasi tanaman
26 ISSN 0854-2333

3. termasuk evaporasi tanah serta intersepsi kanopi bunga mekar (MF) sangat kecil yaitu 0,01 dan 0,18
tanaman, diukur berdasarkan KAT pada saat t -1 dan atau kurang dari 0,5 ETp yang berarti pada periode
t serta curah hujan (Angus & van Herwaarden, 2001; ini pemenuhan kebutuhan air tanaman kurang dari
Chen et al. 2003): 50%.
Kalibrasi alat
ETa t SWC t SWC t 1 CH t Dt (29)
Setiap instrument memerlukan kalibrasi untuk
menterjemahkan bacaan sensornya dengan lokasi
ETat: evapotranspirasi tanaman (mm) pada saat t; tempat alat tersebut dipergunakan. Dalam kalibrasi,
SWC: KAT rata-rata seluruh profil (mm); CH: curah titik sensor alat melibatkan pengambilan contoh
hujan (mm); D: drainase (mm), yang pada tanah, kemudian dihitung menurut metode
percobaan ini tidak diukur dan diabaikan gravimetrik, contoh tanah di oven sampai kering
berdasarkan Payne et al. (2001), demikian pula baru dihitung selisih berat basah terhadap berat
dengan limpasan permukaan karena lahan keringnya. Bacaan sensor kandungan air tanah tipe
percobaan relatif datar. 303 Digital multimeter dan metode gravimetrik
HASIL DAN PEMBAHASAN disajikan pada Tabel 1.
Hasil kalibrasi pada kedalaman 0 – 20 dan 20 –
Kondisi Iklim 40 cm disajikan pada Gamb ar 2. Bentuk kuadratik
Curah hujan (CH) yang diterima sebesar 570,4 terlihat lebih mendekati bacaan sensor dengan
mm dan evapotranspirasi potensial (ETp) sebesar kandungan air tanah di lapangan. Kepekaan sensor
628,9 mm, sehingga pada periode tanam ini secara yang sudah dikalibrasi ini akan dievaluasi pada
klimatologis terjadi défisit air. Nisbah CH/ETp kemampuannya dalam membedakan perlakuan -
mempengaruhi fluktuasi air tanah. Oleh karena perlakuan yang diberikan pada pertanaman Jarak
sebaran curah hujan tidak merata (Gambar 1), maka Pagar.
nisbah CH/ETp pada fase kuncup bunga (KB) dan
120 8.0
KB BM
7.0
100
6.0
Curah hujan (mm )
Evapotranspirasi (mm)
80
5.0
60 4.0
3.0
40
2.0
20
1.0
0 0.0
Julian date Julian date
Gambar 1. Peubah curah hujan dan evapotranspirasi harian selama percobaan.
Figure 1. Dayly Rainfall and evaporation variable as long as experiment
Tabel 1. Kalibrasi instrument tipe 303 Digital multimeter
Table 1. Instrument calibration 303 Digital Multimeter Type
Kedalaman pengukuran (cm)
0 – 20 20 – 40
Titik pengukuran
X (sensor) Y (gravimetrik) X (sensor) Y (gravimetrik)
1 2.25 21.34 0.99 19.98
2 1.07 16.71 2.85 24.13
3 1.24 4.03
20.73 24.31
4 2.42 2.55
18.16 25.32
5 3.24 1.98
26.71 30.12
6 0.72 0.92
12.98 14.19
7 4.57 5.96
17.14 17.62
8 0.67 0.79
20.11 13.97
Volume 18 Nomor 3 April 2011 27

4. 30.00 35.00
30.00 y = 0.6355x + 19.61
25.00
R2 = 0.0393
25.00
20.00
KAT (%) KAT (%)
20.00 2
15.00 y = -1.5946x + 10.909x + 8.3394
2
y = -1.3225x + 7.4968x + 11.669 15.00 R2 = 0.6956
10.00 2
R = 0.3753 10.00
5.00 5.00
0.00 0.00
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 6 7
KAT (kvol) KAT (kvolt)
Gambar 2. Kalibrasi instrument tipe 303 Digital Multimeter pada kedalaman 0 – 20 dan 20 – 40 cm.
Figure 2. Instrument calibration 303 Digital Multimeter type in depth 0-20 cm and 40 cm.
Pengukuran Kandungan air tanah instrument ini berdasarkan kecepatan gerakan ion
yang terbaca sebagai daya hantar listrik dan
Kandungan air tanah pada kedalaman tanah 0 -
merupakan fungsi kandungan air tanahnya.
20 dan 0-100 cm selama percobaan diperlihatkan
Semakin tinggi pemberian nitrogen, maka air yang
pada Gambar 3. Kandungan air tanah mengalami
diperlukan untuk mineralisasi nitrogen, lebih besar
penurunan sejak fase kuncup bunga (KB).
dibandingkan dengan pemberian nitrogen yang
Penurunan kandungan air tanah tersebut berkaitan
rendah. Air dalam tanah berupa larutan elektronik
dengan curah hujan yang relatif kecil selama
sehingga medan listrik akan mempengaruhi posisi
periode tersebut (Gambar 1). Selama periode
ion-ion dalam tanah dan larutan ion semakin aktif
pertumbuhan, kandungan air tanah pada perlakuan
pergerakannya. Ini berarti alat kadar air tanah
pemupukan nitrogen (W1N1–W1N3), terjadi
tersebut dapat menjangkau baik pada air tanah
penurunan yang lebih besar dibandingkan dengan
banyak (W1N0) ataupun sedikit (W1N1 -W1-N3).
tanpa pemupukan (W1N0) (Gambar 3). Prinsip kerja
100,0
W1N0
KB BM W1N1
90,0 W1N2
A W1N3
80,0 W1P1
W1P2
70,0
)
(
m
c
0
2
-
60,0
pupuk
K 50,0
0
,
T
A
153 167 181 202 216 230 244 258 272 283
Pengamatan (mingguan)
375,0
350,0 pupuk
B 325,0 KB
300,0
275,0
250,0
)
(225,0
m
c
0
1 W1N0
- W1N1
200,0
W1N2
175,0
0
,
T
A
K
Pengamatan (mingguan)
Gambar 3. Kandungan air tanah pada 0 - 20 cm (a) dan 0 – 100 cm (b) dengan peningkatan
pemberian nitrogen dan kerapatan populasi .
Figure 3. Soil Water Content in depth 0 -20 cm (a) and 0-100 cm (b) according
to increasing nitrogen supply and population density.
28 ISSN 0854-2333

5. Kerapatan populasi juga mempengaruhi DAFTAR PUSTAKA
kandungan air tanah yang pada populasi rapat
Aker CL. 1997. Growth and reproduction of Jatropha
(W1P1) lebih kecil dibandingkan populasi sedang
curcas. Di dalam: G.M. Gübitz, M. Mittelbach &
(W1P2). Peningkatan penggunaan kandungan ai r
M. Trabi, Biofuels and industrial products from
tanah akan mempengaruhi jumlah air yang akan
Jatropha curcas. Dbv-Verlag, Graz: 2-18.
dievapotranspirasikan.
Air diperlukan dalam mineralisasi nitrogen yang Angus AF & van Herwaarden JF. 2001. Increasing
selanjutnya diperlukan sebagai sarana Water Use and Water Use Efficiency in Dryland
pengangkutan unsur hara. Oleh karena itu, pada Wheat. Agron. J. 93:290–298.
perlakuan pemupukan nitrogen (defisit air W1N1,
Arkebauer TJ, Weiss A, Sinclair TR & Blum A. 1994.
W1N2 dan W1N3 masing-masing sebesar -44.5; -
In defence of radiation use efficiency: a
54.2 dan -80.1) terlihat kandungan air tanah yang
response to Demetriades-Shah et al. (1992).
menurun dengan cepat dibandingkan tanpa
pemupukan (defisit air sebesar -33.5 mm). Hal ini Agric. For. Meteorol. 68:221-227.
yang menyebabkan evapotranspirasi aktual Budianto B. 2004. Instrumentasi Meteorologi
tanaman semakin besar. Evapotranspirasi W1N0 Elektronik. Di dalam. Pelatihan Dosen PT se
sebesar 399.1 mm sementara itu W1N3 sebesar Indonesia Timur bidang Pemodelan dan
491.0 mm. Perhitungan evapotranspirasi ini Simulasi Komputer untuk Pertanian. Bogor.
diperoleh berdasarkan selisih pengukuran Departemen Geofisika dan Meteorologi FMIPA -
kandungan air tanah pada dua waktu yang ber beda BPPK-Diknas.
dan ditambah curah hujan. Ketelitian perhitungan
evapotranspirasi ini sangat ditentukan oleh ketelitian Chen C, William AP, Richard WS & Michael AS.
dari pengukuran kandungan air tanah. 2003. Yield and Water-Use Efficiency of Eight
Wheat Cultivars Planted on Seven Dates in
Northeastern Oregon. Agron. J. 95:836–843.
SIMPULAN
Hambali E et al. 2006. Jarak Pagar, tanaman
Sensor kadar air tanah tipe 303 Digital Multimeter penghasil biodiesel. Jakarta. Penebar
peka dan dapat digunakan untuk mengetahui Swadaya.
dinamika kandungan air tanah pada lingkungan
yang mempunyai kandungan air tanah rendah Heller J. 1996. Physic Nut ( Jatropha curcas L.).
sampai tinggi maupun lingkungan yang mempunyai Promoting the conservation and use of
populasi tanaman jarang samp ai rapat. Hal tersebut underutilized and neglected crops 1. Rome.
teruji pada peubah kadar air tanah dan IPGRI.
evapotranspirasi. Mark WB. 1983. Spacing Trials Using the Nelder
Wheel. Presented at the Workshop on
Eucalyptus in California, June 14 -16, 1983,
SARAN Sacramento, California; p81 -85.
Evaluasi instrument kadar air tanah pada lokasi Matthews R. 2002. Crop Management. In Crop–Soil
percobaan telah dilakukan oleh karena itu Simulation Models. eds (R. Matthews and W.
disarankan digunakan sebagai alat ukur kadar air Stephens) CAB International. p 29-53.
tanah.
McMichael B & Lascano RJ. 2003. Laboratory
Evaluation of a Commercial Dielectric Soil
UCAPAN TERIMAKASIH Water Sensor. Vadose Zone Journal 2:650–
Ucapan terimakasih disampaikan kepada SEAMEO- 654.
BIOTROP atas biaya penelitian dari DIPA SEAMEO- Payne WA, Rasmussen PE, Chen C & Ramig RE.
BIOTROP tahun 2007. Penggunaan fasilitas Lab. 2001. Assessing simple wheat and pea models
SEAMEO-BIOTROP, Lab. Instrumentasi, asisten using data from a long-term tillage experiment.
lapangan dan beberapa mahasiswa Dep artemen Agron. J. 93:250–260.
Meteorologi FMIPA-IPB atas bantuan teknis dalam
pengelolaan tanaman, pengukuran dan Prihandana R & Hendroko R. 2007. Energi hijau.
pengambilan contoh tanah dan tanaman. Juga Jakarta. Penebar Swadaya.
kepada Ir. Bregras Budianto, M.Sc yang telah Sukarin W, Yamada Y & Sakaguchi S. 1987.
merakit alat pengukuran kadar air tanah tipe 303 Characteristics of physic nut, Jatropha curcas
Digital Multimeter. L. as a new biomass crop in the Tropics. Jpn.
Agric. Res. Quart. (Japan) 20(4):302-303.
Volume 18 Nomor 3 April 2011 29