Kuliah ke 9 Retensi air Tanah Retensi

Kuliah ke 9 Retensi air Tanah

Retensi Air Tanah • Retensi air tanah (model pencelupan) (sponge model). • Molekul air berkutub berikatan sesamanya. (cohesion) • Molekul air bertarikan pada permukaan tanah (adhesion) • Air terpegang dalam ruang pori oleh kekuatan itu • Karena ukuran ruang pori meningkat, ruang pori mengering. • Ketersediaan air berhubungan dengan tekstur tanah.

• Ruang pori tanah biasanjya sebagian keciil diisi air. Ketika semua pori diisi air dikatakan tanah jenuh. Pada kondisi tidak jenuh terjadi bila air sekarang hanya berada dalam ruang pori lebih halus sedangkan pori besar diisi oleh udara. Gejala ini dijelaskan dengan mempertimbangkan proses kapilaritas. Ketika ruang pori kapiler berukuran berbeda ditempati air, maka air akan naik pada level paling tinggi pada ruang pori kapiler yang paling kecil (Gambar 1). Lebih kecil ruang pori kapiler maka lebih besar isapan yang perlu diadakan. Ternayat dalam cara lain, head tekanan(h) lebih negatif dalam ruang kapiler lebih kecil. Lebih banyak membutuhkan energi untuk memindahkan air dari ruang pori kapiler lebih kecil daripada ruang pori lebih besar. Hal ini penting mengetahui seberapa kekuatan air dipegang oleh tanah oada waktu tertentu, karena ini menguasai tidak hanya laju pergerakan air tetapi juga ketersediaan air bagi tanaman

Gambar 1. Air tertarik kedalam pipa kapiler ketika ruang kapiler ditempatkan dalam air. . Water is pulled up into a capillary when the capillary is placed in water; Ini menggambarkan bahawa ruang pori kecil pada tanah tidak jenuh memegang lebih banyak air dari ruang pori lebih besar. Pada gilirannya lebih sulit memindahkan air dari ruang pori kecil dari ruang pori besar.

• Isapan paling baik diukur dengan tensiometer, bentuk paling sederhana terdiri dari air mengisi cawan keramik berpori yang berkontak dengan tanah, (Gambar 2). Pada pertama, level air berada ujung terbuka dari tensiometer menyesuaiakan dengan level air dari cawan berpori. Secara berangsur, air akan dukasai oleh tanah tidak jenuhy. Ini menjadi lebih sulit karena level pada ujuang terbuka dari tebsiometer berkurang.

Gambar 2. Diagram skematik dari tensiometer paling sederhana. Pada keseimbangan, air tanah sekitar cawan berpori mempunyai tekanan setinggi h cm. Dalam pratek , tensiometer digunakan di lapang.

• Prinsip itu tidak hanya digunakan untuk mengukur kondisi energi aktual, dengan tensiometert. Tetapi dapat menghasilkajn data buatan dalam sampel tanah untuk mrenentukan berapa banyak air dipegang pada tanah berbeda pada level energi spesifik. Perbedaan antara tanah adalah karena perbedaan distribusi ukuran pori. Alat yang digunakan terdiri dari lempeng berpori yang diatur tekanan atau isapan dengan berbagai seri tekanan. Sampel tanah jenuh ditempatkan pada lempeng tekanan dan kadar air tanah diukur pada beberapa isapan. Kemudian didapatkan kurva ciri air pada titik berbeda. (Gambar 3). • Kadar air pada tiap beberapa isapan didapatkan dengan memindahkan kembal sampel tanah dari alat lempeng berpori dan timbang sampel sebelum dan sesudah pengeringan oven untuk menentukan seberapa banyak air yang dipegang oleh tanah pada isapan.

2. 3. 1 Kadar Kelembaban Tanah • Kadar kelembaban tanah menunjukkan jumlah persentase air dalam tanah. • Nilai itu dinyatakan sebagai jumlah air ( dalam mm kedalaman air) yang ada dalam kedalaman satu meter tanah. Contoh : Bila sejumlah air (dalam mm kedalaman )adalah 150 mm yang ada dalam mkedalaman 1 meter tanah, kadar kelembaban adalah 150 mm/m (lihat Gambar 36. )

Gambar. 36. Kadar air tanah adalah 150 mm/m

• Kadar air tanah juga dinyatakan dalam persen volume. Pada contoh di atas 1 m 3 tanah (umpama dengan kedalaman 1 m, dan kedalaman dan luas permukaan 1 m 2 )mengandung 0, 150 m 3 air (dengan kedalaman 150 = 0, 150 mm dan luas permukaan 1 m 2). In hasil dalam kadar air tanah dalam volume. • Jadi kadar kelembaban 100 mm/m sesuai dengan kadar kelembaban 100 10 persen v 0 lume. Catatan : sejumlah air yang disimpan didalam tanah tidak tetap dengan waktu, tetapi mungkin bervariasi.

2. 3. 2 Kejenuhan • • • Selama hujan besar atau pemakaian irigasi, ruang pori akan berisi dengan air. Jika semua pori diisi dengan air maka tanah dikatakan jenuh. Tidak ada uadar yang tinggal dalam tanah (lihat Gambar 37 a). Ini mudah menentukannya di lapang jika tanah dijenuhkan. Jika memegang tanah jenuh akan (squeezed) , beberapa air akan keluar antara jari. Tanaman membutuhkan udara dan air dalam tanah. Pada keadaan jenuh, tidak ada udara dan tanaman akan terganggu. Banyak tanaman tidak bisa berdiri pada kondisi tanah jenuh untuk periode waktu lebih dari 2 -5 hari. Tanaman padi merupakan satu tanaman pengecualian dalam aturan ini. Pada periode jenuh dari lapisan atas biasanya tidak beralngsung lama. Setelah hujan atau irigasi berhenti, bagian air yang ada daqlam ruang pori besar akan bergerak ke bawah. Proses ini dinamakan drainase atau perkolasi. Air dikeringkan dari ruang pori digantikan oleh udara. Pada tanah berekstur kasar(berpasir), drainse itu akan sempurna dengtan periode waktu beberapa jam. Pada tanah bertekstur halus (berliat) drainse dapat merncapai 2 -3 hari.

2. 3. 3 Kapasitas Lapang • Stelah drainase berhenti, maka ruang pori tanah yang besar akan diisi dengan udara dan air sedangkan ruang pori kecil masih penuh beriswi air. Pada tahap ini , tanah dikatakan berada pada kapasitas lapang. Pada kapasitas lapang, kadar air dan udara dipertimbangkan ideal bagi pertumbuhan tanaman (lihat Gambar 37 b).

Gambar. 37. Ciri Kelembaban Tanah

2. 3. 4 Titik Layu Permanen • Sedikit demi sedikit, air yang disimpan dalam tanah diambi 9 l oleh akaqr tanaman. atau berevaporasi dari lapisan atas ke atsmosfir, jika tidak ada air tambahan diberikan ke tanah, maka air berangsur dikeringkan. Pengeringan tanah menjadi berlangsung terus, maka pegangan air sangat kuat dan sangat sulit akar atanaman mengambilnya. Pada tahap ntertentu, pengambilan air tidak mencukupi kebutuhan tanaman. Tanaman kehilangan kesegarannya dan akan layu, maka daun berobah dari hujai menjadi kuning. Akhirnya tanaman mati. • Kadar air pada tahap dimana tanamanmati dinamakan titik layu permanen. Tanah masih mengandung beberapa air, tetapi terlalu sedikit untuk perakaran tanaman mengambilnya dari tanah. (Gambar 37 c).

2. 4 Kadar air Tersedia • Tanah dapat dibandingkan pada suatu reservoar air untuk tanaman. Bila tanah itu jenuh, maka reseorvoar juga penuh. Walaupun, beberapa air mengering secara cepat kebawah zona perkaran sebelum tanaman dapat menggunakannya. (Gambar 38 A) ). • Bila air telah mengering keluar, tanah dikatakan kapasitas lapang. Perakaran tanaman menarik air dari air yang tinggal dalam rservoar (Gambar 38 • Bila tanah mencapai titik layu permanen, maka air yang tinggal tidak lama tersedia bagi tanaman (lihat Gambar 38 C).

Gambar. 38 a. Jenuh

Gambar. 38 b. Kapasitas lapang

Gambar. 38 c. Titik Layu Permanen

• Jumlah air sebenarnya tersedia bagi tanaman adalah jumlah air yang disimpan pada kapasitas lapang dikurangi air yang tinggal dalam pada titik layu permanen Ini digambarkan pada Gambar 39.

Gambar. 39. Kelembaban air tersedia atau kadar air tersedia.

• Kadar air tersedia begantung sangat kepada tekstur dan struktur tanah. Kisaran nilainya beravariasi dengan jenis tanah berbeda yang dilihat pada Tabel berikut: • Kapasitas lapang, titik layu permanen, dan kadar air tersedia dinamakan Ciri kelembaban tanah. Ciri itu kosntan untuk tanah tertentu, tetapi bervariasi besar dari jenis tanah yang satu ke tanah lain. • Kadar air tersedia = Kapar air pada kapasitas lapang – kadar air pada titik layu permanen.

Tanah Air tersedia dalam mm kedalaman air per m kedalam tanah (mm/m) Pasir 25 to 100 Debu 100 to 175 Liat 175 to 250

Hisapan dan Tegangan • Potensial matrik dan osmotik adalah negatif. Kedua gaya pengikatan molekul air dalam tanah tersebut menurunkan energi air tanah, yang mengakibatkan adanya hisapan atau tegangan yang dialami oleh air tanah. Pengertian ini menunjukkan adanya tenaga yang bertanggungjawab terhadap pengikatan air di dalam tanah atau sebaliknya tenaga harus dikeluarkan untuk mengambil air tanah. Istilah hisapan lebih menguntungkan karena dapat dinyatakan dalam satuan positif.

Status Kadar Air Tanah • Status kadar air tanah paling baik dinyatakan dalam istilah potensial air (PF ), karena kandungan air yang sama pada tanah yang berbeda mempunyai derajat ketersediaan air yang berbeda pula. Tanah lempung mengandung air 20 % volume akan menjadi kering, sedangkan pada tanah pasir dengan kandungan 20 % volume, tanah akan dibasahi sampai basah

Kapasitas lapang ( KL) • Jumlah air maksimum yang mengering secara bebas dipegang secara biasa dinamakan kapasitas lapang ( KL). KL terjadi pada waktu hujan dan setelah drainase bebas terhenti. Kapasitas lapang merupakan kadar air yang unik pada keadaan dimana tanah mencapai dan memelihara kandungan airnya setelah tanah dibasahkan dibiarkan mengering bebas untuk satu atau dua hari. Karena sebahagian besar tanah tidak mengering pada kadar air tetap dan kemudian menjaganya secara tidak tetap, kapasitas lapang merupakan suatu konsep yang diidealisasikan.

Jumlah kandungan air kapasitas lapang bergantung pada • Distribusi partikel tanah; partikel tanah yang halus mempunyai permukaan spesifik lebih besar dan lebih banyak air diserap. • b. Struktur tanah. Lebih banyak pori-pori halus lebih tinggi kandungan air kapiler. • c. Kandungan bahan organik; mempunyai pengaruh spesifik lebih tinggi dan pori lebih porous, lebih tinggi kadar air. • d. Jenis koloid; Koloid humus memegang banyak air dari koloid liat. • Humat> humin>fulvat • Liat yang mengembang (monmorillonit>vermikulit>mineral transisi) lebih banyak memegang air daripada mineral liat yang tak mengembang (illit>khlorit>kaolinit). • e. Jenis kation terserap; Perbedaan hidrasi antara kation tersebut yang mengakibatkan perbedaan pada kandungan air kapasitas lapangnya. • Na>K >Mg>Ca

Titik Layu Permanen (TLP) • Ttitki Layu Permanen (TLP) adalah kandungan air yang banyak tanaman layu secara permanen (kecuali tanaman xerophit dan holophit). Hal ini terjadi karena tegangan turgor gagal untuk menutup lagi bahkan bila dipindahkan dalam udara yang dijenuhkan dengan air. Pada TLP = 15 bar (p. F 4, 2). Prosentase kadar air pada titik layu permanen adalah kadar air yang unik dimana pada waktu penyerapan air oleh tanaman telah berhenti. • Jadi prosentase kadar air layu permanen merupakan konsep yang diidealkan dan berdasarkan pada assumsi bahwa di bawah kadar air tertentu tanaman akan layu dan tidak dapat hidup lagi. Kadar air semua tanah pada titik layu permenen bervariasi antara jenis tanah, tetapi diassumsikan bebas dari jenis tanaman. • Pada kenyataannya. titik layu permanen itu tidak hanya bergantung kepada tanah tetapi juga pada tanaman dan cuaca. Konsep yang diidealisasikan itu merupakan pendekatan yang bagus untuk sebagian tanah, tanaman dan kondisi iklim.

Kapasitas Air Tersedia (KAT) • Kapasitas Air Tersedia (KAT) adalah jumlah air yang dipegang antara KL dan TLP atau air tersedia tanaman. Tanaman tak dapat mengambil air dalam melawan tekanan isapan melebihi - 15 bar. Sedangkan diatas KL terjadi kelebihan air yang berangsur secara gravitasi pada tanah tanpa dihalangi oleh lapisan impermeabel. Pada p. F 0, tanah jenuh atau hampir jenuh air, dimana pada saat ini semua ruang pori diisi penuh dengan air. Seperti pada tanah hidromorfik sehingga aerase tanah dipengaruhi dan pertumbuhan tanaman dibatasi. Tapi begitu lama aerasi tak merugikan lagi karena air secara lambat bergerak secara perkolasi sehingga dapat dipertimbangkan suatu keadaan tersedianya air bagi tanaman secara luas pada selang KAT yakni p. F 1, 7 (0, 05 bar) sampai p. F 4, 2 (15 bar).

• Kapasitas retensi maksimum (Maximum retentive capacity) adalah jumlah air yang dipegang oleh tanah pada keadaan jenuh. Semua pori diisi oleh air. • Kapasitas lapang (Field capacity) adalah jumlah air yang dipegang tanah setelah air berlebihan dikeringkan oleh gaya gravitasi dan pergerakan kebawah telah berhenti. • Keseimbangan kelembaban (Moisture equivalent) adalah jumlah air yang dipegang tanah setelah kelebihan air dipindahkan oleh gaya sentrifugal. • Koefisien higroskopis (hygroscophic coefficient) adalah jumlah air yang diserap oleh tanah dari atsmosfir kelembaban relatif diketahui. Jumlah air bervariasi bergantung kepada metoda dan kelembaban relatif pada saat ditentukan. Sebagian besar ahli tanah di AS menggunakan 3, 3 % H 2 SO 4 yang memberikan kira-kira kelembaban realtif 98 %. • Kering udara (Air dry) adalah kelembaban pada tanah kering udara atau tanah pada kseimbangan dengan atsmosfir. • Kering oven (Oven dry) adalah kelembaban yang tinggal dalam tanah setelah tanah dikeringkan dalam oven pada suhu 105 -110 o. C sampai tidak ada lagi air hilang.

Klasfikasi Fisik kelembaban tanah • Konstanta kelembaban derajat tegangan relatif telah digunakan untuk mengklasifikasikannya. Seperti klasifikasi dari banyak bentuk air tanah bardasarkan titikpandang dari fisika murni yang hanya berhubungan derajat tegangan atau dari titikpandang biologis yang berhubungan dengan respon tanaman. Klasifikasi fisik ada tiga bahagian yakni;

• Air bebas (Free water); adalah air dipegang antara p. F 0 dan 2, 54. Suatu tanah jenuh mengandung air bebas. • Air kapiler (Capillary water) ; Air yang menempati ruang pori mikro dan dinding-dinding pori makro. Air yang dipegang pada p. F 2, 54 dan p. F 4, 5 atau air yang dipegang antara kapasitas lapang dan koefisien higroskopis (1/3 atm-31 atm). Air bergerak lambat melalui penyesuaian tebal lapisan air. Air berfungsi sebagai larutan tanah dan sebagian tersedia bagi tumbuhan. • Air higroskopis (Hygroscopic water); adalah air yang dipegang pada koefisien higroskopis (p. F 4, 5). Air ini menempati ruang pori sangat kecil dan menyelimuti partikel tanah yang ditahan pada tegangan 31 – 10, 000 atm. Air sebagain besar bersifat non cairan, bergerak dalam bentuk uap dan tidak tersdia bagi tumbuhan.

• Klasifikasi biologi Kelembaban tanah • Klasifikasi biologi ditetapkan jenis air tanah agak berbeda. Perbedaan yang sama dalam beberapa perhatian. Ada tiga jenis air tanah dikenal dalam klasifikasi biologi; • Air berlebihan (superfluous water) ; adalah air pada tanah jenuh yang tidak berguna bagi tanaman biasa. Air itu berhubungan dengan air bebas. Air ini tidak berguna bagi tumbuhan karena berpengaruh buruk antara lain mengakibatkan keadaan aerasi yang buruk bagi akar tumbuhan, bakteri-bakteri amonifikasi, nitrifikasi N, serta pencucian hara ke lapisan yang lebh dalam atau keluar profil tanah.

• Air tersedia (Availability water) adalah total jumlah air yang ada dalam tanah pada kapasitas lapang dan titik layu permanen (atau antara p. F 2, 54 dan p. F 4, 2). Air ini tersedia bagi tanaman. Sebagain besar merupakan air kapiler. Apakah air ini tersedia dapat secara langgeng dapat diambil tumbuhan, bergantung kepada jenis tumbuhannya dan bagian profil tanah yang dijangkau akar. • Kenyataan menunjukan bahwa untuk pertumbuhan optimum, air sudah harus ditambahkan bila 50 sampai 85 % air tersedia telah habis terpakai. Air yang tersedia berada dekat p. F 2, 54 dinamakan air segera tersedia (air tersedia cepat), sedangkan air tersedia yang berada dekat tegangan kelembaban p. F 4, 2 dinamakan air tersedia lambat sehingga tidak bisa mengimbangi keperluan tumbuhan. • Air tak tersedia (unavailability water) adalah air yang dipegang pada lebih besar p. F 4, 2 atau jumlah air dibawah titik layu permanen. Air ini tidak tersedia bagi sebagian besar tanaman biasa. Air meliputi sebagian air kapiler dan seluruhnya air higroskopis. Air kapiler tersebut sebagian masih dapat diambil oleh tanaman tetapi jumlahnya terlalu sedikit untuk menghindari kelayuan, kecuali untuk tumbuhan daerah kering. Kegunaan air ini untuk bakteri dan jamur penting, tetapi pertumbuhannya tidak sebaik bila keadaan air lebih baik.

Potensial Air Tanah Berdasarkan dari banyak pengalaman dapat disimpulkan bahwa penetapan kadar air tanah belum cukup hanya menentukan seluruh status air dalam tanah saja, tetapi juga ada satu kebutuhan untuk menentukan beberapa sifat-sifat lain yang berhubungan dengan air tanah itu karena antara lain; Tanah yang telah diperlakukan dengan cara yang sama mempunyai kadar air yang berbeda (lihat Tabel 5. 8). Tanaman sering tumbuh secara berbeda pada tanah berbeda bahkan tanah itu mempunyai kadar air yang sama. Jika tanah dengan kadar air yang sama tetapi teksturnya berbeda ditempatkan dalam hubungan satu dengan lainnya, air biasanya akan mengalir dari tanah yang satu ke tanah yang lain. Pada umumnya, air akan mengalir dari tanah yang bertekstur kasar ke tanah yang bertekstur halus.

. Potensial air Tanah Total • Potensial air lebih mudah dimengerti jika kita memecahnya menjadi komponen-komponen potensial. Untuk potensial air, yw, kita tulis; • yw =yp +ys+ym • Dimana ; y w = Potensial air • yp = Potensial tekanan • y s = Potensial larutan (solute) • ym = Potensial matrik • Jika potensial gravitasi, y z , dikombinasikan dengan potensial air akan memberikan potensial air total, yt • y t = y w + y g.

• Semua potensial ditetapkan dengan menganggap satuan jumlah air; satuan potensial akan bergantung kepada cara kita menentukan satuan jumlah air. Satuan potensial sesuai dengan tiga metoda penentuan satuan jumlah air yang diberikan di bawah sistem SI (Standard International) adalah; . • Jika jumlah air dinyatakan sebagai massa, maka satuan potensial adalah ergs/gr. • Jika jumlah air dinyatakan sebagai volume, maka satuan potensial adalah dyne/cm 2 (sama dengan satuan tekanan). • Jika jumlah air dinyakatan dengan satuan berat, maka satuan potensial adalah cm air. • Konversi dari satu pasangan satuan ke satuan lain diselesaikan dengan mengalikan atau membagi dengan faktor konversi yang cocok.

Potensial Gravitasi -(yz ) • Berat adalah suatu metoda yang paling cocok dalam menentukan satuan air. Dalam hal ini , yz adalah perbedaan elevasi dari satu titik tertentu dan titik referensi. Jika titik tertentu itu diatas referensi, maka yz adalah posistif. ; jika titik itu berada di bawah referensi, maka yz adalah negetif. Jadi potensial gravitasi itu bebas dari sifat tanah; dan nilainya hanya bergantung kepada jarak vertikal antara referensi dan titik itu. Elevasi referensi biasanya dipilih tidak beraturan. ini membuat besaran potensial gravitasi hampir kurang berarti. Kita biasanya tertarik pada perbedaan potensial antara dua titik pada kasus dimana membuatnya tidak berbeda. dimana referensi yang dipilih

. Potensial Matrik, (ym ). • Potensial matrik dihubungkan dengan kekuatan penyerapan matrik tanah ( potensial matrik). Jika satuan jumlah air dinyatakan dengan berat, maka ym pada titik berada pada jarak vertikal antara titik itu dalam tanah dan permukaan air dari suatu manometer yang diisi dengan air dan dihubungkan pada titik tertentu pada tanah melalui cawan keramik (lihat Gambar 5. 6 a). • Potensial matrik dihubungkan dengan tarikan permukaan padatan terhadap air yang sama dengan tarikan antara permukaan molekul air sayu dengan lainnya. Potensial matrik juga dapat dinamakan potensial kapiler. • Potensial matrik merupakan suatu sifat dinamis tanah. Pada tanah jenuh, ym adalah nol. ( Dalam teori, ym adalah nol pada tanah jenuh; walaupun kejenuhan tanah jarang yang sempurna dan ym , yang dalam praktek mempunyai nilai negatif). Hillel (1980) menyatakan Potensial matrik dapat dirumuskan seperti persamaan 5. 10.

• ym = -1/ w. Im • y m = potensial matrik; w = BD air dan = Isapan matrik Im

• Dalam teori, potensial matrik dapat diukur dengan alat tensiometer yang terlihat pada Gambar 5. 6. •

• Suatu cawan keramik tak berkaca ditanamkan dalam tanah yang dihubungkan dengan manometer membentuk sebuah tensiometer. Potensial matrik air tanah pada cawan adalah jarak vertikal dari pusat cawan ke level air di manometer. Contoh situasi itu yang digambarkan, dimana ym = -15 cm.

Hg ym = - ZHg _____ + Z • w • Dimana ; Hg adalah kerapatan merkuri (BD) (13, 6 g/cm 3) dan w adalah kerapatan air (BD) (1, 0 gr/cm 3). Jadi rumus dapat ditulis ym = - 13, 6 ZHg + Z.

Potensial Tekanan (yp ). • Dibawah kondisi lapang, potensial tekanan , yp , menggunakan tanah hampir jenuh. Jika jumlah air dinyatakan atas dasar berat, kemudian , yp adalah jarak vertikal dari titik tertentu dalam tanah ke permukaan air dari sebuah piezometer yang dihubungkan dengan titik tertentu

Potensial Larutan (Solute) • Potensial larutan timbul karena adanya bahan-bahan terlarut seperti garam, dalam larutan tanah dan ada membran semi permeable dalam sistem. • Membran semi permeabel itu merupakan suatu bahan yang mengizinkan air mengalir tetapi tidak mengizinkan garam melewatinya. Pada sistem air tanah, ada dua memberan semi permeabel yang penting. • Dinding sel dalam akar; memberan itu tidak sempurna karena beberapa garam dapat melewatinya, sehingga masuk ke akar. • Ruang antar air tanah; merupakan memberan hampir sempurna.

Pengukuran Kadar Air dan Potensial Air Tanah Kadar air Tanah • Kadar air volume ditetapkan sebagai volume air yang dihubungkan dengan volume tanah kering, θv (biasanya 1 m 3). Kadar air dapat dibandingkan dengan kadar air massa (θm). Karena di lapang kita memperkirakan sistem perakaran sebagai eksplorasi kedalaman tanah tertentu, dan karena menyatakan curah hujan sebagai kedalaman air (umpama dalam mm hujan). Jadi sering dinyatakan dalam kadar air volumetrik sebagai rasio kedalaman (kedalaman air persatuan kedalaman tanah). Pengukuran kandungan air ini dapat dilakukan dengan metoda gravimetrik, blok tahanan listrik, penyebaran neutron, metoda penyerapan dengan sinar gamma, dan Time Domain Reflectometry • . Pengukuran

1. Metoda Gravimetrik • Metoda gravimetrik ini merupakan metoda pengukuran kandungan air langsung dan merupakan metoda yang standard untuk mengkalibrasikasn semua metoda pengukuran tidak langsung. Air ditentukan dari massa air terhadap massa tanah kering. Suatu contoh tanah lembab ditimbang kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 105 o C untuk selama 24 jam dan akhirnya ditimbang lagi. Kehilangan berat mewakili air tanah. • Metoda gravimetrik adalah metoda destruktif (contoh tanah harus dipindahkan untuk tiap pengukuran) dan tidak dapat diukur secara otomotis, oleh karena itu tidak cocok untuk memonitoring perobahan kandungan air tanah. Berberapa metoda pengukuran kelembanban tanah tidak langsung adalah tidak destruktif, mudah diukur secara otomotis dan sangat berguna di lapangan. • Kelemahan metoda ini; adalah banyak menemui kesalahan dalam pengukuran yang tak dapat dielakkan karena penentuan berat yang berulang-ulang pada periode waktu yang kurang dari 24 jam. Kesalahan dapat dikurangi dengan memperbanyak jumlah contoh tanah.

2. Metoda Blok Tahanan Listrik • Metoda ini menggunakan blok kecil dari gypsum, nilon, atau fiberglas berpori yang dipasang elektroda. Bila blok ditempatkan pada tanah lembab, maka blok akan menyerap air dalam proporsi yang sama dengan kadar air tanah. Tahanan untuk mengalirkan listrik antara elektroda yang dipasang berkurang secara proporsional. Keakuratan dan kisaran kadar air yang diukur dengan alat ini terbatas • Walaupun alat itu tidak mahal dan dapat digunakan untuk mengukur perobahan kadar air selama satu atau lebih musim pertumbuhan. Alat dapat dihubungkan dengan tombol elektronik dalam sistem irigasi yang dapat dihidup dan dimatikan secara otomatis pada level kelembaban tanah yang dipasang.

Blok Tahanan Listrik

3. Metoda Penyebaran neutron (Neutron Scattering Method) • Sebuah probe penyebaran neutron, yang direndahkan ke dalam tanah melalui tabung akses yang terpasang lebih dahulu mengandung sumber netron cepat dan sebuah detector untuk mencatat neutron lambat. Ketika neutron cepat bertumburukan dengan atom hydrogen (bagian dari molekul air), maka kecepatan neutron akan berkurang dan menyebar menjadi neutron lambat. Jumlah neutron lambat tercatat pada detector sama dengan kadar air tanah. Alat ini dikalibrasikan dengan kadar air tanah untuk jenis tanah tertentu, maka alat itu cocok dan memberikan hasil yang akurat untuk tanah mineral (Tabel 5. 8). Walaupun, pada tanah organik, metoda itu kurang tepat karena neutron bertubrukan dengan banyak atom hydrogen yang berkombinasi dengan bahan organik lebih suka daripada dalam air.

Neutron Probe

Metoda penyerapan dengan Sinar Gamma • • Penggunaan metoda ini dapat menentukan kadar air tanah dan bobot isi tanah setiap waktu pada kedalaman tanah yang kita inginkan. Alat ini terdiri dari dua bahagian yang terpisah yakni; Probe atau sumber neutron, biasanya probe ini mengandung Cesium radioaktif ( 137 Cs) yang selalu memancarkan sinar Gamma dengan energi 0, 661 me V (milli electron Volt). Detektor; alat untuk mencatat jumlah kilatan yang dihubungkan dengan fotomultiflier dan pre amplifier. Jika pemancaran sangat giat dan menyebar secara radial, ruangan antara sumber kosong dan jarak persatuan konstan, maka fraksi radiasi yang disebarkan akan diterima oleh detector. Banyaknya radiasi yang diterima akan bergantung kepada sudut perpotongannya, jaraknya dan ukuran dari satuan kilatan sinar tersebut. Dengan kata lain radiasi yang diterima bergantung ruang antara bahagian yang diisi dengan beberapa bahan, fraksi radiasi yang dicatat detector akan diserap dari massa bahan tadi (ketebalan bahan). Bahan yang ditempatkan antara sumber neutron dan detector adalah tubuh tanah yang konstan kerapatannya, maka intensitas radiasi yang dipindahkan akan bervariasi dengan perobahan kadar air tanah.

5. Time-Domain Reflectometry. • Suatu teknik yang relatif baru yang dikenal sebagai Time. Domain Reflectometry (TDR) mengukur dua parameter ; 1) Waktu yang menyebabkan getaran(gelombang) elektromagnetik bergerak turun pada dua kawat transmisi logam yang sejajar yang dibenamkan dalam tanah, dan 2) Derajat keluaran getaran sebagai dampaknya dengan tanah pada ujung dari garis itu. Waktu pemindahan dihubungkan dengan konstanta dielektrik tanah sebenarnya, yang mana pada putaran adalah prporsi jumlah air dalam tanah. Keluaran sinyal dihubungkan dengan level garam dalam larutan tanah. Jadi TDR ini dapat mengukur kelembaban dan salinitas tanah. • Gelombang TDR adalah portable (dimasukan ke dalam tanah untuk tiap pembacaan) atau dapat dipasang dalam tanah pada berbagai kedalaman dihubungkan dengan kawat pada sebuah kotak yang dihubungkan dengan pencatat data komputer untuk memonitor kandungan air tanah.

Time-Domain Reflectometry

Pengukuran Potensial Air Tanah • Metoda-metoda yang tersedia untuk mengukur potensial matrik sama dengan metoda pengukuran potensial air tanah. Untuk mengukur potensial matrik di lapang digunakan alat tensiometer dan di laboratorium sering menggunakan pressure plate apparatus dan sel ekstraksi tekanan udara. Total potensial air didapat dari pengukuran keseimbangan tekanan udara dari air tanah yang diukur dengan alat Thermocouple Psychrometer.

1. Tensiometer • Tensiometer terdiri dari cawan keramik berpori dan dihubungan dengan sebuah tabung ke manometer. Semua bagian tabung diisi air. Bila cawan keramik ditempatkan di dalam tanah untuk melakukan pengukuran, maka jumlah air yang ada di sisi cawan keramik menjadi penghubung hidrolik dan cendrung menyeimbangkan potensialnya dengan air tanah melalui pori-pori dinding keramik. Bila pada mulanya cawan kermik ditempkan di dalam tanah, maka air yang dikandung tensiometer biasanya bertekanan 1 atsmosfir. • Tekanan air tanah umumnya di bawah 1 atsmofir dan menggunakan isapan untuk mengeluarkan sejumlah air tertentu dari tensiometer, sehingga akan menyebabkan berada pada tekanan hidrostatikanya. Tekanan ditunjukkan oleh manometer atau tabuing yang berbentuk U yang diisi dengan air raksa atau manometer vakum.

Pengukuran Kadar Air dan Potensial Air Tanah • . Pengukuran Kadar air Tanah • Kadar air volume ditetapkan sebagai volume air yang dihubungkan dengan volume tanah kering, θv (biasanya 1 m 3). Kadar air dapat dibandingkan dengan kadar air massa (θm). Karena di lapang kita memperkirakan sistem perakaran sebagai eksplorasi kedalaman tanah tertentu, dan karena menyatakan curah hujan sebagai kedalaman air (umpama dalam mm hujan). Jadi sering dinyatakan dalam kadar air volumetrik sebagai rasio kedalaman (kedalaman air persatuan kedalaman tanah). Pengukuran kandungan air ini dapat dilakukan dengan metoda gravimetrik, blok tahanan listrik, penyebaran neutron, metoda penyerapan dengan sinar gamma, dan Time Domain Reflectometry

1. Metoda Gravimetrik • Metoda gravimetrik ini merupakan metoda pengukuran kandungan air langsung dan merupakan metoda yang standard untuk mengkalibrasikasn semua metoda pengukuran tidak langsung. Air ditentukan dari massa air terhadap massa tanah kering. Suatu contoh tanah lembab ditimbang kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 105 o C untuk selama 24 jam dan akhirnya ditimbang lagi. Kehilangan berat mewakili air tanah. • Metoda gravimetrik adalah metoda destruktif (contoh tanah harus dipindahkan untuk tiap pengukuran) dan tidak dapat diukur secara otomotis, oleh karena itu tidak cocok untuk memonitoring perobahan kandungan air tanah. Berberapa metoda pengukuran kelembanban tanah tidak langsung adalah tidak destruktif, mudah diukur secara otomotis dan sangat berguna di lapangan. • Kelemahan metoda ini; adalah banyak menemui kesalahan dalam pengukuran yang tak dapat dielakkan karena penentuan berat yang berulang-ulang pada periode waktu yang kurang dari 24 jam. Kesalahan dapat dikurangi dengan memperbanyak jumlah contoh tanah.

2. Metoda Blok Tahanan Listrik • Metoda ini menggunakan blok kecil dari gypsum, nilon, atau fiberglas berpori yang dipasang elektroda. Bila blok ditempatkan pada tanah lembab, maka blok akan menyerap air dalam proporsi yang sama dengan kadar air tanah. Tahanan untuk mengalirkan listrik antara elektroda yang dipasang berkurang secara proporsional. Keakuratan dan kisaran kadar air yang diukur dengan alat ini terbatas • Walaupun alat itu tidak mahal dan dapat digunakan untuk mengukur perobahan kadar air selama satu atau lebih musim pertumbuhan. Alat dapat dihubungkan dengan tombol elektronik dalam sistem irigasi yang dapat dihidup dan dimatikan secara otomatis pada level kelembaban tanah yang dipasang.

3. Metoda Penyebaran neutron (Neutron Scattering Method) • Sebuah probe penyebaran neutron, yang direndahkan ke dalam tanah melalui tabung akses yang terpasang lebih dahulu mengandung sumber netron cepat dan sebuah detector untuk mencatat neutron lambat. Ketika neutron cepat bertumburukan dengan atom hydrogen (bagian dari molekul air), maka kecepatan neutron akan berkurang dan menyebar menjadi neutron lambat. Jumlah neutron lambat tercatat pada detector sama dengan kadar air tanah. Alat ini dikalibrasikan dengan kadar air tanah untuk jenis tanah tertentu, maka alat itu cocok dan memberikan hasil yang akurat untuk tanah mineral (Tabel 5. 8). Walaupun, pada tanah organik, metoda itu kurang tepat karena neutron bertubrukan dengan banyak atom hydrogen yang berkombinasi dengan bahan organik lebih suka daripada dalam air.

Metoda penyerapan dengan Sinar Gamma • • Penggunaan metoda ini dapat menentukan kadar air tanah dan bobot isi tanah setiap waktu pada kedalaman tanah yang kita inginkan. Alat ini terdiri dari dua bahagian yang terpisah yakni; Probe atau sumber neutron, biasanya probe ini mengandung Cesium radioaktif ( 137 Cs) yang selalu memancarkan sinar Gamma dengan energi 0, 661 me V (milli electron Volt). Detektor; alat untuk mencatat jumlah kilatan yang dihubungkan dengan fotomultiflier dan pre amplifier. Jika pemancaran sangat giat dan menyebar secara radial, ruangan antara sumber kosong dan jarak persatuan konstan, maka fraksi radiasi yang disebarkan akan diterima oleh detector. Banyaknya radiasi yang diterima akan bergantung kepada sudut perpotongannya, jaraknya dan ukuran dari satuan kilatan sinar tersebut. Dengan kata lain radiasi yang diterima bergantung ruang antara bahagian yang diisi dengan beberapa bahan, fraksi radiasi yang dicatat detector akan diserap dari massa bahan tadi (ketebalan bahan). Bahan yang ditempatkan antara sumber neutron dan detector adalah tubuh tanah yang konstan kerapatannya, maka intensitas radiasi yang dipindahkan akan bervariasi dengan perobahan kadar air tanah.

5. Time-Domain Reflectometry. • Suatu teknik yang relatif baru yang dikenal sebagai Time-Domain Reflectometry (TDR) mengukur dua parameter ; 1) Waktu yang menyebabkan getaran(gelombang) elektromagnetik bergerak turun pada dua kawat transmisi logam yang sejajar yang dibenamkan dalam tanah, dan 2) Derajat keluaran getaran sebagai dampaknya dengan tanah pada ujung dari garis itu. Waktu pemindahan dihubungkan dengan konstanta dielektrik tanah sebenarnya, yang mana pada putaran adalah prporsi jumlah air dalam tanah. Keluaran sinyal dihubungkan dengan level garam dalam larutan tanah. Jadi TDR ini dapat mengukur kelembaban dan salinitas tanah. • Gelombang TDR adalah portable (dimasukan ke dalam tanah untuk tiap pembacaan) atau dapat dipasang dalam tanah pada berbagai kedalaman dihubungkan dengan kawat pada sebuah kotak yang dihubungkan dengan pencatat data komputer untuk memonitor kandungan air tanah.

Time-Domain Reflectometry

Pengukuran Potensial Air Tanah • Metoda-metoda yang tersedia untuk mengukur potensial matrik sama dengan metoda pengukuran potensial air tanah. Untuk mengukur potensial matrik di lapang digunakan alat tensiometer dan di laboratorium sering menggunakan pressure plate apparatus dan sel ekstraksi tekanan udara. Total potensial air didapat dari pengukuran keseimbangan tekanan udara dari air tanah yang diukur dengan alat Thermocouple Psychrometer.

1. Tensiometer • Tensiometer terdiri dari cawan keramik berpori dan dihubungan dengan sebuah tabung ke manometer. Semua bagian tabung diisi air. Bila cawan keramik ditempatkan di dalam tanah untuk melakukan pengukuran, maka jumlah air yang ada di sisi cawan keramik menjadi penghubung hidrolik dan cendrung menyeimbangkan potensialnya dengan air tanah melalui pori-pori dinding keramik. Bila pada mulanya cawan kermik ditempkan di dalam tanah, maka air yang dikandung tensiometer biasanya bertekanan 1 atsmosfir. • Tekanan air tanah umumnya di bawah 1 atsmofir dan menggunakan isapan untuk mengeluarkan sejumlah air tertentu dari tensiometer, sehingga akan menyebabkan berada pada tekanan hidrostatikanya. Tekanan ditunjukkan oleh manometer atau tabuing yang berbentuk U yang diisi dengan air raksa atau manometer vakum.

Menghitung Air Tanah • Sifat fisik tanah, termasuk kemampuannya menyimpan air, dihubungkan dengan fraksi atau prosentase total volume tanah yang ditempati oleh padatan dan fraksi atau prosentase ruang pori. Jumlah fraksi atau prosentase ruang pori yang ditempati oleh air dan fraksi atau prosentase yang mengandung udara adalah faktor yang sangat penting bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman (lihat Gambar 5. 3). • Konsep penghitungan air tanah dapat dinyatakan secara kuantitatif dengan menentukan porositas tanah dan kadar air tanah. Kadar air dapat dinyatakan atas dasar volume (volume air per satuan volume tanah lembab), atas dasar berat (berat air per satuan berat padatan tanah), atau atas dasar berat basah (berat per satuan berat tanah basah). Selanjutnya , kadar air juga dapat dinyatakan dengan prosentase, tetapi sering diberikan sebagai fraksi. Untuk mengkonversi antara satuan berat dan satuan volume, digunakan kerapatan tanah. Oleh karena itu kerapatan tanah juga harus ditentukan

Kadar air massa dan kadar air volume dihubungkan oleh persamaan 5. 3. • v = _______ m • w b

Moisture effects on nutrient availability • Deficiency • Reduced microbial activity • Reduced mass flow delivery of nutrients • Reduced plant metabolism – Excess • Denitrification of nitrate-N • Reduced aeration lowers K uptake

Kurva energi-Kadar air Tanah. • Jika tingkat energi air tanah pada berbagai tingkat kadar air tanah ditetapkan, maka didapatkan kurva hubungan tegangan (energi air tanah) dengan kadar air tanah. Gambar 5. 5. memperlihatkan contoh kurva pada berbagai tekstur tanah. • Kurva tegangan-kadar air tanah tersebut menunjukan perubahan berangsur antara dua titik ekstrim. Jadi sebenarnya tidak mungkin membuat pemisahan yang jelas klasifikasi air tanah atas dasar unit energi (tegangan). • Dari Gambar 5. 5 dapat ditelaah bahwa bentuk kurva berbeda-beda antara tekstur tanah. Tanah bertekstur halus menahan air lebih banyak pada seluruh selang energinya dibandingkan dengan tanah bertekstur kasar. Hal ini disebabkan karena tanah bertekstur halus mempunyai bahan koloidal, ruang pori dan permukaan adsortif yang lebih banyak.

• Menurut Tan (1994) Nilai tegangan kelembaban air di dalam tanah (cm air) berkisar dari 0 sampai 10. 000 cm. Tegangan kelembaban 0 cm menunjukkan tidak ada tegangan yang ditunjukan oleh adanya kelebihan air dalam tanah. Tegangan kelembaban 10. 000 cm berarti air dipegang tanah dengan kekuatan sangat besar, dengan kata lain tidak banyak air dalam tanah (tanah kering) Satuan cm air dapat dikonversi menjadi bar dengan membagi 1000. • 0 cm air = 0/1000 bar = 0 bar • 10. 000 cm air = 10. 000/1000 = 10. 000 bar • Satuan p. F juga diturunkan dari tegangan kelebaban dalam cm air dengan mengambil logaritma sebagai berikut • p. F = log tinggi cm air (5. 12) • • Nilai maksimum untuk cm air digunakan dalam persamaan logaritma adalah tegangan kelembaban 1 cm ; p. F = log 1 = 0. Nilai maksimum adalah p. F = log 10. 000 = 7 • PF adalah sifat tanah yang unik dalam menyatakan kandungan air (kelembaban), ataupun menggunakan atm atau bar. Istilah p. F adalah log isapan matrik bila isapan itu dinyatakan dalam cm air, jadi log negatif potensial matrik atas dasar berat.

Status Kadar Air Tanah • Status kadar air tanah paling baik dinyatakan dalam istilah potensial air (PF ), karena kandungan air yang sama pada tanah yang berbeda mempunyai derajat ketersediaan air yang berbeda pula. Tanah lempung mengandung air 20 % volume akan menjadi kering, sedangkan pada tanah pasir dengan kandungan 20 % volume, tanah akan dibasahi sampai basah.

a. Kapasitas lapang ( KL) • Jumlah air maksimum yang mengering secara bebas dipegang secara biasa dinamakan kapasitas lapang ( KL). KL terjadi pada waktu hujan dan setelah drainase bebas terhenti. Kapasitas lapang merupakan kadar air yang unik pada keadaan dimana tanah mencapai dan memelihara kandungan airnya setelah tanah dibasahkan dibiarkan mengering bebas untuk satu atau dua hari. Karena sebahagian besar tanah tidak mengering pada kadar air tetap dan kemudian menjaganya secara tidak tetap, kapasitas lapang merupakan suatu konsep yang diidealisasikan.

Gambar 5. 6. Kadar air volume dari tanah yang diidealkan dua tanah sebagai fungsi dari waktu penjenuhan. Tanah yang diidealkan mencapai kapasitas lapang setelah 1. 5 hari. Tanah 1 mempunyai kapasitas lapang lebih baik, sedangkan tanah 2 masih mengering setelah 5 hari.

Oleh karena itu banyak prinsip ini harus dimodifikasi bila dipakai pada tanah yang mengembang. Jumlah kandungan air kapasitas lapang bergantung pada : • . a. Distribusi partikel tanah; partikel tanah yang halus mempunyai permukaan spesifik lebih besar dan lebih banyak air diserap. • b. Struktur tanah. Lebih banyak pori-pori halus lebih tinggi kandungan air kapiler. • c. Kandungan bahan organik; mempunyai pengaruh spesifik lebih tinggi dan pori lebih porous, lebih tinggi kadar air. • d. Jenis koloid; Koloid humus memegang banyak air dari koloid liat. • Humat> humin>fulvat • Liat yang mengembang (monmorillonit>vermikulit>mineral transisi) lebih banyak memegang air daripada mineral liat yang tak mengembang (illit>khlorit>kaolinit). • e. Jenis kation terserap; Perbedaan hidrasi antara kation tersebut yang mengakibatkan perbedaan pada kandungan air kapasitas lapangnya. • Na>K >Mg>Ca

Klasifikasi Air Tanah • Beberapa nilai kelembaban tanah sering dinamakan kontanta kelembaban tanah yang telah diperkenalkan pada derajat relatif tegangan kelebaban tanah. Konstanta kelembaban tanah berkisar dari jenuh sampai kering oven. • Klasifikasi air tanah seperti tertera pada Tabel 5. 7.

Tabel 5. 7. Kontanta kadar air tanah Konstanta Kelembaban Cm Air (H 2 O) tanah Bars PF Kapasitas retensi maksimum 0 0 0 Kapasitas lapang 346 0, 3 2, 54 Keseimbangan kelembaban 100 1 3 Ttitk layu 15849 15 4, 2 Koefisien higroskopis 31623 31 4, 5 Tanah kering udara 1 x 106 1000 6 Tanah kering oven 1 x 107 10. 000 7

Controlling excess water • Surface water – Structures to safely remove water (e. g. diversions, waterways) – Surface inlets to drain tile (e. g. risers, curtain drains) – Land forming on soils with poor internal drainage • Soil water – Drain tile: Soil must be saturated for water to enter tile – Requires an outlet or ditch to connect to surface water channel

Water movement in soils – Saturated conditions: Water moves in response to gravity. Most moves downward through large pores. – Unsaturated conditions: Water moves in any direction in response to a moisture gradient (wet to dry). – Textural layers impede movement.

Texture • Relative proportion of sand, silt, and clay that lends a distinct feel to the soil – Relative size difference – Clay particles have greatest effect on soil management – Heavy soil relates to power required for tillage – Hand texture

Properties of sand, silt, and clay-sized soil particles Particle size Physical properties Coarse sand Loose, non-sticky, gritty Fine & very fine sand Loose, non-sticky 5, 000 acres Coarse, medium, fine silts Smooth and floury, slightly sticky 50, 000 acres Coarse, medium, fine clay Sticky and plastic when wet; hard and cohesive when dry a. Includes Surface area of soil particles in an acre plowed 7 in. deep 500 acres 25, 000 acresa both external surfaces and surfaces between crystal plates.

Soil texture is difficult to change • 2 million pounds/acre-plow layer (1000 tons) • Example: – Change a clay (50% clay, 30% silt, 20% sand) into a loam (20% clay, 30% silt, 50% sand) – Add 300 ton sand/acre ? ? – End up with a clay loam (40% clay, 20% silt, 40% sand – Only part of the story - particles must aggregate

Bulk density • • • Mass of soil/volume of soil (g/cc) Water = 1 g/cc (62. 4 lb/ft 3) Affected by texture Modify by tillage (short term) Enhance aggregation

Relationship between soil texture, bulk density, and pore space Soil texture Sand Bulk density Pore space ----g/cc------%----1. 6 39 Loam 1. 3 50 Silt loam 1. 2 54 Clay 1. 1 58 0. 7 -1. 1 variable Muck and Peat

Aeration • Affected by texture and structure • Provides O 2 to roots and soil microorganisms • Important for nutrient uptake and nutrient transformations • Associated with soil porosity and drainage

Structure • The arrangement of primary soil particle into aggregates of a definite shape and size – Affects water movement, root growth, aeration – Destroyed by traffic abuse, raindrop impact, or high sodium – Not found in sand or loamy sand – Particles attached by a combination of clay surface effects, humus, bacterial secretions, iron, and aluminum oxides

Structure type § Granular = surface §Platy = between surface and subsoil §Blocky = upper subsoil §Prismatic or columnar = deep subsoil

Soil tilth Tilth is the physical condition of the soil with respect to plant growth A soil is ~ 50 % solid and 50 % pore space Ø ~95 % of the solid is mineral; the rest is organic Ø ~50 % of the pore space is air-filled, the rest is wa Tilth is affected by soil type and management

Improving structure – Traffic management – Limit load – Stay off wet soils – Rotating to forage legumes/sod crops – Organic additions – Natural effects

Physical or chemical destruction of structure – Caused by force (usually wheel traffic) – Crushes and rearranges aggregates – Sodium additions disperse clay – Reduces porosity – Increases root penetration resistance and can affect nutrient uptake – Symptoms include irregular or stunted growth, nutrient deficiency, poor internal drainage

Soil compaction defined Compression of the soil from an applied force that first rearranges and then destroys aggregates increasing bulk density and reducing porosity • Wheel traffic from field operations • Tillage • Livestock

Load Moisture Structure Strength Tillage History Texture Soil compacts when load-bearing strength of soil is less than load being applied.

“Compactability” influenced by water content • Varies by soil • Maximum near field capacity • Dry soil has more strength • Saturated soil not as compactable Proctor Test Results

Compaction is a process Db = 1. 0 Db = 1. 3 • Large aggregates • Loose condition • Many large pores • Well aerated • Just after tillage • Few large pores • Firm condition • Moderate aeration • Typical silt loam • Following normal traffic Db = 1. 6 • Very tight, compact • No large pores • Small pores are water-filled • Crushed aggregates

Which is worse – pressure or load? High PSI, but small load Low PSI, but large load THE GREATER THE LOAD THE DEEPER THE COMPACTION EFFECT

There really are days you shouldn’t be in the field !

Most compaction occurs in the first pass • Plano silt loam • Soil near field capacity (34 – 38%) • 2007 NT w. wheat 2006 NT corn silage following alfalfa • Chisel vs. None • No traffic or 1, 2, 4, and 6 passes with a 14. 5 ton combine • 6 measurements per treatment Arlington Evaluation

Effect of number of wheel traffic passes on soil compaction Chisel Plowed Not Plowed

Quantifying compaction • CROP AND SOIL SYMPTOMS • PENETRATION RESISTANCE – Moisture dependent – No absolute value – Note depth and relative force – Compare good and bad areas • BULK DENSITY – Mass per volume – Calculate porosity – Texture dependent

“Cloddy” soil following corn silage harvest

Cloddiness re-defined

Stunted, uneven growth is often the first symptom

The shovel is an excellent diagnostic tool

Excavated plow layer

Measuring penetration resistance Hand-held penetrometer Soil probe

Measuring parental patience CU Italian Major May 2007

Constant-rate recording penetrometer Response of a Plainfield sand to compaction and deep tillage, Hancock, Wis.

Conventional tillage can remove shallow compaction PENETROMETER RESISTANCE FOLLOWING TILLAGE OF A “LIGHTLY” COMPACTED SILT LOAM SOIL Arlington, Wis. , 2002 (6 t vehicle)

Don’t count on mother nature to correct compaction Wadsworth Trail, Minnesota Sharratt et al. , 1998

Guidelines for managing compaction: 1. Stay off wet soils

Guidelines for managing compaction: 2. Control traffic – No shortcuts

Guidelines for managing compaction: 3. Limit load weight – Practical considerations

Tips for building and maintaining the soil physical condition • Be kind to your soil - avoid compaction – Control traffic, stay off wet soil, limit load • Limit “recreational tillage” • Incorporate organic residues – Beware of weed seeds – C: N of material • Grow the best crop you can – Soil test and add lime and recommended nutrients – Maintain plant health and control pests