Konsep Evapotranspirasi dan Metode Perhitungannya serta Pengukuran Menggunakan Lysimeter

Climate4life.info - Konsep Evapotranspirasi dan Metode Perhitungannya serta Pengukuran Menggunakan Lysimeter

Evapotranspirasi merupakan salah satu bagian dalam siklus hidrologi yang berperan dalam mengembalikan air ke atmosfer.

Proses ini penting dalam hidrologi dan juga perhitungan kebutuhan air bagi tanaman.

Namun menurut USGS terdapat perbedaan konsep evapotranspirasi dalam pengertian hidrologi yang berkaitan dengan neraca air dan evapotranspirasi dalam aplikasi pada kebutuhan air tanaman¹. 

• Konsep kesesuaian iklim untuk tanaman
• Bagaimana iklim memengaruhi pertumbuhan dan produksi tanaman
• Mengenal Climate Smart Agriculture - konsep pertanian berwawasan iklim

Berikut adalah pembahasan mengenai konsep, metode perhitungan dan pengukuran serta ulasan alat Lysimeter sebagai alat ukur evapotranspirasi. 

Pengertian Evapotranspirasi

Evapotranspirasi (ET) menyatakan jumlah total air yang masuk kembali ke atmosfer melalui proses evaporasi (E) dan transpirasi (T). 

Evaporasi merupakan penguapan dari permukaan air di bumi seperti danau, laut, sungai, genangan air dan badan air lainnya².

Definisi ini merupakan merupakan definisi evapotranspirasi secara umum yang digunakan dalam konsep hidrologi.

Transpirasi sendiri adalah penguapan yang berasal dari tanaman sebagai akibat dari proses respirasi dan fotosintesis. Secara teknis transpirasi merupakan  pergerakan air dari dalam tanah melalui bulu-bulu akar tanaman.

Air tersebut kemudian masuk ke jaringan vaskular maupun jaringan lain kemudian keluar dari tanaman melalui jaringan stomata atau kutikula kemudian menuju ke atmosfir¹.

Proses berkurangnya air akibat evapotranspirasi ini merupakan salah satu bagian yang sangat penting dalam pengelolaan hidrologi.

Evaporasi akan memengaruhi debit sungai,  besarnya kapasitas waduk, besarnya kapasitas pompa untuk irigasi, penggunaan konsumtif untuk tanaman dan lain-lain³.

• Kekeringan meteorologis dan hidrologis

Penelitian telah mengungkapkan bahwa transpirasi menyumbang sekitar 10 persen dari kelembapan di atmosfer. 

Adapun evaporasi yang merupakan proses penguapan dari lautan  dan badan air lainnya (danau, sungai, aliran) kontribusinya hampir 90 persen, yang juga ditambah sejumlah kecil berasal dari sublimasi (es berubah menjadi uap air tanpa terlebih dahulu menjadi cair)¹.

Dalam kaitan kebutuhan air bagi tanaman, evapotranspirasi didefinisikan sebagai banyaknya air yang dipergunakan untuk proses pertumbuhan tanaman (transpirasi) dan evaporasi dari tanah/air sebagai tempat tumbuhnya tanaman tersebut⁴.

• Konsepsi pengamatan fenologi tanaman sebagai bagian tupoksi stasiun klimatologi

Evapotranspirasi Potensial dan Aktual

Evapotranspirasi dalam konsep kebutuhan air dan tanaman ini, berdasarkan faktor yang berperan dibedakan menjadi evapotranspirasi potensial (ETp) dan evapotranspirasi aktual (ETa)³. 

Evapotranspirasi potensial (ETp) adalah evapotranspirasi yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan air guna pertumbuhan tanaman tanpa sedikit pun kekurangan air⁵.

ETp terjadi ketika air tanah tidak terbatas dan tanaman berada dalam tahap pertumbuhan aktif dengan penutup tanah penuh. Tingkat ETp untuk jenis tanaman tertentu biasanya bergantung pada kondisi meteorologi³.

Evapotranspirasi aktual (ETa) yang disebut juga penggunaan air konsumtif.

Merupakan jumlah air sesungguhnya yang hilang selama pertumbuhan tanaman dengan penguapan dari permukaan tanah dan oleh transpirasi oleh tanaman itu sendiri, sesuai dengan persediaan air atau kelembapan tanah yang ada¹³.

ETa umumnya dipengaruhi oleh faktor fisiologi tanaman dan unsur tanah³. 

Lebih lanjut menurut FAO⁹, evapotranspirasi potensial (ETp) terbagi menjadi:

• evapotranspirasi standar (ETo), 
• evapotranspirasi tanaman standar (ETc), dan
• evapotranspirasi tanaman di bawah kondisi yang tidak standar (ETc adj). 

Hubungan faktor meteorologi, lingkungan dengan jenis evapotranspirasi di atas sebagaimana dijelaskan FAO⁹ pada gambar berikut.

Evapotranspirasi standar

Evapotranspirasi tanaman standar (ETc)

Evapotranspirasi tanaman di bawah kondisi yang tidak standar

Menurut FAO⁴ pada situasi tertentu Evapotranspirasi aktual (ETa) dapat mencapai level evapotranspirasi potensial (ETp) yaitu jika persediaan air tanah selalu ada atau tidak terbatas. 

Memperkirakan ETa lebih rumit daripada ETp karena beberapa faktor memainkan peran yang saling berinteraksi. 

ETa dapat ditentukan secara langsung dengan pengambilan sampel tanah secara periodik dan kemudian melalui pengeringan oven. Perubahan dalam air tanah oleh tanaman yang tumbuh diikuti dan penipisan lapisan dipelajari dalam zona akar tanaman yang efektif. 

Tentunya ini adalah proses yang sangat panjang dan dan bergantung pada ketelitian pengambilan sampel.

Adapun ETp sendiri dapat dihitung dari parameter meteorologi seperti suhu, radiasi, kecepatan angin, kelembaban. Beberapa pihak memberikan rekomendasi formula berbeda untuk menghitung ETp.

Tidak ada formula yang cocok pada semua kondisi. Beberapa metode yang telah dimutakhirkan masih membutuhkan kumpulan data meteorologi yang rumit yang tidak selalu tersedia. 

Kemudian biaya pemasangan dan pengoperasian peralatan, waktu yang diperlukan dalam pemrosesan data dan variasi tanaman yang ditanam membuatnya tidak mungkin untuk menggunakan dan menerapkan formula ini dalam kegiatan pertanian sehari-hari.

Selanjutnya FAO⁹ menyebutkan  konsep evapotranspirasi acuan yang diberi notasi ETo.

Konsep ini digunakan untuk menjelaskan laju penguapan dari tanaman tertentu secara indenden pada permukaaan bumi yang luas dan ditumbuhi rumput hijau setinggia 8-15 cm yang tidak kekurangan air.

Evapotranspirasi acuan (ETo) ini dianggap sama dengan evapotranspirasi potensial pada tanaman rujukan yaitu rumput hijau dan pendek¹³.

Faktor-faktor yang Memengaruhi Evapotranspirasi

FAO⁴ menyebutkan laju kehilangan air dari permukaan bumi oleh proses evapotranspirasi ditentukan tiga faktor utama yaitu karakteristik tanaman meliputi tingkat penutupan tanah oleh tanaman dan tahap pertumbuhan tanaman,  ketersediaan air di tanah; dan parameter meteorologi atau laju evaporasi.

1. Karakteristik Tanaman

Karakteristik tanaman seperti perbedaan jenis vegetasi memengaruhi jumlah evapotranspirasi secara signifikan. Di dalam tanaman air ditranspirasikan melalui daun yang mengalir dari akar.

Tumbuhan yang akarnya menancap dalam ke bawah tanah mentranspirasikan air lebih banyak. 

Tanaman kecil seperti semak umumnya mentranspirasikan air lebih sedikit dari tanaman berkayu karena semak akarnya tidak sedalam tanaman kayu. Juga daun tanaman semak tidak mencapai tinggi seperti tanaman kayu.

Tanaman konifer meski memiliki daun yang tidak lebar, dapat memiliki nilai transpirasi yang lebih tinggi dari tanaman berdaun lebar, terutama di periode dormansi dan awal musim semi⁶. 

2. Ketersediaan Air Tanah

Tanah merupakan reservoir utama untuk air pada daerah tangkapan air. Tingkat kelembaban tanah meningkat ketika  curah hujan yang cukup untuk melebihi kehilangan evapotranspirasi dan drainase ke sungai dan air tanah. 

Ketersediaan air tanah umumnya habis selama musim kemarau ketika tingkat evapotranspirasi tinggi. 

3. Parameter meteorologi

Parameter meteorologi yang berperan dalam proses evapotranspirasi antara lain:

Radiasi matahari

Sebagai sumber energi yang memanaskan air, tanah dan tanaman. Panas tersebut akan menguapkan air secara langsung sebagai proses evaporasi.

Pada tanaman, saat daun menerima radiasi, suhu akan naik dan stomata daun akan terbuka. Ketika stomata terbuka, kehilangan air dari daun berlangsung⁷.

Angin

Berperan secara mekanis mengangkat air dari permukaan bumi dan juga dari permukaan daun pada tanaman kemudian terdistribusi ke udara.

Kelembapan udara

Semakin rendah kelembapan maka udara akan semakin besar menampung uap air yang berasal dari permukaan air dan tanaman.

Suhu

Tingkat transpirasi naik ketika suhu naik, terutama selama musim tanam, ketika udara lebih hangat karena sinar matahari yang lebih kuat dan massa udara yang lebih hangat¹.

Suhu yang lebih tinggi menyebabkan sel-sel tumbuhan yang mengontrol bukaan (stoma) tempat air dilepaskan ke atmosfer untuk membuka, sedangkan suhu yang lebih dingin menyebabkan bukaan menutup.

Pengukuran dan Pendugaan Evapotranspirasi

Evapotranspirasi dapat diukur secara langsung menggunakan alat yang disebut Lysimeter, akan dibahas pada bagian selanjutnya. Pengukuran evapotranspirasi menggunakan Lysimeter dianggap merupakan metode paling andal².

Lysimeter umumnya terdapat pada stasiun klimatologi akan tetapi kerapatan jaringan stasiun klimatologi dan juga yang memiliki alat ukur evapotranspirasi Lysimeter tidak sebanding dengan sebaran wilayah yang membutuhkan data evapotranspirasi tersebut.

Beberapa ahli kemudian mengembangkan metode untuk menghitung evapotranspirasi berdasarkan perhitungan matematis menggunakan data meteorologi dan parameter terkait lainnya.

1. Metode Penman-Monteith FAO

FAO merekomendasikan metode Penman-Monteith⁸ untuk menghitung evapotranspirasi, dengan rumus sebagai berikut:

di mana:

• ETo : Evapotranspirasi acuan (mm/hari),
• Rn : Radiasi netto pada permukaan tanaman (MJ/m²/hari),
• G : Kerapatan panas terus-menerus pada tanah (MJ/m²/hari),
• T : Temperatur harian rata-rata pada ketinggian 2 m (°C),
• u₂ : Kecepatan angin pada ketinggian 2 m (m/s),
• e_s : Tekanan uap jenuh (kPa),
• e_a : Tekanan uap aktual (kPa),
• g  : Konstanta psychrometric (kPa/°C)
• D : Kurva kemiringan tekanan uap (kPa/°C),

Metode ini memberikan pendugaan evapotranspirasi yang paling akurat akan tetapi model ini kompleks karena memerlukan data pengamatan meteorologi yang banyak, sebagaimana terlihat pada rincian paramater rumus di atas.

Beberapa kajian menyebutkan perhitungan evapotranspirasi dengan metode ini mencapai korelasi 0,93 terhadap hasil pengukuruan Lysimeter.

2. Metode Blaney-Criddle

Metode ini cukup sederhana guna menghitung evapotranspirasi pada berbagai tanaman berdasarkan data suhu, jumlah jam siang hari dan koefisien tanaman empiris.

Umumnya digunakan pada daerah yang luas dengan iklim kering dan sedang. Persamaannya sebagai berikut¹²:

     ETo = p (0,46.Tmean+ 8,13)

di mana:

• p = persentase harian siang hari rata-rata tahunan
• Tmean = suhu rata-rata harian

3. Metode Thornthwaite

Perhitungan evapotranspirasi dengan metode Thornthwaite cukup sederhana hanya menggunakan data suhu rata-rata bulanan.

Metode ini digunakan di Amerika bagian Tengah dan Timur di mana kondisi iklimnya yang relatif basah¹⁴.

Rumusnya sebagai berikut¹⁰:

     e = 1,6 (10t/I)a

di mana:

• e = Evapotranspirasi  acuan (ETo)
• t = temperatur udara rata-rata bulan
• I = heat index tahunan atau musiman
• a = koefisien tempat

4. Metode Panci Penguapan

Tergolong metode paling sederhana untuk diterapkan pada sebuah stasiun klimatologi karena hanya membutuhkan data penguapan dari panci penguapan.

     

     ETo = Kpan x Epan

di mana:

• Kpan = koefisien panci, untuk panci penguapan kelas A, nilai KC berkisar 0,35 - 0,85 dengan umum digunakan adalah 0,70¹⁰.
• Epan = penguapan harian dari panci penguapan (mm).

Berbagai metode perhitungan evapotranspirasi dapat dibaca secara lengkap pada:
https://ustadzklimat.blogspot.com/2019/04/menentukan-evapotranspirasi-dengan.html alert-success

Lysimeter, Alat Ukur Evapotranspirasi

Apa itu Lysimeter

Sebagaimana disebutkan sebelumnya, menurut Britanica², menghitung besarnya evapotransprasi yang paling andal adalah menggunakan Lysimeter.

Menurut FAO⁴ Lysimeter adalah metode yang menyediakan informasi lengkap tentang semua komponen neraca air.

Lysimeter dapat digunakan tidak hanya untuk mengukur evapotranspirasi tetapi juga untuk memeriksa rumus empiris untuk menghitung ET.

Pada dasarnya evapotranspirasi yang dihasilkan menggunakan lysimeter adalah evapotranspirasi potensial¹³.

Lysimeter sendiri adalah sebuah wadah besar berisi tanah dengan tanaman atau tanpa tanaman yang tumbuh di atasnya. 

Di dalam lysimeter dilengkapi saluran untuk air masuk dan keluar untuk menghitung jumlah air masuk ataupun air yang hilang.

Lysimeter ditempatkan pada taman alat stasiun klimatologi.
Baca: Standar taman alat pada stasiun klimatologi di Indonesia alert-info

Desain Lysimeter

Ada berbagi tipe lysimeter, yang dipakai secara umum dalam operasional stasiun klimatologi BMKG adalah jenis lysimeter drainase sederhana⁶, dengan desain dan spesifikasi seperti tersaji berikut.

Desain lysimeter BMKG

Lysimeter drainase BMKG terbuat dari plat baja di mana:

• 1 = pipa udara
• 2 = rumput atau tanaman
• 3 = pipa untuk menyedot air
• 4 = dinding lysimeter
• 5 = lapisan kasa atau kawat
• 6 = kerikil dengan ukuran 2-3 cm

Susunan tanah dalam lysimeter tersebut harus diusahakan sama dengan susunan tanah dengan sekitarnya.

Cara mendapatkan nilai evapotranspirasi yaitu dengan menggunakan rumus:

      

      EP =  H + S-Pk - P,

di mana:

• EP = Evapotranspirasi (potensial)
• H = Curah hujan
• S = Air siraman
• Pk = Air perkolasi
• P = Jumlah air untuk penjenuhan tanah sampai tercapai kapasitas lapang

Dalam prakteknya P diisi = 0, karenanya  nilai EP yang diperoleh merupakan nilai evapotranspirasi potensial (ETp). Jika nilai P diisi dengan nilai tertentu maka EP yang dihasilkan menjadi nilai evaporasi aktual (ETa)¹³.

Tatacara Pengamatan Lysimeter

Prosedur pelaksanaan pengamatan Lysimeter⁶ adalah sebagai berikut:

• Pengamatan dilakukan setiap hari pukul 17.00 waktu setempat,
• Curah hujan adalah akumulasi hujan mulai pukul 17 waktu setempat kemarin sampai dengan pukul 17.00 hari ini,
• Air siraman adalah volume air (yang dikonversi menjadi tinggi air) yang disiramkan pada hari kemarin. Jika dalam 24 jam terjadi hujan, maka pada hari pengamatan tidak perlu lagi dilakukan penyiraman,
• Air perkolasi adalah volume air (yang dikonversi menjadi tinggi air) yang berhasil disedot pompa pada saat pengamatan
• P diisi "0"
• Semua nilai tersebut dimasukkan pada rumus di atas yang hasilnya menjadi nilai EP pada hari pengamatan tersebut.

Demikian uraian mengenai konsep dan juga metode perhitungan evapotranspirasi serta cara pengukurannya menggunakan lysimeter.

Referensi

Referensi mengenai Konsep Evapotranspirasi, Metode Perhitungannya serta Pengukurannya dan Lysimeter selaku alat ukur Lysimeter ini bersumber dari:

1. USGS: Evapotranspiration and the Water Cycle
2. Evapotranspiration: https://www.britannica.com/science/hydrologic-sciences/Groundwater
3. Reyna Prachmayandini: Skripsi - Perhitungan Evapotranspirasi Menggunakan Citra Modis
4. FAO: http://www.fao.org/3/X5560E/x5560e03.htm#1.5%20evapotranspiration
5. RSNI T-01-2004: Tata cara penghitungan evapotranspirasi tanaman acuan dengan metode Penman-Monteith
6. BMKG: Pengamatan dan Pengelolaan Data Iklim di Lingkungan BMKG; Perka No.4 - 2016
7. https://www.academia.edu/8589420/METODE_PENMAN_MONTEITH
8. http://www.fao.org/3/x0490e/x0490e08.htm
9. http://www.fao.org/3/x0490e/x0490e04.htm
10. https://www.slideshare.net/OmerMAhmed/solar-radiation-and-evapotranspiration-75076174
11. https://www.kean.edu/~csmart/Hydrology/Lectures/Evaporation_pan.pdf
12. https://www.academia.edu/9592493/SOAL_I_EVAPOTRANSPIRASI
13. Gusti Rusmayadi: Pertanian dalam bayang-bayang iklim ekstrem
14. https://ustadzklimat.blogspot.com/

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan dan digunakan untuk operasional blog ini.

Jika menurut anda artikel ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?