Mengevaluasi sifat hidrolik tanah terpilih pada berbagai jenis penggunaan lahan di Pabrik Gula Perkebunan Arjo-Dhidhessa, Ethiopia Barat

Abstrak
Studi ini menyelidiki dampak jenis penggunaan lahan dan kedalaman tanah terhadap sifat hidrolik tanah di Pabrik Gula Arjo-Dhidhessa Estate, Ethiopia Barat. Sampel tanah (15 komposit) dikumpulkan dari lima jenis penggunaan lahan (lahan bera, lahan pertanian, lahan irigasi, lahan hutan, dan lahan semak belukar) di tiga kedalaman tanah (0–30, 30–60, dan 60–90 cm). Laju infiltrasi lapangan diukur menggunakan infiltrometer cincin ganda. Studi ini menunjukkan variasi yang signifikan dalam sifat hidrolik tanah, di mana lahan hutan menunjukkan kinerja yang lebih tinggi, dengan kapasitas lapangan tertinggi (51,46%), kapasitas menahan air yang tersedia (21,23%), dan kadar air tanah (23,74%). Sebaliknya, lahan irigasi menunjukkan laju infiltrasi terendah (19,6 cm/jam) dan serapan (75,3 cm/jam), yang kemungkinan terkait dengan pemadatan tanah dan penipisan nutrisi. Sifat hidrolik tanah juga bervariasi menurut kedalaman, menunjukkan retensi air dan infiltrasi yang berkurang di lapisan yang lebih dalam (60–90 cm). Hasil ini menggarisbawahi pentingnya strategi pengelolaan lahan yang beragam untuk mengoptimalkan kesehatan tanah dan pengelolaan sumber daya air. Mengintegrasikan praktik hutan dan semak belukar dapat meningkatkan kandungan organik dan memperbaiki komposisi tanah. Lebih jauh, penerapan teknik pengelolaan seperti pengolahan tanah konservasi dan penanaman kembali dapat mengurangi kehilangan dan pemadatan tanah, sehingga mendorong produksi pertanian berkelanjutan. Studi ini menunjukkan peran penting penggunaan lahan dalam membentuk sifat hidrolik tanah. Temuan ini menganjurkan praktik pengelolaan lahan yang memprioritaskan kesehatan tanah dan retensi air, khususnya melalui integrasi elemen hutan dan semak belukar. Dengan mengadopsi strategi ini, pembuat kebijakan dan pengelola lahan dapat mendorong keberlanjutan pertanian jangka panjang dalam menghadapi transformasi lahan yang sedang berlangsung.

Ringkasan Bahasa Sederhana
Studi ini menyelidiki bagaimana berbagai jenis penggunaan lahan, seperti lahan pertanian, lahan terlantar, hutan, dan lahan irigasi, memengaruhi sifat hidrolik tanah. Temuan tersebut mengungkapkan bahwa lahan hutan memiliki sifat hidrolik tanah yang unggul, termasuk kapasitas lapang yang lebih tinggi (51,46%) dan kapasitas menahan air yang tersedia (21,23%). Studi ini menekankan betapa pentingnya metode pertanian berkelanjutan untuk menjaga persediaan air dan kesehatan tanah. Studi ini menunjukkan bahwa pengolahan tanah konservasi meningkatkan retensi air dan mengurangi erosi tanah. Menurut studi tersebut, serapan dan transmisivitas menurun secara signifikan di lahan irigasi, yang menunjukkan tantangan termasuk penipisan nutrisi dan pemadatan tanah.

Singkatan
AWHC
kapasitas penampungan air yang tersedia
Klub Sepak Bola
kapasitas lapangan
Obat Kuat LSD
perbedaan signifikansi terkecil
LULC
penggunaan lahan penutup lahan
PWP
titik layu permanen
SMC
kadar air tanah
1. PENDAHULUAN
Perubahan tata guna lahan dan tutupan lahan (LULC) merupakan kontributor utama degradasi lingkungan karena memiliki dampak substansial pada keanekaragaman hayati, kesehatan tanah, siklus hidrologi, dan layanan ekosistem secara global. Aktivitas tata guna lahan yang secara drastis mengubah jumlah bahan organik, struktur tanah, dan dinamika air meliputi penggundulan hutan, perluasan pertanian, dan urbanisasi. Perubahan ini dapat menyebabkan pemadatan tanah, penurunan laju infiltrasi, peningkatan limpasan permukaan, dan gangguan dalam proses pengisian ulang air tanah (Ayele et al., 2023 ; da Silva et al., 2020 ; Kalhoro et al., 2018 ; Miller et al., 2023 ). Kemampuan tanah untuk menahan dan memindahkan air secara langsung dipengaruhi oleh praktik pengelolaan lahan, dan kemampuan ini sangat penting untuk pertumbuhan tanaman, siklus nutrisi, dan stabilitas ekosistem (Gedefaw et al., 2023 ; Karahan & Yalim, 2022 ).

Ethiopia memiliki tantangan lingkungan yang signifikan karena perubahan LULC yang cepat, seperti halnya banyak negara berkembang. Perluasan lahan pertanian, penggembalaan berlebihan, dan penggundulan hutan telah menyebabkan peningkatan erosi tanah, penurunan kesuburan tanah, dan terganggunya keseimbangan hidrologi. Inisiatif pertanian skala besar, khususnya proyek irigasi, telah memperburuk degradasi tanah dan kendala sumber daya air (Leul et al., 2023 ; Mogos, 2020). Konversi bentang alam menjadi lahan pertanian tanpa penerapan teknik pengelolaan lahan berkelanjutan menempatkan produktivitas pertanian jangka panjang dan keberlanjutan lingkungan pada risiko tertentu karena memperburuk pemadatan tanah dan mengurangi kapasitas infiltrasi (Gashu & Gebre-Egziabher, 2018 ; R. Zhang et al., 2020 ).

Ethiopia terus berupaya mendorong pertumbuhan ekonomi dan industrialisasi melalui pengembangan agroindustri, khususnya melalui perkebunan tebu besar seperti Perkebunan Gula Arjo-Dhidhessa. Namun, ada dampak lingkungan yang signifikan terkait dengan penerapan skema irigasi yang ekstensif tersebut. Produksi tebu, yang membutuhkan irigasi ekstensif dan modifikasi lahan, mengubah proses hidrologi dan struktur tanah, yang sering kali menyebabkan penurunan permeabilitas tanah dan peningkatan kerentanan terhadap degradasi lahan (Jiru & Wegari, 2022 ). Meskipun signifikan secara ekonomi, jika interaksi tanah-air tidak dikelola dengan baik, pengembangan agroindustri ini dapat secara tidak sengaja membahayakan kesehatan tanah dan persediaan air.

Penggunaan lahan memiliki dampak signifikan pada sifat-sifat hidraulik tanah yang penting seperti laju infiltrasi, kapasitas retensi air, dan dinamika kelembapan yang sangat penting untuk mempertahankan produktivitas pertanian dan kesehatan ekosistem (Dionizio & Costa, 2019 ; Ikechukwu & Hassan, 2022). Sementara sebagian besar studi saat ini difokuskan pada perubahan tingkat permukaan, perubahan tutupan lahan memengaruhi sifat tanah di bawah permukaan dan permukaan. Penting untuk memahami dampak spesifik kedalaman dari berbagai penggunaan lahan sebelum merancang rencana pengelolaan lahan dan air yang berkelanjutan, terutama dalam sistem pertanian intensif seperti perkebunan tebu irigasi.

Studi sebelumnya telah mengevaluasi implikasi hidrologi regional (Duguma, 2018 ) dan kemungkinan irigasi (Meseret et al., 2023 ) di Cekungan Sungai Dhidhessa. Namun, masih terdapat kesenjangan penting dalam pengetahuan tentang bagaimana perubahan penggunaan lahan yang disebabkan oleh irigasi agroindustri memengaruhi kapasitas menahan air, kapasitas lapangan, titik layu, dan laju infiltrasi di berbagai penggunaan lahan dan kedalaman tanah, dalam budidaya tebu intensif, dan hubungan empiris antara praktik penggunaan lahan, pemadatan tanah, dan karakteristik hidrolik dalam sistem agroindustri Ethiopia. Sementara konsekuensi tingkat permukaan menjadi fokus studi saat ini, perbedaan bawah permukaan yang penting untuk pengelolaan lahan berkelanjutan diabaikan.

Studi ini bertujuan untuk mengatasi kesenjangan tersebut dengan mengevaluasi karakteristik hidrolik tanah tertentu (seperti kadar air, retensi air, dan laju infiltrasi) di Perkebunan Gula Arjo-Dhidhessa dalam berbagai jenis penggunaan lahan dan kedalaman tanah. Studi ini bertujuan untuk mendorong solusi yang mengurangi degradasi tanah, meningkatkan efektivitas irigasi, dan meningkatkan ketahanan pertanian di lanskap agroindustri Ethiopia yang berubah dengan cepat dengan mengintegrasikan data tanah spasial dan kedalaman yang telah ditentukan. Oleh karena itu, tujuan utama dari studi ini adalah untuk mengevaluasi sifat hidrolik tanah tertentu dalam berbagai jenis penggunaan lahan dan kedalaman tanah yang berbeda di Pabrik Gula Perkebunan Arjo-Dhidhessa.

2 BAHAN DAN METODE
2.1 Deskripsi Daerah Penelitian
2.1.1 Peta wilayah dan lokasi penelitian
Perkebunan Gula Arjo-Dhidhessa terletak di Zona Wallaga Timur, wilayah Oromia, 395 km dari Addis Abeba dan 18 km dari Distrik Jimma Arjo (Gambar 1 ). Pabrik ini berbatasan dengan wilayah tertentu di Zona Buno Bedele dan Jimma, yang terletak di sebelah barat Ethiopia, 7°36′00″ dan 9°36′00″ utara dan 35°32′00″ dan 37°34′00″ timur. Ketinggian rata-rata kawasan ini adalah 1.350 m di atas permukaan laut. Wilayah ini mengalami iklim panas dan lembab. Sebaran kemiringan di wilayah tersebut menunjukkan bahwa ∼67,2% wilayah memiliki kemiringan lebih dari 8%, sedangkan 32,8% sisanya berkisar dari ringan hingga tidak terlalu parah (<8%) (Merga dkk., 2022 ).

Ide Inti

2.1.2 Tanah dan geologi
Arjo-Dhidhessa memiliki jenis tanah yang saling berhubungan dengan geomorfologi wilayah tersebut. Menurut studi kelayakan Arjo-Dhidhessa (2005), jenis tanah tersebut sebagian besar adalah tanah hitam dan kadang-kadang tanah merah dan coklat, yang membuatnya cocok untuk pengembangan tebu (Tadese et al., 2020 ). Tanah di daerah tersebut memiliki drainase yang baik, bertekstur lempung liat hingga liat yang menjadi ciri tanah dataran tinggi yang dibedah oleh aliran sungai dan memiliki undulasi datar hingga sedang (Gemeda et al., 2021 ). Batuan dasar prakambrium, yang merupakan granit genetik dan pratektonik bermutu tinggi yang merupakan bagian dari kelompok Alga, meliputi sebagian besar wilayah penelitian (Feyissa, 2015 ).

2.1.3 Iklim
Daerah kajian menerima curah hujan tahunan unimodal sebesar 1400 mm, dengan musim hujan mendominasi dari bulan Mei hingga Oktober. Curah hujan maksimum terjadi pada bulan Juli (428,3 mm), dan palung terjadi pada bulan Januari (16,98 mm) (Gambar 2 ). Suhu bulanan rata-rata adalah 23,7°C, dengan suhu ekstrem bulanan berkisar antara 11,2°C (terendah) hingga 38,5°C (tertinggi). Suhu tahunan bervariasi secara moderat. Suhu tertinggi bulanan berkisar antara 29°C hingga 29–38,5°C, sedangkan suhu terendah bulanan berada di antara 11,2°C dan 11,2–17,1°C, yang menunjukkan rezim iklim yang moderat dan stabil secara musiman.

2.2 Metodologi
2.2.1 Pengumpulan dan persiapan sampel tanah
Lokasi pengambilan sampel dipilih berdasarkan jenis penggunaan lahan utama di area studi. Sampel tanah dipilih secara acak dari berbagai jenis penggunaan lahan, termasuk lahan hutan, lahan pertanian, lahan irigasi (perkebunan tebu), lahan semak belukar, dan lahan terlantar. Tujuannya adalah untuk membandingkan karakteristik hidraulik dan fisik tanah di berbagai jenis penggunaan lahan ini. Untuk melakukan studi ini, 15 sampel tanah komposit dikumpulkan pada bulan April 2023, dengan tiga kali pengulangan, satu kedalaman, dan sampel dari masing-masing dari lima jenis penggunaan lahan (5 jenis penggunaan lahan × 1 kedalaman × 3 kali ulangan). Pengambilan sampel dilakukan pada kedalaman 0–30 cm menggunakan bor berdiameter 4 inci. Lima puluh sampel tanah tak terganggu diambil menggunakan inti logam silinder, sampel dari lima jenis penggunaan lahan yang sama pada kedalaman 0–30 cm untuk mengukur kadar air dan massa jenis tanah. Setelah diambil dengan hati-hati, setiap inti diberi label, disegel, dan disimpan untuk pemeriksaan lebih lanjut. Interval kedalaman seragam yang dipilih, yang mewakili zona akar sebagian besar tanaman dan vegetasi, dan pemilihan acak di berbagai jenis penggunaan lahan menjadikan sampel tersebut khas untuk seluruh perkebunan. Interval kedalaman 0 hingga 30 cm yang dipilih penting mengingat hal itu mencakup area utama tempat karakteristik tanah memengaruhi perkembangan tanaman dan retensi air.

2.2.2 Analisis dan pengolahan sampel tanah
Departemen Pertanian Amerika Serikat, alat visual dispersi partikel tanah (pasir, lanau, dan lempung) untuk menentukan kelas tekstur tanah, didasarkan pada metode hidrometer yang dijelaskan oleh Bouyoucos ( 1962 ). Kadar air gravimetrik ditentukan sebagai massa air dalam sampel tanah dibagi dengan massa tanah kering dikalikan dengan 100 (Aikins & Afuakwa, 2012 ). Peralatan alat tekanan digunakan untuk mengukur kapasitas lapang dan titik layu permanen pada -1/3 Pascal, menurut metode yang dijelaskan oleh Klute dan Dirksen ( 2018 ). Kapasitas air tersedia diukur sebagai perbedaan antara kapasitas lapang dan titik layu permanen dan kemudian dikalikan dengan 1000 untuk menyatakannya dalam milimeter per meter kedalaman tanah.

2.2.3 Karakterisasi lokasi dan area percobaan
2.2.3.1 Pengukuran laju infiltrasi
Laju infiltrasi tanah diukur menggunakan infiltrometer cincin ganda Humboldt Mfg. Co. (Elgin, AS, American Society for Testing and Materials [ASTM] D3385-09) sesuai dengan prosedur yang ditetapkan ASTM ( 2009 ) untuk pengujian infiltrasi lapangan. Untuk membantu pengukuran, kami juga menggunakan beberapa alat dasar, termasuk papan kayu, toples berisi air, timbangan dan penggaris, pengatur waktu, kalkulator, pelat baja galvanis berbentuk silang, dan palu baja.

Infiltrometer terdiri dari dua cincin konsentris dengan diameter dalam dan luar masing-masing 30 dan 60 cm. Kedua cincin tersebut tingginya 25 cm, terbuat dari baja ukuran 12, dan memiliki tepi bawah yang tajam agar lebih mudah dimasukkan ke dalam tanah. Setelah memastikan bahwa sekitar 5 cm dari setiap cincin berada di atas permukaan tanah, kami memaku cincin tersebut ke dalam tanah dengan palu baja dan pelat galvanis.

Untuk mengurangi hambatan ekstra terhadap infiltrasi air, kami dengan hati-hati menyingkirkan rumput atau tumbuhan apa pun di dalam area cincin bagian dalam sebelum pengujian. Tepi luar cincin dipadatkan dengan hati-hati untuk mencegah gangguan tanah atau kebocoran, dan bantalan ditempatkan di dalam cincin bagian dalam untuk menghentikan genangan air saat air dituangkan.

Prosedur pengujian infiltrasi melibatkan langkah-langkah berikut:

• Mengisi air secara bersamaan baik pada ring bagian dalam maupun luar hingga kedalaman minimal 5 cm.
• Mempertahankan tingkat air yang kira-kira sama di kedua cincin selama pengujian untuk membatasi aliran lateral dari cincin bagian dalam.
• Merekam penurunan level air di dalam cincin bagian dalam pada interval waktu tertentu: 2, 5, 10, 20, 30, 45, dan 60 menit.
• Menghitung infiltrasi kumulatif dan laju infiltrasi berdasarkan pengukuran yang tercatat.
• Melanjutkan pengujian hingga laju penurunan level air melambat secara signifikan, yang menunjukkan keadaan stabil telah tercapai.

Laju infiltrasi dicatat sebagai laju infiltrasi terminal (kondisi stabil) setelah stabil. Pengukuran dilakukan antara Maret dan Mei untuk lima jenis penggunaan lahan yang berbeda, dengan 15 sampel replikasi untuk setiap jenis. Semua kerja lapangan dilakukan dalam situasi cuaca yang sama pada siang hari untuk menjaga konsistensi. Untuk setiap jenis penggunaan lahan, seluruh proses diulang untuk memberikan penilaian yang andal terhadap perilaku infiltrasi tanah.

2.2.4 Sorptivitas dan Transmisivitas
Data lapangan dianalisis menggunakan rumus estimasi infiltrasi linier untuk menentukan daya serap dan daya transmisi, yang merupakan ukuran kemampuan tanah untuk menahan atau mengalirkan air. Informasi mendasar terdiri dari penentuan nilai akumulasi infiltrasi (Ic) sebagai fungsi waktu yang dilaporkan dalam sentimeter (Persamaan 1 ).

di mana I c (cm) merupakan akumulasi infiltrasi pada waktu t (s). Sorptivitas air tanah, S(cm/√ t ), ditentukan dari kemiringan I c terhadap √ t , di mana A(cm −1 ) merupakan transmisivitas yang diperoleh dari perpotongan persamaan laju infiltrasi (IR) (Persamaan 2 ).

2.2.5 Analisis Statistik
Analisis statistik dilakukan menggunakan lembar kerja Excel dan Perangkat Lunak R (Versi 4.3.2). Untuk menemukan variasi sifat tanah antara berbagai kategori penggunaan lahan dan kedalaman tanah ( p < 0,05), digunakan uji varians (ANOVA). Uji perbedaan signifikansi terkecil (LSD) digunakan untuk perbandingan rata-rata ketika ANOVA menunjukkan variasi signifikan ( p < 0,05) karena LSD berfokus pada perbandingan tertentu. LSD dapat lebih mudah diinterpretasikan dalam desain eksperimen tertentu.

3 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengaruh Jenis Penggunaan Lahan dan Kedalaman Tanah terhadap Sifat Hidrolik Tanah Tertentu
3.1.1 Distribusi ukuran partikel (pasir, lanau, dan lempung)
Distribusi ukuran partikel secara signifikan ( p < 0,001) dipengaruhi oleh jenis penggunaan lahan dan kedalaman tanah (Tabel 1 ). Kandungan lempung sangat tinggi di semua jenis penggunaan lahan, dengan kadar tertinggi ditemukan di lahan hutan (59,48%) dan terendah di lahan bera (54,56%) (Tabel 1 ). Ini menunjukkan bahwa tanah hutan memiliki tekstur yang lebih baik untuk retensi kelembaban, ketersediaan nutrisi, dan struktur. Di sisi lain, lempung yang tinggi dapat menyebabkan pemadatan, drainase yang tidak memadai, dan perkembangan akar terbatas jika tidak dikendalikan (Beshir, 2015 ; Warra et al., 2015 ). Berbeda dengan lahan pertanian, Beshir ( 2015 ) mengamati tren serupa di hutan Ethiopia, dan Warra et al. ( 2015 ) menjelaskan peningkatan lempung di area pertanian sebagai pelapukan dari aktivitas pertanian.

TABEL 1. Pengaruh jenis penggunaan lahan dan kedalaman tanah terhadap sifat hidrolik tanah tertentu.

Catatan : Nilai rata-rata yang diikuti oleh huruf yang berbeda berarti berbeda secara signifikan, dan huruf yang sama berarti tidak berbeda secara signifikan, sangat signifikan pada *** p < 0,001.
Singkatan: AWHC, kapasitas menahan air yang tersedia; CL, Lahan pertanian; CV, koefisien varians; FaL, lahan bera; FL, lahan hutan; FC, kapasitas lapang; IL, lahan irigasi; LSD, perbedaan signifikansi terkecil; PWP, titik layu permanen; SEM, kesalahan rata-rata standar; ShL, lahan semak; SMC, kadar air tanah.

Konsentrasi pasir terendah terdapat di lahan pertanian (20,08%) dan tertinggi di lahan bera (27,36%), yang menunjukkan bahwa tanah bera memiliki drainase yang lebih efektif dan mengurangi risiko genangan air. Di sisi lain, kandungan lanau tertinggi terdapat di lahan irigasi (20,16%), yang meningkatkan retensi nutrisi. Perbedaan ukuran partikel di antara pengguna lahan ini berdampak signifikan pada kesuburan, aerasi, dan drainase, yang konsisten dengan penelitian oleh Dagnachew et al. ( 2019 ).

3.1.2 Kapasitas lapangan
Kapasitas lapang (FC) secara signifikan ( p < 0,001) dipengaruhi oleh penggunaan lahan dan kedalaman tanah (Tabel 1 ). FC maksimum (51,46%) teramati di lapisan bawah permukaan (60–90 cm) lahan hutan, sedangkan kapasitas terendah (29,04%) ditemukan di lapisan permukaan (0–30 cm) lahan pertanian (Tabel 1 ). FC tanah tertinggi di lahan hutan dan terendah di bawah lahan pertanian dapat disebabkan oleh lahan hutan yang lebih mampu mempertahankan kadar air dibandingkan dengan lahan pertanian, kemungkinan karena lahan hutan memiliki tutupan vegetasi yang lebih besar, kandungan bahan organik, sistem perakaran yang lebih dalam, struktur tanah yang lebih baik, dan tingkat retensi dan infiltrasi air yang lebih tinggi, sedangkan FC di lahan pertanian karena berkurangnya SOM, pembuangan residu pertanian, dan pengolahan tanah intensif memperburuk struktur tanah dengan menurunkan konektivitas pori dan meningkatkan pemadatan permukaan-lapisan (Damtie et al., 2022 ; Masha et al., 2023 ). Temuan ini sejalan dengan temuan Wang et al. ( 2018 ), yang melaporkan pola serupa di berbagai penggunaan lahan. Lapisan bawah permukaan menunjukkan kapasitas lapangan yang lebih tinggi daripada lapisan permukaan, yang menunjukkan bahwa lapisan tanah yang lebih dalam mungkin mengandung lebih banyak tanah liat dan memiliki struktur yang lebih baik untuk retensi air (Abdulrahman et al., 2020 ). Pengamatan ini konsisten dengan Hu et al. ( 2016 ), yang mencatat kapasitas penyimpanan air yang lebih tinggi di lapisan tanah yang lebih dalam karena peningkatan porositas dan pengurangan penguapan.

3.1.3 Titik layu permanen
Titik layu permanen (PWP) secara signifikan ( p < 0,001) dipengaruhi oleh jenis penggunaan lahan dan kedalaman tanah (Tabel 1 ). Persentase PWP tertinggi (46,72%) ditemukan di lapisan bawah permukaan (60–90 cm) lahan bera, sedangkan persentase terendah (10,66%) ditemukan di lapisan permukaan (0–30 cm) semak belukar (Tabel 1 ). PWP yang lebih tinggi di lahan bera bawah permukaan dapat dikaitkan dengan penetrasi akar yang lebih dalam, peningkatan kandungan bahan organik, dan perbaikan struktur tanah, yang mengarah pada kapasitas menahan air yang lebih besar (Bayle et al., 2023 ; Seifu et al., 2023 ). Sebaliknya, lahan semak belukar permukaan memiliki PWP yang berkurang, yang terkait dengan akar yang lebih pendek, tekstur yang lebih kasar, dan lebih sedikit bahan organik, yang semuanya membatasi jumlah air yang tersedia selama kekeringan (Leul et al., 2023 ). Hutan membantu PWP dengan mempertahankan kelembapan tanah, menurunkan penguapan, dan menangkap curah hujan (R. Zhang et al., 2020 ). Meskipun ada keterbatasan permukaan, semak belukar dapat mengurangi kelangkaan air dengan meningkatkan retensi kelembapan melalui mekanisme yang dimediasi akar (Damtie et al., 2022 ).

3.1.4 Kapasitas penampungan air yang tersedia
Kapasitas menahan air yang tersedia (AWHC) secara signifikan ( p < 0,001) dipengaruhi oleh interaksi antara penggunaan lahan dan kedalaman tanah (Tabel 1 ). Lahan hutan di lapisan bawah permukaan (60–90 cm) menunjukkan AWHC tertinggi sebesar 21,23% (Tabel 1 ). AWHC tertinggi ditemukan di tanah bawah permukaan lahan hutan (60–90 cm) (Tabel 1 ) , kemungkinan besar karena penumpukan bahan organik dan efek peningkatan retensi dari tanah yang terstruktur dengan baik (Tamer, 2023 ). AWHC terendah (10,69%) ditemukan di lahan semak permukaan (0–30 cm), yang terkait dengan akar yang dangkal dan masukan organik rendah yang mengurangi penyimpanan air (Jiru & Wegari, 2022). Temuan ini konsisten dengan penelitian yang lebih luas yang menunjukkan bahwa ekosistem hutan lebih baik dalam menjaga cadangan air tanah daripada semak belukar karena sistem akarnya yang lebih dalam dan lapisan bawah permukaan yang padat secara ekologis (Aneseyee et al., 2022 ).

3.1.5 Kadar air tanah
Kadar air tanah (SMC) secara signifikan ( p < 0,001) dipengaruhi oleh penggunaan lahan dan kedalaman tanah (Tabel 1 ). Lahan hutan menunjukkan SMC tertinggi sebesar 23,74%, sedangkan lapisan permukaan lahan pertanian (0–30 cm) memiliki yang terendah sebesar 7,97% (Tabel 1 ). SMC yang lebih tinggi (23,74%) di lahan hutan disebabkan oleh vegetasinya yang rapat, akumulasi bahan organik, sistem perakaran yang dalam yang meningkatkan retensi air, dan berkurangnya penguapan (Damtie et al., 2022 ). Sebaliknya, SMC terendah (7,97%) ditemukan di lapisan permukaan lahan pertanian (0–30 cm), kemungkinan besar karena meningkatnya kebutuhan air tanaman, pemadatan tanah akibat pengolahan tanah, dan berkurangnya masukan organik yang membatasi kapasitas menahan air (Abdallah et al., 2021 ). Kecenderungan kelembapan tanah meningkat seiring dengan kedalaman diperburuk oleh kandungan tanah liat yang lebih tinggi di lapisan bawah permukaan, yang meningkatkan retensi (Assefa et al., 2020 ). Temuan ini sejalan dengan studi agroekologi yang dilakukan di Ethiopia, yang menekankan pentingnya jenis vegetasi, pengelolaan lahan, dan kedalaman tanah dalam mengatur dinamika kelembapan (Fentie et al., 2020 ).

3.2 Dampak Jenis Penggunaan Lahan yang Berbeda terhadap Laju Infiltrasi
3.2.1 Laju infiltrasi dan infiltrasi kumulatif
Jenis penggunaan lahan secara signifikan memengaruhi laju infiltrasi dan infiltrasi kumulatif (Gambar 3 dan 4 ). Lahan hutan menunjukkan laju infiltrasi rata-rata tertinggi (36,5 cm/jam) dan infiltrasi kumulatif (12,8 cm) (Gambar 3 dan 4 ), yang disebabkan oleh pengayaan bahan organik dan sistem perakaran dalam yang menstabilkan struktur tanah dan meningkatkan porositas (Karahan & Yalim, 2022 ). Hasil ini sejalan dengan bukti global yang menghubungkan hutan dengan fungsi hidrologi yang unggul.

 

Sebaliknya, lahan irigasi memiliki kinerja yang lebih rendah pada laju infiltrasi dan kumulatif (19,6 cm/jam; 12,4 cm) (Gambar 3 dan 4 ), kemungkinan karena pemadatan tanah akibat irigasi yang sering dan penggunaan mesin, yang mengurangi permeabilitas (Asfawesen et al., 2022; Sattari et al., 2020 ). Lahan pertanian menunjukkan laju infiltrasi dan kumulatif terendah (21,03 cm/jam; 9,1 cm), yang mencerminkan pemadatan dan penipisan bahan organik dari pengolahan tanah intensif (Agbai Williams et al., 2022 ).

Lahan semak belukar menunjukkan pengelolaan air yang kuat dengan laju infiltrasi rata-rata dan infiltrasi kumulatif (29,6 cm/jam; 12,3 cm) (Gambar 3 dan 4 ), karena akar semak belukar mengurangi erosi dan mempertahankan porositas sedang, meskipun kurang efektif dibandingkan hutan (Li et al., 2019 ; Wen et al., 2020 ). Lahan bera menunjukkan nilai laju infiltrasi dan kumulatif menengah (22,1 cm/jam; 11,8 cm), yang menunjukkan pemulihan tanah parsial selama periode istirahat tetapi aktivitas biologis tidak mencukupi untuk menyamai sistem vegetasi (Agbai Williams et al., 2022 ). Temuan ini menggarisbawahi peran penting vegetasi dan pengelolaan lahan dalam hidrologi tanah. Hutan dan lahan semak belukar mengungguli sistem pertanian karena masukan organik dan struktur yang stabil, sementara irigasi dan pengolahan tanah menurunkan kapasitas infiltrasi. Memprioritaskan agroforestri dan pengurangan pengolahan tanah dapat mengurangi kelangkaan air pada ekosistem yang rentan (Asfawesen et al., 2022; Karahan & Yalim, 2022 ).

3.2.2 Sorptivitas
Lahan semak belukar memiliki rata-rata serapan tertinggi pada 146,5 cm/jam, sementara lahan pertanian menunjukkan nilai serapan yang jauh lebih rendah pada 75,3 cm/jam (Gambar 5 ). Sorpansi tertinggi di bawah lahan semak belukar mungkin disebabkan oleh peningkatan bahan organik tanah dan porositas struktural yang dipelihara oleh vegetasi, yang mendorong infiltrasi air. Temuan ini sejalan dengan tren yang ditunjukkan bergantung pada penggunaan lahan oleh Jiang et al. ( 2023 ) dan Agbai Williams et al. ( 2022 ). Di sisi lain, serapan yang lebih rendah di lahan pertanian mungkin disebabkan oleh tanah yang dipadatkan dan kehilangan bahan organik dari pengolahan tanah secara teratur, yang sesuai dengan Miller et al. ( 2023 ) dan Agbai Williams et al. ( 2022 ), yang menunjukkan bahwa metode pertanian secara signifikan mempengaruhi sifat air tanah. Pola laju penyerapan adalah sebagai berikut: lahan semak belukar (146,5 cm/jam) > lahan terlantar (113,9 cm/jam) > lahan hutan (113,4 cm/jam) > lahan irigasi (90,2 cm/jam) > lahan pertanian (75,3 cm/jam) (Gambar 5 ). Pola ini mendukung penelitian sebelumnya oleh Jiang et al. (2023) dan Williams et al. ( 2022 ), yang menemukan bahwa penyerapan dipengaruhi oleh sistem penggunaan lahan yang berbeda.

3.2.3 Transmisivitas
Lahan hutan menunjukkan transmisivitas tertinggi pada 1,01 cm/jam, sedangkan, sebaliknya, lahan irigasi menunjukkan transmisivitas lebih rendah pada 0,3 cm/jam (Gambar 6 ). Lahan hutan memiliki transmisivitas tanah tertinggi kemungkinan karena bahan organik dan struktur tanah yang berkembang baik, yang memungkinkan air bergerak dengan mudah. ​​Sebaliknya, lahan irigasi memiliki yang terendah mungkin karena pemadatan dan porositas berkurang dari irigasi yang sering, yang meningkatkan risiko genangan air. Temuan ini konsisten dengan temuan Karahan dan Yalim ( 2022 ) dan Agbai Williams et al. ( 2022 ), yang menghubungkan fitur hidrolik dengan praktik penggunaan lahan. Mereka juga didukung oleh W. Zhang et al. ( 2023 ) dan Müller (2023), yang menunjukkan bahwa irigasi yang ekstensif merusak stabilitas tanah. Hasil tersebut menggarisbawahi betapa pentingnya pengelolaan lahan untuk melestarikan fungsi hidrologis tanah, terutama dalam pengaturan pertanian di mana praktik berkelanjutan dapat mengurangi genangan air dan meningkatkan permeabilitas.

3.3 Implikasi praktis dari penelitian ini
Studi tentang sifat hidrolik tanah pada berbagai tipe penggunaan lahan di Perkebunan Gula Arjo-Dhidhessa di Ethiopia Barat menyajikan beberapa implikasi praktis terhadap pertanian dan pengelolaan lahan:

3.3.1 Praktik pertanian berkelanjutan
Temuan ini menunjukkan bahwa mengandalkan praktik pertanian semata mungkin tidak berkelanjutan untuk menjaga kesehatan tanah. Hal ini menunjukkan bahwa mengintegrasikan praktik penggunaan lahan yang beragam, seperti menggabungkan hutan dan semak belukar, dapat meningkatkan kesehatan tanah dan retensi air, yang sangat penting untuk pertanian berkelanjutan.

3.3.2 Pengelolaan sumber daya air
Penelitian ini menyoroti interaksi kompleks antara penggunaan lahan, kedalaman tanah, dan sifat hidrolik. Informasi ini berharga untuk mengembangkan praktik pertanian efektif yang mendukung pengelolaan sumber daya air di wilayah tersebut. Para pembuat kebijakan dan pengelola lahan dapat memanfaatkan wawasan ini untuk mempromosikan praktik yang meningkatkan retensi air dan kualitas tanah.

3.3.3 Dampak perubahan penggunaan lahan
Studi ini mengidentifikasi dampak jangka panjang perubahan penggunaan lahan terhadap karakteristik tanah hidrolik. Hal ini menggarisbawahi perlunya penelitian lebih lanjut untuk mengembangkan strategi konservasi air yang efektif yang dapat diterapkan dalam konteks pertanian yang serupa, sehingga meningkatkan pengelolaan sumber daya air.

3.3.4 Teknik Pengelolaan Tanah
Penelitian menunjukkan bahwa teknik pengelolaan lahan tertentu, seperti pengolahan tanah konservasi, penanaman kembali, dan pengurangan pemadatan tanah, sangat penting untuk menjaga kesehatan tanah. Praktik ini dapat membantu mengurangi masalah seperti pemadatan tanah dan penipisan nutrisi yang terjadi di lahan irigasi, yang menunjukkan tingkat penyerapan dan infiltrasi yang lebih rendah.

3.3.5 Perlindungan vegetasi
Studi ini menekankan pentingnya melindungi vegetasi, terutama di lahan hutan, yang menunjukkan kadar air tanah dan sifat hidraulik yang unggul. Hal ini menyoroti peran vegetasi dalam menjaga kualitas tanah dan retensi air, yang menunjukkan bahwa pengelolaan lahan harus memprioritaskan konservasi vegetasi alami.

3.3.6 Rekomendasi kebijakan
Temuan ini memberikan wawasan penting bagi para pembuat kebijakan, yang mengadvokasi integrasi berbagai praktik penggunaan lahan untuk meningkatkan kesehatan tanah dan retensi air. Hal ini dapat menghasilkan kebijakan pertanian yang lebih efektif yang mendukung keberlanjutan jangka panjang dalam menghadapi transformasi lahan yang sedang berlangsung.

4 KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
4.1 Kesimpulan
Studi yang dilakukan di Perkebunan Gula Arjo-Dhidhessa menggarisbawahi pentingnya kedalaman tanah dan penggunaan lahan dalam memengaruhi sifat hidrolik. Retensi dan penyerapan air tanah yang lebih tinggi (146,5 cm/jam di lahan semak belukar) dan penumpukan bahan organik yang disebabkan oleh vegetasi di sistem hutan dan lahan semak belukar telah dikaitkan dengan porositas struktural dan vegetasi. Sebaliknya, lahan irigasi menunjukkan penurunan yang signifikan dalam transmisivitas (0,3 cm/jam) dan penyerapan (75,3 cm/jam), yang dikaitkan dengan penipisan nutrisi dan pemadatan dari aktivitas intensif. PWP tertinggi berada di lapisan tanah bera yang lebih dalam (60–90 cm) dan terendah di lapisan tanah atas lahan semak belukar (0–30 cm), yang menunjukkan bahwa cadangan air bawah permukaan sangat penting untuk ketahanan kekeringan. Hal ini menunjukkan bahwa kedalaman tanah selanjutnya memengaruhi dinamika air.

4.2 Rekomendasi
Untuk mengurangi degradasi pada sistem irigasi, petani dapat mengadopsi strategi pengolahan tanah konservasi, irigasi presisi, dan pemulihan bahan organik. Pemerintah dan organisasi harus memprioritaskan strategi berbasis vegetasi (misalnya, agroforestri, pelestarian semak belukar) untuk meningkatkan akumulasi bahan organik tanah, porositas, infiltrasi tanah, dan retensi air, terutama di wilayah yang telah terdegradasi atau banyak ditanami dan dipengaruhi oleh kondisi semi-kering atau kering. Petani harus mengoptimalkan strategi irigasi untuk mengurangi pemadatan dan penipisan nutrisi di lahan irigasi dan beralih ke sistem irigasi presisi (seperti sistem irigasi tetes) dan mengintegrasikan pengolahan tanah konservasi dalam persiapan lahan.

4.3 Keterbatasan
Temuan berasal dari satu perkebunan; validasi di berbagai jenis tanah dan iklim sangat penting untuk relevansi yang lebih luas. Karena data hanya mencakup satu periode, data tersebut tidak dapat memberikan informasi berharga tentang variabilitas musiman atau tren jangka panjang. Hambatan tenaga kerja dan biaya untuk menerapkan praktik yang disarankan tidak dinilai.

4.4 Arah penelitian masa depan
Studi multi-regional: Menyelidiki karakteristik hidrolik dalam berbagai zona agroekologi untuk menentukan rekomendasi pengelolaan umum dibandingkan dengan rekomendasi pengelolaan khusus situasi. Penelitian jangka panjang: Mengevaluasi efek jangka panjang dari metode konservasi (seperti agroforestri dan pengolahan tanah yang dikurangi) terhadap ketahanan dan kesehatan tanah.