Analisis Kebutuhan Air Berdasarkan Simulasi Aliran Air pada Media Tanam Teknologi Fertigator Otomatis Nirdaya (FONi)

Abstract

Air menjadi salah satu komponen utama dalam mendukung kehidupan seluruh makhluk hidup. Kekurangan air dapat menyebabkan berbagai permasalahan hingga konflik berkepanjangan. Permasalahan air yang terjadi dapat disebabkan oleh berbagai faktor, akan tetapi tidak semua disebabkan oleh ketersediaan atau pasokan air, melainkan bagaimana air tersebut digunakan. Salah satu sektor dengan penggunaan air terbesar adalah bidang pertanian yang mencapai sekitar 70% dari penggunaan air bersih, akan tetapi angka tersebut akan bervariasi pada setiap negara. Tingginya konsumsi air pada sektor pertanian membutuhkan inovasi teknologi irigasi yang presisi dan efisien dalam penggunaan air. Salah satu teknologi yang dikembangkan oleh IPB adalah fertigator otomatis nirdaya (FONi). FONi di dalam pengaplikasiannya berhasil meningkatkan efisiensi penggunaan air dan produktivitas lahan. Pengembangan teknologi FONi yang terus dilakukan hingga saat ini belum disertai dengan analisis mendalam terkait evapotranspirasi aktual yang terjadi. Analisis evapotranspirasi aktual dapat memberikan gambaran kuantitas air yang benar-benar digunakan pada kondisi di lapangan. Nilai evapotranspirasi aktual dapat diperoleh melalui pendekatan numerik menggunakan aplikasi Hydrus-1D. Pada penelitian ini dilakukan validasi kapasitas Hydrus-1D dalam memprediksi evapotranspirasi aktual selama periode tanam menggunakan teknologi FONi. Pada penelitian ini juga dilakukan evaluasi uji kinerja teknologi FONi berdasarkan efisiensi penggunaan air dan produktivitas lahan. Penelitian dilakukan dengan tiga variasi perlakuan tinggi muka air, yaitu rezim kering (RK), rezim basah (RB), dan rezim tergenang (RT). Berdasarkan hasil observasi dan simulasi, secara umum evapotranspirasi terjadi secara fluktuatif sejak fase awal pertumbuhan hingga pemanenan. Puncak evapotranspirasi terjadi pada fase pematangan sekitar 75 – 115 HST. Performa kinerja model terbaik untuk skala harian terjadi pada perlakuan RT dengan nilai R2 mencapai 0,977, RMSE (root mean square error) 0,127 serta MAPE (mean absolute percentage error) terendah sebesar 6,394% (highly accurate). Secara keseluruhan, kinerja model Hydrus-1D untuk parameter evapotranspirasi mendapatkan nilai MAPE di bawah 50% dan dikategorikan sebagai prediksi yang cukup masuk akal dan dapat diterima (reasonable forecast). Validitas model secara keseluruhan tetap dipengaruhi oleh sejumlah asumsi dan penyederhanaan yang digunakan dalam proses simulasi. Adapun efisiensi penggunaan air dan produktivitas lahan tertinggi terjadi pada perlakuan RK mencapai 1,41 kg/m3 dan 0,64 kg/m2. Evaluasi performa teknologi FONi juga dilakukan dengan melihat kontrol tinggi muka air berdasarkan nilai RMSE dan NSE (nash-sutcliffe efficiency). Secara umum, tinggi muka air pada ketiga perlakuan dapat dikendalikan karena nilai RMSE mendekati 0 dan nilai NSE terendah dalam kategori baik.

Water is a key component in supporting the life of all living things. Water shortages can lead to various problems, including prolonged conflict. Various factors can cause water problems, but not all are due to water availability or supply, but rather to how water is used. One of the sectors with the highest water consumption is agriculture, accounting for approximately 70% of freshwater use. However, this figure varies by country. High water consumption in the agricultural sector requires innovative irrigation technologies that are precise and efficient in water use. One technology developed by IPB University is an unpowered automatic fertigation (FONi). FONi, in its application, has successfully increased water use efficiency and land productivity. An in-depth analysis of actual evapotranspiration has not accompanied the ongoing development of FONi technology. Analysis of actual evapotranspiration can provide an overview of the water used under field conditions. Actual evapotranspiration values can be obtained through a numerical approach using the Hydrus-1D application. This study validates Hydrus-1D's capacity to predict actual evapotranspiration during the planting period using FONi technology. This study also evaluated the performance of the FONi technology based on water use efficiency and land productivity. The study was conducted using three water-level treatments: the dry regime (RK), the wet regime (RB), and the flooded regime (RT). Based on observations and simulations, evapotranspiration generally fluctuates from the early growth phase to harvest. Evapotranspiration peaks occur during the maturity phase, around 75–115 days after planting (DAP). The best model performance on a daily scale was observed in the RT treatment, with an R2 of 0.977, an RMSE (root mean square error) of 0.127, and the lowest MAPE (mean absolute percentage error) of 6.394% (highly accurate). Overall, the Hydrus-1D model's performance for evapotranspiration parameters achieved a MAPE value below 50%, categorizing it as a reasonable forecast. The overall model validity remains influenced by several assumptions and simplifications used in the simulation process. The highest water-use efficiency and land productivity were achieved in the RK treatment, at 1.41 kg/m3 and 0.64 kg/m2, respectively. FONi technology performance evaluation was conducted by assessing water level control based on RMSE and NSE (Nash-Sutcliffe efficiency) values. In general, the water level in all three treatments could be controlled, as the RMSE values were close to 0 and the NSE values were the lowest in the ‘good’ category.