AKUMULASI NITRAT PADA LAHAN PERTANIAN DAN POTENSI PENCEMARAN NITRAT DALAM AIRTANAH Ari Triyono(1),Purwanto(1),Budiyono(2) (1) (2)
Program Magister Ilmu Lingkungan Universitas Diponegoro Jurusan Teknik Kimia,Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
ABSTRAK Aplikasi pemupukan dalam usaha pertanian dibutuhkan untuk meningkatkan hasil produksi tanaman padi. Tanaman padi mempunyai kemampuan menyerap nitrat yang terbatas, sehingga pemberian pupuk N yang berlebihan bisa menyebabkan faktor kehilangan N (N losses) melalui volatilisasi, denitrifikasi, terakumulasi dalam profil tanah dan leaching semakin besar. Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk untuk mengetahui tingkat akumulasi konsentrasi nitrat (NO3-) dalam lapisan tanah dan pengaruhnya terhadap kualitas airtanah pada lahan pertanian. Akumulasi nitrat dalam lapisan tanah pada lahan pertanian mempunyai potensi terjadinya leaching yang menyebabkan konsentrasi nitrat bergerak ke lapisan tanah yang lebih dalam dan mencapai permukaan airtanah. Akumulasi NO3 pada kedalaman 20 cm yaitu 1,86 ppm – 9,63 ppm, pada kedalaman 40 cm yaitu 1,18 ppm– 15,39 ppm, dan pada kedalaman 60 cm yaitu 1,81 ppm – 19,38 ppm. Penggunaan pupuk N yang berlebihan merupakan sumber NO3-N loading yang potensial mengalami leaching dalam lapisan tanah. Akumulasi NO3 pada kedalaman 60 cm tersebut dipengaruhi oleh faktor N loading dari pemupukan, tekstur tanah pada kedalaman 40 cm dan tekstur tanah pada kedalaman 60 cm (p = 0,009). Konsentrasi NO3- pada airtanah pada lahan pertanian di daerah penelitian yaitu berkisar antara 0,63 mg/L – 14,43 mg/L. Jumlah contaminant loading N dalam lapisan tanah pada kedalaman 20 cm, 40 cm, dan 60 cm merupakan sumber pencemaran nitrat dalam airtanah (p = 0,011). Peningkatan efisiensi penggunaan pupuk-N usaha untuk memberikan pupuk sesuai dengan kebutuhan tanaman untuk mengurangi tingkat kehilangan N akibat leaching melalui pemupukan tepat dosis dan pemupukan berimbang. Kata Kunci : N losses, Akumulasi Nitrat, Leaching, Efisiensi Pemupukan
1. Latar Belakang Aplikasi penggunaan pupuk anorganik cenderung meningkat secara signifikan dari waktu ke waktu. Pada awal Pelita I penggunaan pupuk untuk usaha pertanian padi di sawah yaitu untuk pupuk urea sebesar 100-200 kg/ha,pupuk TSP 50-75 kg/ha dan pada saat ini rekomendasi penggnaan untuk pupuk urea sekitar 200-250 kg/ha dan untuk pupuk TSP mencapai 100-150 kg/ha (Subadiyasa,1998 dalam Winarso, 2005). Sekitar 50% nitrogen,40% - 75% potassium, dan 5% - 25% fosfat mengendap di lahan pertanian, pada tubuh perairan, dan airtanah (Salikin, 2003). Tanaman mempunyai kemampuan tanaman padi untuk
menyerap unsur nitrogen dari penggunaan pupuk yang mengandung nitrogen sekitar 20% 40%, sehingga sisa nitrogen yang tidak diserap oleh tanaman tersebut akan mengalami volatilisasi,denitrifikasi, dan mengalami leaching menuju zona airtanah (Singh et.al., 1995). Aplikasi pemberian pupuk N tunggal bisa menyebabkan peningkatan akumulasi NO 3 - dalam profil tanah dan pemulihan unsur N dalam tanah yang dibutuhkan tanaman berlangsung lambat (Yang et.al., 2006). Konsentrasi NH4+ pada tanah dan air permukaan yang maksimal terjadi pada tiga hari setelah pemberian pupuk dan konsentrasi NH4 + mengalami penurunan setelah tiga hari tersebut (Das et.al., 2009). Konsentrasi nitrat yang paling tinggi pada saat pemberian pupuk dan mengalami penurunan hingga sampai hari ke empat. Puncak jumlah konsentrasi NO 3 pada aliran subsurface setelah tiga hari pemberian pupuk-N. Aplikasi pupuk-N pada lahan pertanian dengan irigasi akan mengalami kehilangan dan larut dalam air irigasi atau air permukaan. Pemberian pupuk nitrogen 200 kg/ha sampai 300 kg/ha akan memacu peningkatan kadar nitrogen terutama pada aliran air irigasi dan sekitar 80% akan dilarutkan sebagai aliran air permukaan (Chaerun dan Anwar, 2008). Faktor imbuhan air dari curah hujan ataupun aplikasi irigasi berperan sebagai media pembawa, sehingga proses leaching nitrat semakin cepat menuju ke zona yang lebih (Apricio et.al., 2008). Tingkat kehilangan nitrat (nitrate loss) berhubungan secara signifikan dengan jumlah aplikasi pupuk nitrogen. Nitrate leaching pada lahan pertanian dipengaruhi oleh intensitas curah hujan, aplikasi irigasi, penggunaan pupuk-N, dan akumulasi nitrat yang sudah ada di dalam lapisan tanah (Perez et.al., 2003). Konsentrasi dan distribusi nitrat pada zona perakaran pada aplikasi under water-efficient irrigation (WEI) lebih tinggi dibandingkan pada aplikasi full flooded irrigation (Suprapti et al., 2010). Full flooded irrigation atau aplikasi irigasi konvensional menyebabkan proses nitrate leaching dari permukaan tanah menuju ke zona jenuh air lebih intensif.
Jumlah NO3-N dan NO2-N yang masuk ke dalam zona akuifer dipengaruhi oleh pemberian pupuk, proses nitrifikasi, dan denitrifikasi serta proses transportasi dan transformasi nitrogen (Zhang et.al., 2009). Tingkat nitrifikasi yang paling tinggi terjadi pada lapisan tanah bagian atas dan semakin berkurang dengan bertambahnya kedalaman lapisan zona tidak jenuh air (unsaturated zone). Hal tersebut disebabkan oleh kurangnya transportasi dan ketersediaan oksigen ke bagian dalam tanah (Zhou et.al., 2012). Akumulasi dan proses leaching NO3- dalam lapisan tanah mempunyai potensi untuk mencemari air permukaan dan airtanah yang dipengaruhi oleh hujan dengan intensitas tinggi, tekstur tanah yang bersifat porous (tektur pasiran) serta penggunaan pupuk N yang belebihan dan tidak berimbang (Fan et.al., 2010) Tujuan penelitian ini adalah untuk untuk mengetahui tingkat akumulasi konsentrasi nitrat (NO3-) dalam lapisan tanah dan pengaruhnya terhadap kualitas airtanah pada lahan pertanian. Proses infiltrasi dan leaching konsentrasi NO3 - pada profil tanah menjadi input terhadap pencemaran nitrat dalam airtanah di daerah penelitian. 2. Metode Penelitian Penelitian dilakukan pada blok lahan sawah Kelompok Tani Ngudi Rahayu di Dusun Plumbon, Desa Sardonoharjo,Kecamatan Ngaglik dengan luas sekitar 25 hektar. Lokasi penelitian merupakan lahan sawah dengan irigasi teknis dengan pemupukan secara intensif. Pengambilan sampel tanah untuk mengetahui tekstur tanah dan tingkat konsentrasi nitrat (NO3-) pada tiga kedalaman yaitu 20 cm, 40 cm, dan 60 cm. Data konsentrasi nitrat dalam lapisan tanah dengan variasi kedalaman tersebut untuk mengetahui variasi dan tingkat kecenderungan konsentrasi pada kedalaman yang berbeda. Pengambilan sampel tanah tersebut dilakukan secara random pada sembilan petak sawah pada umur kurang dari 21 hst dan belum diberi pupuk. Data tektur tanah untuk mewakili jenis karakteristik lapisan vadoze
zone yang merupakan faktor pendukung pergerakan nitrat dalam profil tanah menuju zona airtanah. Sampel airtanah diambil dari sumur gali yang berada di sekitar lahan pertanian. Sampel airtanah diambil untuk mengetahui konsentrasi NO 3- dan Cl- yang terkandung dalam airtanah yang mendapat pengaruh dari aktivitas pertanian di daerah penelitian. Analisa regresi linier digunakan untuk mengetahui pengaruh akumulasi NO3 - pada lapisan tanah yang menjadi sumber contaminant loading terhadap konsentrasi NO3-. 3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Karakteristik Tanah Di Daerah Penelitian Tanah di daerah penelitian termasuk jenis regosol yang berasal dari bahan induk material piroklastik yang berupa endapan pasir dan abu volkan pada fisiografi lereng bawah volkanik. Tanah didominasi fraksi pasir yang berasal dari abu vulkanik dan usia tanahnya masih relatif muda dan belum mengalami pelapukan yang intensif. Kedalaman pengolahan tanah sampai sekitar 20-50 cm, dengan lapisan pembatas berupa bahan kasar berupa batuan kerikil. Batas antar lapisan yang satu dengan lapisan yang lain tidak terlihat jelas atau baur dengan bentuk bergelombang. Tekstur tanah pada lahan sawah di daerah penelitian pada umumnya berupa pasir geluhan. Fraksi pasir cukup dominan berkisar antara 77% - 92% , fraksi debu berkisar antara 6,2% - 22,76%, dan fraksi lempung berkisar antara 2,3% - 10%. Fraksi pasir terlihat semakin bertambah dengan bertambahnya kedalaman lapisan tanah. 3.2. Karakteristik Stratigrafi dan Hidrogeologi Di Daerah Penelitian Secara regional daerah penelitian tersusun atas endapan volkanik Merapi Muda yang terdiri dari lava andesit, tuf, pasir, endapan lahar, dan breksi yang terkonsolidasi lemah. Hasil pengamatan singkapan litologi pada tebing Sungai Boyong terlihat pada umumnya tersusun atas material pasir dengan ukuran butir halus dan dijumpai adanya lapisan pasir halus dengan fragmen berupa keirikil – kerakal yang belum kompak.
Sistem akuifer yang berkembang di daerah penelitian merupakan akuifer bebas (unconfined aquifer) dan tersusun atas material pasir. Kedalaman muka airtanah di sekitar lahan pertanian relatif dangkal berkisar antara 0,7 m – 6 m. Kedalaman muka airtanah yang relatif dangkal, permeabilitas material penyusun unsaturated zona yang termasuk tinggi, dan adanya sistem akuifer bebas (unconfined aquifer) menjadikan daerah penelitian tersebut mempunyai tingkat kerentanan (vulnerability) yang tinggi terhadap pencemaran NO3 - yang berasal dari usaha pertanian. 3.3. Konsentrasi Nitrat Dalam Lapisan Tanah Konsentrasi nitrat (NO3-) pada kedalaman 20 cm berkisar antara 1,86 ppm – 9,63 ppm. Akumulasi konsentrasi nitrat pada kedalaman 20 cm tersebut merupakan hasil proses nitrifikasi dari senyawa NH4+ menjadi nitrat (NO3-) atau merupakan akumulasi sisa proses denitrifikasi dari NO3- yang terbentuk pada lapisan oksidatif. Nitrat terbentuk pada lapisan oksidatif yang relatif tipis kurang dari 1 cm mengalami proses difusi ke lapisan reduktif di bawahnya dan mengalami proses denitrifikasi pada kondisi anaerob. Akumulasi nitrat (NO3-) pada kedalaman 40 cm berkisar antara 1,74 ppm – 33 ppm. Peningkatan akumulasi nitrat pada kedalaman 40 cm tersebut bisa dipengaruhi oleh proses mineralisasi N yang terikat secara organik menjadi nitrat dalam proses dekomposisi dan pergerakan nitrat yang ada pada lapisan tanah di atasnya bersama infiltrasi air menuju ke lapisan tanah di bawahnya. Penurunan konsentrasi nitrat pada kedalaman 40 cm disebabkan oleh pergerakan NO3- yang larut dalam infiltrasi air menuju ke lapisan tanah yang lebih dalam. Akumulasi nitrat (NO3-) pada kedalaman 60 cm berkisar antara 1,81 ppm – 19,38 ppm. Akumulasi nitrat (NO3-) pada kedalaman ini dipengaruhi oleh proses pencucian dan leaching dari nitrat yang ada pada lapisan tanah bagian atas.
Tabel 1. Konsentrasi akumulasi NO3 - pada profil tanah dan tekstur tanah Kode Petak Sawah
Konsentrasi NO3-
Kandungan Lempung Dalam Tekstur Tanah (%) Kedalaman Kedalaman Kedalaman Kedalaman Kedalaman Kedalaman 20 cm 40 cm 60 cm 20 cm 40 cm 60 cm 1.1 6.04 7.48 5.76 4.03 3.89 3.68 1.2 4.4 5.32 19.38 3.14 2.83 2.31 1.5 2.14 15.39 9.16 3.69 3.55 4.42 1.6 4.3 5.47 1.81 3.13 6.06 6.05 2.1 4.12 3.83 1.81 5.74 7.00 5.70 3.1 1.86 1.18 1.82 6.57 7.03 6.68 4.1 2.12 1.78 5.31 4.49 7.18 7.15 4.2 2.29 1.74 5.12 3.94 10.04 7.35 5.1 9.63 7.4 8.42 3.99 3.38 3.54 (Sumber : analisa laboratorium, 2013)
Berdasarkan kisaran konsentrasi nitrat pada kedalaman 20 cm – 60 cm terlihat adanya kecenderungan peningkatan jumlah konsentrasi nitrat dalam tanah. Nilai tengah (median) dan nilai rata-rata (mean) terlihat meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman profil tanah. Kisaran konsentrasi nitrat dalam profil tanah di daerah penelitian seperti pada Gambar 1 di bawah ini.
Gambar.1. Kisaran konsentrasi nitrat pada kedalaman 20 cm – 60 cm di daerah penelitian
Konsentrasi NO3- pada tekstur tanah pasir lebih tinggi dibandingkan konsentrasi NO 3pada tektur pasir geluhan, dan tekstur geluh pasiran (NO 3 - pasir > NO3 - pasir geluhan > NO3-
geluh pasiran). NO3- terlihat lebih banyak mengalami leaching pada lapisan tanah dengan tekstur yang kasar atau tanah dengan kandungan lempung yang sedikit. Tingkat leaching konsentrasi NO3- dalam lapisan tanah dipengaruhi oleh kandungan material lempung (Pociene and Pocius, 2005). Material lempung mempunyai kemampuan KTK (kapasitas tukar kation) terhadap NH4+ dan menjerap NO3-, sehingga konsentrasi NO3- dalam profil tanah menjadi berkurang. Ruang antar butir dalam tekstur tanah yang bersifat pasiran sebagian terisi oleh fluida yang di dalamnya terlarut NO3- yang mudah mengalami leaching ke lapisan tanah yang lebih dalam. Konsentrasi NO3 - dalam lapisan tanah pada lahan pertanian di daerah penelitian menunjukan dipengaruhi oleh proses leaching melalui ruang antar butir penyusun lapisan tidak jenuh air (unsaturated zone). Residu konsentrasi nitrat pada kedalaman 60 cm berkisar antara 1,81 ppm – 19,38 ppm menunjukan bahwa pemberian pupuk N (N fertilizer) pada beberapa musim tanam sebelumnya melebihi jumlah kebutuhan optimum untuk pertumbuhan tanaman padi dan menunjukan leaching nitrat yang terjadi pada petak – petak sawah di daerah penelitian. Akumulasi konsentrasi nitrat pada lapisan tanah tersebut
mudah
mengalami leaching melalui profil tanah dengan tekstur pasir geluhan sampai pasir dan menjadi sumber pencemaran nitrat pada air tanah. 3.4. Konsentrasi Nitrat Dalam Airtanah Konsentrasi NO3- pada airtanah pada lahan pertanian di daerah penelitian pada umumnya termasuk kecil dan masih di bawah ambang batas dalam standar baku mutu air minum (<50 mg/L) yaitu berkisar antara 0,63 mg/L – 14,43 mg/L. Konsentrasi NO3 pada daerah penelitian ini terlihat ada yang semakin berkurang dengan semakin bertambahnya kedalaman muka airtanah, tetapi pada sampel
AT2 dan AT3 terlihat tidak mengikuti
kecenderungan semakin bertambahnya kedalaman muka airtanah akan semakin berkurang konsentrasi NO3 -. Konsentrasi NO3 pada sampel AT2 dan AT3 yang lebih tinggi pada
kedalaman muka airtanah yang cenderung lebih dalam tersebut bisa dipengaruhi oleh sifat dari NO3 - yang mobile yang didukung oleh material penyusun akuifer yang berupa material berupa pasiran, sehingga NO3- akan terus larut bersama dengan aliran airtanah bergerak secara horisontal dan vertikal terus menuju ke akuifer yang lebih dalam. Selain itu, konsentrasi NO3 - yang lebih tinggi pada kedalaman airtanah yang lebih dalam tersebut bisa dipengaruhi oleh pergerakan aliran airtanah yang berasal dari bagian hulu (upstream) yang mengandung konsentrasi NO3- serta mendapatkan pengaruh dari limbah rumah tangga (faecal
Konsentrasi NO3- (mg/L)
source). 16 14 12 10 8 6 4 2 0
AT.3
AT.2
0
2
4
6
8
Kedalaman muka airtanah (m)
Gambar 2. Hubungan antara kedalaman muka airtanah dan konsentrasi NO 3 - dalam airtanah 3.5. Pengaruh Aplikasi Pupuk N Terhadap Akumulasi NO3- Dalam Lapisan Tanah Berdasarkan data dari 70 responden petani, diketahui sekitar 50% menggunakan pupuk organik sebagai sumber nutrisi yang dikombinasikan dengan pupuk urea, sekitar 33 % responden petani masih menggunakan pupuk urea, dan 17% responden menggunakan pupuk majemuk (urea dan NPK). Penggunaan pupuk urea dan NPK di kalangan petani masih cukup tinggi,karena adanya pemahaman penggunaan pupuk urea dan NPK bisa cepat membantu pertumbuhan tanaman padi. Penggunaan pupuk oleh petani pada petak sawah yang diambil sampel seperti pada Tabel 2. Pemberian pupuk urea diberikan dua kali yaitu pada umur tanaman 20 hari dan 35 hari, sedangkan pupuk organik berupa pupuk kandang diberikan pada waktu pengolahan
lahan.. Nitrogen loading yang dihasilkan dari aplikasi pemupukan berksiar antara 107 kg.N/ha – 460 kg.N/ha. Tabel 2. Jumlah N loading dari aplikasi pemupukan di daerah penelitian Kode Petak Sawah 1.1 1.2 1.5 1.6 2.1 3.1 4.1 4.2 5.1
Luas (m2) 1500 2000 2300 1000 500 1700 450 500 500
Aplikasi Pupuk (kg) Urea NPK Organik (kg) (kg) (kg) 10 25 225 200 30 30 500 10 25 225 40 90 160 20 10 200 25 5 150 10 5
N loading pemupukan (kg.N/ha) 115,6 460 166,5 173,5 368 281,1 415,5 365 107
Konsentrasi NO3 (ppm) 20 cm 40 cm 60 cm 6.04 4.40 2.14 4.30 4.12 1.86 2.12 2.29 9.63
7.48 5.32 15.39 5.47 3.83 1.18 1.78 1.74 7.4
5.76 19.38 9.16 1.81 1.81 1.82 5.31 5.12 8.42
Jumlah dan jenis penggunaan pupuk N mempunyai pengaruh terhadap akumulasi konsentrasi NO3 - pada lapisan tanah. Pupuk urea mempunyai kadar nitrogen sekitar 46% dan pupuk NPK mempunyai kadar nitrogen sekitar 15%. Berdasarkan hasil analisa regresi untuk mengetahui pengaruh faktor N loading dari pemupukan dan kandungan lempung dalam tekstur tanah pada kedalaman 60 cm terhadap konsentrasi NO3 - pada kedalaman 60 cm diketahui bahwa kedua faktor tersebut mempunyai pengaruh yang signifikan (p = 0,008) terhadap konsentrasi NO3- pada kedalaman 60 cm dengan koefisien determinasi (R2) = 0,802. Faktor N loading dari aplikasi pemupukan merupakan sumber (input) untuk pembentukan NO3- dalam tanah. Komponen lempung dalam tekstur tanah mempunyai kemampuan untuk menjerap NH4+, sehingga bisa mengurangi intensitas terbentuknya NO3dalam lapisan tanah. Kandungan lempung dalam tekstur tanah di daerah penelitian berkisar antara 2,31% sampai 10,04%, sehingga intensitas degradasi konsentrasi NO 3 - yang larut dalam fluida tidak berjalan dengan efektif. Nitrat akan larut dalam fluida tidak mengalami degradasi dan akan bergerak melalui ruang antar pori material pasir geluhan – pasir dalam lapisan tanah.
Pengaruh yang tidak signifikan dari faktor penggunaan pupuk, konsentrasi NO 3dalam air irigasi, dan tekstur tanah terhadap akumulasi konsentrasi NO 3 - pada kedalaman 20 cm dan konsentrasi NO3- pada kedalaman 40 cm di daerah penelitian disebabkan oleh a. Nitrat (NO3-) merupakan unsur yang tidak stabil Konsentrasi NO3- pada kedalaman 20 cm dipengaruhi oleh proses penyerapan NO 3 oleh tanaman dan proses denitrifikasi. Nitrat sangat rentan terhadap proses denitrifikasi pada kondisi anaerobik terutama dipengaruhi oleh penggenangan lahan sawah. b. Kandungan fosfat dalam Pupuk NPK Penggunaan pupuk NPK bisa mengurangi akumulasi NO3 - dalam lapisan tanah, karena penggunaan pupuk NPK yang seimbang bisa meningkatkan penyerapan N oleh tanaman dan mengurangi akumulasi NO3- dalam tanah dan NO3- yang mengalami leaching (Fan et.al., 2010). Konsentrasi NO3- bisa berkurang sekitar 62,1% dengan aplikasi pupuk NP dan berkurang 77,6% dengan aplikasi pupuk NPK (Yang et.al., 2006). c. Tekstur tanah Lapisan tanah yang didominasi oleh fraksi pasir akan merupakan media yang baik untuk mempercepat proses pergerakan vertikal dari nitrat yang larut dalam fluida, sehingga akumulasi nitrat pada lapisan tanah tersebut relatif berkurang (Pociene and Pocius, 2005). 3.6. Pengaruh Akumulasi Nitrat Dalam Tanah Terhadap Konsentrasi Nitrat Dalam Airtanah Sistem akuifer yang berkembang di daerah penelitian merupakan akuifer bebas (unconfined aquifer) dan tersusun atas material pasir yang mempunyai permeabilitas yang termasuk tinggi. Akumulasi konsentrasi nitrat pada lapisan tanah dengan tekstur pasir geluhan akan mudah mengalami leaching melalui profil tanah dan akan menjadi sumber pencemaran nitrat pada zona air tanah. Konsentrasi NO3- pada airtanah pada lahan pertanian di daerah penelitian pada umumnya termasuk kecil dan masih di bawah ambang batas dalam standar baku mutu air minum (<10 mg/L) yaitu berkisar antara 0,63 mg/L – 14,43 mg/L.
Berdasarkan perbandingan antara konsentrasi NO 3- dengan konsentrasi Cl- diketahui bahwa konsentrasi NO3 - dalam airtanah tersebut dipengaruhi oleh aktivitas pertanian. Nilai perbandingan NO3- : Cl di daerah penelitian yaitu 1:1,1. Perbandingan konsentrasi NO 3dengan Cl- berkisar antara 1:1 sampai 8:1 mengindikasikan NO3 - berasal dari limbah domestik (faecal source) (Macdonald et.al., 2001) Akumulasi NO3 pada kedalaman 20 cm berkisar antara 1,86 mg/kg – 9,63 mg/kg, akumulasi NO3 pada kedalaman 40 cm berkisar antara 1,18 mg/kg – 15,39 mg/kg, dan konsentrasi NO3 pada kedalaman 60 cm berkisar antara 1,81 mg/kg – 19,38 mg/kg. Jumlah contaminant loading dalam lapisan tanah tersebut menjadi sumber pencemaran nitrat dalam airtanah. Berdasarkan hasil analisa regresi diketahui contaminant loading pada lapisan tanah (unsaturated zone) mempunyai pengaruh secara signifikan terhadap konsentrasi NO 3 dalam airtanah (p = 0,011) dan faktor akumulasi NO3 - pada kedalaman 20 cm, 40 cm, dan 60 cm mempengaruhi konsentrasi NO3 - dalam airtanah dengan nilai koefisien determinasi (R2) = 96,5%. Berdasarkan hal tersebut, akumulasi konsentrasi NO 3- pada lapisan tanah (unsaturated zone) menjadi sumber pencemaran NO3 - dalam airtanah. Semakin tinggi akumulasi konsentrasi NO3- dalam lapisan tanah (unsaturated zone), maka konsentrasi NO3dalam airtanah akan meningkat. Konsentrasi NO3 dalam airtanah yang relatif kecil tersebut juga dipengaruhi oleh proses denitrifikasi dalam kondisi redoks berjalan cukup dominan, sehingga mengubah bentuk NO3- menjadi HNO2 dan HNO. Nilai perbandingan antara Cl- dengan NO3- (Cl:NO3) bisa menjadi indikasi pengaruh proses denitrifikasi terhadap konsentrasi NO 3 (Kingsbury, 2003). Konsentrasi NO3 yang kurang dari 1 mg/L dan mempunyai rasio Cl-: NO3- lebih dari 5 (Cl-/NO3- > 5) menunjukan proses denitrifikasi berjalan secara dominan. Konsentrasi NO 3 pada lahan padi mengalami degradasi yang cukup banyak akibat proses denitrifikasi dalam kondisi redoks, sehingga konsentrasi NO3- kurang dari 2 mg/L (<2 mg/L) dan konsentrasi Cl -
terlihat meningkat lebih dari 10 mg/L (>10 mg/L) (Koh, et.al., 2010). Kondisi redoks mempunyai korelasi yang kuat dengan kedalaman muka airtanah (water table) atau ketebalan lapisan tidak jenuh air (unsaturated zone). Hal tersebut berkaitan dengan ketersediaan oksigen yang berkurang pada kedalaman muka airtanah yang dangkal (Landon et.al., 2011). Berkurangnya oksigen pada kedalaman muka airtanah yang dangkal (shallow groundwater) dipengaruhi oleh proses mineralisasi yang dilakukan oleh mikroorganisme dan terjadinya proses leaching dissolved organic carbon (DOC). Selain itu, NO3- yang mengalami leaching dalam pergerakannya terhambat oleh adanya lapisan padas besi yang bersifat kurang porous, sehingga bisa menghambat dan mengurangi konsentrasi NO3- yang bergerak menuju muka airtanah atau lapisan akuifer. 12 10 Perbandingan Cl : NO3
8 6 4
2 0 -1
1
3
5
7
9
11
13
15
Konsentrasi NO3 (mg/L)
Gambar 4.9. Pola hubungan antara konsentrasi NO3- dan rasio Cl/NO3 di daerah penelitian
4. Kesimpulan Berdasarkan analisa dan pembahasan di atas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : a. Akumulasi NO3 pada kedalaman 20 cm berkisar antara 1,86 mg/kg – 9,63 mg/kg, akumulasi NO3 pada kedalaman 40 cm berkisar antara 1,18 mg/kg – 15,39 mg/kg, dan konsentrasi NO3 pada kedalaman 60 cm berkisar antara 1,81 mg/kg – 19,38 mg/kg.
Akumulasi NO3- pada kedalaman 60 cm pada lapisan tanah dipengaruh oleh jumlah N loading yang dihasilkan dari aplikasi pemupukan dan tektur lapisan tanah pada kedalaman 60 cm (p = 0,008) dengan koefisien determinasi (R2) = 80,2%. b. Akumulasi NO3 pada kedalaman 20 cm, 40 cm, dan 60 cm merupakan contaminant loading yang menjadi sumber pencemaran airtanah. Faktor akumulasi NO3- pada kedalaman 20 cm, 40 cm, dan 60 cm mempengaruhi secara signifikan terhadap konsentrasi NO3- dalam airtanah dengan nilai koefisien determinasi (R2) = 96,5%. 5. Saran Efisiensi penggunaan pupuk-N merupakan langkah untuk memberikan pupuk sesuai dengan kebutuhan tanaman untuk mengurangi tingkat kehilangan N akibat leaching yaitu : a. Pemupukan dengan tepat dosis dan tepat waktu Dosis pemberian pupuk N dapat ditentukan berdasarkan tingkat kandungan unsur N pada tanaman dengan menggunakan metode bagan warna daun (BWD). b. Pemupukan secara berimbang Aplikasi pemberian pupuk N anorganik yang diimbangi dengan pemberian pupuk N organik. Pemberian pupuk N organik bisa berupa pupuk kandang atau kompos sebanyak 2 ton/ha pada saat pengolahan tanah. 6. Ucapan Terima Kasih Pusbindiklatren Bappenas dan Pemerintah Kabupaten Sleman yang telah memberikan beasiswa, kesempatan, dan dukungan selama menjalankan studi di Magister Ilmu Lingkungan, Universitas Diponegoro. Daftar Pustaka Apricio, V., Costa, J.L., Zamora, M. 2008. Nitrate Leaching Assessment in a Long-term Experiment Under Supplemantary Irrigation in Humid Argentina.Agricultural Water Management Vol.95,pp.1361-1372 Chaerun, S.K., dan Anwar, C. 2008. Dampak Lingkungan Penggunaan Pupuk Urea Pada Pembebanan N dan Hilangnya Kandungan N Di Sawah.Jurnal Pendidikan IPA Volume VI Nomor 7.pp.1-8.
Das, P., Hwan Sa, J., Hyun Kim, K., and Chan Jeon, E. 2009. Effect of Fertilizer Application on Ammonia Emission and Concentration Levels of Ammonim,Nitrate,and Nitrite Ions in A Rice Field.Environ Monit Assess Vol.154.pp.274-282 Fan, J., Hao, M., Malhi, S.S. 2010. Accumulation N-Nitrate in The Soil Profile and Its Implications For The Enviroment Under Dryland Agriculture in Nothern China : A Review.Canadian Journal Of Soil Science.pp.429-440 Kingsbury ,J.A. 2003. Shallow Ground-Water Quality in Agricultural Areas of Northern Alabama and Middle Tennesee. Water-Resources Investigations Report 034181.US.Geological Survey. Tennesee Koh, D.C., Mayer, B., Lee. K.S., and Ko.K.S. 2010. Land Use Controls on Sources and Fate of Nitrate in Shallow Groundwater of an Agricultural Area Revealed by Multiple Enviromnmental Tracers. Journal of Contaminant Hydrology Vol.118,pp.62-78 Landon, K.M., Green, T.C., Belitz, K., Singleton, M.J., and Esser, B.K. 2011. Relation of Hydrogeologic Factors,Groundwater Reduction-Oxidation Conditions and Temporal and Spatial Distributions of Nitrate, Central-Estade San Joaquin Valley,California,USA. Hydrogeology Journal Vol.19,pp.1203-1224 MacDonald, D.M.J., Lawrence, A.R., Howard, A.G., Barret, M.H, Pedley, S., Ahmed, K.M., and Nalubega, M. 2001. Guidelines for Assessing The Risk to Groundwater From On-Site Sanitation. British Geological Survei. Perez, J.M.S., Antiguedad, I., Arrate, I., Linares, C.G., and Morell I. 2003. The Influence of Nitrate Leaching Through Unsaturated Soil on Groundwater Pollution in a Agricultural Area of The Basque Country. The Science of the Total Enviroment Vol.317.pp.173-187 Pociene, A and Pocius, S. 2005. Relationship Between Nitrate Amount in Groundwater and Natural Factors. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management.Vol.XXXI No.1,pp.23-30 Salikin, K.A. 2003. Sistem Pertanian Berkelanjutan.Penerbit Kanisius.Yogyakarta Singh, B., Singh, Y., Sekhon, G.S. 1995. Fertilizer-N Use Efficiency and Nitrate Pollution of Groundwater in Developing Countries, Journal of Contaminant Hydrology Vol.20,pp.167-184 Suprapti, H., Mawardi, M., Shiddieq, D. 2010. Nitrogen Transport and Distribution on Paddy Rice Soil Under Water Efficient Irrigation Method.International Seminar of ICID.Yogyakarta Winarso, S. 2005. Kesuburan Tanah.Gava Media.Yogyakarta Yang, S., Li, F., Suo, D., Guo, T., Wang, J., Song, B., and Jin, S. 2005. Effect of Long-Term Fertilization on Soil Productivity and Nitrate Accumulation in Gansu Oasis. Agricultural Sciences in China 5(1),pp.57-67 Zhang, D., Li, G., Yang, S., Zhang, X., and Guo, H. 2009. Bio-geological Processes of Nitrogen Transport and Transformation in The Aeration Zone and Aquifer.Hydrological Sciences Journal Vol.54,pp.316-326. Zhou, M., Zhu, B., Bahl, K., Wang, T., Bergmann, J., Bruggeman, N., Wang, Z., Li, T., Kuang, F. 2012. Nitrate Leaching,Direct and Indirect Nitrous Oxide Fluxes from Sloping Cropland in The Purple Soil Area,Southwestern China.Enviromental Pollution Vol.162.pp.361-368.
