BAB I PENGANTAR 1.1. Latar Belakang Erosi merupakan proses geomorfologi yang aktif dalam mengukir konfigurasi permukaan bumi. Erosi dapat terjadi akibat interaksi kerja dari faktor iklim, topografi, tumbuh-tumbuhan, dan manusia. Curah hujan merupakan faktor iklim yang paling berperan dalam kejadian erosi. Energi kinetik air hujan yang tinggi mampu menghancurkan, melepaskan, dan menghanyutkan material tanah ke sungai melalui aliran permukaan lalu diendapkan di badan sungai/danau/teluk (Sarief, 1985; Arsyad, 1989; Kartasapoetra dkk., 2000; Suripin, 2002). Kekuatan merusak aliran air di atas permukaan tanah makin besar dengan makin curam dan panjangnya lereng, lebih besarnya aliran permukaan daripada infiltrasi, dan rusaknya vegetasi penutup tanah akibat pembukaan lahan yang tidak sesuai dengan kaidah konservasi tanah dan air. Erosi tanah dapat mempengaruhi kesehatan tanah. Pengaruh erosi dalam menurunkan kesehatan tanah dengan cara menghilangkan tanah permukaan yang kaya akan karbon organik, sehingga kesuburan tanah menurun. Karbon organik tanah secara drastis dipengaruhi oleh proses erosi (Lal, 2003). Karbon organik tanah sangat penting bagi kehidupan tanaman. Tanah yang mengandung karbon organik sedang-tinggi (>2) dikategorikan sebagai tanah sehat, sebaliknya tanah yang mengandung karbon organik rendah (<2) dikategorikan sebagai tanah kurang sehat. Ini mengindikasikan bahwa penelitian tentang karbon organik tanah menjadi penting untuk dilakukan. Karbon organik tanah dalam penelitian ini adalah tanah yang mengandung karbon, baik bersifat organik maupun anorganik, yang mengalami proses translokasi dari bagian atas bentuklahan sampai masuk ke tubuh perairan sungai oleh proses erosi.
2
Karbon organik tanah merupakan salah satu unsur hara esensial bagi pertumbuhan tanaman, dapat terangkut bersama aliran permukaan. Aliran permukaan mengangkut dan memindahkan karbon organik tanah bersama sedimen tersuspensi dari lahan budidaya pertanian ke tempat dimana aliran air permukaan terhenti, hingga masuk ke tubuh perairan sungai. Akibatnya kemampuan lahan dalam mendukung usaha budidaya pertanian dapat menurun, karena: (a) kemampuan tanah menahan air berkurang; (b) granulasi agregat dan pemantapan tanah terhambat; (c) plastisitas, kohesi dan sifat buruk lainnya dari lempung meningkat; (d) daya jerap dan kapasitas tukar kation menurun; (e) unsur nitrogen, phosfor, dan sulfur mudah tercuci; (f) jumlah dan aktivitas metabolik organisme tanah menurun, sehingga menghambat proses dekomposisi (Hakim dkk., 1986). Simpanan karbon organik tanah dipengaruhi oleh proses geomorfik dan proses1 pedogenik. Proses pedogenik akan menambah jumlah simpanan karbon organik tanah dalam horizon tanah melalui proses dekomposisi, humifikasi, eluviasi, illuviasi, dan alterasi. Proses geomorfik cenderung mentranslokasi karbon organik tanah secara lateral melalui proses erosi, transportasi, dan deposisi. Translokasi karbon organik tanah dapat dipelajari pada suatu toposekuen, karena adanya runtunan lereng dan pergerakan aliran air permukaan yang kontinyu dari lereng atas (puncak) ke lereng bawah (lereng kaki). Aliran permukaan dipengaruhi oleh kondisi iklim global. Rata-rata jumlah radiasi yang diterima bumi seimbang dengan jumlah yang dipancarkan kembali ke atmosfer setelah digunakan untuk penguapan air, memanaskan udara dan permukaan tanah. Kondisi ini dipengaruhi antara lain oleh keberadaan gas karbon dioksida (CO2), metana (CH4), nitrous oksida (N2O), yang mampu menyerap radiasi balik atau radiasi
3
gelombang panjang dari permukaan bumi, sehingga suhu atmosfer atau udara bumi meningkat. Karbon dioksida (CO2) merupakan GRK yang paling berpengaruh terhadap peningkatan suhu atmosfer, ditunjukkan dengan adanya peningkatan emisi CO2 dari 1400 juta Mg/tahun menjadi 2900 juta Mg/tahun dalam dekade terakhir, walaupun terjadi penurunan emisi CH4 dari 37 juta Mg/tahun hingga 22 juta Mg/tahun, dan penurunan emisi N2O dari 3,9 juta Mg/tahun menjadi 3,8 juta Mg/tahun (Hairiah dan Murdiyarso, 2007). Peningkatan emisi CO2 ini, sudah mencapai tingkat membahayakan iklim bumi dan keseimbangan ekosistem. Kecenderungannya adalah bahwa daerah kering akan menjadi lebih kering dan daerah basah akan menjadi lebih basah sehingga kelestarian sumberdaya air akan terganggu. Tempat-tempat yang kering seperti Afrika akan mengalami defisit air, sedangkan tempat-tempat yang basah seperti sebagian besar daerah tropis akan mengalami surplus air (Hairiah dan Murdiyarso, 2007). Apabila vegetasi penutup lahan dan upaya konservasi tanah tidak dilakukan, konsekuensinya pada daerah aliran sungai (DAS) berpotensi untuk terjadinya peningkatan laju limpasan permukaan, erosi, kehilangan tanah dan karbon organik tanah, laju aliran sungai, dan sedimen suspensi. Simpanan karbon pada kawasan DAS terdapat di atmosfer, vegetasi, tanah dan air. Dinamisasi karbon tanah berkaitan erat dengan alih fungsi lahan, pengolahan tanah, aliran air permukaan dan erosi. Penelitian ini penekanannya pada dinamika simpanan karbon organik tanah (soil organic carbon stock) yang ada pada horizon tanah dan karbon yang bergerak/berpindah tempat akibat erosi air dalam bentuk sedimen tersuspensi sampai masuk ke dalam aliran air sungai. Hingga saat ini belum ada standar baku dalam menduga potensi simpanan karbon tanah dan interaksinya
4
dengan proses erosi tanah pada suatu DAS. Penelitian mengenai dinamika simpanan karbon organik tanah pada suatu DAS perlu dilakukan guna mendapatkan suatu pengetahuan tentang proses erosi, potensi karbon organik tanah, dan interaksi antara erosi dan simpanan karbon organik tanah dalam suatu daerah aliran sungai (DAS). Penelitian mengenai dinamika simpanan karbon organik tanah akibat erosi ini dilakukan pada daerah aliran sungai (DAS) karena di dalam DAS proses erosi dapat dipantau dengan baik. Ini dapat dilakukan karena DAS mempunyai wilayah yang dibatasi oleh punggung-punggung bukit/gunung, yang dapat menampung, menyimpan dan mengalirkan air permukaan bersama sedimen suspensi dan karbon organik tanah melalui satu outlet yaitu sungai. DAS Girindulu dijadikan sebagai lokasi penelitian karena DAS Girindulu termasuk DAS skala kecil (luas 73.703,75 ha) dengan kompleksitas tinggi, yaitu tersusun atas berbagai formasi geologi, jenis tanah, penggunaan lahan, jaringan aliran sungai dan sebaran curah hujan yang variasi. Berdasarkan hasil pra-observasi lapangan menunjukkan bahwa sebagian besar DAS Girindulu telah mengalami degradasi lahan akibat erosi, menyebabkan tanah lapisan atas mengalami pengikisan, lalu ditraslokasi dan dideposisi ke tubuh Sungai Girindulu melalui aliran permukaan, akibatnya Sungai Girindulu mengalami sedimentasi. Hasil pengukuran sedimen tahun 1983-1985 menunjukkan adanya sedimentasi di tubuh sungai Girindulu setinggi 17 cm, dengan rata-rata kadar suspended load yaitu antara 37,9-10.559,9 mg/l (Fakultas Geografi-UGM, 1985) 1.1.1. Perumusan Masalah Wilayah DAS Girindulu didominasi oleh perbukitan dan pegunungan blok sesar yang rentan terjadi erosi. Proses erosi akan menyebabkan terjadinya penghancuran, pelepasan, pengangkutan material tanah dari lereng atas dan
5
pengendapan material tanah pada lereng bawah. Pada saat proses pengangkutan material dari lereng atas ke lereng bawah, terjadi pula penutupan pori-pori tanah sehingga aliran permukaan lebih besar dari infiltrasi. Pergerakan material dari lereng atas yang lebih besar, berpotensi terjadi longsor lahan, dan sedimentasi lebih intensif pada lereng bawah. Pra-observasi lapangan tanggal 27-29 Desember 2009 menunjukkan bahwa DAS Girindulu telah terjadi erosi, ditunjukkan adanya tebing yang terkikis, tersingkapnya perakaran tanaman dan batuan di permukaan tanah, serta sedimentasi pada tubuh sungai. Pengukuran sedimen tahun 1983-1985 menunjukkan adanya sedimentasi di tubuh sungai Girindulu setinggi 17 cm, dengan rata-rata kadar suspended load yaitu antara 37,9-10.559,9 mg/l (Fakultas Geografi-UGM, 1985). Karbon tanah dapat mengalir bersama sedimen oleh aliran sungai, berupa: a) partikel karbon organik (POC), karbon organik terlarut (DOC), dan karbon inorganik terlarut (DIC) (Lal, 2003). Redistribusi karbon terkikis pada tanah atas akan ditransportasikan ke dalam ekosistem perairan dan lautan (Hudges et al., 1997 dalam Lal, 2003). Penelitian spesifik tentang erosi dan dinamika simpanan karbon organik tanah di DAS Girindulu belum dilakukan. Proses erosi yang terjadi di DAS Girindulu, diduga turut pula mengalirkan karbon organik tanah dari daerah hulu ke daerah hilir bersama sedimen tersuspensi. Akibatnya simpanan karbon organik tanah di DAS Girindulu akan berkurang. Model perhitungan kehilangan tanah dan karbon organik tanah akibat erosi secara khusus di DAS Girindulu belum dikembangkan. 1.1.2. Manfaat Penelitian Berdasarkan perumusan masalah penelitian yang sudah dijabarkan maka penelitian ini diharapkan bermanfaat untuk:
6
1. Manfaat untuk pengembangan ilmu pengetahuan, penelitian ini diharapkan dapat menemukan konsep teori baru tentang erosi dan kehilangan karbon organik tanah, sekaligus menemukan model spesifik prediksi kehilangan tanah dan model spesifik prediksi kehilangan karbon organik tanah akibat erosi di DAS Girindulu. 2. Kegunaan untuk pembangunan negara, penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi tentang prediksi kehilangan tanah dan karbon organik tanah akibat erosi, serta informasi tentang kesehatan DAS secara akurat, sehingga menjadi data dasar dalam penyusunan program perencanaan pengelolaan DAS Girindulu dan penyesuaian Rencana Tata Ruang Daerah (RTRD), khususnya di lokasi penelitian. 1.1.3. Keaslian Penelitian Pemikiran penelitian ini muncul dari hasil penelitian tentang erosi yang telah dilakukan oleh para peneliti sebelumnya. Proses erosi merupakan suatu proses penghancuran, pelepasan, pelarutan, pengangkutan dan penimbunan material tanah bersama unsur-unsur kimia tanah. Karbon tanah merupakan salah satu unsur yang turut terangkut bersama erosi. Penelitian tentang erosi yang menghubungkannya dengan aliran karbon tanah dalam kawasan DAS sudah ada 4 penelitian, namun memiliki perbedaan dengan penelitian yang dilakukan. Starr et al., (2000) pada penelitian Modeling Soil Carbon Transported by Water Erosion Processes di Ohio menyatakan bahwa model diagnostik dapat digunakan untuk memperkirakan dampak erosi langsung pada keseimbangan karbon organik tanah (SOC) dari erosi, terkait erat induksi transportasi mineral tanah. Lal (1995) dalam Starr et al. (2000) memperkirakan bahwa 5,7 Pg SOC di dunia
7
ditranslokasikan oleh erosi air setiap tahunnya dan mayoritas (90 %) dari karbon organik tanah (SOC) translokasi disimpan di lansekap. Aliran permukaan dari lansekap tererosi diperkaya oleh: (1) partikel ukuran lempung (Pert and Walling, 1982 dalam Starr et al., 2000), dan (2) karbon organik partikulat (POC) dan karbon organik terlarut (DOC) (Lal, 1995 dalam Starr et al., 2000). Lal (2003) pada penelitian Soil Erosion and the Global Carbon Budget di Ohio, menyatakan bahwa erosi tanah berdampak kuat terhadap siklus C global dan harga karbon global. Jika asumsi rasio pengiriman 10% dan kandungan SOC 2-3%, jumlah total C yang terlantar akibat erosi di bumi sebesar 4,0-6,0 Pg/tahun. Jika emisi karena mineralisasi C 20%, maka erosi menginduksi emisi 0,8-1,2 Pg C/tahun, di bumi. Oost et al. (2005) pada penelitian Landscape-Scale Modeling of Carbon Cycling Under the Impact of Soil Redistribution: The Role of Tillage Erosion di Eropa (Belgia dan Denmark) menyatakan bahwa redistribusi tanah sangat mempengaruhi distribusi spasial penyimpanan karbon organik tanah (SOC). Pembentukan karbon organik tanah (SOC) baru di tempat tererosi dan pengendapan karbon organik tanah (SOC) tererosi di bawah kedalaman bajak memberikan suatu mekanisme yang penting untuk penyerapan C pada lahan miring di urutan 3-10 g m C/tahun. Oost et al. (2007) pada penelitian The Impact of Agricultural Soil Erosion on the Global Carbon Cycle di Eropa dan Amerika Serikat menunjukkan bahwa aktivitas budidaya pertanian meningkatkan erosi karbon >160%. Setiap usaha untuk mengelola lahan pertanian dengan memaksimalkan penyerapan sepenuhnya mempertimbangkan erosi, deposisi dan nasib pengikisan dan pengendapan karbon organik tanah (SOC) di lansekap serta dapat menjelaskan hubungan antara pengolahan tanah dan erosi.
8
Empat penelitian sebelumnya dalam menganalisis hubungan erosi tanah dengan aliran karbon melalui pendekatan survei, uji lapangan, dan model. Hasil penelitian sebelumnya belum tentu sama dengan kondisi aktual DAS Girindulu, karena adanya perbedaan karakteristik bentuklahan, tanah, topografi, penggunaan lahan dan iklim lokal. Penelitian dinamika simpanan karbon organik tanah di DAS Girindulu menggunakan pendekatan ekologis (ecological approach) dan survei secara purposive sampling. Interpretasi dan analisis data dilakukan secara kualitatif dan kuantitatif dengan menggunakan persamaan deskriptif dan uji statistik, yang didasarkan pada: (1) pengetahuan tentang erosi dan sedimentasi (erosion and sedimentation knowledge), (2) pengetahuan tentang simpanan karbon tanah (soil carbon stock knowledge), (3) petunjuk teknis pengamatan tanah di lapangan, dan (4) penilaian pribadi (personal judgement) tentang fenomena erosi dan aliran karbon tanah di DAS Girindulu. Penjelasan tentang 4 penelitian erosi dan karbon dalam skala DAS yang dilakukan para ahli sebelumnya sebagaimana disajikan pada Tabel 1.1.
1.2. Tujuan Penelitian Berdasarkan permasalahan penelitian, maka tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Membuat model spesifik prediksi kehilangan tanah akibat erosi di DAS Girindulu 2. Membuat model spesifik prediksi kehilangan karbon organik tanah akibat erosi di DAS Girindulu 3. Mengkaji besarnya kehilangan tanah akibat erosi di DAS Girindulu 4. Mengkaji besarnya karbon organik tanah yang hilang akibat erosi di DAS Girindulu 5. Mengkaji besarnya simpanan karbon organik tanah di DAS Girindulu
8
Tabel 1.1. Beberapa Penelitian Tentang Hubungan Proses Erosi Dengan Kehilangan Karbon Tanah Peneliti
Judul Penelitian
Tahun / Daerah Penelitian
Tujuan Penelitian
Metode Penelitian
Metode Analisis
Hasil Penelitian
G.C. Starr, R. Lai, R. Malone, D. Hotmen, L. Owens, J. Kimble
Modeling Soil Carbon Transported by Water Erosion Processes
2000 / Ohio
Mengidentifikasi dan menggambarkan pendekatan untuk menilai dampak erosi terhadap dinamika SOC menggunakan model diagnostik
Petak Percobaan Plot Sedimen
Model Diagnostik dapat digunakan untuk memperkirakan dampak erosi langsung pada keseimbangan SOC dari erosi terkait erat induksi transportasi mineral tanah
R. Lal,
Soil Erosion and the Global Carbon Budget
2002 / Ohio
Mengukur dampak erosi tanah terhadap harga karbon global
Survei Lapangan dan Analisis Laboratorium
Oost K.V, G. Govers, T.A. Quine, G. Heckrath, J.E. Olesen, S.D. Gryze, R. Merckx
Landscape-Scale Modeling of Carbon Cycling Under the Impact of Soil Redistribution: The Role of Tillage Erosion The Impact of Agricultural Soil Erosion on the Global Carbon Cycle
2005 / (Belgia dan Denmark)
Menganalisis secara spasial sedimen dan SOC selama erosi dan deposisi di dataran tinggi pertanian.
Survei Lapangan dan Analisis Laboratorium (Radionuklida Cesium-137)
1. Metode RUSLE (Renard et al., 1997) 2. Metode 137Cs, 3.Distribusi ukuran agregat stabil dari run off Komparasi antara kandungan C tanah tererosi dan kandungan C tanah tidak tererosi Model SPEROS-C dan ICBM (Andrén dan Kätterer, 1997)
2007 / Eropa dan Amerika Serikat
Mengukur dampak budidaya pertanian terhadap erosi karbon tanah
Survei lapangan (1400 profil tanah) Analisis Laboratorium (Walkley Black)
Dinamika Simpanan Karbon Organik Tanah di DAS Girindulu
2014 / Kabupaten Pacitan
1. Membuat model spesifik prediksi kehilangan tanah di DAS Girindulu 2. Membuat model spesifik prediksi kehilangan karbon organik tanah di DAS Girindulu 3. Mengkaji besarnya kehilangan tanah akibat erosi di DAS Girindulu 4. Mengkaji besarnya kehilangan karbon organik tanah akibat erosi di DAS Girindulu 5. Mengkaji besarnya simpanan karbon organik Tanah di DAS Girindulu
Survei Lapangan, Plot Sedimen dan Analisis Laboratorium (Walkley Black)
K.V. Oost, TA Quine, G. Govers, S. D. Gryze, J. Six, JW Harden, JC Ritchie, McCarty GW, G. Heckrath, C. Kosmas, Giraldez JV, J.R.M. Silva, R. Merckx Djafar Mey
1. Metode USLE 2. Metode 137Cs,
-Analisis kualitatif (deskriptif) yakni: 1. Model USLE 2. SOCloss 3. Csi -Analisis kuantitatif (uji statistik) yakni: Uji Korelasi, Uji regresi berganda dan uji regresi sederhana, Uji Analisis Jalur
Erosi tanah berdampak kuat terhadap siklus C global dan harga karbon global
Redistribusi tanah sangat mempengaruhi distribusi spasial penyimpanan SOC
Aktivitas budidaya pertanian meningkatkan tingkat erosi karbon >160 %.
1. Model Prediksi Kehilangan Tanah totSed= 0,6808+0,854Ch+0,435BO–2,125pL+1,980mL, 2. Model Prediksi Kehilangan Karbon Organik Tanah COT = 2,1091(totSed)0,025 3. Proses erosi dapat menghilangkan/menambah simpanan karbon organik tanah. Simpanan karbon organik tanah dapat dipertahankan atau ditambahkan dengan cara menekan laju erosi, seperti penanaman kembali pohon pada lahan kurang produktif, pembenaman residu pertanian, pemberian mulsa, pembuatan teras bangku, dan penggunaan pupuk organik. 4. Kehilangan tanah dan karbon organik tanah akibat erosi di daerah penelitian dipengaruhi oleh faktor iklim, kondisi geomorfologi, karakteristik tanah, dan aktivitas manusia.
9
