BAB II TINJAUAN PUSTAKA

ADLN- PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Lahan Kering dan Degradasi Lahan Lahan kering didifinisikan sebagai hamparan lahan yang tidak pernah tergenang atau digenangi air pada sebagian waktu dalam setahun atau sepanjang waktu. Sedang yang dimaksud dengan degradasi lahan adalah proses penurunan produktivitas lahan, baik yang sifatnya sementara maupun tetap. Akibat lebih lanjut dari proses degradasi lahan adalah timbulnya areal-areal yang tidak produktif atau dikenal dengan lahan kritis/marginal. Ditinjau dari segi tata guna lahan, luas lahan kering di Indonesia berkisar 148 juta hektar (70%) dari luas baku lahan (210 juta hektar). Dari luas lahan kering tersebut yang sesuai untuk budi daya pertanian hanya sekitar 76,22 juta hektar (52%), sebagian besar terdapat di dataran rendah (70,71 juta hektar atau 93%) dan sisanya di dataran tinggi. (Abdurrahman et al., 2008). Di Indonesia lahan terdegradasi/marginal dapat dijumpai baik pada lahan basah maupun lahan kering. Lahan basah berupa lahan gambut, lahan sulfat masam dan rawa pasang surut seluas 24 juta ha, sementara lahan kering diantaranya tanah Ultisol 47,5 juta ha dan Oxisol 18 juta ha (Suprapto, 2003 dalam Yuwono, 2009). Penggunaan lahan yang tidak sesuai dengan kemampuannya dan tidak adanya pengelolaan lahan yang baik, pada saat ini lahan kering di Indonesia telah terjadi lahan kritis yang sangat luas. Luas lahan kritis/ terdegradasi di kawasan budidaya di luar kawasan hutan sudah mencapai 41 juta hektar yang terdiri dari : a) Potensial kritis seluas 14 juta hektar, b) Agak kritis seluas 16 juta hektar, c) Kritis seluas 9 juta hektar, d) Sangat kritis seluas 2 juta hektar (Dariah et al.,2004). Rendahnya kandungan bahan organik pada lahan kering (C < 2 %) dapat berakibat pembentukan dan pemantapan struktur/agregat tanah tidak dapat berlangsung dengan baik sehingga tanah mudah tererosi, mudah mengalami pemadatan dan kemampuan menyimpan air rendah.

Rendahnya kandungan bahan organik menyebabkan tanah

miskin nitrogen, fosfat dan kalium. Di samping itu, kandungan bahan organik tanah

6 DISERTASI

TEKNOLOGI PENINGKATANA ....

ASFAN


yang rendah juga berakibat pada rendahnya kapasitas tukar kation (KTK) tanah, sehingga kemampuan tanah untuk menyimpan unsur hara rendah. Sebagai akibatnya, unsur hara baik yang berasal dari pelapukan bahan induk tanah maupun tambahan dari luar yang berupa pupuk, mudah mengalami pencucian. Akibat rendahnya kandungan bahan organik tanah, populasi dan keragaman jasad mikro tanah sangat terganggu, karena bahan organik tanah merupakan sumber energi dan nutrisi bagi jasad mikro tanah (Handayanto dan Hairiah, 2009). Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa sebagian besar lahan pertanian intensif menurun produktivitasnya dan telah mengalami degradasi lahan, terutama yang diakibatkan oleh rendahnya kandungan Corganik dalam tanah

(C organik < 2%),

bahkan masih banyak lahan intensif di Jawa kandungan C organiknya < 1%. Padahal untuk memperoleh produktivitas yang optimal dibutuhkan C-organik > 2,0%.

2.2. Identifikasi Profil Tanah pada Lahan Kering Terdegradasi Profil tanah adalah penampang melintang tegak lurus (vertikal) tanah yang terdiri dari lapisan tanah (solum) dan lapisan bahan induk. Solum tanah adalah bagian dari profil tanah yang terbentuk akibat proses pembentukan tanah pada horison A dan B. Dengan profil tanah dapat dilihat adanya perbedaan lapisan satu dengan lapisan lainnya. Perbedaan dapat berupa warna tanah, kekasaran tanah dan keadaan kerikil/batuan. Perbedaan warna tanah pada horison umumnya disebabkan oleh perbedaan kandungan bahan organik, dimana makin tinggi kandungan bahan organik menunjukkan warna yang semakin gelap. Horison tanah adalah lapisan-lapisan tanah yang terbentuk karena hasil dari proses pembentukan tanah. Proses pembentukan horison-horison akan menghasilkan benda alam baru yang disebut tanah. Penampang vertikal dari tanah tersebut menunjukkan susunan horison yang disebut profil tanah. Karena proses pembentukan tanah yang terus berjalan, maka bahan induk tanah berubah berturut-turut menjadi tanah muda (immature), tanah dewasa (mature soil) dan tanah tua (old soil) seperti pada Gambar 1.

7 DISERTASI


ASFAN


A

A

A

A

E

AB

EB C

(a)

C

B (Bw)

(b)

BE

BA

Bt (Bs)

Bo

BC

BC

C

C

C

(c)

(d)

(e)

Gambar 1. Tingkat Perkembangan Relatif Tanah (Hardjowigeno, 2003). Keterangan (a) : Bahan induk (b) : Tanah muda (c) : Tanah dewasa (d)+(e) : Tanah tua (d=ultisol dan e=oxisol)

A B (Bw) C E EB BE

Bt (Bs) BC AB BA B0 BC

Profil tanah dibuat secara representatif yang letaknya ditengah-tengah kisaran (range in characteristic) agar dapat mewakili satuan analisis dari lokasi penelitian. Profil tanah pada lahan kering terdegradasi dapat diidentifikasi dari sifat fisik dan kimia tanah pada masing-masing horison tanahnya. Kriteria lahan kering mendekati ambang terdegradasi apablia berdasarkan kriteria hasil analisis tanahnya yaitu dari sangat rendah sampai rendah, seperti ditunjukkan pada Tabel 1.

8 DISERTASI


ASFAN


Tabel 1. Kriteria penilaian hasil analisis tanah Sifat Tanah

Sangat Rendah < 1,00 < 0,10 < 5 < 15 < 10 < 4 < 10 < 5 < 10 < 5

C (%) N (%) C/N P2O5 HCL25%, mg/100 g P2O5 Bray I (ppm ) P2O5 Bray I (ppm P) *) P2O5 Olsen (me/100g ) P2O5 Olsen (me/100g) P*) K2O HCL 25%, me/100g KTK (me/100 g tanah) Susunan Kation K (me/100 g tanah) < 0,1 Na (me/100 g tanah) < 0,1 Mg (me/100 g tanah) < 0,3 Ca (me/100 g tanah) < 2 Kejenuhan Basa (%) < 20 Kejenuhan Al (%) < 5 Cadangan Mineral (%) < 5 Salinitas/DHL (dS/m) < 1,00 Persentase Natrium dapat < 2 ditukar (%) 4,5 – 5,5 pH H2O < 4,5 Masam Sangat Masam Sumber: Balai Penelitian Tanah (2005)

Rendah

Sedang

Tinggi

1,00-2,00 0,10-0,20 5 - 10 15 - 20 10 – 15 5-7 10 – 25 5 - 10 10 - 20 5 - 16

2,01-3,00 0,21-0,50 11 - 15 21 - 40 16 – 25 8 - 10 26 – 45 11 - 15 21 – 40 17 - 24

3,01-5,00 0,51-0,75 16 - 25 41 - 60 26 – 35 11 - 15 46 – 60 16 - 20 41 - 60 25 - 40

Sangat Tinggi > 5,00 > 0,75 > 25 > 60 > 35 > 15 > 60 > 20 > 60 > 40

0,1 – 0,2 0,1 – 0,3 0,3 – 1,0 2-5 20 - 40 5 - 10 5 - 10 1,00-2,00 2-3

0,3 – 0,5 0,4 – 0,7 1,1 – 2,0 6 - 10 42 - 60 11 - 20 11 - 20 2,01-3,00 5 - 10

0,6–1,00 0,8–1,00 2,1– 8,00 11 - 20 61 - 80 21 - 40 21 - 40 3,01-4,00 10 - 15

> 1,00 > 1,00 > 8,00 > 20 > 80 > 40 > 40 > 4,00 > 15

5,6 – 6,5 Agak Masam

6,6 – 7,5 Netral

7,6 – 8,5 Agak Alkalis

> 8,5 Alkalis

Dilihat dari kesesuaian penggunaan lahannya, untuk mengetahui apakah suatu lahan termasuk terdegradasi jika digunakan untuk budidaya pertanian, dapat dilakukan evaluasi kesesuaian lahan seperti ditunjukkan pada Tabel 2. Semakin banyak sifat tanah yang memiliki harkat kurang sesuai sampai tidak sesuai, menunjukkan lahan tersebut terdegradasi.

9 DISERTASI


ASFAN


Tabel 2. Beberapa indikator kesesuaian lahan untuk pertanian Parameter Jeluk mempan perakaran (cm) Tekstur Bahan kasar (%) Struktur Lapisan padat (cm) Lengas tersedia (mm) Permeabilitas(cm/jam) Bahan organik (%) KTK (cmol(+) kg-1) Kejenuhan basa (%) pH Karbonat ( %) Kegaraman (dSm-1) Lereng (%) Kebatuan di permukaan (%) Banjir (bulan) Erosi (ton/ha/th) Pengolahan Curah hujan (mm/th) Sumber: Yuwono, 2009.

Sangat sesuai

Kurang sesuai

Tidak sesuai

70-30

<30

Agak berat 10-30 Kasar

Berat 30-60 Butir tunggal

Ringan >60 Pejal

Sedang >60

Sedang >20 atau kuat >60 60-20 0,5-0,1 2-1 20-10 50-25 5,5-4,5 8,0-9,0 15-25 6-12

Kuat < 30

10-25 20-50

>25 >50

1-3 20-60 Sulit 600-300

>3 >60 Sulit sekali <300

Sesuai

Sifat Intrinsik >120 120-70 Seimbang <10 HalusSedang Nihil >100 >2 >5 >40 >75 7,3-6,7 <7 <2 <4 <2

100-60 2-0,5 5-2 40-20 75-50 6,7-5,5 7,3-8,0 7-15 2-6 Sifat Ekstrinsik 4-10 2-20

0 <10 Mudah >1000

<1 10-20 Terbatas 1000-600

0<20 <0,1 <1 <10 <25 <4,5 >9,0 >25 >12

2.2.1. Warna tanah Warna tanah dapat dipakai sebagai petunjuk beberapa sifat tanah. Perbedaan warna tanah pada horison umumnya disebabkan oleh perbedaan kandungan bahan organik, dimana makin tinggi kandungan bahan organik menunjukkan warna yang semakin gelap. Pada bagian lapisan bawah dimana kandungan bahan organik umumnya

10 DISERTASI


ASFAN


rendah, warna tanah banyak dipengaruhi oleh bentuk dan banyaknya senyawa Fe. Di daerah yang berdrainase jelek (selalu tergenang air), seluruh tanah berwarna kelabu karena senyawa Fe terdapat dalam keadaan reduksi. Pada tanah-tanah yang berdrainase baik, Fe dalam keadaan oksidasi misalnya dalam senyawa Fe2O3 (hematit) yang berwarna merah atau Fe203, 3 H2O (limonit) yang berwarna kuning-coklat. Bila tanah kadang-kadang basah dan kadang-kadang kering maka disamping warna abu-abu (daerah yang tereduksi) di dapat juga bercak-bercak karatan merah atau kuning yaitu di tempat dimana udara dapat masuk sehingga terjadi oksidasi di tempat tersebut. Warna tanah merupakan sifat morfologi tanah yang paling mudah dibedakan. Warna disusun oleh tiga variabel yaitu : hue, value dan chroma. Hue adalah warna spektrum yang dominan sesuai dengan panjang gelombangnya. Value menunjukkan gelap-terangnya warna sesuai dengan banyaknya sinar yang dipantulkan. Chroma menunjukkan kemurnian atau kekuatan dari warna spektrum. Warna tanah ditentukan dengan membandingkan warna baku pada buku Munsell Soil Color Chart dengan warna tanah. Karena warna tanah dipengaruhi oleh kelembabannya maka setiap menentukan warna perlu disebutkan apakah tanah dalam keadaan lembap atau kering atau basah. Apabila di dalam satu horison terdapat lebih dari satu warna tanah, maka masingmasing tanah ditentukan tersendiri, dengan menyebut warna tanah yang dominan (matriks) dan warna tanah yang hanya merupakan bercak-bercak (karatan). Dalam buku Munsell Soil Color Chart, hue dibedakan menjadi 5R, 7,5R, 10R, 2,5YR, 5YR, 7,5YR, 10YR, 2,5Y, 5Y, yaitu mulai dari spektrum dominan paling merah (5R) sampai spektrum dominan paling kuning (5Y). Disamping itu sering ditambahkan pula biru (blue) untuk warna-warna tanah tereduksi (gley) yaitu 5G, 5GY, 5BG dan N (netral). Value dibedakan dari 0 sampai 8, dimana makin tinggi value menunjukkan warna makin terang (makin banyak sinar yang dipantulkan). Chroma juga dibagai dari 0 sampai 8, dimana semakin tinggi chroma menunjukkan kemurnian spektrum atau kekuatan warna spektrum makin meningkat. Warna tanah dicatat dengan menggunakan notasi dalam buku Munsell tersebut, misalkan warna tanah 7,5 YR 5/4 (coklat). Ini berarti bahwa misalkan warna tanah 10 R 4/6 (merah), berarti huenya=10R, value = 4, chroma = 6, yang berarti secara

11 DISERTASI


ASFAN


keseluruhan berwarna merah. Apabila di dalam tanah terdapat lebih dari satu warna, maka semua warna harus disebutkan dengan menyebutkan pula warna yang dominan. Warna tanah akan berbeda bila tanah basah, lembab atau kering, sehingga dalam menentukan warna tanah perlu dicatat apakah tanah tersebut dalam keadaan basah, lembab atau kering.

2.2.2. Konsistensi tanah Konsistensi tanah merupakan kekuatan daya kohesi butir-butir tanah atau daya adhesi butir-butir tanah dengan benda lain. Hal ini ditunjukkan oleh daya tahan tanah terhadap gaya dari luar yang akan mengubah bentuk. Gaya-gaya tersebut misalnya di dalam kegiatan pengolahan tanah (pencangkulan, pembajakan). Tanah-tanah yang mempunyai konsistensi baik umumnya mudah untuk diolah dan tidak melekat pada alat pengolah tanah. Penyifatan konsistensi tanah disesuaikan dengan kandungan air dari tanah, yaitu tanah dalam keadaan basah, lembab atau kering. Konsistensi tanah pada lahan kering terdegradasi pada kondisi tanah basah (kandungan air di atas kapasitas lapang), kekuatan adhesi tanah dengan benda lain melekat hingga sangat melekat, dengan plastisitas (kemampuan tanah membentuk gulungan) agak plastis sampai

plastis. Pada kondisi tanah lembap (kandungan air

mendekati kapasitas lapang) konsistensi tanahnya agak gembur. Pada kondisi tanah kering (keadaan kering angin) konsistensi tanahnya agak keras sampai keras.

2.2.3. Tekstur tanah dan struktur tanah Tekstur tanah adalah perbandingan butir-butir pasir, debu dan liat di dalam fraksi tanah. Di dalam tanah ditemukan butir-butir primer tanah beberapa ukuran yang dapat dikelompokkan sebagai fraksi tanah halus (fine earth fraction) dan fragmen batuan (rock fragmen). Fraksi tanah halus adalah fraksi tanah yang berukuran < 2 mm yang terdiri dari pasir (50 μ – 2 mm), debu (2 μ – 50 μ) dan liat (< 2 μ). Fraksi batuan adalah fraksi tanah yang berukuran ≥ 2mm hingga ukuran horisontalnya lebih kecil dari sebuah pedon (kerikil, kerakal, batu-batu kecil).

12 DISERTASI


ASFAN


Tekstur pada lahan kering terdegradasi ditinjau dari indikator kesesuain lahan untuk pertanian (Tabel 2) berada pada kisaran ringan sampai berat misal pada tanah yang bertekstur lempung yang berat. Kelas tekstur tanah menunjukkan perbandingan butir-butir pasir, debu dan liat di dalam fraksi tanah halus. Dalam diagram segitiga tekstur (Gambar 2), tekstur tanah dikelompokkan menjadi 12 kelas : (1-2) Kasar (3) Agak kasar

: pasir (sand) dan pasir berlempung (loamy sand) : lempung berpasir (sandy loam)

(4-6) Sedang

: lempung (loam) ; lempung berdebu (silt loam) dan debu (silt)

(7-9) Agak halus

: lempung liat berpasir (sandy clay loam); lempung liat berdebu (salty clay loam) dan lempung berliat (clay loam)

(10-12) Halus

: liat berpasir (sandy clay); liat berdebu (silty clay) dan liat (clay).

Gambar 2. Kelas tekstur tanah (Sumber: Instruksi Kerja Laboratorium Fisika Tanah Unibraw Malang, 2011)

13 DISERTASI


ASFAN


Struktur tanah Struktur tanah merupakan gumpalan kecil alami dari butir-butir tanah. Gumpalan struktur ini terjadi karena butir-butir pasir, debu dan liat terikat satu sama lain oleh suatu perekat seperti bahan organik, oksida-oksida besi dan lain-lain. Satu unit struktur disebut ped (terbentuk karena proses alami). Clod juga merupakan unit gumpalan tanah, tetapi terbentuknya bukan karena proses alami (misalnya karena pencangkulan, tusukan pisau dan sebagainya). Apabila unit-unit struktur tidak terbentuk maka dikatakan bahwa tanah tersebut tidak berstruktur. Dalam hal ini ada dua kemungkinan yaitu: 1. Butir tunggal: butir-butir primer tanah tidak melekat satu sama lain (contoh tanah pasir) 2. Pejal (massive): butir-butir primer tanah melekat satu sama lain dengan kuat sehingga tidak membentuk gumpalan-gumpalan (ped). Tingkat Perkembangan struktur pada lahan kering terdegradasi berbutir tunggal, agak kuat dan tidak hancur waktu diambil dari profil ketangan untuk diperiksa. Derajat kemantapan agregat tanahnya < 40 (Peraturan Pemerintah Nomor 150, 2000). Misal pada tanah lempung yang bertekstur berat

pada umumnya

mempunyai struktur gumpal kasar dan kuat.

2.2.4. Berat volume tanah dan ruang pori tanah Berat volume tanah (bulk density) atau kerapatan lindak adalah perbandingan antara berat tanah kering per satuan volume tanah (termasuk ruang ruang pori tanah), yang dinyatakan dalam satuan gram/cc. Besarnya berat volume tanah pada lahan kering terdegradasi atau kritis > 1,4 gram/cc. Porositas tanah adalah ukuran yang menunjukkan bagian tanah yang tidak terisi bahan padat tanah yang terisi oleh udara dan air. Pori pori tanah dapat dibedakan menjadi pori mikro (halus), pori meso dan pori makro (kasar). Pori-pori mikro sering dikenal sebagai pori kapiler, berisi air kapiler atau udara, pori meso dikenal sebagai pori drainase lambat, dan pori makro/kasar berisi udara atau air gravitasi (air yang mudah hilang karena gaya gravitasi) merupakan pori drainase cepat. Tanah-tanah pasir mempunyai pori-pori kasar lebih banyak daripada tanah liat. Tanah dengan banyak pori-

14 DISERTASI


ASFAN


pori kasar sulit menahan air sehingga tanaman mudah kekeringan, sedang tanah lempung yang banyak mengandung pori mikro drainasenya jelek. Tanah-tanah liat mempunyai pori total (jumlah pori-pori makro dan mikro) lebih tinggi dari pada tanah pasir. Pori dalam tanah menentukan kandungan air dan udara dalam tanah serta menentukan perbandingan tata udara dan tata air yang baik. Porositas tanah dipengaruhi oleh: Kandungan bahan organik, struktur tanah dan tekstur tanah. Porositas tanah tinggi apabila bahan organik tinggi. Tanah-tanah dengan struktur granuler atau remah mempuyai porositas yang lebih tinggi daripada tanah-tanah dengan struktur massive (pejal). Tanah dengan tekstur pasir banyak mempunyai pori-pori makro sehingga sulit menahan air. Pada lahan kering dikatakan terdegradasi apabila ruang pori total tanahnya kisaran (< 30% atau > 70%) (Peraturan Pemerintah nomor 150, 2000)

2.2.5. Reaksi tanah (pH) Reaksi tanah (pH) merupakan sifat kimia yang penting dari tanah sebagai media pertumbuhan tanaman. Ketersediaan beberapa unsur hara essensial untuk pertumbuhan. tanaman dipengaruhi oleh pH tanah. Reaksi tanah dirumuskan sebagai: pH = -Log(H)+ Pengukuran pH yang dianggap teliti adalah menggunakan metode elektrometrik dengan menggunakan pH meter di laboratorium. Perbandingan antara tanah dan larutan adalah 1:1 atau 1:2,5. Makin tinggi perbandingan ini makin tinggi pula nilai pH yang diperoleh. Kalau perbandingan ini terlalu rendah kontak antara larutan tanah dan elektroda tidak sempurna akibatnya akan mengurangi ketelitian. Lahan kering dikatakan terdegradasi apabila besarnya pH tanah < 5,5 (masam) atau > 8,5 (alkalis) (Balittanah, 2005).

2.2.6. Kapasitas Tukar Kation (KTK) Kapasitas tukar kation (KTK) adalah kemampuan tanah untuk menahan kationkation dan mempertukarkan kation-kation tersebut termasuk kation hara tanaman. Penambahan bahan organik akan meningkatkan muatan negatif sehingga akan meningkatkan kapasitas tukar kation (KTK). Koloid tanah (mineral liat dan humus)

15 DISERTASI


ASFAN


bermuatan negatif, sehingga dapat menyerap kation-kation. Kation-kation dapat ditukar (dd) (Ca2+, Mg2+, K+ dan Na+) dalam kompleks jerapan tanah ditukar dengan kation NH4+ dari pengekstrak dan dapat diukur. Untuk penetapan KTK tanah, kelebihan kation penukar dicuci dengan etanol 90%. NH4 + yang terjerap diganti dengan kation Na+ dari larutan NaCl, sehingga dapat diukur sebagai KTK. Kation-kation dapat ditukar (Ca2+, Mg2+, K+ dan Na+) ditetapkan dengan Flamefotometer dan AAS. NH4+ (KTK) ditetapkan secara kolorimetri dengan metode Destilasi Kjeldahl. Lahan kering dikatakan terdegradasi apabila besarnya kapasitas tukar kation tanah < 20 cmol(+) kg-1) (Yuwono, 2009) atau < 16 me/100 kg tanah (Balittanah, 2005).

2.3. Bahan Organik Bahan organik adalah nama kolektif untuk semua jenis bahan organik asal tanaman dan hewan yang dapat dirombak menjadi hara tersedia bagi tanaman (Permentan, 2011). Bahan orgnik sebagai kunci dinamika kesuburan dan produktivitas tanah sangat berperan terhadap perbaikan sifat fisik, kimia dan biologi tanah. Tanah sebagai media tumbuh

tanaman membutuhkan kondisi fisik dan kimia yang baik.

Kondisi fisik tanah yang baik dapat menjamin pertumbuhan akar tanaman dan mampu sebagai tempat aerasi dan lengas tanah. Peran bahan organik yang paling besar terhadap sifat fisik tanah antara lain: perbaikan struktur tanah, meningkatkan daya serap tanah terhadap unsur hara dan air dan yang tidak kalah penting adalah peningkatan ketahanan terhadap erosi. Oleh sebab itu bahan organik sebagai kunci dinamika kesuburan tanah dapat dikatakan sebagai pembangun kesuburan tanah didalam memperbaiki

dan

meningkatkan kesuburan fisik, kimia dan kesuburan biologi terutama tanah tanah yang mengalami penurunan produktivitas (terdegradasi).

2.3.1. Peran bahan organik terhadap perbaikan sifat fisik, kimia dan biologi Tanah Untuk memperbaiki fisik tanah, bahan organik berperan sebagai salah satu bahan pembentuk agregat tanah, mempunyai peran sebagai bahan perekat antar partikel tanah untuk bersatu menjadi agregat tanah, sehingga bahan organik penting dalam

16 DISERTASI


ASFAN


pembentukan struktur tanah. Pengaruh pemberian bahan organik terhadap struktur tanah sangat berkaitan dengan tekstur tanah. Pada tanah lempung yang berat, terjadi perubahan struktur gumpal kasar dan kuat menjadi struktur yang lebih halus tidak kasar, dengan derajat struktur sedang hingga kuat, sehingga lebih mudah untuk diolah. Komponen organik seperti asam humat dan asam fulvat dalam hal ini berperan sebagai sementasi pertikel lempung dengan membentuk komplek lempung-logam-humus. Pada tanah pasiran bahan organik dapat merubah struktur tanah dari berbutir tunggal menjadi bentuk gumpal, sehingga meningkatkan derajat struktur dan ukuran agregat atau meningkatkan kelas struktur dari halus menjadi sedang atau kasar. Bahkan bahan organik dapat mengubah tanah yang semula tidak berstruktur (pejal) dapat membentuk struktur yang baik atau remah, dengan derajat struktur yang sedang hingga kuat. Kandungan bahan organik yang cukup di dalam tanah dapat memperbaiki kondisi tanah agar tidak terlalu berat dan tidak terlalu ringan dalam pengolahan tanah. Pengaruh bahan organik terhadap sifat fisika tanah yang lain adalah terhadap peningkatan porositas tanah. Penambahan bahan organik pada tanah kasar (berpasir), akan meningkatkan pori yang berukuran menengah dan menurunkan pori makro. Dengan demikian akan meningkatkan kemampuan menahan air. Pada tanah halus lempungan, pemberian bahan organik akan meningkatkan pori meso dan menurunkan pori mikro. Dengan demikian akan meningkatkan pori yang dapat terisi udara dan menurunkan pori yang terisi air, artinya akan terjadi perbaikan aerasi untuk tanah lempung berat. Penambahan bahan organik (pupuk kandang) akan meningkatkan pori total tanah dan akan menurunkan berat volume tanah. Pengaruh bahan organik terhadap peningkatan porositas tanah di samping berkaitan dengan aerasi tanah, juga berkaitan dengan status kadar air dalam tanah. Penambahan bahan organik akan meningkatkan kemampuan tanah menahan air sehingga kemampuan menyediakan air bagi pertumbuhan tanaman meningkat. Kadar air optimal bagi tanaman dan kehidupan mikroorganisme adalah sekitar kapasitas lapang . Penambahan bahan organik di tanah pasiran akan meningkatkan kadar air pada kapasitas lapang, akibat dari meningkatnya pori yang berukuran menengah (meso) dan menurunnya pori makro, sehingga daya menahan air meningkat, dan berdampak pada

17 DISERTASI


ASFAN


peningkatan ketersediaan air untuk pertumbuhan tanaman. Penambahan pupuk kandang pada tanah Andisol mampu meningkatkan pori memegang air sebesar 4,73 % (dari 69,8 % menjadi 73,1 %) (Tejasuwarna, 1999). Pada tanah berlempung dengan penambahan bahan organik akan meningkatkan infiltrasi tanah akibat dari meningkatnya pori meso tanah dan menurunnya pori mikro (Suntoro, 2001) Penambahan bahan organik terhadap perbaikan sifat kimia tanah akan meningkatkan muatan negatif sehingga akan meningkatkan kapasitas tukar kation. Bahan organik memberikan konstribusi yang nyata terhadap KTK tanah. Kompos dalam tanah sebagai hasil proses dekomposisi bahan organik merupakan sumber muatan negatif tanah, sehingga kompos dianggap mempunyai susunan koloid seperti lempung, namun humus tidak semantap koloid lempung, dia bersifat dinamik, mudah dihancurkan dan dibentuk. Sumber utama muatan negatif humus sebagian besar berasal dari gugus karboksil (- COOH) dan fenolik (-OH). Kompos yang belum matang atau bahan organik yang masih mengalami proses dekomposisi, akan menyebabkan penurunan pH tanah, karena selama proses dekomposisi akan melepaskan asam-asam organik yang menyebabkan menurunnya pH tanah. Namun apabila diberikan pada tanah yang masam dengan kandungan Al tertukar tinggi, akan menyebabkan peningkatan pH tanah, karena asam-asam organik hasil dekomposisi akan mengikat Al membentuk senyawa kompleks (khelat), sehingga Altidak terhidrolisis lagi. Dilaporkan bahwa penambahan bahan organik pada tanah masam, antara lain inseptisol, ultisol dan andisol mampu meningkatkan pH tanah dan mampu menurunkan Al tertukar tanah (Suntoro, 2001). Peningkatan pH tanah juga akan terjadi apabila bahan organik yang ditambahkan telah terdekomposisi lanjut (matang), karena bahan organik yang telah termineralisasi akan melepaskan mineralnya berupa kation kation basa. Peran bahan organik terhadap aktivitas biologi tanah. Bahan organik merupakan sumber energi bagi makro dan mikro-fauna tanah. Penambahan bahan organik dalam tanah akan menyebabkan aktivitas dan populasi mikrobia dalam tanah meningkat, terutama yang berkaitan dengan aktivitas dekomposisi dan mineralisasi bahan organik. Beberapa mikroorganisme yang beperan dalam dekomposisi bahan organik adalah

18 DISERTASI


ASFAN


fungi, bakteri dan aktinomisetes. Di samping mikroorganisme tanah, fauna tanah juga berperan dalam dekomposisi bahan organik antara lain yang tergolong dalam protozoa, nematoda, Collembola, dan cacing tanah. Fauna tanah ini berperan dalam proses humifikasi dan mineralisasi atau pelepasan hara, serta perbaikan terhadap struktur tanah. Mikro flora dan fauna tanah ini saling berinteraksi dengan kebutuhannya akan bahan organik, kerena bahan organik menyediakan energi untuk tumbuh dan bahan organik memberikan karbon sebagai sumber energi.

2.3.2. Kompos dan proses pengomposan Kompos adalah sumber bahan organik yang mengandung unsur hara yang siap diserap akar tanaman. Kompos mengandung hara mineral esensial bagi tanaman (Setyorini et al., 2006). Kompos merupakan pupuk organik yang berasal dari sisa tanaman dan kotoran hewan yang telah mengalami proses dekomposisi atau pelapukan. Selama ini sisa tanaman dan kotoran hewan tersebut belum sepenuhnya dimanfaatkan sebagai pengganti pupuk buatan. Kompos yang baik adalah yang sudah cukup mengalami pelapukan dan dicirikan oleh warna yang sudah berbeda dengan warna bahan pembentuknya, tidak berbau, kadar air rendah dan sesuai suhu ruang. Di dalam tanah kompos berperan meningkatkan kesuburan tanah dengan memperbaiki kerusakan fisik tanah akibat pemakaian pupuk anorganik (kimia) pada tanah secara berlebihan yang berakibat rusaknya struktur tanah dalam jangka waktu lama. Bahan organik yang masih mentah dengan nisbah C/N tinggi, apabila diberikan secara langsung ke dalam tanah akan berdampak negatip terhadap ketersediaan hara tanah. Bahan organik langsung akan dimanfaatkan oleh mikrobia untuk memperoleh energi. Populasi mikrobia yang tinggi, akan memerlukan hara untuk tumbuh dan berkembang, yang diambil dari tanah yang sebetulnya hara tersebut diperlukan oleh tanaman, sehingga mikrobia dan tanaman saling bersaing merebutkan hara yang ada. Akibatnya hara yang ada dalam tanah berubah menjadi tidak tersedia karena berubah menjadi senyawa organik mikrobia. Kejadian ini disebut sebagai immobilisasi hara. Untuk menghindari imobilisasi hara, bahan perlu dilakukan proses pengomposan terlebih dahulu.

19 DISERTASI


ASFAN


Proses pengomposan adalah suatu proses penguraian bahan organik dari bahan dengan nisbah C/N tinggi (mentah) menjadi bahan yang mempunyai nisbah C/N rendah (kurang lebih15) (matang) dengan mengaktifkan kegiatan mikrobia dekompuser (bakteri, fungi, dan aktinomisetes). Dalam proses pengomposan, yang perlu diperhatikan adalah: (a) Kelembaban. Kelembapan agar dijaga pada kondisi tidak terlalu kering maupun basah atau tergenang; (b) Aerasi timbunan. Kondisi tidak terlalu anaerob dan tidak terlalu aerob. Terlalu aerob udara bebas masuk ke dalam timbunan dan N banyak yang menguap sebagai NH3; (c) Temperatur. Temperatur dijaga agar tidak terlalu tinggi; (d) Suasana. Asam-asam hasil proses dekomposisi akan menyebabkan pH turun, untuk netralisasi perlu dilakukan pembalikan timbunan; (e) Struktur bahan. Struktur bahan dibuat tidak terlalu kasar dengan dipotong-potong; (f) Timbunan. Tinggi timbunan tidak terlalu tinggi ( 1-1,5 m); (g) Atap. Untuk mencegah sinar matahari langsung dan hujan perlu diberikan atap. Pengomposan secara cepat dapat dilakukan dengan menggunakan mikroba perombak bahan organik atau dekomposer. Pengomposan bahan organik secara aerobik merupakan suatu proses humifikasi bahan organik tidak-stabil (rasio C/N >25) menjadi bahan organik stabil yang dicirikan oleh pelepasan panas dan gas dari substrat yang dikomposkan. Lamanya waktu pengomposan bervariasi dari 2 sampai 7 minggu, bergantung pada teknik pengomposan dan jenis mikroba dekomposer yang digunakan (FAO 2003). Tingkat kematangan (derajat humifikasi) dan kestabilan kompos (terkait dengan aktivitas mikroba) menentukan mutu kompos yang ditunjukkan oleh berbagai perubahan sifat fisik, kimia, dan biologi substrat kompos. Penggunaan kompos yang tidak matang (rasio C/N >25) atau kompos hasil proses dekomposisi substrat yang tidak sempurna sering menimbulkan banyak masalah (Butler et al., 2001; Wu and Ma 2001). Kompos yang belum matang, proses dekomposisi bahan organik masih terus berlangsung yang dapat menciptakan suasana anaerobik di lingkungan perakaran (penggunaan oksigen oleh mikroba) dan kahat N (imobilisasi N oleh mikroba), sehingga menghambat pertumbuhan tanaman. Kualitas kompos menurut Peraturan Menteri Pertanian (2009), persyaratan teknis minimal pupuk organik berbentuk remah/curah (kompos) yang diperkaya mikroba

20 DISERTASI


ASFAN


kandungan C organik ≥ 12%, C/N ratio (N adalah N total) antara 15-25. Kadar total (N, P205 dan K2O) masing-masing < 6%, Kadar air bobot asal untuk pupuk organik berbentuk remah/curah (15-25)%. Sedangkan menurut Peraturan Menteri Pertanian (2011), standar mutu pupuk organik remah/curah (kompos) yang diperkaya mikroba, yaitu pH (4-9), kandungan C organik ≥ 15%, C/N ratio (N adalah N total) antara 1525, total hara makro (N + P2O5 + K2O) minimum 4% dan kadar air (15-25)% 2.3.3. Kompos jerami padi Bahan organik merupakan salah satu penyusun tanah yang berperan penting dalam merekatkan butiran tanah primer menjadi butiran sekunder untuk membentuk agregat tanah yang mantap. Kondisi seperti ini besar pengaruhnya pada porositas, penyimpanan dan penyediaan air, aerasi, dan suhu tanah. Bahan organik dengan C/N tinggi, seperti jerami padi dan sekam berpengaruh besar terhadap sifat fisik tanah. Kompos jerami padi merupakan pupuk organik berbahan dasar jerami padi. Agar proses perombakan bahan organik berlangsung terkendali diperlukan

mikroba

dekomposer misalnya EM-4 (Effective Microorganisms-4). EM-4 adalah kultur jaringan dari organisme mikro yang terdiri dari bakteri lactobacillus, actinomycetes, streptomyces, ragi, jamur dan bakteri fotosintesis yang bekerja saling menunjang dalam proses dekomposisi bahan organik. Proses dekomposisi bahan organik dengan inokulan EM-4 berlangsung secara fermentasi baik dalam kondisi aerob dan anaerob. Prosesproses ini akan menghasilkan senyawa-senyawa organik berupa asam amino, laktat, gula, alkohol, vitamin, protein, dan senyawa organik lainnya yang dapat mengikat ionion yang dibutuhkan oleh tanaman. Ion-ion tersebut berada dalam keadaan stabil (antioksidan) sehingga mudah diserap oleh tanaman Pilihan penggunaan mikroba dekomposer dalam pengomposan bahan organik ditentukan

terutama

oleh

efektivitas,

efisiensi,

dan

kemudahan

aplikasinya.

Pemanfaatan kompos jerami untuk meningkatkan produktivitas tanah-tanah pertanian saat ini terus diupayakan untuk menekan: (i) semakin terus menurunnya kadar bahan organik tanah, (ii) makin meluasnya lahan pertanian yang produktivitasnya mengalami

21 DISERTASI


ASFAN


penurunan produktivitas/terdegradasi dan (iii) makin mahalnya harga pupuk kimia sintetik (Nuhung, 2006),. Nuraini (2009), melaporkan bahwa unsur hara dari hasil pengomposan bahan organik jerami padi dengan dekomposer M.Dec adalah: N-organik

1,51%; N-NH4

0,05%; N-NO3 0,08%; N-total 1,64%; P2O5 0,53%; K2O 2,23%; C-organik 22,06%; C/N 15 dan kadar air 10,14%.. Kompos jerami padi yang sudah matang berwarna coklat tua, tidak berbau busuk tetapi berbau tanah atau berbau fermentasi, suhu stabil, pH alkalis, dan C/N < 20. Bila kompos beraroma busuk berarti proses pengomposan tidak sempurna. Hal ini dapat disebabkan mikroba perombak bahan organik yang digunakan tidak murni, atau pengomposan tidak sesuai prosedur.

2.3.4. Kompos kotoran sapi Kompos kotoran sapi merupakan campuran kotoran padat, air kencing, dan sisa makanan (tanaman). Dengan demikian susunan kimianya tergantung dari: (1) jenis ternak, (2) umur dan keadaan hewan, (3) sifat dan jumlah amparan, dan (4) cara penyimpanan pupuk sebelum dipakai. Hewan hanya menggunakan setengah dari bahan organik yang dimakan, dan selebihnya dikeluarkan sebagai kotoran. Sebagian dari padatan yang terdapat dalam pupuk kandang terdiri dari senyawa organik serupa dengan bahan makanannya, antara lain selulosa, pati dan gula, hemiselulosa dan lignin seperti yang dijumpai dalam humus ligno-protein. Penyusun pupuk kandang adalah komponen hidup, yaitu organisme tanah, pada sapi perah seperempat hingga setengah bagian kotoran hewan merupakan jaringan mikrobia (Brady, 2000). Kompos kotoran sapi sebenarnya telah mengalami proses praperombakkan di dalam rumen (perut besar). Chesson (1997) menjelaskan, di dalam rumen proses perombakan bahan organik dapat berlangsung secara efisien karena mikrobia dapat bekerja secara optimal. Rumen merupakan habitat yang ideal bagi berlangsungnya perombakan, antara lain karena: (1) keadaan yang selalu terkontrol, (2) tidak terdapat faktor pembatas dalam suplai hara N dan P, (3) keadaan anaerob penuh, (4) jumlah dan macam mikroorganisme yang adaptif dalam rumen tinggi, (5) tersedia cukup air (aqueous) pada lingkungan rumen, dan (6) banyak bahan hijauan yang termakan. Laju

22 DISERTASI


ASFAN


perombakan dalam rumen lebih cepat dibanding di tanah, waktu yang diperlukan untuk merombak dinding sel dalam rumen hanya sehari, namun bila di tanah perlu waktu beberapa minggu. Kompos kotoran sapi mengandung: 26,2 kg t-1 N; 4,5 kg t-1 P; 13,0 kg t-1 K; 5,316,28 kg t-1 Ca; 3,5-12,8 kg t-1 Mg; dan 2,2-13,6 kg t-1 S. Kenyataan di lapangan menunjukkan ketersediaan hara yang ada dalam tanah pengaruh dari kompos kotoran sapi sangat bervariasi, yang dipengaruhi oleh faktor: (a) sumber dan komposisi kompos (b) cara dan waktu aplikasi, (c) jenis tanah dan iklimnya, dan (d) sistem pertaniannya. Pengelolaan pupuk kandang yang benar harus memperhatikan keadaan alas kandang dan cara penyimpananya, yang akan menentukan mutu pupuk dari kehilangan hara yang berlebih (Prihandini dan Purwanto, 2007). Bagi petani lahan kering, kompos kotoran sapi merupakan kunci keberhasilan usahanya, walaupun ketersediaannya semakin berkurang. Dari hasil penelitian yang dilakukan di Jumapolo menunjukkan bahwa penggunaan kompos kotoran sapi dengan dosis 9,5 t ha-1, mampu meningkatkan hasil biji kacang tanah 38,72 % dengan hasil 2,13 t ha-1, dan efek residunya untuk musim tanam berikutnya, mampu memberikan hasil lebih tinggi yaitu sebesar 2,6 t ha-1 (Suntoro, 2001). Pengolahan kotoran sapi yang mempunyai kandungan N, P dan K yang tinggi sebagai kompos kotoran sapi dapat mensuplai unsur hara yang dibutuhkan tanah dan memperbaiki struktur tanah menjadi lebih baik.

2.4. Biochar Biochar disebut juga bio-arang atau arang hayati merupakan produk samping dari proses pirolisis biomassa berupa carbon hitam yang sangat bermanfaat bukan saja sebagai energi bahan bakar, akan tetapi juga sebagai energi untuk produksi pangan. Pirolisis adalah proses termokimia (dekomposisi secara kimia suatu bahan organik) dimana biomasa dikonversi melalui pemanasan dengan oksigen terbatas atau bahkan tanpa oksigen sehingga dihasilkan bahan yang stabil dengan suhu tinggi dan hampa udara. Kuantitas dan kualitas biochar ditentukan oleh bahan baku, suhu pirolisis dan waktu pirolisis. Ada dua teknologi pirolisis yang dikenal saat ini yakni pirolisis

23 DISERTASI


ASFAN


cepat yakni memproduksi biochar dalam beberapa detik dan pirolisis lambat yakni memproduksi biochar selama beberapa jam. Output yang dihasilkan dari sistem produksi biochar yakni syngas, bio-oil dan biochar. Penggunaan biochar untuk masukan energi dalam produksi bahan pangan didasarkan pada kenyataan bahwa tanaman yang ditanam pada tanah hitam di Amazon yang berkembang dari batu arang, yang disebut juga “terra preta “ mampu berproduksi tinggi dan berkesinambungan (Glaser et al., 2002). Di samping itu, dengan stabilitas yang tinggi, biochar merupakan penyimpan (deposit) karbon yang sangat baik dan mampu meningkatkan kesuburan dan produktivitas tanah (Lehmann et al., 2003).

2.4.1. Proses pembuatan dan karakteristik biochar Proses produksi biochar dapat dilakukan dengan teknologi sederhana (skala industri kecil), maupun dalam skala besar (industri komersial) sehingga dapat memberi keuntungan secara komersial. Bahan baku yang digunakan antara lain mulai dari bahan yang mempunyai nilai ekonomis, seperti kayu sampai bahan yang tidak ada nilai ekonominya, bahkan sering kali menjadi masalah, seperti sampah dan limbah industri yang menggunakan hasil pertanian sebagai bahan bakunya. Rondon et al., (2007) menggunakan limbah kayu eucalyptus untuk bahan baku biochar. Karakteristik biochar yang diperoleh adalah: total C ( 823,7 g/kg), total N (5,73 g/kg), pH (7,0), abu (0,3 %), O2 (13,7 %), P-Bray (49,5 %), total P (580 mg/kg), total S (280 mg/kg), total Mg ( l,31 g/kg). Karakteristik biochar yang diproduksi dari kotoran ayam (Tagoe et al., 2008) adalah pH (9,93), C (42,33%), total N (2,6 %), total P (18,7 g/kg), total K ( 3,40 g/kg), total Ca (1,20 g/kg) dan total Mg (3,0 g/kg). Selain menghasilkan biochar, proses pemanasan dengan teknik pyrolisis, terutama yang dilakukan pada temperarur rendah, akan menghasilkan minyak bio, dan berbagai macam gas antara lain H2, CH4, CO, CO2 dan berbagai gas lainnya tergantung dari masukan macam biomassa (Lehmann dan Joseph, 2009). Biochar sebagai senyawa karbon yang relatif stabil, jauh lebih stabil dari senyawa organik yang tidak diarangkan. Kedua kharakteristik ini biochar akan sangat bermanfaat untuk mengurangi laju degradasi tanah, sehingga kesinambungan produksi pangan dapat

24 DISERTASI


ASFAN


dicapai. Penggunaan biochar sangat membantu didalam membangun kesuburan tanah (soil conditioner) dan sebagai bahan pembenah tanah (soil amandemen) untuk menjaga kesinambungan kesuburan dan produkstivitas tanah di daerah tropis. Biochar memiliki ketahanan yang tinggi terhadap dekomposisi dan demineralisasi karena karbon di dalam biochar dalam bentuk senyawa aromatik di mana 6 atom oksigen terikat dalam bentuk cincin tanpa oksigen atau hidrogen (Lehmann dan Joseph, 2009). Resistensi biochar terhadap dekomposisi dan demineralisasi juga disebabkan terbentuknya senyawa “organo-mineral” di dalam biochar (Schimidt & Noack, 2001). serta struktur amorf (Lehmann dan Joseph, 2009). Telah banyak dilaporkan bahwa penggunaan biochar dapat meningkatkan pH tanah, dan meningkatkan KTK tanah (Liang et al., 2006; Yamato et al., 2006; Agussalim et al., 2010). Hasil penelitian yang dilakukan oleh Novak et al. (2009) menunjukan

potensi

penggunaan

biochar

untuk

memperbaiki

kondisi

lahan

terdegradasi, terutama pada tanah pasir dan bersifat asam. Ruang pori yang tinggi pada biochar dapat meningkatkan kapasitas tanah menahan air (Water holding capacity). Selain itu biochar mempunyai afinitas yang tinggi terhadap kation, sehingga mampu menahan hilangnya kation dari tanah akibat pencucian hara. Besarnya deposit karbon di dalam tanah pada bahan organik dan biochar seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

25 DISERTASI


ASFAN


Gambar 3. Skema deposit karbon biomassa dan deposit karbon dari biochar setelah penguraian dalam tanah (Steiner, 2008 dalam Verheijen et.al, 2010)

2.4.2. Biochar untuk pertanian Penggunaan pupuk dan pestisida kimia secara terus menerus akan menurunkan kualitas tanah yang secara tidak langsung dapat berdampak terhadap menurunnya produksi tanaman. Penggunaan biochar untuk bidang pertanian baik yang berasal dari residu tanaman ataupun kotoran ternak untuk perbaikan sifat fisik, kimia dan biologi tanah sangat tergantung karbon tetap (carbon fixed) yang dihasilkan. Menurut Brown (2009); Antal dan Gronly (2003) dalam Verheijen et al., (2010),

persyaratan teknis

minimal karakteristik biochar adalah sebagai berikut: Karbon tetap (carbon fixed): 5090 %; Kadar gas buang (volatile matter): 0-40 %; Kadar air: 1-15 % dan kadar abu: 0,55 %. Chan and Xu ( 2009) dalam Verheijen et al., (2010), menyatakan bahwa karakteristik biochar sangat variatif tergantung bahan dasarnya. Biochar dengan bahan dasar kayu-kayuan akan menghasilkan karbon tetap lebih besar dibandingkan biochar dari sisa tanaman atau kotoran ternak. Karakteristik biochar yang dihasilkan adalah

26 DISERTASI


ASFAN


sebagai berikut: pH: 6,2-9,6; karbon tetap 17,2-90,5 %; C/N: 7-500; P: 0,22-7,3 % dan K: 0,1-5,8 %. Berdasarkan karakteristik tersebut, secara morfologi biochar memiliki daya serap (adsorbsi) yang tinggi, mempunyai pori yang efektif untuk mengikat dan menyimpan hara tanah. Aplikasi biochar pada lahan-lahan terdegradasi, dapat

memperbaiki

sirkulasi udara dan air dalam tanah, meningkatakan pH dan menyerap kelebihan CO2 tanah. Komposisi biochar ideal di dalam tanah, tergantung dari jenis bahan organiknya. Pada fungsi soil conditioner, biochar berfungsi dapat menahan air dan nutrisi, kemudian menjadikannya sebagai sumber kebutuhan tanaman secara berkelanjutan. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa penggunaan biochar dapat meningkatkan produktivitas tanah melalui perbaikan sifat kimia, fisika dan biologi tanah (Glaser et al., 2002; Lehmann et al., 2003; Chan et al., 2007). Penggunaan biochar dapat meningkatkan pH tanah dan meningkatkan KTK tanah (Liang et al., 2006; Yamato et al., 2006). Lehmann et al. (2003) dan Steiner (2007) telah melaporkan adanya peningkatan efisiensi pemupukan nitrogen pada tanah yang mengandung biochar. Pengaruh positif biochar terhadap kesuburan biologi tanah terjadi melalui peningkatan aktivitas jasad mikro tanah sehingga dapat meningkatkan komposisi dan biomassa jasad mikro tanah. Peningkatan koloni mycorrhiza karena penggunaan biochar telah dibuktikan oleh Rondon et al. (2007) bahwa penggunaan biochar dapat meningkatkan fiksasi nitrogen pada tanaman polong. Dengan adanya perbaikan kesuburan kimia, fisik dan bilogi, banyak penelitian telah membuktikan bahwa penggunaan biochar dapat memperbaiki pertumbuhan dan meningkatkan hasil tanaman. Hasil penelitian Yamato et al (2006) menunjukkan bahwa penggunaan biochar dari kayu akasia dapat meningkatkan hasil tanaman jagung, kacang tunggak dan kacang tanah. Penggunaan biochar dari bahan limbah hasil pertanian telah terbukti, disamping meningkatkan hasil tanaman wortel, juga meningkatkan kandungan N tanah (Chan et al. 2007) dan Tagoe et al. (2008) menggunakan biochar berbahan baku kotoran ayam untuk memperbaiki pertumbuhan dan meningkatkan hasil tanaman. Biochar yang dibuat dari kotoran ayam memiliki kandungan N yang lebih tinggi dibandingkan dengan biochar dengan bahan baku sisa tanaman (Chan dan Xu, 2009). Agussalim et al. (2010)

27 DISERTASI


ASFAN


menunjukkan bahwa penggunaan biochar dari sekam padi dapat memperbaiki sifat tanah masam, yaitu meningkatkan kandungan bahan organik tanah, KTK tanah, kemampuan tanah menyimpan air tersedia dan menurunkan kelarutan Al serta kekuatan tanah. Dengan adanya perbaikan sifat tanah ini, penggunaan biochar sekam padi dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman. Hasil penelitian Gusmalina et al. (2006), menunjukkan bahwa pemberian arang bambu sebagai campuran media tanam dapat meningkatkan persentase pertumbuhan baik pada tingkat semai maupun anakan (seedling) dari Eucalyptus urophylla. Pemberian arang serbuk gergaji dan arang sarasah dapat meningkatkan pertumbuhan anakan Acacia mangium dan Eucalyptus citriodora lebih dari 30 % dibanding tanpa pemberian arang, begitu juga pemberian arang dapat meningkatkan diameter batang tanaman E. urophylla. Sedangkan pada tanaman cabe (Capsicum annum) penambahan arang bambu sebanyak 5 % dan arang sekam sebanyak 10 % pada lubang tanam dapat meningkatkan persentase pertumbuhan tinggi tanaman menjadi 11 %. Selanjutnya dilaporkan bahwa pemberian arang serbuk gergaji kayu yang dikombinasikan dengan dengan kompos menghasilkan diameter pohon yang lebih besar (7,9 cm) dibanding tanpa pemberian kompos. Biochar yang dikombinasikan dengan kompos dengan komposisi 10-30% dari berat kompos yang diberikan sebagian pada lubang tanam dan larikan tanaman selain dapat meningkatkan kesuburan tanah juga dapat meningkatkan hasil tanaman palawija (Gusmalina, 2009). Selain sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, pada akhir-akhir ini biochar mulai intensif digunakan untuk usaha pertanian. Oleh karena itu disebut juga sebagai “agri-char”, yang tidak hanya mampu meningkatkan kesuburan dan produktivitas tanah, tetapi juga mampu mengurangi emisi gas rumah kaca, terutama gas methan (Rondon et al., (2007). Bahkan Lehmann (2007) menyatakan bahwa dari perspektif pengurangan emisi gas rumah kaca, penggunaan biochar sebagai bahan amandemen tanah lebih menguntungkan dibandingkan jika biochar digunakan sebagai bahan bakar. Laila Nurida (2010) melaporkan, potensi biochar limbah pertanian sebagai pembenah tanah untuk meningkatkan kesuburan tanah, dalam penelitiannya pada tanaman jagung selama 3 musim tanam dilaporkan bahwa biochar tidak hanya menyumbangkan unsur

28 DISERTASI


ASFAN


hara bagi tanah tetapi juga memperbaiki struktur/ fisik dan kimia tanah. Pemanfaatan campuran biochar sekam padi yang dikombinasikan

dengan kompos mampu

memberikan hasil paling baik hingga 3 x musim tanam pada tanaman jagung di tanah Ultisol. Keuntungan penambahan biochar ke dalam tanah antara lain: 1) mempercepat pertumbuhan, 2) mengurangi penggunaan pupuk , 3) mengurangi sejumlah nutrisi hilang/tercuci, 4) mengurangi gas rumah kaca dengan cara menyerap CO2 dari atmosfer, 5) memperbaiki kemampuan menyerap air, dan 6) menambah jumlah mikroba dan jasad renik di dalam tanah. Hasil penelitian Shenbagavalli (2012) karakteristik biochar jerami padi antara lain: pH 9,68 (1:5 solid water), C organic 53,97 %, bulk density 0,125 g/cc , total N 1,05%; C/N 51,4, P2O5 0,12%, total K2O 0,24%, sodium 0,14%, Ca 0,45% KTK 8,2 Cmol(+)/kg, volume pori 0,070 cm3/g. Sedangkan menurut hasil penelitian Sukartono (2011), karakteristik biochar kotoran sapi (sapi dari NTB) antara lain: pH 8,9; kA 8,2% , C organic 23,53%, kadar abu 75,34%, BI 0,67 g/cc, N total 0,73%, P2O5 0,57%, C/N 32,23, KTK 16,79 cmol(+)/kg.

2.5. Tanaman Kedelai Kedelai termasuk famili Leguminose, Species : Glycine max (L) Merill. Pertumbuhan tanaman kedelai terdiri atas dua fase pertumbuhan yaitu vegetatif dan generatif. Bagian vegetatif tanaman meliputi: akar, batang, daun. Sedangkan bagian generatif tanaman meliputi: bunga, buah dan biji. Karakteristik dan morfologi tanaman kedelai meliputi : akar lembaga (radikula), akar tunggang (radix primaria), dan akar cabang (radix lateralis) berupa akar rambut. Akar kedelai memiliki kemampuan membentuk bintil akar (nodul). Bintil-bintil akar bentuknya bulat atau tidak beraturan yang merupakan koloni dari bakteri Rhizobium japonicum. Bakteri ini bersimbiosis dengan akar untuk mengikat/menfiksasi nitrogen bebas dari udara. Bintil akar dapat terbentuk pada tanaman kedelai muda setelah ada akar rambut pada akar utama atau akar cabang. Bintil akar dibentuk oleh Rhizobium japonicum. Akar mengeluarkan triptofan yang menyebabkan perkembangan pesat dari populasi bakteri yang menyebabkan akar rambut melengkung sebelum bakteri

29 DISERTASI


ASFAN


menginfeksi ke dalamnya. Gejala ini tidak tampak apabila infeksi terjadi pada akhir pertumbuhan akar rambut. Jumlah nitrogen yang dapat ditambat bakteri ini berkisar 4070% dari seluruh nitrogen yang dibutuhkan tanaman. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tiap hektar lahan yang ditanam kacang kedelai dapat menghasilkan 198 kg bintil akar per tahun atau setara dengan 440 kg pupuk urea. Pada tanah yang belum atau telah lama tidak ditanami kacang-kacangan biasanya populasi mikrobia penambat N sedikit. Oleh sebab itu tanah yang belum pernah ditanami kacang kacangan perlu diinokulasi Rhizobium. Tanaman kedelai memiliki bunga sempurna (hermaprodit), yakni pada tiap kuntum bunga terdapat alat kelamin betina (putik) dan alat kelamin jantan (benangsari). Kuntum bunga tersusun dalam rangkaian bunga, namun tidak semua bunga dapat menjadi polong (buah), sekitar 60% bunga rontiok sebelum membentuk polong. Umur keluarnya bunga kedelai bergantung varietasnya. Tanaman ini menghendaki penyinaran pendek lebih kurang 12 jam per hari. Buah kedelai disebut polong yang tersusun dalam rangkaian buah. Tiap plong berisi antara 1-4 biji per polong. Jumlah polong per tanaman bergantung pada varietasnya. Kedelai yang ditanaman pada tanah subur pada umumnya dapat menghasilkan 100 – 200 polong/pohon. Biji kedelai umunya berbentuk bulat, atau pipih sampai bulat lonjong, dengan warna bervariasi kuning, hijau, coklat atau hitam. Berdasarkan rekomendasi pemupukan dari Balai Penelitian Tanah Bogor (2005), tanaman kedelai yang ditanam di lahan kering tegalan, pupuk N sebagai stater diberikan dengan dosis 25 kg/hektar, karena tanaman kedelai hanya membutuhkan N dalam jumlah kecil, disisi lain kebutuhan P dan K cukup tinggi. Pupuk P diberikan dalam bentuk pupuk tunggal SP-36 diberikan dengan dosis 100 kg/ha pada tegalan berpotensi tinggi. Sedangkan pada tegalan berpotensi sedang dan rendah masing-masing dianjurkan 150 kg/ha dan 250 kg/ha. Kriteria kesesuaian agroekosistem tanaman kedelai di lahan kering seperti ditunjukkan pada Tabel 3.

30 DISERTASI


ASFAN


Tabel 3. Kriteria kesesuaian agroekosistem untuk tanaman kedelai di lahan kering No 1

Faktor Sangat sesuai Agroekosistem Topografi/Kemiringan Datar 0-8 %

2 3

Kedalaman olah (cm) Tekstur tanah

> 50 Lempung berdebu

Berombak 9 – 15 % 30 – 49 Lempung berpasir

4 5 6 7 8 9

Drainase Bahan organik pH N. Tanah P2O5 tersedia K2O tersedia

Baik Sedang -tinggi 5.9-7.0 Sedang -tinggi Tinggi Sedang -tinggi

Sedang Sedang 5.0 – 5.8 Sedang Sedang Sedang

Agak rendah Agak rendah 4.5 – 5.0 Agak rendah Agak rendah Agak rendah

Kurang sesuai Berbukit > 40% < 10 Pasir. kerikil. liat padat Rendah Rendah < 4.5 . >7.0 Rendah Rendah Rendah

10 11 12 13

Ca. Mg Kejenuhan Al (%) Naungan Elevasi (m dpl)

Tinggi 5-10 < 10 % 1 – 100

Agak rendah 10-15 10-20 % 1200 – 1500

Rendah > 15 > 20 % > 1500

14 `15

Suhu rata-rata (0 C) Curah hujan (mm/th)

Tinggi <5 Tampa 100 s/d 800 800 s/d1200 25 – 28 1500 – 2500

29-35 1000 –1500

16

CH selama musim tanam kedelai (mm/ 3 bulan)

36-38 2500 – 3500 700 – 1000 200 – 250 500 - 700

> 38 > 3500 < 700 < 200 > 700

300 - 400

Sesuai

250 – 300 400 - 500

Agak sesuai Bergelombang 15 – 40 % 15 – 29 Liat berdebu

Sumber: Balitbang Pertanian, 2010. Apabila menggunakan inokulan bakteri pelarut P, dosis pemupukan P bisa ditekan sampai sampai 50%. Pada lahan tegalan yang tanahnya masam, sumber P dapat menggunakan fosfat alam. Penggunaan fosfat alam (rock phosphate) lebih menguntungkan karena selain harganya lebih murah, juga bisa meningkatkan pH tanah. Dosis fosfat alam yang direkomendasikan adalah 350 – 500 kg/ha. Pupuk K diberikan dalam bentuk pupuk tunggal KCl diberikan dengan dosis 50 kg/ha pada tegalan berpotensi tinggi. Sedangkan tegalan berpotensi sedang diperlukan 100 kg/ha, dan tegalan berpotensi rendah diperlukan 150 kg KCl/ha. Karena lahan kering pada umumnya miskin bahan organik, maka perlu penambahan bahan organik kompos atau pupuk kandang sebanyak 2 – 5 t/ha (tergantung jenis tanah dan kandungan C organik

31 DISERTASI


ASFAN


tanahnya) setiap musim tanam atau 4 – 10 t/ha setiap tahunnya. Pengolahan tanah direkomendasikan untuk menerapkan pengolahan tanah minimum sempurna dan sekaligus untuk menekan pertumbuhan gulma. Tanam dapat dilakukan dengan sistem tugal dengan jarak tanam 40 x 15 cm. Saluran drainase perlu dibuat memotong arah lereng untuk mengurangi erosi dan meningkatkan infiltrasi air. Badan Litbang Pertanian telah menghasilkan berbagai inovasi teknologi kedelai, meliputi varietas unggul berdaya hasil tinggi. Varietas unggul tersebut adaptif baik di lahan sawah dan lahan kering antara lain varietas wilis, varietas anjasmoro, sinabung, kipas merah, grobogan. Dibandingkan dengan komponen teknologi lain yang dihasilkan melalui penelitian, varietas unggul lebih mudah diadopsi petani jika benihnya tersedia. Hingga saat ini Badan Litbang Pertanian telah melepas 64 varietas unggul kedelai, sebagian di antaranya telah dikembangkan oleh petani, dan sekitar 90% areal pertanaman kedelai dewasa ini telah ditanami dengan varietas unggul (Balitbang Pertanian, 2010).

2.6. Tanah Alfisol Tanah Alfisol merupakan tanah-tanah yang mempunyai kandungan liat tinggi di horison B (horison argilik) yang belum mengalami pelapukan lanjut). Proses pembentukan Alfisol karena lambatnya proses akumulasi liat untuk membentuk horison argilik. Pencucian karbonat dari lapisan atas merupakan prasyarat dari pembentukan Alfisol. Alfisol kebanyakan ditemukan di daerah beriklim sedang, tetapi dapat pula ditemukan di daerah tropika dan subtropika terutama di tempat-tempat dengan tingkat pelapukan sedang. (Hardjowigeno, 2003). Alfisol banyak juga ditemukan di daerahdaerah datar sampai berbukit. Proses pembentukan Alfisol karena lambatnya proses akumulasi liat untuk membentuk horison argilik. Pencucian karbonat dari lapisan atas merupakan prasyarat dari pembentukan Alfisol. Kalsium karbonat (dan bikarbonat) merupakan flocculant yang kuat sehingga dalam pembentukan Alfisol terjadi pencucian karbonat dan bergerak bersama dengan air perkolasi. Dengan pencucian karbonat ini tanah lapisan atas menjadi lebih masam kadang-kadang sampai mencapai pH 4,5

32 DISERTASI


ASFAN


Selama proses pembentukan tanah, banyak karbonat yang tercuci sehingga sifat tanah banyak dipengaruhi oleh bahan-bahan yang bukan kapur. Dari hasil analisis tekstur tanah (Tabel 4), pada horison A dan B menunjukkan bahwa batu kapur tersebut banyak mengandung debu (52% - 56%) sehingga terbentuk tekstur tanah berlempung agak halus dan cukup permeabel. Karena tanah cukup permeabel maka pencucian basabasa cukup lancar, sehingga tanah yang terbentuk mempunyai pH dan kejenuhan basa yang cukup tinggi. Bila batu kapur banyak mengandung pasir, tanah yang terbentuk bertekstur berlempung kasar, masam dan kejenuhan basa rendah. Kalau batu kapur banyak mengandung besi seperti hematit, akan terbentuk tanah merah yang di daerah beriklim basah dapat bereaksi masam. Sebetulnya tanah Alfisol mempunyai sifat fisik, morfologi dan kimia tanah relatif cukup baik, mengandung basa-basa Ca, Mg, K, dan Na, sehingga reaksi tanah biasanya netral (pH antara 6,50-7,50) dan kejenuhan basa >35%. Tanah ini berpotensi untuk pengembangan tanaman pangan lahan kering dan/atau tanaman tahunan (Foth, 1993). Alfisol merupakan tanah yang subur, banyak digunakan untuk pertanian, rumput ternak atau hutan. Tanah ini mempunyai kejenuhan basa tinggi, kapasitas tukar kation tinggi, cadangan unsur hara tinggi. Bahaya erosi perlu diperhatikan karena kalau horison argilik muncul di permukaan tanah menjadi kurang baik (liat terlalu tinggi)(Hardjowigeno, 2003). Tanah Alfisol yang mengalami penurunan produktivitas (terdegradasi) mempunyai N total rendah, P tersedia sangat rendah dan K tersedia sedang, maka perlu penambahan unsur tersebut dalam jumlah banyak, untuk mempertahankan pertumbuhan tanaman yang optimal (Minardi, 2002). Kejenuhan basa lebih dari 35% di dalam horizon argilik alfisols, berarti bahwa basa-basa dilepaskan kedalam tanah oleh pengikisan hampir secepat basa-basa yang terlepas karena tercuci. Dengan demikian, alfisols menempati peringkat yang hanya sedikit lebih rendah daripada molisols untuk pertanian (Foth, 1993). Berdasarkan hasil penelitian Kustyastuti dan Taufik (2008), lahan kering di Madura didominasi jenis tanah Alfisol, dengan tingkat kesuburan tanahnya: pH 6,7-8,3 (netral-alkalis); C organik 0,24-1,98 % (sangat rendah-rendah); N 0,08-0,25 % (sangat

33 DISERTASI


ASFAN


rendah-sedang); P2O5 (Olsen) 4,94-12,17 ppm (sangat rendah-rendah); K2O 0,11-0,31 me/100g (rendah-sedang); Ca 2,15-6,83 me/100g (rendah-sedang); Mg 0,14-1,56 me/100g (sangat rendah-sedang); Fe 8,54-23,00 ppm (sedang-tinggi); Zn 0,48-1,26 ppm (marginal-cukup); Mn 14,6-42,6 ppm (tinggi-sangat tinggi) dan KTK 8,8-32,15 me/100 g (rendah-tinggi). Dengan kondisi ini, dilihat dari tingkat kesuburan kimia tanahnya, lahan kering Alfisol Madura termasuk lahan kering yang mengalami terdegradasi, terutama di daerah dengan kandungan C organic dan P2O5 sangat rendah dengan KTK rendah, kandungan Mg sangat rendah dan Zn marginal.

34 DISERTASI


ASFAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents