Pengelolaan Hara Nitrogen untuk Komoditas Sayuran Dataran Tinggi pada Aquandic Dystrudepts Karang Anyar, Jawa Tengah 1Ladiyani
23
Retno Widowati, 1Diah Setyorini, dan 2S. De Neve
1
Peneliti Badan Litbang Pertanian di Balai Penelitian Tanah, Jl. Tentara Pelajar No. 12 Bogor 16114 2 Department of Soil Management, University of Ghent
Abstrak. Nitrogen merupakan salah satu pupuk makro yang sangat dibutuhkan oleh tanaman sayuran. Pada sistem usahatani sayuran dataran tinggi, umumnya petani mengaplikasikan pupuk N sangat tinggi tidak memperhatikan tingkat kebutuhan tanaman serta perilaku hara tersebut dalam tanah. Untuk itu, pada tahun 2007 telah dilakukan penelitian pengelolaan hara nitrogen pada tanah Inceptisols Karang Anyar dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi pemupukan serta mengurangi dampak pencemaran NO 3--N. Penelitian dilaksanakan di lahan petani Desa Punthuk Rejo, Kecamatan Argoyoso, Karang Anyar (07o36’25’’-07o37’30’’ LS, 111o05’10’’-111o06’45’’LT.) yang tergolong dalam famili Aquandic Dystrudepts, medial, isohyperthermic. Tanaman indikator adalah daun bawang dan wortel. Perlakuan yang diujikan adalah Dosis Petani atau FP (per hektar: 40 ton pukan campuran kotoran ayam dan sapi + 500 kg Urea untuk bawang daun; 25 ton pukan sapi/ayam + 500 kg Urea + 500 kg ZA untuk wortel) dan Rekomendasi Perbaikan atau IP (15 ton pukan campuran ayam dan sapi + 250 kg Urea + 250 kg ZA untuk bawang daun; 15 ton pukan ayam + 250 kg Urea untuk wortel). Pengamatan meliputi pergerakan N profil, produksi, dan serapan N. Tanah ini mempunyai BD rendah 0,8-0,9 mg m-3, indeks permeabilitas tergolong cepat 2,78-4,78 cm hari-1 dengan pori drainase cepat 26,5-31,9%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah yang berkadar liat 32% dan mempunyai BD 0,8 sangat mudah memindahkan NO3+-N dari lapisan 0-25 ke lapisan yang lebih dalam, hal ini terukur pada hasil pengamatan perlakuan Dosis Petani (FP) dan Rekomendasi Perbaikan (IP). Produksi bawang daun dan wortel masing-masing perlakuan Dosis Petani sebesar 24,4 t ha-1 dan 11,3 t ha-1 dengan total serapan N 22 dan 58 kg ha-1, setara dengan 9 dan 4% terhadap total N yang ditambahkan. Produksi Rekomendasi Perbaikan adalah 18,3 dan 11,6 t ha-1 dengan total serapan N 20 dan 50 kg ha-1, setara dengan 12 dan 7% terhadap total N yang ditambahkan. Hasil perhitungan N-balance jangka pendek (short term N-balance) diperoleh masing-masing 599 dan 558 untuk Dosis Petani, serta 374 dan 245 untuk Rekomendasi Perbaikan. Kata kunci: Nitrogen, Thaptic Endoaquands; pemupukan; sayuran Abstracts. Nitrogen fertilizer is one macro nutrient that is required by vagetable crop. In the highland vegetable farming system, farmers generally apply high N fertilizer which is not consider to crop needs and behavior of plant nutrients in the soil. In purpose to improve fertilizer efficiency and reduce the environmental impact of NO3-N, in 2007, has conducted research on soil nitrogen nutrient management on Inceptisols from Karang Anyar. The experiment was conducted in farmers' fields Punthuk Rejo village, District Argoyoso, Karang Anyar (07o36'25'' - 07o37'30'' LS, 111o05'10'' - 111o06'45 LT.) belong 257
Ladiyani Retno Widowati et al.
to the family Aquandic Dystrudepts, medial , isohyperthermic. Plant indicator is leek and carrot. The treatments tested were Farmers Practice or FP (per hectare: 40 t e mixture of chicken manure and cow + 500 kg Urea for leek; 25 t cattle manure/chicken + 500 kg Urea + 500 kg ZA for carrots) and Improve Practice or IP (15 t chicken and cattle manure mixture + 250 kg Urea + 250 kg ZA for leek; 15 t chicken + 250 kg Urea for carrots). Observations included the movement of N in soil profiles, crop production and N uptake. This soil has a low BD 0.8 to 0.9 mg m-3, relatively rapid permeability index from 2.78 to 4.78 cm day-1 with rapid drainage pore from 26.5 to 31.9%. The results showed that this soil capable to tranfer NO3-N very fast from 0-25 layers to deeper layers, it is measured in FP and IP. Production of leek and carrot each treatment is 24.4 t ha-1 and 11.3 t ha-1 with a total uptake 22 and 58 kg N ha, equivalent to 9 and 4% of the total N added, respectively. Vegetable production of IP were 18.3 and 11.6 t ha-1 with a total uptake of 20 and 50 kg N ha-1, equivalent to 12 and 7% of the total N added, respectivelly. The results of the calculation of short term N-balance were obtained 599 and 558 for FP , as well as 374 and 245 for IP. Keywords: Nitrogen, Thaptic Endoaquands, fertilizer, vegetable
LATAR BELAKANG Kebutuhan tanaman akan hara N termasuk yang terbanyak dibanding hara makro lainnya. Cepatnya respon tanaman terhadap pemupukan N, berkaitan dengan fungsi N tersebut diantaranya dalam pembentukan zat hijau daun. Selain itu, N sangat dibutuhkan dalam fase pertumbuhan, sehingga bila kekurangan N, daun akan berwarna pucat dan tanaman tumbuh kerdil. Berdasarkan pengaruh N terhadap pertumbuhan tersebut, petani sayuran dataran tinggi berkecenderungan untuk memupuk dalam jumlah yang melebihi kebutuhan tanaman sebagai jaminan bagi mereka untuk mendapatkan produksi yang tinggi. Sumber nitrogen yang petani pergunakan tidak hanya berasal dari pupuk anorganik juga pupuk organik. Sebagai contoh kasus adalah petani sayuran di Daerah Buntu Kejajar-Wonosobo memupuk total N hingga lebih dari 500 kg setiap musimnya (Widowati et al. 2011). Jumlah tersebut sangat berlebihan bila mengingat total serapan N tanaman adalah sekitar 150 hingga 250 kg N ha-1. Terdapat kelebihan N di lahan pertanian tersebut atau dapat disebut sebagai surplus N-balance. Praktisi pertanian umumnya tidak menyadari bahwa sesungguhnya lahan pertanian juga mempunyai kemampuan untuk mensuplai N yang berasal dari penguraian bahan organik tanah oleh mikroba. Jumlah suplai N ini termasuk cukup besar, misalnya untuk tanah Andisols di Wonosobo dan Kopeng mampu mensuplai sebesar 163,344,5 kg N ha-1 (Widowati et al. 2011). Dari nilai mineralisasi tersebut atau dikenal sebagai potensi mineralisasi N adalah potensi indigenous dari tanah tersebut, baik bahan organik yang diperoleh secara alami maupun sebagai akibat dari aktivitas bercocok tanam. Bahan organik yang ditambahkan juga mempunyai kecepatan mensuplai N atau mineralisasi 258
Pengelolaan Hara Nitrogen untuk Komoditas Sayuran
yang berbeda-beda. Bila diaplikasikan dengan memperhatikan kecepatan mineralisasinya maka tidak menutup kemungkinan N dari bahan organik dapat dimanfaatkan tanaman secara optimal. Bila serapan tidak optimal dan terjadi surplus N-balance, nitrogen sangat mudah tercuci dari lapisan atas ke bawah atau bahkan hilang. Sifat nitrogen yang mudah berubah bentuk serta diikat tanah dalam jumlah yang sedikit berakibat N mudah ditranslokasi. Dilaporkan bahwa di Waduk Mrican (Jawa Tengah) dan Waduk Cirata (Jawa Barat) telah terukur polusi nitrat di badan air sebagai akibat dari aktivitas pertanian tanaman sayuran dataran tinggi (Arshanti, 2008; Korakura et al. 2001). Berkaitan dengan hal tersebut sudah seharusnya aplikasi N harus berdasarkan pada ketersediaan N tanah, jumlah N yang ditambahkan, serta berapa yang dibutuhkan tanaman. Dari sifat N serta praktik petani yang berlebihan dalam pemupukan sumber N, rekomendasi pemupukan N dapat disusun dalam bentuk perhitungan sederhana. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyusun rekomendasi N pada tanah di sentra produksi sayuran di Karang Anyar dengan komponen pendukungnya.
BAHAN DAN METODE Penelitian penyusunan rekomendasi pemupukan dilaksanakan di Desa Punthuk Rejo, Kec. Argoyoso, Kabupaten Karang Anyar, Jawa Tengah. Klasifikasi tanah ini termasuk famili Thaptic Endoaquands, medial, isohyperthermic. Penelitian lapangan dilaksanakan pada MH 2007 dan dalam waktu bersamaan juga dilakukan pengambilan contoh tanah untuk penelitian pengukuran potensi mineralisasi N di laboratorium. Perlakuan yang diujikan adalah Perlakuan Petani (Farmer Practice) selanjutnya disebut sebagai FP dan Perlakuan Perbaikan (Improve Practice) disebut sebagai IP. Inkubasi Penelitian inkubasi dilaksanakan dengan metode yang diuraikan oleh De Neve et al. (2004). Contoh tanah bulk dikeringanginkan sampai mencapai kadar air di bawah kadar air kering udara, dengan tujuan agar mineralisasi mencapai batas terendah saat inkubasi dimulai. Contoh tanah ditimbang kurang lebih 250 g per kontainer yang terbuat dari paralon dengan diameter 2,5 inci dan tinggi 10 cm. Setelah kebutuhan air untuk mencapai 50% kapasitas lapangan tercapai maka contoh tanah dimasukkan ke dalam kontainer, dikompakkan untuk mencapai BD mendekati BD lapang (0,7 g cm-3) dan diairi dengan cara disemprotkan dangan sprayer kecil. Pada setiap sampling per minggunya, 1 seri perlakuan dan ulangan diambil dan di-subsampling dengan cara dituangkan seluruh tanahnya ke atas lembar plastik. Pada hari yang sama langsung dilakukan ekstraksi untuk
259
Ladiyani Retno Widowati et al.
pengukuran mineral N (NH4 dan NO3). Inkubasi berlangsung selama 102 hari, dimulai dari 7, 18, 31, 46, 60, 74, 88, dan 102 hari. Pencucian (leaching) Pengukuran leaching dilakukan pada petak perlakuan di lapangan. Setiap 3 minggu sekali pada setiap bedeng perlakuan dibor menggunakan bor tanah pada setiap kedalaman 20 cm. Contoh tanah per kedalaman kemudian dianalisa mineral N di mini laboratorium Salatiga. Satu contoh berasal dari 3 anak contoh yang diambil dari tiga bedeng. Satu perlakuan (IP ataupun FP) diwakili oleh 3 ulangan. Penyusunan rekomendasi Pelaksanaan penelitian rekomendasi pemupukan diawali dengan penghitungan keseimbangan hara N (Widowati et al. 2011) yang sesungguhnya dengan rumus sebagai berikut : Nbalans Jangka Pendek = (Nawal + Nmin + Ntersedia_ BO + Npupuk) – (Nuptake_marketable + Nuptake_residu + Npanen) Keterangan : Nawal Nmin Ntersedia_BO Nuptake_marketable Nuptake_residu Npanen
= = = = = =
kadar N tanah awal potensi mineralisasi N tanah N tersedia dari hasil mineralisasi N bahan organik serapan N yang diangkut keluar N dari residu tanaman kadar N tanah saat panen
Percobaan lapangan Penelitian lapangan terdiri dari dua perlakuan yakni IP dan FP. Petak IP seluas 10 m2 kemudian dibagi menjadi 10 bedeng dengan ukuran masing-masing bedeng lebar 0,75 cm, tinggi 20 cm, dan panjang 10 m. Pada pertanaman pertama adalah bawang daun dan diikuti tanaman wortel. Tanaman bawang daun ditanam dengan membuat lubang tanam dengan jarak 20 x 40 cm2, kemudian diberi pupuk kandang ayam yang telah matang dan ditanam di atasnya 1 bibit per lubang. Untuk wortel, pupuk kandang dicampur dalam bedengan kemudian benih ditanam dengan cara dilarik dengan jarak antar larikan 20 cm. Pemberian pupuk dilakukan dengan cara ditugal diantara dua tanaman bawang, sedangkan untuk wortel pupuk diberikan dengan membuat larikan pupuk antar larikan tanam. Kadar C-organik, N-organik dan C/N disajikan pada Tabel 1. Kadar C-organik pukan kambing yang terendah, termasuk kadar N-organik juga yang terendah. Pukan sapi dan pukan ayam mempunyai kadar C dan N yang sama, yang membedakan adalah kadar 260
Pengelolaan Hara Nitrogen untuk Komoditas Sayuran
air, pukan sapi mempunyai kadar air sekitar 15-30% dan pukan ayam sekitar 10-15%. Sehingga untuk aplikasi dengan kuantiti yang sama, maka pukan ayam akan menyumbangkan hara yang lebih tinggi. Tabel 1. Kadar hara C, N, dan C/N rasio yang dipergunakan pada penelitian Bahan organik
C (%)
N (%)
C/N
Pukan kambing Pukan sapi Pukan ayam
14,26 27,75 27,54
0,98 1,34 1,14
14,59 13,28 13,20
Pengolahan data Model first order telah difitkan ke potensi mineralisasi data menggunakan regresi non linear (Levenberg-Marquardt algoritm) di SPSS v.15. Persamaan first order adalah sebagai berikut: Nmin(t) = NA,min(1-exp(-kmint)) Dimana Nmin(t) (mg kg-1) adalah total N termineralisasi pada waktu t, NA,min (mg kg-1) adalah potensi N yang dapat dimineralisasi, dan kmin (day-1) adalah koefisien kecepatan mineralisasi (Campbell and Zetner, 1993). Untuk data pergerakan N atau N-profil, tidak dilakukan pengolah data secara statistik tetapi data tersebut diplotkan pada grafik. Dan data yang diperoleh dari percobaan lapangan diuji signifikannya dengan menggunakan T-test.
HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat tanah Sifat tanah dari milik petani Sumardjo, Desa Argoyoso bertekstur ringan dengan kadar bahan C-organik tergolong sedang (2,08%) dengan kadar N-organik (0,14%). Kadar P dan K potensial termasuk tinggi masing-masing 123 mg P2O5 100g-1 dan 35 mg K2O 100g-1. Kapasitas tukar kation tanah ini termasuk sangat tinggi (32,91 meq 100g-1). Dari sifat tanah tersebut tanah Argoyoso berkesuburan tanah tinggi. Pengelolaan tanah dengan input yang seimbang dapat mempertahankan tingkat kesuburan tanah. Mengingat tanah ini mempunyai BD yang rendah 0,8-0,9 mg m-3, indeks permeabilitas tergolong cepat 2,784,78 cm hari-1 dengan pori drainase cepat 26,5-31,9% sehingga mempunyai sifat melalukan solut (garam-garam yang mudah larut) seperti nitrat ke lapisan yang lebih dalam ataupun membawa ke badan air. Penggunaan bahan organik merupakan salah satu
261
Ladiyani Retno Widowati et al.
cara untuk mempertahankan kelembaban tanah dan juga bahan makanan bagi mikroba untuk menyehatkan tanah dan mendorong terbentuknya agregat. Mineralisasi Hasil pengukuran potensi mineralisasi N pada ketiga tanah milik petani dari desa Argoyoso menunjukkan pola yang hampir sama. Mulai hari pertama inkubasi kadar Nmineral meningkat drastis sampai hari ke-7 inkubasi. Peningkatan yang besar tersebut terjadi karena adanya perubahan kadar air pada tanah sehingga terjadi peningkatan aktivitas mikroba pengurai dalam melepaskan mineral N (NO 3 + NH4). Hasil aplikasi data N pada model first order diperoleh nilai k (koefisien kecepatan mineralisasi) sebesar 0,1460 hari-1, dan nilai Nm sebesar 68,307 mg kg-1. Total N termineralisasi dari bahan organik tanah pada kedalaman 20 cm selama 102 hari adalah 164,8 kg N ha-1. Pencucian Hasil pengukuran N diplotkan pada grafik di bawah ini (Gambar 2). Dari grafik tersebut jelas terlihat bahwa perlakuan FP menunjukkan kadar mineral N (NH 4-N + NO3N) yang lebih tinggi dibanding perlakuan IP. Selanjutnya telah diketahui bahwa efisiensi N adalah sangat rendah (<25%) sehingga sebagian besar N tersedia dari pupuk anorganik dan organik diprediksi tercuci ke lapisan tanah yang lebih dalam atau masuk dalam badan air. Hal ini didukung oleh hasil analisa sifat tanah yakni BD yang rendah (<0,9 g cm-3) dan hidrolic conductivity termasuk sedang hingga cepat.
ANDISOL-KARANG ANYAR SUMARJO HARTATIK HARTONO
ppm N (N-NO3 + N-NH4)
250 200 150 100 50 0 0
20
40
60
80
100
120
Day Incubation
Gambar 1. Pola pelepasan N tanah dari Desa Punthuk Rejo, Kec. Argoyoso, Kab. Karang Anyar pada pengukuran potensi mineralisasi N 262
Pengelolaan Hara Nitrogen untuk Komoditas Sayuran
Gambar 2. Pergerakan N dalam profil tanah pada kondisi awal dan setelah panen perlakuan IP (atas) dan FP (bawah)
263
Ladiyani Retno Widowati et al.
Rekomendasi pemupukan Dari perhitungan rekomendasi pemupukan dengan memasukkan komponen data penunjang diperoleh besaran rekomendasi untuk bawang daun sebesar 15 ton pukan ayam/sapi + 250 kg Urea + 250 kg ZA untuk perlakuan IP dan 40 ton pukan ayam/api + 500 kg Urea ha-1 + 500 kg ZA ha-1 untuk perlakuan FP. Dengan asumsi produksi sebesar 25 t ha-1 dan tidak ada residu yang dikembalikan ke lahan. Kalaupun ada pengembalian sangat kecil sekali sumbangannya. Sebagian besar petani di Desa Punthuk Rejo mengaplikasikan pupuk untuk tanaman wortel sebesar 25 ton pukan sapi/ayam + 500 kg Urea + 500 kg ZA untuk FP, sedangkan hasil penghitungan kebutuhan N tanaman untuk wortel adalah 15 ton pukan ayam + 250 kg Urea untuk perlakuan IP. Pada tanaman wortel tidak diaplikasikan P dan K karena hasil analisis menunjukkan bahwa hara P dan K tercukupi dari aplikasi pupuk kandang. Percobaan lapangan Hasil penelitian percobaan lapangan diperoleh data seperti yang disajikan pada Gambar 3. Pada musim tanam pertama, ditanam bawang daun dan dipanen pada umur 45 HST. Tanaman tumbuh baik dengan produksi bawang daun 24,4 t ha-1 (FP) dan 18,3 t ha-1 (IP) dengan serapan 22 kg N ha-1 dan 20 kg N ha-1. Perbedaan produksi antara perlakuan IP dan FP tidak nyata. Bila dipersentasekan berdasarkan total N yang diaplikasikan, maka persentase serapan N atau efisiensi N masing-masing adalah 9% (FP) dan 12% (IP). Surplus neraca N yang telah terjadi sebesar 599 kg N ha-1 (FP) dan 374 kg N ha-1 (IP). Jumlah N surplus adalah sangat besar, bila dilakukan pengelolaan dengan baik dengan jumlah dan cara aplikasi yang tepat maka N surplus bisa ditekan sehingga efisiensi N dapat meningkat. Tanaman musim kedua adalah wortel yang ditanam pada MK 2007. Tanaman wortel tumbuh dengan baik dan dipanen pada umur 60 HST. Produksi wortel sebesar 13,3 t ha-1 untuk perlakuan FP dan 11,8 t ha-1 untuk perlakuan IP, dengan serapan N masingmasing sebesar 58 kg ha-1 dan 50 kg ha-1. Jika dihitung efisiensinya hanya sebasar 4% dan 7% untuk FP dan IP. Nilai efsiensi ini sangat rendah dan merupakan tantangan yang besar untuk meningkatkannya. Dan dapat pastikan bahwa N surplus adalah sangat besar dengan nilai sebesar 558 kg N ha-1 untuk FP dan 245 kg N ha-1 untuk IP. Dari kedua pertanaman tersebut, nilai efisiensnya hanya mencapai <25%. Dengan kata lain hampir 75% atau lebih N berpeluang untuk hilang. N surplus yang sangat besar dengan efisiensi yang rendah selain mencemari lingkungan juga pemborosan sumberdaya energi serta biaya. Perlu penanganan yang serius terhadap sistem usahatani tanaman sayuran dataran tinggi terutama yang termasuk tanaman yang bernilai ekonomi. 264
Pengelolaan Hara Nitrogen untuk Komoditas Sayuran
125
Produksi (t/ha)
100
75 MT. III
IP FP
50 MT. I
MT. II
25
0 Bawang daun
Wortel
Seledri
Gambar 3. Pengaruh perlakuan FP dan IP terhadap produksi tanaman bawang daun dan wortel
KESIMPULAN Tanah Aquandic Dystrudepts dari Desa Punthuk Rejo, Kec. Argoyoso, Kab. Karang Anyar berkesuburan tinggi tetap mempunyai kelemahan yakni ber-BD rendah dan mudah melakukan solut melalui profil tanah. Pengelolaan tanah dan hara yang baik seperti penambahan bahan organik yang tepat serta aplikasi beberapa kali N dapat mengurangi tingkat kehilangan N melalui pencucian dan meningkatkan serapan yang terukur saat panen pada akhirnya dapat meningkatkan efisiensi pupuk N baik anorganik maupun organik.
UCAPAN TERIMAKASIH Penelitian ini terlaksana atas dana dari kerjasama VLIR Ugent-Balittanah. Ucapan terimakasih disampaikan kepada Dr. Sukristyonubowo, Ir. Didik Sukristyohastomo, Ibrahim Adamy Sipahutar, SSi, dan Iin Dwi Suharti, SSi hingga terlaksana penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA Arshanti, I.W. 2008. Evaluation of Vegetable Farming System in Upland Areas of Java and Sumatera, Indonesia, PhD Dissertation. Der Humboldt-Universitat zu Berlin, Germany.
265
Ladiyani Retno Widowati et al.
Champbell, C.A. and R.P. Zetner. 1993. Soil organic matter as influenced by crop rotations and fertilization. Soil Sci. Soc. of Am. J., 57: 1034-1040. De Neve, S., Susana Gaona Saez, Barbara Chaves Daguilar, Steven Sleutel, and Georges Hofman. 2004. Manipulating N mineralization from high N crop residues using on- and off-farm organic materials. Soil Biology and Biochemistry, 36: 127-134. Korakura, H., M. Zairin, I. Effendie, K. Nirmala, and A.O. Sudrajat. 2001. Cage culture in lake Cirata. In Proceedings of the First Seminar on Toward Harmonization between Development and Environmental Conservation in Biological Production, The University of Tokyo. p. 300. Widowati, L.R., S. De Neve, Sukristiyonubowo, D. Setyorini, A. Kasno, and I.A. Sipahutar. 2011. Nitrogen balances and nitrogen use efficiency of intensive vegetable relations in South East Asian tropical Andisols. Nutrients Cycle in Agroecosystems, 91: 131-143.
266
