10
III. BAHAN DAN METODE
3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan mulai bulan November 2010 sampai dengan Juni 2011. Lokasi penelitian terletak di Desa Bantar Kambing, Kecamatan Ranca Bungur, Kabupaten Bogor, Jawa Barat (Lampiran 1). Adapun analisis sampel gas dan tanaman dilakukan di Laboratorium Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
3.2. Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan adalah sampel gas dan tanah yang diambil secara berkala pada masing-masing penggunaan lahan; sampel tanaman jagung (Zea mays L.), kacang tanah (Arachis hypogaea L.), dan singkong (Manihot esculenta atau Manihot utilissima) diambil pada saat panen. Alat-alat yang digunakan meliputi alat pengambilan sampel gas, sampel tanah, dan alat pengukur variabel lingkungan (kondisi iklim mikro dan karakteristik tanah) di lapang, antara lain chamber, tedlar bag, ring sample, termo-higrometer digital, dan portabel temperature probe (Lampiran 2). Analisis di laboratorium menggunakan alat antara lain CO2 analyzer, oven, timbangan analitik, dan CHNS elemental analyzer.
3.3. Metode Tahapan penelitian meliputi survei dan pemilihan lokasi penelitian lapang, perancangan penelitian, persiapan peralatan pengukuran, pelaksanaan penelitian lapang dan analisis data. Untuk mengetahui pengaruh penggunaan lahan terhadap fluks CO2, dipilih tiga jenis penggunaan lahan, yaitu lahan dengan tanaman jagung, kacang tanah, dan singkong yang lokasinya berdekatan, sehingga diharapkan memiliki kondisi lingkungan dan tanah yang sama (Lampiran 3). Lokasi penelitian berdasarkan kondisi iklimnya termasuk iklim tropis. Berdasarkan Taksonomi Tanah USDA (soil survey staff, 2000), tanah di lokasi penelitian diklasifikasikan sebagai Aquic Dystrudept.
11
Pengukuran fluks CO2 selama musim tanam bertujuan untuk mengetahui jumlah emisi CO2 selama satu musim dan pengaruh variabel lingkungan terhadap fluks CO2. Adapun pengukuran fluks CO2 harian bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi variabel lingkungan terhadap fluks CO2 harian. Hal ini dilakukan karena pada daerah tropis data kisaran suhu dan kelembaban udara selama musim tanam hampir sama atau kurang bervariasi. Variabel lingkungan yang diamati adalah suhu udara, kelembaban udara, suhu tanah dan kadar air tanah. Hal ini dilakukan untuk mengetahui faktor yang mempengaruhi fluks CO2 tanah, sedangkan untuk mengetahui nilai neraca karbon, dipilih beberapa sampel tanaman yang dapat merepresentasikan variasi kondisi tanaman di lapang.
3.3.1. Pelaksanaan Penelitian Lapang Pengukuran fluks CO2 tanah dan variabel lingkungan dilakukan selama satu musim tanam pada masing-masing lahan. Pengambilan
sampel
gas
dan
pengukuran variabel lingkungan pada lahan jagung dan singkong dilakukan sebanyak tiga ulangan, yaitu dua ulangan di dalam baris tanam dan satu ulangan antar baris tanam, sedangkan pada lahan kacang tanah karena jarak tanaman yang rapat, pengambilan sampel dilakukan sebanyak tiga ulangan seluruhnya berada dalam baris tanam. Pengambilan sampel gas dilakukan dengan menggunakan metode ruang tertutup, lokasi dan cara pengambilan sampel gas pada masingmasing lahan disajikan pada Lampiran 5. Analisis sampel gas dilakukan pada hari yang sama setiap pengambilan sampel gas. Pengukuran fluks CO2 dan variabel lingkungan di masing-masing lokasi pengamatan dilakukan antara pukul 07:00 dan 13:00 WIB pada setiap minggu selama musim penanaman. Selain itu juga dilakukan pengukuran fluks CO2 harian dan variabel lingkungan dengan interval pengambilan sampel setiap 2 jam selama 24 jam. Pengukuran fluks CO2 harian dilakukan satu kali pada masing-masing lahan.
Pengukuran fluks CO2 harian pada lahan jagung dan kacang tanah
dilakukan pada saat tanaman berumur 2 bulan, sedangkan lahan singkong dilakukan pada saat tanaman berumur 3 bulan.
12
Dalam memperkirakan emisi CO2 selama satu tahun, untuk mendekati hasil sesungguhnya, perlu ditambahkan emisi saat lahan dalam kondisi tidak ditanami (masa bera). Kondisi bera ini sebagai waktu persiapan lahan, yaitu sekitar 2 minggu. Pengukuran fluks CO2 dan variabel lingkungan pada kondisi bera dilakukan pada lahan yang kosong berukuran 1 x 2 m dengan tiga ulangan (Lampiran 4). Pengambilan sampel tanaman untuk penetapan kadar karbon tanaman dilakukan pada saat panen, berturut-turut untuk tanaman jagung, kacang tanah, dan singkong yaitu pada 77, 75, dan 218 hari setelah tanam. Pengambilan sampel tanaman jagung dan singkong sebanyak 4 tanaman, sedangkan untuk kacang tanah sebanyak 9 tanaman.
3.3.1.1. Pengambilan Sampel Gas CO2 Pengukuran fluks CO2, tanah di lapang dilakukan dengan metode ruang tertutup. Adapun proses pengambilan sampel gas dimulai dengan pemasangan alat. Pemasangan alat dimulai dengan pemasangan silinder terbuka (chamber base) dengan kedalaman 3 cm untuk mencegah kebocoran gas dari dasar ruangan. Permukaan tanah di bagian dalam chamber base dibersihkan dari tanaman. Selanjutnya tiga stainless baja silinder terbuka (chamber) masing-masing berdiameter 20 cm dan tinggi 26 cm, ditempatkan langsung di atas chamber base. Selanjutnya chamber ditutup dengan penutup akrilik yang memiliki tiga port: port pertama untuk sampling gas, port kedua untuk melampirkan kantung kedap udara pada menit akhir dan port ketiga untuk melampirkan pressure bag sebagai penyeimbang tekanan ruang dengan tekanan atmosfer (Gambar 3). Pada setiap pengambilan sampel gas dilakukan pada interval waktu 0, 3, 6, dan 12 menit. Jumlah gas setiap pengambilan sampel yaitu sebanyak 250 ml, dengan mengekstraksi gas dari chamber ke dalam kantung kedap udara (Tedlar bag) menggunakan jarum suntik 50 ml. Pengambilan sampel gas awal (0 menit) dilakukan pada kondisi chamber terbuka. Selanjutnya pengambilan sampel gas dilakukan setelah kondisi ruang chamber tertutup pada interval waktu 3, 6, dan 12 menit. Setiap pengukuran didapatkan empat sampel gas yaitu pada 0, 3, 6 dan 12
13
menit. Selanjutnya sampel gas dianalisis di laboratorium dengan menggunakan CO2 Analyzer (Lampiran 6).
Gambar 3. Ruang contoh gas yang digunakan pada closed chamber method (Toma dan Hatano, 2007). 3.3.1.2. Pengukuran Variabel Lingkungan Pada setiap pengambilan sampel gas dilakukan pula pengukuran variabel lingkungan seperti suhu udara, kelembaban udara, suhu tanah, dan kadar air tanah. Suhu udara dan kelembaban udara diukur dengan termo-higrometer digital yang diukur pada waktu yang sama saat pengambilan sample gas. Pengukuran suhu tanah pada kedalaman 5 cm di bawah permukaan tanah dengan menggunakan portabel temperature probe. Pengukuran suhu tanah dilakukan sebanyak tiga ulangan pada setiap plot chamber. Pengukuran kadar air tanah dilakukan dengan mengambil sampel tanah menggunakan ring sampel dengan tiga ulangan yang kemudian dianalisis di laboratorium. Dalam menentukan hubungan emisi CO2 dengan variabel lingkungan, dilakukan analisis regresi korelasi menggunakan software statistica 8.0.
3.3.2. Perhitungan Emisi CO2 Pengukuran nilai fluks CO2 tanah pada masing-masing lahan dilakukan dari awal penanaman hingga panen. Pada lahan jagung dan singkong, nilai fluks
14
CO2 terdiri dari fluks yang diukur pada baris tanam dan antar baris tanam, sedangkan pada lahan kacang tanah hanya pada baris tanam. Pengukuran fluks CO2, selanjutnya digunakan untuk memperkirakan jumlah emisi CO2 tanah. Adapun perhitungan fluks CO2 (F = mg C [N] m-2 jam-1) adalah sebagai berikiut:
F ρ
ρ A V T
V ｃ 273 A ｔ T
= densitas gas (106 mg m-3) = luas ruang (m2) = volume ruang (m3) = rata-rata suhu udara (0K)
(4)
⊿c = variasi konsentrasi CO2 (m3 m-3) ⊿t = variasi waktu (jam) α = koefisien transformasi
Emisi CO2 pada setiap interval waktu pengukuran didapatkan dengan mengalikan fluks CO2 rata-rata dan durasi antara waktu sampling yang berdekatan. Jumlah emisi CO2 pada masing-masing lahan didapatkan dengan cara menjumlahkan seluruh emisi pada setiap interval waktu pengamatan selama musim tanam. Besarnya emisi gas CO2 dari masing-masing lahan tergantung pada lama masa tanam dan frekuensi penanaman dalam setahun. Dengan demikian untuk membandingkan emisi pada lahan jagung, kacang tanah, dan singkong, dilakukan perhitungan emisi pada setiap lahan ditanami tanaman yang sama selama satu tahun.
3.3.3. Pengukuran Karbon Tanaman Pengukuran karbon tanaman, dilakukan pada saat panen pada masingmasing lahan. Semua bagian sampel tanaman diambil untuk diukur kandungan karbonnya. Pada tanaman jagung, sampel tanaman terdiri dari akar, batang, daun, bunga, dan jagung. Pada tanaman kacang tanah terdiri dari bagian atas tanaman (daun, batang dan bunga) dan bagian bawah tanaman (akar dan kacang), sedangkan sampel tanaman singkong terdiri dari umbi, akar, batang, dan daun. Pada tanaman singkong jumlah ruas daun yang pernah tumbuh juga dihitung untuk mengetahui bobot total daun yang tumbuh selama musim tanam.
15
Setelah semua sampel tanaman yang representatif diambil, bobot setiap sample tanaman ditimbang kemudian dikering oven 600C selama 72 jam. Setelah kering, sampel tanaman dipotong kecil dan dihaluskan kemudian disaring dengan saringan 100 mesh. Kadar karbon tanaman dianalisis menggunakan CHNS elemental analyzer. Untuk mengetahui kadar air dan berat kering tanaman (biomassa) sampel tanaman dikering oven 1000C selama 24 jam (sampai bobotnya tetap).
3.3.4. Perhitungan Neraca Karbon Nilai kandungan karbon dari hasil analisis menggunakan CHNS elemental analyzer digunakan untuk menentukan nilai Produksi Primer Bersih (PPB). PPB merupakan produksi bersih dari karbon organik oleh tanaman dalam suatu ekosistem. Nilai PPB selama satu musim tanam didapatkan dari perkalian antara total biomassa tanaman pada saat panen dalam satu hektar dengan kadar karbonnya. Perbandingan PPB pada lahan jagung, kacang tanah, dan singkong, dilakukan dengan asumsi pada setiap lahan ditanami tanaman yang sama selama satu tahun. Dengan demikian, dalam satu tahun didapatkan frekuensi tanam untuk jagung dan kacang tanah sebanyak 4 kali musim tanam, sedangkan singkong sebanyak 1,5 kali musim tanam. Rumus perhitungan PPB yang digunakan adalah sebagai berikut: PPB = B x C x f ………………………. …(5)
Keterangan: PBB B C f
: Produksi Primer Bersih (ton C ha-1 thn-1) : Biomassa (ton ha-1) : Kandungan karbon (% C) : Frekuensi tanam per tahun
