PENGELOLAAN MUKA AIR TANAH DAN APLIKASI TERAK BAJATERHADAPSIFAT FISIK GAMBUT KAITANNYA DENGAN EMISI KARBON PADA PERKEBUNAN KELAPA SAWIT
TESIS
Oleh NANI KITTI SIHALOHO 127001005/MAET
PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
PENGELOLAAN MUKA AIR TANAH DAN APLIKASI TERAK BAJA TERHADAPSIFAT FISIK GAMBUT KAITANNYA DENGAN EMISI KARBON PADA PERKEBUNAN KELAPA SAWIT
TESIS Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Dalam Program Magister Agroekoteknologi Pada Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
Oleh NANI KITTI SIHALOHO 127001005/MAET
PROGRAM MAGISTER AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Judul Tesis
: PENGELOLAAN MUKA AIR
Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi
: Nani Kitti Sihaloho : 127001005 : Magister Agroekoteknologi
TANAH DAN APLIKASI TERAK BAJA TERHADAPSIFAT FISIK GAMBUT KAITANNYA DENGAN EMISI KARBONPADA PERKEBUNAN KELAPA SAWIT
Menyetujui, Komisi Pembimbing
Prof.Dr. Ir. Abdul Rauf, MP Ketua
Ketua Program Studi
Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP
Tanggal lulus : 11 Juni 2015
Dr.Ir.Witjaksana Darmosarkoro, MS Anggota
Dekan,
Prof. Dr. Ir. Darma Bakti, MS
Telah diuji pada Tanggal : 11 Juni 2015
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua
: Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP
Anggota
: 1. Dr. Ir. Witjaksana Darmosarkoro, MS 2. Dr. Ir. Edy Sigit Sutarta, MS 3. Dr. Lollie Agustina Putri, M.Si 4. Dr. Ir. Erwin Nyak Akoeb, MS
PERNYATAAN “PENGELOLAAN MUKA AIR TANAH DAN APLIKASI TERAK BAJA TERHADAP SIFAT FISIK GAMBUT KAITANNYA DENGAN EMISI KARBON PERKEBUNAN KELAPA SAWIT” Dengan ini penulis menyatakan bahwa Tesis ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Magister Agroekoteknologi pada Program Studi Magister Agroekoteknologi Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan hasil karya penulis sendiri. Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan Tesis ini, telah penulis cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah dan etika penulisan ilmiah. Apabila dikemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian Tesis ini bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian tertentu, penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku.
Medan, Juli 2015 Penulis, Materai 6000
Nani Kitti Sihaloho
ABSTRAK Nani Kitti Sihaloho, Pengelolaan Muka Air Tanah dan Aplikasi Terak Baja Terhadap Sifat Fisik Gambut Kaitannya Dengan Emisi Karbon Pada Perkebunan Kelapa Sawit Dibimbing oleh Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP dan Dr. Ir. Witjaksana Darmosarkoro, MS. Penelitian dilakukan untuk mengkaji pengaruh muka air tanah dan dosis aplikasi terak baja terhadap sifat fisik gambut kaitannya dengan emisi karbon pada perkebunan kelapa sawit. Plot penelitian adalah areal tanaman kelapa sawit umur 6 tahun dan dirancang menggunakan rancangan split plot dengan dua perlakuan yaitu tiga taraf pengelolaan kedalaman muka air tanah (water level management) sebagai main plot dan empat dosis aplikasi terak baja (sub plot). Sampling tanah dilakukan pada kisaran kedalaman0-2;2-5;5-10;10-50 cm untuk pengamatan kadar air tanah aktual dan pengamatan tanah tidak terganggu pada kisaran0-10;10-20;20-30;30-40 cm. Emisi CO2 diukur metode close chamber technique dan dianalisis konsentrasinya dengan Micro gas Chromatogragph (Micro-GC). Penilaian kering tak balik gambut dilakukan dengan cara menetapkan kadar air tanah aktual dan dibandingkan dengan kadar air kritisnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada plot muka air tanah (>80 cm) dan dosis rendah aplikasi terak baja rentan mengalami kekeringan tak balik pada lapisan 010 cm, bahkan piringan pohon lapisan yang rentan pada kisaran 0-20 cm. Keberadaan tanaman penutup tanah mampu mencegah terjadinya kekeringan tanah gambut saat musim kering, sehingga terhindar dari terjadinya kekeringan tak balik (irreversible drying). Perbaikan sifat fisik gambut (efek aplikasi terak baja) nyata berdasarkan korelasi pearson 5% dengan berat volum 0,25 g.cm-3 (r = -0,61), kandungan kadar abu 4,69% (r = -0,77) dan C-organik 48,68% (r = 0,77) serta pengelolaan muka air tanah 40-60 cm (r = 0,73) menurunkan fluks CO2 dari lahan gambut perkebunan kelapa sawit. Kata kunci : Muka air tanah, terak baja, sifat fisik, emisi CO2, tanah gambut
ABSTRACT Nani Kitti Sihaloho, Water Level Management and Steel Slag Application on Peat Physical Properties its Relation to Carbon Emmisions of Oil Palm Plantation Supervised by Prof. Dr. Ir. Abdul Rauf, MP and Dr. Ir Witjaksana Darmosarkoro, MS. The research was carried out to study the effect of ground water level and steel slag application on peat physical properties its relation to carbon emissions of oil palm plantation. The research plot was designed using split plot design with two treatments,three levels water management as main plot and four dosages of steel slag application as sub plot. Soil sampling was carried at layer of 0-2; 2-5; 5-10 and 10-50 cm at actual water content and 0-10; 10-20; 20-30 and 30-40 cm at soil undisturbed observation. Flux of CO2 was measured using close chamber technique and its concentration analyzed by Micro Gas Chromatograph (MicroGC). Valution of irreversible drying was determined by comparing actual water content with the critical water content of peat. The result showed that, the ground water (>80 cm) plot and steel slag application low dosages, susceptible to irreversible drying is 0-10 cm layers, even that are palm circle of 0-20 cm. The existence of cover crops could prevent drought peat soil during the dry seasons, so avoid the irreversible drying. Physical properties of peat was improved (effectsteel slag application) significantly at pearson correlation 5% with bulk density 0,25 g.cm-3 (r = -0,61), Ash content 4,69% (r= -0,77) and C-organic 48,68% (r=-0,77) and ground water level management at ranged 40 – 60 cm could reduce CO2 flux from peat on oil palm plantation. Key words : ground water level, steel slag, physical properties, carbon emissions, peat soil.
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Parongil, Sidikalang Sumatera Utara Medan pada 05 April 1990 sebagai anak ke-dua dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Japen Sihaloho dan Ibu Asmarina Karosekali S.Pd. Penulis lulus dari SMU Negeri 1 Silima Pungga-Pungga Parongil pada tahun 2008 dan pada tahun yang sama lulus Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) pada pendidikan Sarjana Pertanian pada Program Studi Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara dan lulus pada tahun 2012. Pada tahun 2012 penulis melanjutkan pendidikan pada Program Magister Agroekoteknologi, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara dengan biaya sendiri. Selama pendidikan penulis aktif mengikuti kegiatan seminar internasional dan nasional di kampus untuk mendukung perkuliahan yaitu Acara Focus Group Discussion (FGD) dalam rangka penyusunan rencana pembangunan model DAS mikro diselenggarakan di Ruang rapat kantor Bupati Kabupaten Samosir, 31 Oktober 2012, Seminar nasional “Peranan Pers dalam Pembangunan Pertanian Berwawasan Lingkungan Mendukung Kedaulatan Pangan Berkelanjutan” di Medan, 21 Februari 2013 dan Seminar internasional “Agricultural Biotechnology : The Technology, Impacts and Benefits” di Fakultas Pertanian USU, 24 Juni 2013.
KATA PENGANTAR Penulis mengucapkan puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan berkah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penulisan tesis ini. Selama melakukan penelitian dan penulisan tesis ini, Penulis banyak memperoleh bantuan moril dan materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada: 1. BapakProf.Dr.dr.Syahril Pasaribu, DTM&H,M.Sc,(CTM),Sp.A(K), selaku Rektor Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Prof.Dr.Ir.Darma Bakti, MS., selaku Dekan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Prof.Dr.Ir.Abdul Rauf, MP., selaku Ketua Program Studi Magister Agroekoteknologi Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Prof.Dr.Ir.Abdul Rauf, MP., selaku Ketua Komisi Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penulisan tesis ini. 5. Bapak Dr.Ir.Witjaksana Darmosarkoro, MS., selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dan penulisan tesis ini. 6. Bapak Dr.Ir.Winarna, MP., selaku Pembimbing Lapangan yang telah memberikan masukan dalam pelaksanaan penelitian di lapangan dan mengarahkan penulis dalam penulisan tesis ini. 7. Bapak Dr.Ir.Edy Sigit Sutarta, MS., Ibu Dr. Lollie Agustina Putri, M.Si., dan Bapak Dr.Ir.Erwin Nyak Akoeb MS selaku Komisi Pembanding/Penguji atas saran dan kritik yang diberikan. 8. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang memfasilitasi tempat dan biaya penelitian ini. 9. Peneliti dan Staf dari PPKS Bapak M.Arif Yusuf, SP, Ibu Darmayanti, SP., Bapak Borimin, BapakDarmadi, Bapak Gema Wahyudi dan Bapak Zulham yang turut membantu dalam pelaksanaan penelitian ini baik di lapangan maupun di laboratorium. 10. Hadi Wijoyo, SP dan Satria Muharis, SP selaku tim penelitian turut membantu dalam pelaksanaan penelitian di lapangan. Penulis menyadari tesis ini masih banyak memiliki kekurangan dan jauh dari sempurna. Namun harapan penulis semoga tesis ini bermanfaat kepada seluruh pembaca. Semoga kiranya Tuhan Yang Maha Esa memberkati kita semua.Amin. Medan, Juli 2015 Penulis,
Nani Kitti Sihaloho
DAFTAR ISI ABSTRAK ................................................................................................................ i ABSTRACT ............................................................................................................... ii RIWAYAT HIDUP .................................................................................................. iii KATA PENGANTAR .............................................................................................. iv DAFTAR ISI............................................................................................................. v DAFTAR TABEL .................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ viii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ x PENDAHULUAN Latar Belakang ........................................................................................................... 1 Rumusan Masalah ...................................................................................................... 5 Tujuan Penelitian ....................................................................................................... 6 Hipotesis Penelitian ................................................................................................... 7 TINJAUAN PUSTAKA Tanah Gambut ............................................................................................................ 8 Proses Pembentukan Gambut .................................................................................... 10 Karakteristik Perkebunan Kelapa Sawit di Lahan Gambut ....................................... 10 Sifat Fisik Tanah Gambut .......................................................................................... 11 Pengelolaan Air Lahan Gambut ................................................................................. 16 Emisi Karbon (CO2) ................................................................................................... 18 Terak Baja .................................................................................................................. 19 Kondisi Penutupan Tanah Gambut ............................................................................ 20 METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian .................................................................................... 22 Bahan dan Alat .......................................................................................................... 22 Prosedur Penelitian .................................................................................................... 25 Parameter Pengamatan ............................................................................................... 27 Pengamatan Kadar Air Kritis Gambut Panai Jaya ..................................................... 26 Pengamatan Pengaruh Kondisi Penutupan tanah Gambut ......................................... 28 Pengamatan sifat fisik gambut ................................................................................... 29 Pengamatan Emisi Karbon (CO2) .............................................................................. 30 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil ........................................................................................................................... 33 Karakteristik Tanah dan Iklim Lokasi Penelitian ...................................................... 33 Kadar Air Kritis Tanah Gambut Lokasi Penelitian.................................................... 37 Pengaruh Muka Air Tanah dan Terak Baja Terhadap Kering Tak Balik .................. 39 Pengaruh Kondisi Penutupan Tanah Gambut Terhadap Kering Tak Balik ............... 42 Pengaruh muka air tanah dan terak baja terhadap sifat fisik gambut......................... 47 Kadar Air Tanah Aktual ............................................................................................. 47
Berat Volum ............................................................................................................... 49 Kadar Abu .................................................................................................................. 51 C-organik ................................................................................................................... 53 Porositas ..................................................................................................................... 54 pH H2O....................................................................................................................... 56 Retensi Air (pF) ......................................................................................................... 58 Pengaruh muka air tanah dan terak baja terhadap emisi CO2 lahan gambut ............. 60 Hubungan karakteristik sifat fisik dengan emisi CO2 gambut kelapa sawit .............. 65 Pembahasan................................................................................................................ 73 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ................................................................................................................ 79 Saran .......................................................................................................................... 80 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Halaman 1.
Penyebaran dan luas lahan gambut di Indonesia menurut Provinsi ........
2.
Nilai klasifikasi permeabilitas tanah ....................................................... 14
9
3. Kedalaman permukaan air tanah dan ketebalan bahan organik sebagai pembatas produksi pertanian............................................................... 17 4. Perbandingan stok karbon bagian atas lahan gambut pada hutan gambut dan perkebunan kelapa sawit gambut ............................... 18 5.
Klasifikasi menolak air berdasarkan metode WDPT .............................. 27
6.
Kondisi penutupan tanah gambut pada penelitian .................................. 29
7.
Karakteristik tanah gambut lokasi penelitian .......................................... 33
8.
Data muka air tanah pada waktu penelitian (Januari – Juli 2014) .......... 36
9. Hubungan kadar air aktual gambut pada beberapa kondisi di bawah tegakan kelapa sawit dengan biomassa cover crop pada kedalaman 0-20 cm.................................................................................. 43 10.
Rataan kadar air tanah aktual gambut pada piringan dan gawangan ...... 48
11.
Rataan berat volum gambut pada piringan dan gawangan .................... 50
12.
Rataan kadar abu gambut pada piringan dan gawangan ......................... 52
13.
Rataan C-organik gambut pada piringan dan gawangan ....................... 54
14.
Rataan porositas gambut pada piringan dan gawangan ......................... 55
15.
Rataan pH H2O gambut pada piringan dan gawangan ............................ 57
16.
Retensi air gambut pada piringan kelapa sawit lapisan 0-40 cm ............ 58
17.
Retensi air gambut pada gawangan lapisan 0-40 cm .............................. 59
18.
Fluks CO2 gambut pada piringan dan gawangan kelapa sawit ............... 61
19. Korelasi pearson antara karakteristik sifat fisik gambut dengan emisi CO2Lahan gambut perkebunan kelapa sawit ............................. 65
DAFTAR GAMBAR Halaman 1.
Kerangka penelitian .......................................................................................... 7
2.
Reaksi kimia pembentukan khelat dan netralisasi asam fenolat beracun ......... 20
3.
Kondisi tanaman penutup tanah di bawah tegakan kelapa sawit a. Piringan pohon b. Pakis (N. biserrata) c. Lumut (Brypphyta) dan d. Rumput bulu babi (L. Urceolata)........................................................... 29
4.
Diagram pengambilan sampel gas dari percobaan lapangan ............................ 32
5.
Curah hujan januari – desember 2014............................................................... 35
6.
Kadar air kritis gambut lokasi penelitian .......................................................... 37
7.
Hubungan kadar air tanah aktual (piringan dan gawangan) dengan kadar air kritis terjadinya kering tak balik (irreversible drying) pada 3 kondisi muka air tanah gambut (W1, W2, W3) dan 4 taraf dosis terak baja (A0, A1, A2 dan A3) pada kedalaman 0-2;2-5;5-10;10-50 cm. .......................................................... 41
8.
Hubungan biomassa cover crop dengan kadar air gambut lapisan 0 – 20 cm .............................................................................................. 43
9.
Profil kadar air tanah gambut aktual pada lapisan 0 – 2; 2 – 5; 5 – 10 dan 10 – 20 cm ................................................................... 44
10. Hubungan antara kadar air tanah aktual berbagai kondisi penutupan tanah dibawah tegakan kelapa sawit dengan kadar air kritis terjadinya kering tak balik (irreversible drying) ................... 46 11.
Pengaruh pemberian terak baja terhadap peningkatan kadar abu gambut ........ 52
12.
Hubungan kadar abu dengan berat volum gambut ........................................... 53
13.
Hubungan porositas dengan berat volum gambut ............................................. 56
14.
Kurva pF (0;2;2,54;3 dan 4,2) pada piringan dan gawangan ............................ 59
15.
Pengaruh muka air tanah gambut terhadap fluks CO2 gambut ......................... 61
16.
Hubungan muka air tanah terhadap fluks CO2 gawangan gambut ................... 62
17.
Perbandingan fluks CO2 lahan gambut piringan dan
gawangan kelapa sawit...................................................................................... 64 18.
Hubungan kedalaman muka air tanah dengan emisi karbon ........................... 67
19.
Hubungan berat volum dengan emisi karbon lahan gambut ............................. 69
20.
Hubungan kadar abu dengan emisi karbon lahan gambut .............................. 70
21.
Hubungan C-organik gambut dengan emisi karbon lahan gambut ................... 72
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1.
Kandungan terak baja yang digunakan pada penelitian .................................... 87
2.
Rataan kadar air kritis gambut lapisan 5 – 50 cm (hemik) pada lokasi penelitian ........................................................................................ 88
3.
Rataan kadar air kritis gambut lapisan 0 – 5 cm (saprik) pada lokasi penelitian ....................................................................................... 88
4.
Data kadar air aktual gambut pada kedalaman 0-2;2-5;5-10 dan 10-50 cm Pengamatan Juni 2014 ...................................................................................... 89
5.
Rataan kadar air tanah aktual pada beberapa kondisi dibawah tegakan kelapa sawit pada kedalaman 0-2;2-5;5-10;dan10-20 cm................................. 89
6.
Rataan kadar air aktual gambut pada piringan dan gawangan pada Juli 2014 ................................................................................................... 90
7.
Rataan berat volum pada piringan dan gawangan ............................................ 91
8.
Rataan kadar abu gambut pada piringan dan gawangan sebelum transformasi ........................................................................................ 92
9.
Rataan kadar abu pada piringan dan gawangan setelah transformasi ............... 93
10.
Rataan C-organik gambut pada piringan dan gawangan .................................. 94
11.
Rataan porositas gambut pada piringan dan gawangan .................................... 95
12.
Rataan pH H2O gambut pada piringan dan gawangan ...................................... 96
13.
Rataan fluks CO2 gambut pada piringan dan gawangan .................................. 97
14.
Peta lokasi penelitian ........................................................................................ 98
15
Flow chart pelaksanaan penelitian.................................................................... 99
15
Layout penelitian .............................................................................................. 100
16
Data produksi kelapa sawit kebun panai jaya afdeling IV PTPN IV Tahun 2014/2015 .......................................................... 101
