DAFTAR LAMPIRAN
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Gas Rumah Kaca
Dalam sepuluh tahun terakhir peningkatan emisi terjadi secara alami, gas yang bersifat radiatif seperti CO2, CH4, N2O, yang biasa disebut gas rumah kaca.
Gas tersebut menangkap radiasi panas yang keluar dari permukaan bumi. Proses ini , umumnya lebih dikenal sebagai efek rumah kaca, meningkatnya panas bumi yang berpengaruh terhadap perubahan iklim secara global seperti suhu dan curah hujan. Emisi gas rumah kaca yang dihasilkan oleh Indonesia datang dari dua sektor utama, yaitu sektor kehutanan dan sektor energi. Sektor kehutanan berkontribusi sebesar 75 % dari total emisi gas rumah kaca yang diproduksi Indonesia, sementara sektor energi dan transportasi menyumbang 25 %. Saat ini Indonesia berada di peringkat ketiga negara pengemisi gas rumah kaca terbesar di dunia setelah Amerika Serikat dan Cina. Deforestasi massif dan pembukaan lahan gambut menyebabkan Indonesia berada pada posisi ini (Fiyanto, 2009).
Verge´ et al., (2007), berpendapat bahwa selama 30 tahun yang akan datang, Asia akan tetap menjadi konsumen terbesar meningkat dari 40 ke 55% dari konsumsi global (antara tahun 2000 dan 2015) dan sumber gas rumah kaca terbesar dari pertanian (sekitar 50% dari total emisi). Antara tahun 2000 dan 2030, total emisi gas rumah kaca diperkirakan meningkat sekitar 50% dengan pengaruh selanjutnya terhadap cuaca dan iklim.
2.2.1. Gas CH4
Metana (CH4) adalah salah satu gas rumah kaca yang dihasilkan melalui
dekomposisi anaerobik bahan organik. Untuk mengurai bahan organik menjadi CH4 dibutuhkan kondisi redoks potensial dibawah -100 mV dan pH berkisar
antara 6-7 (Wihardjaka dan Setyanto, 2007). Sedangkan menurut Lantin et al., (1998), produksi metana optimum terjadi dibawah kondisi tergenang: potensial redoks dibawah -200 mV, pH antara 6 dan 8, dan suhu diatas 10ºC. Produksi CH4
mengalami hambatan pada potensial redoks >-150 mV yang disebabkan oleh introduksi O2 bebas di dalam sistem. Nilai potensial redoks tersebut tidak perlu
diperdebatkan sebab mikrobia mempunyai kemampuan yang baik untuk menurunkan potensial redoks (Barchia, 2006). Lahan sawah tergenang adalah kondisi ideal untuk proses ini. Selain dekomposisi bahan organik, sumber pelepasan CH4 lainnya adalah fermentasi dari pencernaan hewan ternak, proses
pembakaran bahan organik yang tidak sempurna, serta akibat proses eksplorasi pertambangan minyak dan gas (Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
Menurut Wassman et al., (2000), padi lebih baik tumbuh dalam kondisi terendam, terutama tergenang dengan mempertimbangkan produksi CH4 melalui
dekomposisi anaerobik pada bahan organik. Besarnya CH4 pada lahan sawah
ditentukan oleh ketersediaan substrat yang dihasilkan dari residu organik dan penggunaan pupuk organik. Emisi CH4 dipengaruhi 3 proses, yaitu: (1) produksi
CH4 dipengaruhi oleh Eh, pH, mineralisasi karbon, dan suhu; (2) Oksidasi CH4
dipengaruhi oleh oksigen bebas yang berdifusi melalui tanaman, tekanan CH4
parsial, dan suhu; (3) transfer secara vertikal dipengaruhi oleh kedalaman air dan tingkat tumbuh tanaman. Lantin et al. (1998), berpendapat bahwa besarnya dan pola emisi CH4 terlihat dipengaruhi oleh interaksi faktor biotik dan abiotik yang
termasuk suhu, sumber karbon, karakteristik tanah dan tanaman itu sendiri.
Emisi CH4 tertinggi terjadi pada siang hari, hal ini berkaitan dengan suhu
udara dan tanah pada kedalaman 5 cm tertinggi tercapai pada siang hari jam 12.00-18.00 waktu setempat dan terendah pada malam menjelang pagi hari dan hal tersebut seiring dengan emisi CH4 yang dihasilkan (Sunar, 1993).
Meningkatnya suhu akan merangsang kegiatan mikroorganisme, mempercepat laju dekomposisi dan memperbesar energi kinetik dan gas.
Rejim air merupakan faktor yang mempengaruhi potensial redoks tanah dan populasi metanogen. Ketika tanah tergenang potensial redoks mencapai <-150 mV dan tingginya pH tanah (6-7) (Chareonsilp et al., 1998) meningkatkan emisi metana dan produksi metana (Wanfang et al., 1998). Potensial redoks berkorelasi negatif dengan fluks CH4 dan pelepasannya terjadi pada saat potensial redoks
rendah (Adhya et al., 1998).
Menurut Wang dan Adachi (1998), lahan pertanian merupakan sumber metana dan berkontribusi 10-15% dari emisi metana secara global yang konsentrasinya di atmosfer meningkat 1%/tahun (Parashar et al., 1993). Yagi dan Minami (1998), menduga bahwa emisi metana secara global dari lahan pertanian sebesar 31 ± 10 Tg/tahun. Aktivitas bakteri metanogen dan metanotrop pada lahan sawah mengakibatkan akumulasi metana. Tanaman padi mempengaruhi aktivitas kedua bakteri tersebut melalui pelepasan eksudat akar yang merupakan sumber
substrat utama bagi bakteri metanogenik untuk produksi metana dan melalui pelepasan oksigen untuk oksidasi metana disamping peran aerenkima (Lantin et al., 1998) dalam media emisi metana dari lahan sawah ke atmosfer. Sekitar 60- 90% CH4 dilepaskan dari lahan sawah ke atmosfer ditransportasikan melalui
aerenkima tanaman (Aulakh et al., 2000).
Rosot CH4selama ini dikenal hanyalah melalui dua proses yaitu konsumsi
oleh bakteri metanotrop dan reaksi dengan ion radikal di atmosfer bumi. CH4
dapat bertahan selama 12 tahun di atmosfer, sedangkan nilai potensi pemanasan globalnya (global warming potential) adalah 23 kali lebih besar dari CO2.
Konsentrasinya di atmosfer saat ini mencapai 1852 ppbv (Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
2.2.2. Gas CO2
Pada dasarnya kehadiran gas rumah kaca di atmosfer sangat penting karena gas tersebut membuat iklim bumi menjadi hangat dan stabil. Tanpa gas rumah kaca di atmosfer, suhu permukaan bumi diperkirakan mencapai -18ºC. Tetapi konsentrasi gas rumah kaca yang berlebihan akan lebih banyak panas yang dipantulkan kembali ke muka bumi yang menyebabkan suhu bumi semakin panas. CO2 adalah gas rumah kaca yang menjadi sasaran untuk diturunkan
konsentrasinya di atmosfer. Secara alami, gas CO2 dihasilkan melalui
dekomposisi bahan organik secara aerobik, erupsi vulkanik, respirasi manusia, hewan, dan tanaman. Sedangkan akibat kegiatan manusia, CO2dihasilkan melalui
pembakaran bahan bakar fosil, pertambangan gas bumi, dan kegiatan-kegiatan pembakaran bahan organik seperti sampah, kayu bakar, dan sisa residu pertanian. Ketika revolusi industri baru dimulai, konsentrasi CO2 di atmosfer sekitar 290
ppmv (part per million volume). Saat ini konsentrasi CO2 meningkat menjadi 375
ppmv. Peningkatan CO2 tersebut disebabkan oleh ketidakseimbangan antar
besarnya sumber emisi (source) dengan daya rosotnya (sink). Pada dasarnya secara alami CO2 merupakan bagian penting dari proses fotosintesis tanaman.
Tetapi akibat perkembangan industri yang pesat, tingginya pemakaian bahan bakar fosil dan laju deforestasi hutan-hutan alam yang semakin cepat menyebabkan daya pelepasan CO2 dari sumber-sumber emisi lebih tinggi
Karbondioksida dilepaskan dari tanah melalui respirasi tanah, termasuk tiga proses biologi, yaitu respirasi mikroba, respirasi akar, dan respirasi hewan, dan 1 proses non-biologi, yaitu oksidasi kimia yang dapat terjadi pada suhu tinggi. Pada respirasi akar, sumber C adalah hasil dari fotosintesis dan di translokasikan ke akar, sementara pemupukan dan residu akar menyediakan karbon untuk respirasi mikroba dalam tanah (Rastogi, 2002).
Agus (2007), menyatakan bahwa sekitar separoh dari 200 t C/ha yang dikandung biomassa di atas permukaan tanah, karena dijadikan papan dan
plywood, akan bertahan, sedangkan separoh lainnya yang terdiri dari cabang dan ranting pohon serta pohon yang masih kecil seringkali dibakar. Seiring dengan itu lebih dari 10 cm lapisan atas tanah gambut juga ikut terbakar. Dalam 10 cm tanah gambut terkandung sekitar 60 t C/ha. Dengan demikian sekitar 160 t C atau 587 t CO2/ha akan teremisi dalam proses pembukaan hutan gambut. Dengan demikian
pengurangan emisi CO2 dari lahan gambut pada dasarnya adalah melalui: (1)
menghindari deforestasi hutan gambut, dan (2) memperbaiki sistem pengelolaan lahan.
Efek rumah kaca merupakan 4 isu ekologi utama secara global termasuk: (1) keseimbangan sumber daya lahan untuk generasi saat ini dan yang akan datang, (2) peran tanah dan kegiatan pertanian dalam emisi gas rumah kaca, (3) potensi pengelolaan sisa tanaman, restorasi tanah yang terdegradasi, dan konservasi pengolahan tanah dalam penambatan karbon pada tanah, dan (4) meminimumkan resiko degradasi tanah melalui peningkatan kualitas tanah. Tiap tahun peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfer adalah 3.2 x 1015 g dan ada
potensi untuk mitigasi pengaruhnya melalui penambatan C dalam tanah (Lal, 1997).
2.2.3. Gas N2O
Dinitrogen oksida (N2O) adalah gas yang dihasilkan melalui proses
nitrifikasi dan denitrifikasi nitrogen dalam tanah. N2O dihasilkan dari proses
nitrifikasi yang merupakan proses aerobik baik dilakukan oleh jasad renik autotrop maupun heterotrop di dalam tanah. Proses nitrifikasi berlangsung dua tahap secara terpisah, yaitu (1) oksidasi ammonia menjadi nitrit dengan hasil berupa hidroksida amin yang dilakukan oleh bakteri pengoksidasi ammonia
seperti Nitrosomonas sp, (2) oksidasi nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh bakteri pengoksidasi nitrit seperti Nitrobacter sp.
Denitrifikasi merupakan proses tahap akhir dalam siklus hara nitrogen dalam suasana anaerobik dimana nitrogen yang terfiksasi dikembalikan ke atmosfer dalam bentuk N2. Banyak jasad renik denitrifikasi heterotropik
menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron utama untuk memperoleh energi dari senyawa organik ketika kandungan oksigen tersedia dalam tanah rendah. Beberapa jasad renik denitrifikasi autotropik bisa memperoleh energi dengan menggunakan nitrat untuk proses oksidasi senyawa anorganik. Namun sumber terbentuknya N2O terpenting terjadi pada proses denitrifikasi heterotropik melalui
tahapan-tahapan berikut:
NO3-→ NO2-→ NO → N2O→ N2
Berikut ini merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi dan denitrifikasi:
Tabel 1. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi dan denitrifikasi
Nitrifikasi Denitrifikasi Tersedianya substrat NH4+, urea, asam amino NO3-
Konsentrasi O2 Tinggi Rendah
Penurunan karbon Tidak berpengaruh Tinggi (sumber energi)
Kelembaban Sedang (30-70%) Tinggi (55-100%)
Suhu tanah Tinggi Tinggi
pH > 5 Rendah (< 5)
Sumber: Machefert et al., (2002)
Konsentrasi N2O di atmosfer relatif kecil hanya sekitar 319 ppbv. Waktu
tinggalnya yang lama di atmosfer (114 tahun) dan potensi pemanasan globalnya yang 296 kali lebih besar dibanding CO2menjadikan gas ini sebagai objek penting
untuk diturunkan konsentrasinya. N2O dihasilkan dalam proses nitrifikasi yang
bersifat oksidatif, jika dalam suasana sangat reduktif, lahan sawah dapat menjadi tempat penyerapan (sink) N2O (Agus dan Irawan, 2004 dalam Wihardjaka dan
Setyanto, 2007).
Emisi N2O umumnya dihasilkan akibat penggunaan pupuk yang
yang tidak tepat sasaran sangat besar pengaruhnya terhadap pembentukan N2O
(Setyanto, 2008). Diperkirakan antara 1-2% pupuk nitrogen yang diberikan ke tanaman terurai menjadi N2O. Cara mengurangi emisi N2O adalah dengan
penggunaan pupuk N lambat urai, pembenaman pupuk dekat ke lapisan perakaran, dan pemberian pupuk N sesuai takaran yang dibutuhkan tanaman (Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
Machefert et al., (2002), menyatakan bahwa emisi N2O tertinggi
dihasilkan dari lahan pertanian dibandingkan hutan dan padang rumput. Faktor utama yang mempengaruhi adalah ketersediaan mineral nitrogen, suhu tanah, kadar air tanah, dan tersedianya senyawa organik. Kadar bahan organik tanah sangat mempengaruhi emisi CH4, CO2, dan N2O, dan pH tanah sangat
mempengaruhi penguapan NH3 (Li, 1998) yang akan teroksidasi membentuk
N2O. Pergantian N dan N2O berlangsung cepat pada waktu kering yang akan
mengakibatkan berkurangnya CH4 (Lantin et al., 1998). Volatilisasi pupuk N
sebagai N2, N2O, NO, dan NH3 adalah keadaan yang biasa. N2O dibentuk dalam
tanah saat pelepasan N dan juga diproduksi selama dekomposisi sisa tanaman, proses tersebut tergantung pada tingkat pelepasan N dan ketersediaan C dalam tanah. Emisi N2O dari tanah meningkat 16% antara tahun 1990 dan 2000 dan
pupuk N berkontribusi sekitar 4% (Verge´ et al., 2007).