2 TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Karakteristik Biofisik
Berdasarkan data curah hujan selama 10 tahun pada periode 1998-2007, agroklimat pulau Jawa dapat dikelompokkan menjadi 9 (sembilan) tipe iklim Oldeman, yaitu A1, B1, B2, B3, C2, C3, D3, E3, dan E4. Klasifikasi agroklimat
Oldeman tersebut didasarkan pada lama bulan basah dan kering berturut-turut, yang disesuaikan dengan rata-rata hujan bulanan untuk menanam padi sawah (> 200 mm) dan untuk tanaman palawija (100-140 mm). Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa bulan basah adalah yang hujannya lebih besar dari 200 mm, sedangkan bulan kering adalah yang hujannya kurang dari 100 mm (Oldeman, 1975). Karakteristik dan peta tipe iklim Oldeman disajikan pada Tabel 2 dan Gambar 6-7.
Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 6-7, distribusi tipe iklim di Jawa menunjukkan bahwa bagian Barat Jawa memiliki bulan basah lebih banyak daripada bagian Timur atau semakin ke Timur lebih kering. Tipe iklim A1 dan B1 hanya dijumpai di provinsi Banten, Jawa Barat, dan Jawa Tengah. Tipe iklim B3 dijumpai di provinsi Jawa Barat dan Jawa Timur. Cakupan tipe iklim C2, C3, dan D3 menyebar di semua provinsi, tetapi tipe C3,D3, dan E3 paling luas berada di Jawa Timur.
Gambar 8 menunjukkan bahwa awal musim hujan di Jawa sangat bervariasi. Musim hujan di Jawa Barat dan bagian Barat Jawa Tengah dimulai pada bulan September. Musim hujan di pantai utara provinsi Banten –DKI Jakarta –Bekasi-Karawang dan Gresik, Probolinggo-Banyuwangi dimulai pada bulan Desember. Di sebagian besar wilayah provinsi Jawa Tengah dan Jawa Timur, musim hujan dimulai pada bulan Oktober-November.
Tabel 2. Klasifikasi agroklimat Oldeman (Oldeman, 1975)
Tipe Iklim Bulan basah berturut-turut Bulan kering berturut-turut
A1 > 9 < 2 A2 >9 2-4 B1 7-9 < 2 B2 7-9 2-4 B3 7-9 5-6 C1 5-6 < 2 C2 5-6 2-4 C3 5-6 5-6 C4 5-6 > 6 D1 3-4 < 2 D2 3-4 2-4 D3 3-4 5-6 D4 3-4 > 6 E1 < 3 < 2 E2 < 3 2-4 E3 < 3 5-6 E4 < 3 > 6 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 A1 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D3 E3 E4 Tipe Iklim L u as ( h a) Banten Jawa Barat Jawa Tengah D.I Yogyakarta Jawa Timur
Gambar 6. Distribusi tipe iklim di Jawa berdasarkan data curah hujan tahun 1998-2007 (BMG, 2008)
2.2.2 Tanah Sawah
Menurut Hardjowigeno et al. (2004), tanah sawah adalah tanah kering yang diari, atau tanah rawa-rawa yang dikeringkan dengan membentuk saluran-saluran drainase. Proses pedogenesis tanah sawah tidak terlepas dari proses pedogenesis yang berlangsung sebelum tanah disawahkan (Rayes, 2000). Gong (1986) mengemukakan bahwa pembentukan tanah sawah meliputi 2 (dua) aspek, yaitu eluviasi dan pengaruh penanaman dan pemupukan. Eluviasi dipercepat oleh terjadinya perkolasi air irigasi, sementara itu kondisi reduksi memungkinkan terjadinya pencucian beberapa unsur yang tidak dapat tercuci pada kondisi lahan kering. Pengaruh penanaman melalui pola tanam berbeda mengakibatkan perbedaan lamanya penggenangan. Perbedaan penggenangan mengakibatkan perbedaan sifat-sifat morfologi tanah sawah. Penggenangan selama pertumbuhan padi dan pengolahan tanah pada tanah kering yang disawahkan dapat menyebabkan berbagai perubahan sifat tanah, baik sifat morfologi, fisika, kimia, mikrobiologi maupun sifat-sifat lain (Hadjowigeno et al., 2004).
Pengolahan dalam keadaan tergenang menyebabkan perubahan sifat fisika tanah antara lain hancurnya agregat (struktur) tanah, pori-pori kasar berkurang sedangkan pori-pori halus meningkat, tanah menjadi melumpur sehingga partikel- partikel halus bergerak ke bawah bersama air perkolasi membentuk lapisan tapak bajak, dibawah lapisan olah, sehingga bobot isi pada lapisan ini menjadi meningkat (Moorman dan van Breemen, 1978; Kanno, 1978).
Menurut Kanno (1978), tanah sawah tipikal mempunyai horison utama: horison eluviasi tereduksi (Ag) yang terdiri dari lapisan olah dan lapisan tapak bajak, horison iluviasi teroksidasi (Bg) dengan karatan besi dan mangan, dan horison iluviasi yang secara berkala tereduksi (BgG) dengan noda-noda glei dan karatan kuning kecoklatan, dan horison yang selalu tereduksi (G atau Gg). Gambar 9 memperlihatkan profil tanah sawah tipikal.
Ditinjau dari penyebarannya, lebih dari 60% tanah sawah di Indonesia berada di pulau Jawa, yang secara fisiografis menyebar di dataran banjir (aluvial pantai), dan lereng bawah volkan yang berasal dari bahan-bahan piroklastik (Kawaguchi dan Kyuma, 1976; Rayes, 2000). Tanah sawah sebagian besar terbentuk di dataran rendah (lereng bawah), yaitu di bentuklahan berbahan aluvial
Holocene dan Pleistosin Atas, seperti dataran banjir (floodplain), delta, dan teras sehingga morfologi tanahnya tidak berkembang baik dan jenis tanahnya termasuk dalam kategori ordo Entisol atau Inceptisols dalam sistem Soil Taxonomy (Kyuma, 2004). Hardjowigeno et al., (2004) menjelaskan bahwa pada tanah Entisols yang terbentuk di daerah dataran banjir di sekitar sungai dan delta, proses pengendapannya (geogenik) lebih cepat daripada proses horisonisasi (pedogenik). Selain itu, lambatnya perkembangan tanah disebabkan oleh kondisi yang selalu jenuh air atau tergenang. Pada tanah Inceptisols yang terbentuk di daerah lembah, perkembangan tanahnya belum begitu matang apabila dibandingkan dengan tanah matang seperti Ultisols dan Alfisols. Rayes (2000) melaporkan hasil penelitiannya tentang genesis tanah sawah berbahan volkan merapi, yang termasuk ordo Inceptisols. Hasil penelitian Rayes tersebut menunjukkan bahwa proses pedogenesis yang penting dalam lapisan olah tanah sawah bertekstur pasir berbahan volkan Merapi adalah reduksi (saat diolah dan digenangi selama pertumbuhan padi) dan oksidasi (saat kering) yang terjadi secara bergantian. Proses yang paling dominan adalah proses eluviasi dalam keaadan tereduksi, selain terjadinya pengkayaan (penambahan lumpur) dari air irigasi yang menyebabkan kandungan liat lapisan ini lebih tinggi daripada horison di bawahnya. Proses gleisasi tidak begitu nyata karena tanah bertekstur pasir dan berdrainase baik.
Gambar 9. Profil tanah sawah tipikal menurut Koenings (1950) dan Moorman dan van Breemen (1978)
Penggenangan tanah sawah mempengaruhi perilaku unsur hara dan pertumbuhan serta hasil padi (Prasetyo et al., 2004). Pada saat tanah sawah tergenang, oksigen yang terdapat dalam pori-pori tanah dan air dikonsumsi oleh mikroba tanah, sehingga menyebabkan terjadinya keadaan anaerob (Adiningsih et al., 2004; Prasetyo et al., 2004; Kyuma, 2004). Penggenangan tersebut mengakibatkan perubahan-perubahan kimia tanah sawah (Ponnamperuma, 1976), antara lain:
• Penurunan kadar oksigen dalam tanah • Penurunan potensial redoks
• Perubahan pH tanah
• Reduksi besi (Fe) dan mangan (Mn)
• Peningkatan suplai dan ketersediaan nitrogen • Peningkatan ketersediaan fosfor.
Ketersediaan unsur pada tanah sawah berkaitan dengan distribusi oksigen pada lapisan olah (Gambar 10). Pada saat tanah digenangi air, pertukaran udara yang terjadi antara tanah, air, dan udara menjadi terhenti dan oksigen dari udara masuk ke dalam tanah melalui genangan air dengan proses difusi. Laju difusi oksigen tersebut adalah sangat rendah, yaitu 10 ribu kali lebih lambat daripada melalui pori yang berisi udara, sehingga keadaan tanah menjadi anaerob. Dalam keadaan anaerob ini, menurut Sanchez (1993), persediaan oksigen menurun sampai mencapai titik nol dalam waktu kurang dari sehari. Oksigen yang terdapat dalam pori-pori tanah dan air dikonsumsi oleh jasad mikro tanah untuk respirasi. Pada saat itu pula, kegiatan mikroba tanah aerob segera diganti oleh mikroba tanah anaerob yang menggunakan energi dari senyawa-senyawa yang mudah tereduksi seperti NO3-, SO42-, Fe3+, dan Mn4+. Senyawa-senyawa tersebut segera
direduksi menjadi S2- (sulfida), NO2- (nitrit), dan Mn2+ (mangano), dan Fe2+
(ferro). Pada tanah dengan kadar besi tinggi, ion Fe2+ (ferro) yang larut dalam air dapat meracuni tanaman (Adiningsih et al., 2004). Pengaruh positif yang menguntungkan pada sistem sawah, seperti yang dijelaskan oleh Ponnamperuma (1976) adalah terjadinya perubahan pH tanah menjadi sekitar netral (5,5 – 7,50), ketersediaan beberapa unsur hara seperti N, P, K, Fe, Mn, Si, dan Mo. Pengaruh
yang merugikan adalah menurunnya kadar S, Zn, Cu yang terikat pada sulfida yang mengendap dan hilangnya NO3- karena denitrifikasi. Adiningsih (1984)
mengemukakan bahwa pada tanah tereduksi, ketersediaan K menjadi meningkat karena adanya pertukaran ion K di komplek jerapan oleh ion-ion Fe2+ dan Mn2+. Meningkatnya unsur hara P, menurut Sanchez (1993), disebabkan oleh reduksi ion Fe3+ menjadi ion Fe2+ yang mengakibatkan ikatan Fe-P menjadi lepas.
Sifat-sifat fisik tanah sawah yang perlu diperhatikan dalam sistem usaha pertanian padi sawah adalah tekstur, struktur, bobot isi, ketahanan tanah, permeabilitas, dan porositas tanah (Prasetyo et al., 2004). Prihar et al. (1985) mengemukakan bahwa tekstur, tipe mineral, struktur, bahan organik tanah, dan kandungan seskuioksida menentukan pengaruh pelumpuran terhadap sifat-sifat fisik tanah. Pada tanah bertekstur halus, tanah yang terdispersi akibat pelumpuran mampu menutup pori di bawah lapisan olah. Kondisi ini akan mempercepat terbentuknya lapisan tapak bajak (plowpan) yang berpermeabilitas lambat. Menurut Prasetyo et al., (2004) kemampuan membentuk lapisan tapak bajak ini sangat penting untuk sawah irigasi, agar air irigasi tidak mudah hilang melalui
Gambar 10. Pola distribusi oksigen pada tanah sawah dan bentuk unsur- unsur utama mineral setelah stabilisasi ( Prasetyo et al. 2004))
perkolasi ke lapisan bawah sehingga air irigasi menjadi efisien. Tanah bertekstur lempung halus, debu halus, liat halus sangat sesuai untuk disawahkan. Grant (1965, dalam Prihar et al., 1985) berpendapat bahwa tanah-tanah dengan kandungan liat 25-50% pada lapisan atas (olah) dan tekstur yang sama atau lebih tinggi pada lapisan bawah (subsoil) sangat mendukung untuk peningkatan produksi padi.
Pada tanah sawah, mikroba perombak berperan penting untuk perombakan bahan organik, seperti bakteri Nitrosomonass dan Nitrobacter berperan pada proses nitrifikasi- denitrifikasi. Nitrifikasi adalah transformasi aerobik NH4+
(amonium) menjadi NO3- (nitrat), sedangkan denitrifikasi adalah proses reduksi
biokimia nitrat atau nitrit menjadi nitrogen gas, baik sebagai nitrogen molekul (N2) atau nitrogen oksida (N2O). Nitrat hasil nitrifikasi merupakan sumber hara N
utama bagi tanaman (Alexander, 1976; Mengel dan Kirkby, 1982; Prasetyo et al.,, 2004). Proses perombakan bahan organik penting lainnya pada tanah sawah adalah yang dilakukan oleh kelompok mikroba metanogen, seperti Metanosarcina. Mikroba ini memiliki kemampuan untuk memproduksi gas metan, sebagai salah satu gas rumah kaca selain CO2. Lahan sawah merupakan
satu sumber gas metan atmosfer yang signifikan (Sass dan Cicerone, 1999).
2.3 Ekonomi dan Sosial-Budaya