4. 1 Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian lapangan dilakukan pada hutan gambut bekas tebangan di Merang Kabupaten Musi Banyuasin selama bulan Juli tahun 2008. Untuk identifikasi spesies tumbuhan yang tidak diketahui dilakukan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong. Analisis kimia berupa kadar air dan kadar karbon dilakukan di Laboratorium Kimia Kayu dan Energi, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Hasil Hutan Departemen Kehutanan, Gunung Batu Bogor dari bulan Agustus sampai dengan November 2009.
Tabel 6 Titik koordinat dan kedalaman gambut lokasi penelitian
UTMx UTMy Kedalaman gambut (cm)
391789,98 9780818,71 80
391789,97 9781218,85 175
391786,30 9781615,31 530
391792,43 9782001,96 457
Lokasi penelitian
4. 2 Peubah yang diamati
Peubah yang diamati pada penelitian ini adalah kelompok peubah vegetasi dan serasah.
4. 2. 1 Peubah Vegetasi
Vegetasi hutan yang akan diukur dan diamati adalah pohon dan tumbuhan bawah. Peubah vegetasi berupa pohon yang diamati terdiri dari :
1. Nama jenis, jumlah individu, diameter dan tinggi total
2. Pohon yang terpilih sebagai contoh uji untuk penduga biomassa dan kandungan karbon terikat pohon, ditimbang berat basahnya berdasarkan bagian-bagian pohon (batang, cabang, ranting, dan daun). Sedangkan di laboratorium peubah yang diukur adalah kadar air, kadar karbon, kadar zat terbang arang, dan kadar abu dari pohon berdasarkan bagian-bagiannya
Untuk pohon diklasifikasikan atas 7 kelas berdasarkan Dbh (diameter at breast height), dimana tiap kelas memiliki selang 10, kecuali pada kelas pertama. Pohon yang diukur dimulai dari pohon dengan Dbh > 5 cm karena pengukuran pada pohon dengan Dbh < 5 cm, biasanya dilakukan pada hutan yang sangat muda (Pearson et al. 2008). Penelitian dengan diameter > 5 cm sebagai diameter minimum pohon telah dilakukan oleh peneliti terdahulu (Ketterings et al. 2001; ICRAF 2001; Brown 1997; Tresnawan dan Rosalina 2002; Limbong 2009). Tumbuhan bawah meliputi tumbuhan berkayu (pohon berdiameter batang < 5 cm) dan tumbuhan tidak berkayu meliputi semak belukar, tumbuhan menjalar, rumput-rumputan atau gulma (ICRAF 2001). Estimasi biomasa tumbuhan bawah dilakukan dengan mengambil total bagian tanaman. Peubah yang diukur di lapangan adalah berat basah. Sedangkan di laboratorium yang diukur adalah kadar air, berat jenis, kadar karbon, kadar zat terbang arang, dan kadar abu.
4. 2. 2 Peubah Serasah dan Nekromassa
Serasah diklasifikasikan menjadi serasah cabang, ranting, daun dan nekromassa. Peubah serasah yang diukur di lapangan adalah berat basah dan yang diukur di laboratorium adalah kadar air, kadar zat terbang arang, kadar abu dan kadar karbon terikat.
4. 3 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan adalah : GPS (Global Positioning System) Garmin 60CSx, phi band, meteran, terpal 4 x 6 m dan 2 x 3 m, timbangan berskala 100 kg, 50 kg, 25 kg dan 5 kg (timbangan digital), kompas, katrol besi, paralon (untuk patok), chainsaw ukuran besar dan kecil, parang/golok, bor gambut, gunting daun, kaliper, tali rafia, amplop, alkohol 70%, kontainer, karabiner dan webing, tas alat, kertas label, cat semprot merah, kertas koran, sealed plastic, plastik ukuran 2 kg, cawan porselen, tanur, eksikator, kamera dan alat tulis.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 11 (a) Timbangan dengan berbagai kapasitas, (b) alat dalam kegiatan analisis vegetasi, (c) katrol membantu dalam penimbangan kayu, (d)
chainsaw dan beberapa alat untuk penebangan dan pembagian anatomi pohon
4. 4 Prosedur Penelitian di Lapangan 4. 4. 1 Analisis Vegetasi
Jumlah plot yang digunakan dalam penelitian ini sebanyak 4 buah yang masing-masing berukuran 35 x 35 m. Penentuan plot di lapangan dilakukan dengan systematic sampling with random start. Penentuan luas plot dengan
memperhatikan pohon tertinggi yang berada di plot contoh yakni 30 ± 2 m. Morikawa (2001) menyatakan sisi terpendek dari plot contoh harus lebih panjang dari tinggi pohon tertinggi (maksimum) yang terdapat di dalam plot
.
Plot ditentukan dengan mempertimbangkan kedalaman gambut dan jarak tiap plot masing-masing 200 m dimana plot pertama ditentukan secara acak. Desain plot penelitian dapat dilihat pada Gambar 6. Plot yang dibuat dibagi atas subplot dengan rincian sebagai berikut (Pearson et al. 2008) :Tabel 7 Pembagian subplot penelitian
Vegetasi Square plot
Tumbuhan bawah dan serasah 2 x 2 m
Pohon dengan Dbh 5-20 cm 7 x 7 m Pohon dengan Dbh 20-50 cm 25 x 25 m Pohon dengan Dbh >50 cm 35 x 35 m 35x35m 25x25m 7x7m 2x2m
Subplot tumbuhan bawah dan serasah
Gambar 12 Desain plot penelitian untuk analisis vegetasi
Pada setiap plot, semua pohon > 5 cm diidentifikasi, diukur diameternya. Diameter yang diukur pada ketinggian 1,3 m di atas tanah. Pada beberapa hasil penelitian untuk pendugaan biomassa dan karbon berbagai tipe hutan menyarankan hanya menggunakan Dbh sebagai parameternya untuk kepraktisan dan efisiensi serta tanpa mengurangi tingkat akurasi hasil dugaan.
Hal ini dikemukan antara lain oleh Onrizal (2004), Limbong (2009), Ismail (2005), Salim (2005), Chave et al. (2005).
(a) (b) (c)
Gambar 13 (a) Pengeboran tanah gambut, (b) pembuatan subplot 2 x 2 m, (c) pengukuran diameter setinggi dada
Semua tumbuhan bawah dan serasah yang terdapat di lantai hutan di dalam subplot ukuran 2 m x 2 m yang diletakkan secara nested sampling. Tumbuhan bawah dipisahkan atas tumbuhan berkayu dan tidak berkayu yang diidentifikasi jenis dan jumlahnya.
4. 4. 2 Pengambilan dan penebangan pohon terpilih
Jumlah pohon contoh ditentukan dengan metode acak berlapis berdasarkan kelas diameter pohon. Untuk menentukan kelas diameter tebangan dilihat dari hasil analisis vegetasi yang dilakukan. Interval masing-masing kelas dibuat 10 cm, kecuali pada kelas pertama yang hanya berinterval 5 (karena pengukuran pohon berawal dari pohon dengan Dbh > 5 cm). Untuk menentukan unit contoh pohon yang ditebang pada setiap kelas diameter digunakan rumus sebagai berikut : n N Nh nh × =
dimana nh adalah pohon contoh terpilih dalam kelas diameter h, Nh adalah jumlah pohon dalam lapisan ke-h, n adalah jumlah pohon contoh, N adalah jumlah pohon dalam populasi. Dengan menggunakan metode tersebut terpilih 30 pohon contoh dengan rincian sebagai berikut :
Tabel 8 Pohon terpilih untuk ditebang berdasarkan kelas diameter
Kelas Dbh Jenis Dbh (cm) Tinggi (m)
5 – 10 cm Syzygium sp. (2) 5,3 10,6 Syzygium sp. (1) 7,5 13,5 Dyera lowii 7,5 7,9 Shorea uliginosa 8,3 10,2 Syzygium bankense 8,7 12,5 Horsfieldia sp. 8,8 8,4 Dacryodes cf.rostrata 9,0 9,3 Syzygium sp. (1) 9,4 12,0 Dyera lowii 9,9 14,3 10 - 20 cm Shorea uliginosa 10,2 10,5 Lithocarpus sundaicus 10,5 11,7 Shorea dasyphylla 11,5 9,8 Dacryodes rostrata 12,8 11,4 Elaeocarpus griffithii 13,6 6,6 Shorea uliginosa 14,0 14,5 Crytocarya crassinervia 14,5 15,4 Gonystylus bancanus 16,0 14,3 Crytocarya crassinervia 16,2 14,0 20 - 30 cm Litsea noronhae 21,0 16,5 Polyalthia sumatrana 21,5 18,3 Macaranga maingayi 24,9 17,0 Mezzetia parviflora 27,0 21,2 Dacryodes rostrata 28,0 22,0 Alseodaphne insignis 29,5 22,8 30 - 40 cm Mezzetia parviflora 31,0 19,5 Polyalthia sumatrana 36,0 29,7 Dacryodes rostrata 39,8 26,9 40 - 50 cm Polyalthia sumatrana 46,8 26,1
50 - 60 cm Palaquium ridleyi King 51,4 29,3
60 - 70 cm Tetramerista glabra 64,0 31,2
Pohon contoh yang terpilih kemudian ditebang dan dipisahkan berdasarkan bagian-bagian pohon yaitu batang, cabang, ranting, dan daun. Batang pohon ditebang sedapat mungkin rata dengan tanah, dan dibagi-bagi atas segmen-segmen untuk memudahkan dalam penimbangan. Adapun panjang segmen tergantung dari berat pohon yang disesuaikan dengan kapasitas timbangan. Daun, cabang dan ranting dikumpulkan untuk diketahui fresh weight
masing-masing bagian pohon tersebut. Selanjutnya dilakukan pengukuran tebal kulit pohon dengan caliper. Untuk pengambilan contoh uji, batang dapat dibagi atas 2 - 7 fraksi yang dapat mewakili kondisi pohon. Selain perubahan diameter,
bentuk permukaan pohon misalnya: terdapat benjolan atau gerowong kecil pada batang menjadi pertimbangan pembagian fraksi. Dari tiap fraksi batang diambil contoh uji ± dengan ukuran 8 x 5 cm yang selanjutnya dianalisa di laboratorium. Untuk contoh uji daun, cabang dan ranting diambil minimal 50 gram.
Gambar 14 Penebangan pohon
Gambar 16 Penimbangan batang
Gambar 17 Pengumpulan dan penimbangan daun
4. 4. 3 Pengambilan contoh tumbuhan bawah, serasah dan nekromassa Semua tumbuhan bawah, serasah dan nekromassa di atas permukaan tanah yang terletak di dalam petak contoh ukuran 2 m x 2 m terpilih diambil secara destruktif dan ditimbang berat basahnya. Sebelum penimbangan berat basah di lapangan, terlebih dahulu dilakukan pemisahan tumbuhan bawah yang terdiri dari tumbuhan bawah berkayu dan tidak berkayu. Untuk serasah dibagi serasah cabang, serasah ranting, serasah daun dan serasah buah dan nekromass. Selanjutnya diambil contoh uji sebanyak ± 200 gram dari masing-masing tumbuhan bawah, serasah dan nekromassa tersebut untuk dianalisis di laboratorium.
Gambar 19 Pemisahan dan penimbangan serasah
4. 5 Prosedur Penelitian di Laboratorium 4. 5. 1 Pengukuran Kadar Air
Pengukuran kadar air contoh uji dari beberapa bagian pohon dilakukan berdasarkan standar TAPPI T268 OM 88 dengan tahapan sebagai berikut:
a. Sebelum pengujian dimulai, cawan aluminium yang akan digunakan dipanaskan terlebih dahulu di dalam oven pada suhu 105ºC selama 1 jam. Setelah 1 jam, cawan aluminium didinginkan ke dalam eksikator, kemudian ditimbang untuk mengetahui berat cawan.
b. Selanjutnya contoh uji sebanyak 1 – 2 gram ditimbang (Bo), kemudian dimasukkan ke dalam cawan yang telah diketahui beratnya. Cawan aluminium yang berisi contoh uji tersebut kemudian dimasukkan ke dalam oven selama 3 jam pada suhu 105ºC.
c. Setelah 3 jam, cawan aluminium yang berisi contoh uji tersebut dikeluarkan dari oven, kemudian dimasukkan kedalam eksikator, selanjutnya ditimbang sebagai berat contoh uji dalam cawan aluminium. Berat contoh uji dalam cawan aluminum dikurangi berat cawan aluminium dinyatakan sebagai berat kering oven dari contoh uji (BKc)
Nilai kadar air dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
x100% BKc BKc Bo KA= − dimana:
KA = kadar air contoh uji (%) Bo = berat basah contoh uji (gram) BKc = berat kering contoh uji (gram)
4. 5. 2 Pengukuran Biomassa
Setelah diperoleh berat kering sampel pengukuran kadar air pada masing-masing bagian anatomi pohon, maka dapat dihitung nilai berat total kering sampel atau biomassa dari masing-masing bagian anatomi pohon dengan menggunakan persamaan : + = 100 KA 1 BBT BKT
Dimana : BKT = Berat Kering Total (kg) BBT = Berat Basah Total (kg) KA = Kadar Air
Setelah diketahui berat kering total (biomassa) bagian anatomi pohon maka dapat diperoleh biomassa total per pohon dengan menjumlahkan biomassa bagian-bagian pohon tersebut.
4. 5. 3 Pengukuran Berat Jenis
Sampel berukuran 2 × 2 x 2 cm, yang telah kering oven konstan pada suhu 103 ± 20C, dicelupkan kedalam parafin cair hingga merata seluruh bagiannya, kemudian ditimbang pada air aquadest dalam gelas piala diatas timbangan analitis.
4. 5. 4 Pengukuran Kadar Karbon Terikat
Kadar karbon pohon dapat ditentukan melalui beberapa tahapan, yaitu: a. Pembuatan arang
Pembuatan arang dilakukan dengan metode SNI 06 – 3730 – 1995. Kayu dimasukkan dalam alat reaktor pembuatan arang. Suhu yang digunakan adalah 500°C. Kayu tersebut dimasukkan kedalam reaktor mul ai dari suhu 0ºC sampai suhu 500°C selama 5 jam, sampai kayu tersebut menja di arang. Selanjutnya mengambil contoh uji berupa serbuk sebanyak 2 gram yang kemudian dimasukkan ke dalam cawan porselen yang telah ditetapkan beratnya. Cawan porselen berisi serbuk tersebut dimasukkan kedalam tanur pada suhu 0ºC - 600°C selama 1 - 1,5 jam. Setelah itu cawan dikelua rkan dari tanur, kemudian didinginkan dalam eksikator dan ditimbang sampai beratnya tetap. Untuk menentukan berat arang dapat digunakan persamaan:
Berat arang = berat cawan dan serbuk arang – berat cawan
b. Penentuan zat terbang arang
Cawan porselen diisi serbuk arang kayu, kemudian dimasukkan ke dalam tanur pada suhu 950°C, dengan cara : mula-mula cawa n dimasukkan di bagian depan pintu tanur pada suhu 300°C selama 2 menit, k emudian dipindahkan pada bagian sisi tanur pada suhu 500°C selama 3 menit da n akhirnya dipindahkan pada bagian dalam tanur pada suhu 950°C selama 6 me nit. Selanjutnya didinginkan dalam eksikator selama 1 jam dan ditimbang. Kadar zat yang mudah menguap dinyatakan dalam persen berat dengan rumus:
Kadar zat terbang x100% A
B A − =
Dimana: A = berat kering contoh uji pada suhu 105°C
B = berat contoh uji – berat cawan dan sisa contoh pada suhu 950°C
c. Penentuan kandungan abu
Serbuk contoh uji sebanyak 2 gram dimasukkan ke dalam cawan porselen yang ditetapkan beratnya, kemudian dimasukkan ke dalam tanur pada suhu mulai 0°C - 700°C selama 5 jam. Selanjutnya ca wan dikeluarkan dari tanur, kemudian didinginkan dalam eksikator dan ditimbang sampai beratnya tetap. Untuk mengetahui kadar abu dihitung dengan rumus:
d. Penentuan kadar karbon
Penentuan kadar karbon terikat (murni) pada arang kayu ditentukan dengan menggunakan rumus:
Kadar karbon terikat arang = 100% - kadar zat terbang arang – kadar abu
4. 6 Analisis Data
4. 6. 1 Komposisi Jenis
Menurut Soerianegara dan Indrawan (2002), kerapatan tegakan, frekuensi, dominansi dan INP dihitung dengan menggunakan rumus:
Kerapatan suatu spesies (K)
contoh petak Luas spesies suatu individu Jumlah =
Kerapatan relatif suatu spesies (KR) x 100%
jenis seluruh Kerapatan
K
=
Frekuensi suatu spesies (F)
plot seluruh Luas spesies suatu ditemukan plot Jumlah =
Frekuensi relatif suatu spesies (FR) x 100%
jenis seluruh Frekuensi
F
=
Dominansi suatu spesies (D)
contoh petak Luas spesies suatu Lbds =
Dominansi realtif suatu spesies (DR) x 100%
spesies seluruh Dominansi D = INP = KR + FR + DR
4. 6. 2 Model Penduga Biomassa
Model hubungan antara biomassa pohon dan dimensi pohon (diameter dan tinggi pohon) dibuat dengan menggunakan persamaan alometrik yang menggambarkan biomassa sebagai fungsi dari diameter dan tinggi bebas cabang pohon. Untuk menentukan model hubungan antara biomassa pohon dengan variabel bebasnya dilakukan dengan menggunakan Minitab for Windows Release 14.12 dan Microsoft Office Excel. Pembuatan model bertujuan untuk memperoleh pendekatan persamaan allometrik terbaik yang menggambarkan biomassa merupakan fungsi dari diameter, tinggi pohon dan berat jenis. Dalam menduga biomassa (W) berdasarkan diameter (D), berat jenis (ρ) dan tinggi total
pohon (H) dengan analisis regresi alometrik dan persamaan polynomial sebagai berikut : W1 = aDb W2 = exp{a+ b[ln (D)]+ c [ln (D)]2+ d [ln (D)]3} W3 = a(D2H)b W4 = exp{a + b[ln(D2H)]+ c[ln(D2H)]2} W5 = aDb ρc W6 = exp{a+ b[ln (D)]+ c [ln (D)]2+ d [ln (D)]3 +β3 [ln (ρ)]}
Gambar 20 Diagram alir pembuatan model penduga biomassa
4. 6. 3 Model Penduga Karbon Terikat
Seperti halnya pembuatan penduga biomassa, model hubungan antara karbon terikat pohon dan variabel bebas (diameter (D), berat jenis(ρ) dan tinggi
Berat batang, cabang, ranting, daun
Mulai
Biomassa berdasarkan anatomi
Pemodelan
Biomassa = f (diameter) Biomassa = f (diameter, tinggi) Biomassa = f (diameter, tinggi, ρ)
Model biomassa terpilih
total pohon (H)) dibuat berdasarkan persamaan allometrik. Pembuatan model penduga karbon hutan bekas tebangan Merang dilakukan seperti Gambar 21.
Gambar 21 Diagram alir pembuatan model penduga karbon terikat
4. 6. 4 Model Hubungan Biomassa dan Karbon Terikat
Model hubungan antara kandungan karbon dengan biomassa dibuat untuk tegakan. Model hubungan yang dibuat didasarkan pada fungsi bahwa karbon = f (biomassa). Fungsi hubungan ini dibangun melalui persamaan regresi sederhana. Dari model yang dibangun akan diketahui hubungan antara kandungan karbon dengan biomassa dengan terlebih dahulu menghitung koefisien determinasi (R2). Makin tinggi nilai R2 dari masing-masing peubah menunjukkan semakin erat hubungan linear antara kedua peubah.
Berat batang, cabang, ranting, daun
Mulai
Kadar karbon terikat berdasarkan anatomi
Pemodelan
Karbon = f (diameter) Karbon = f (diameter, tinggi) Karbon = f (diameter, tinggi, ρ)
Model karbon terpilih
4. 6. 5 Pemilihan Model
Fungsi hubungan biomassa dan dimensi pohon (diameter dan berat jenis) dibangun melalui persamaan regresi sederhana.
Kriteria untuk pemilihan persamaan terbaik adalah sebagai berikut : a. Koefisien determinasi (R2)
Koefisien determinasi adalah perbandingan antara jumlah kuadrat regresi (JKR) dengan jumlah kuadrat total (JKT), dengan rumus:
R2 = (JKR / JKT) x 100%
Adapun kriteria keterandalan model berdasarkan nilai R2 adalah jika nilai R2 mendekati 100% model makin baik sebaliknya jika R2 mendekati 0% model makin tidak terandalkan dalam menjelaskan hubungan antara biomassa dan dimensi pohon (diameter, tinggi total dan berat jenis)
b. Varian (S2)
Varian diukur berdasarkan tingkat keragaman data dengan rumus sebagai berikut : 1 / ) ( 2 2 2 − − =
∑ ∑
n n xi Xi SModel yang terpilih adalah model yang memiliki nilai varian terkecil dibandingkan model-model lainnya.
c. Koefisien determinasi terkoreksi (R2a)
Koefisien determinasi yang terkoreksi adalah koefisien determinasi yang sudah dikoreksi oleh derajat bebas dari jumlah kuadrat sisa (JKS) dan jumlah kuadrat total (JKT), dengan rumus sebagai berikut:
)] /( ) 1 )[( 1 ( 1 ) 1 /( ) ( 1 2 2 p n n R n JKT p n JKS a R = − − − − − − − =
Dimana p adalah banyaknya peubah dalam regresi (termasuk βo) dan n adalah banyaknya objek (kasus) yang dianalisis. Kriteria uji R2a adalah sama dengan kriteria uji untuk R2.
d .Uji keabsahan model
Apabila Yi adalah penduga Y, yaitu penduga tak bebas ke-i yang diperoleh dengan penduga model berdasarkan (n-1) kasus tanpa kasus ke-i maka dari n kasus yang ada akan diperoleh n buah simpangan Yi terhadap Y yaitu :
dari n buah ei ini dapat ditentukan :
mi =( ei / Yi )*100% untuk i = 1,2,3,...,n
Selanjutnya, apabila di = (mi)2 , maka akan dihitung :
∑
= = n i n / di MSPE 1∑ ∑
= − − = n i n i i i d [( d (( d) )/n)/(n )] S 1 2 2 2 1 x100% d S CVd = dModel akan semakin baik apabila memiliki MSPE dan CVd yang semakin kecil. Atas dasar ini maka nilai MSPE dan CVd ini selanjutnya dipakai sebagai kriteria dalam menentukan tingkat keabsahan dari model-model yang dicobakan. Uji keabsahan model merupakan uji terakhir dilakukan dalam pemilihan model yang terbaik sekaligus juga untuk menentukan cara pendekatan terbaik dalam pemecahan masalah dalam penelitian. Selain faktor-faktor dalam kekonsistenan dalam penerimaaan model tertentu pada setiap kali membangun model, kepraktisan pemakaian model dan kemudahan mendapatkan modelnya.
4. 6. 6 Penentuan Total Biomassa dan Karbon
Setelah didapatkan model penduga biomassa pada masing-masing bagian anatomi pohon, dilanjutkan dengan perhitungan biomassa pada tiap bagian dengan memasukkan variabel bebas (Dbh, tinggi dan berat jenis) pada persamaan terpilih. Dengan menjumlahkan biomassa pada tiap batang, cabang, ranting dan daun akan diperoleh biomassa per pohon. Untuk mendapatkan total biomassa pohon dalam hektar, maka nilai biomassa pohon dikalikan dengan kerapatan tiap pohon. Untuk biomassa total hutan bekas tebangan dalam penelitian ini adalah dengan menjumlahkan total biomassa pohon, total biomassa tumbuhan bawah, total biomassa serasah dan nekromassa. Langkah yang sama juga dilakukan untuk pendugaan karbon terikat total hutan bekas tebangan di Merang Sumatera Selatan.