TINJAUAN PUSTAKA Biochar
Biochar adalah arang hitam hasil dari proses pemanasan biomassa pada
keadaan oksigen terbatas atau tanpa oksigen. Biochar merupakan bahan organik
yang memiliki sifat stabil dapat dijadikan pembenah tanah lahan kering.
Penggunaan biochar sebagai suatu pilihan selain sumber bahan organik segar
dalam pengelolaan tanah untuk tujuan pemulihan dan peningkatan kualitas
kesuburan tanah terdegradasi atau tanah lahan pertanian kritis semakin
berkembang dan sekarang ini mendapatkan fokus perhatian penting para ilmuan
tanah dan lingkungan. Fokus perhatian internasional dalam pemanfaatan biochar
sebagai pembenah tanah pertanian berkembang dari hasil pengamatan di Amazon,
Brazil (Glaser, 2001).
Biochar adalah produk kaya akan karbon (C) yang dihasilkan oleh
dekomposisi termal dari biomassa pada suhu relatif di bawah 700 °C dan dengan
sedikit oksigen, dalam proses yang disebut pirolisis. Selama proses pemanasan,
gas-gas yang mudah terbakar dan cairan diproduksi bersama dengan residu
padatan, biochar. Proses pembuatan biochar bisa dilakukan secara tradisional,
dimana hasil biocharnya dapat digunakan sebagai amandemen tanah
(Lehmann et al., 2009).
Di beberapa negara telah ditetapkan suatu kebijakan untuk
mengembangkan bio-char dalam skala industri guna meningkatkan
simpanankarbon di dalam tanah. Teknologi pemanfaatan (pengolahan) bio-char
merupakan salah satu solusi cepat untuk mengurangi pengaruh pemanasan global
mengelola limbah pertanian dan perkebunan (Goenadi, 2008). Bio-char dapat
memperbaiki sifat kimia, fisik, dan biologi tanah. Pencucian pupuk N dapat
dikurangi secara signifikan dengan pemberian bio-char tersebut ke dalam media
tanam (Steiner, 2007).
Aplikasi Biochar dalam Usahatani Padi Balai Pengkajian Teknologi
Pertanian (BPTP) Nanggroe Aceh Darussalam bekerjasama dengan peneliti dari
Balai Penelitian Tanah dan Balai Besar Penelitian Padi dengan dukungan dari
Australian Centre for International Agricultural Research (ACIAR) telah
melaksanakan pengkajian di salah satu lokasi lahan penelitian di Kabupaten Aceh
Besar yakni pengkajian pemanfaatan biochar dari sekam padi pada lahan sawah.
Hasil pengkajian menunjukkan bahwa pemberian biochar pada lahan sawah untuk
pertanaman padi dapat meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk, sehingga
jumlah kebutuhan pupuk dapat dihemat dengan tetap mempertahankan
produktifitas padi yang tinggi. Biochar dapat menghemat kebutuhan pupuk
dengan produktifitas padi tetap tinggi (BPTP Aceh, 2011).
Hasil penelitian Prasetyo (2015) menunjukan bahwa interaksi bahan baku
dan dosis biochar memberikan pengaruh yang nyata terhadap perubahan sifat
fisika tanah pasiran pada berat volume, porositas, distribusi pori makro, dan
distribusi pori meso sedangkan panjang akar tanaman jagung erat kaitannya
dengan pertumbuhan akar yang semakin banyak didalam tanah yang berperanguh
terhadap berat basah akar sehingga berdampak pada berat basah brankasan yang
meningkat pula pada perlakuan pemberian dosis 150 g biochar untuk
Bahan organik merupakan sumber energi bagi makro dan mikro-fauna
tanah. Penambahan bahan organik dalam tanah akan menyebabkan aktivitas dan
populasi mikrobiologi dalam tanah meningkat, terutama yang berkaitan dengan
aktivitas dekomposisi dan mineralisasi bahan organik. Aplikasi biochar mampu
meningkatkan jumlah mikrobia, seiring dengan penambahan dosis, serta
mikrobia tersebut mampu mendekomposisi bahan-bahan organik pada tanah
(Domene et al., 2014),
Kompos
Kompos adalah hasil penguraian parsial atau tidak lengkap dari campuran
bahan-bahan organik yang dapat dipercepat secara artifisial oleh populasi berbagai
macam mikroba dalam kondisi lingkungan yang hangat, lembab, aerobik, maupun
anaerobik (Isroi, 2003). Proses dimana bahan organik mengalami penguraian
secara biologis, khususnya oleh mikroba-mikroba yang memanfaatkan bahan
organik sebagai sumber energi disebut dengan pengomposan (Manurung, 2011).
Kompos adalah bahan organik yang telah mengalami pembusukan atau pelapukan
dengan bahan mikroorganisme seperti daun-daun, jerami, alang-alang,
rumput-rumputan, dedak padi, batang jagung, sulur serta kotoran hewan. Bahan-bahan ini
sudah hancur atau lapuk disebut pupuk organik (kompos). Di lingkungan alam
terbuka kompos bisa terjadi dengan sendirinya lewat proses alami (Wibawati,
2013).
Vermikompos adalah pupuk organik yang mengandung sekresi cacing,
humus, cacing hidup, dan organisme lainnya. Bahan sekresi mengandung senyawa
yang segera tersedia untuk tanaman, vitamin, enzim, dan mikroorganisme
(Sutanto, 2002).
Kandungan bahan organik tanah merupakan salah satu faktor yang
menentukan tingkat kesuburan tanah. Tanah-tanah di daerah tropik basah,
memiliki bahan organik yang rendah, hal ini disebabkan tingginya suhu tanah dan
laju dekomposisi. Pemberian pupuk organik seperti kompos bertujuan untuk
meningkatkan bahan organik yang memberikan banyak manfaat bagi tanah, antara
lain mensuplai nitrogen, dan sulfur, meningkatkan serapan P oleh tanaman,
meningkatkan kapasitas tukar kation tanah dan pengikatan air yang tersedia bagi
tanaman (Lahuddin et al., 2010).
Manfaat kompos jerami padi tidak hanya dilihat dari sisi kandungan hara
saja. Kompos juga memiliki kandungan C organik yang tinggi. Penambahan
kompos jerami akan menambah kandungan bahan organik tanah. Pemakaian
kompos jerami yang konsisten dalam jangka panjang akan dapat menaikkan
kandungan bahan organik tanah dan mengembalikan kesuburan tanah
(Nurbani dan Bahrian, 2011).
Bahan organik merupakan sumber energi bagi makro dan mikro-fauna
tanah. Penambahan bahan organik dalam tanah akan menyebabkan aktivitas dan
populasi mikrobiologi dalam tanah meningkat, terutama yang berkaitan dengan
aktivitas dekomposisi dan mineralisasi bahan organik. Beberapa mikroorganisme
yang beperan dalam dekomposisi bahan organik adalah fungi, bakteri dan
aktinomisetes. Di samping mikroorganisme tanah, fauna tanah juga berperan
dalam dekomposi bahan organik antara lain yang tergolong dalam protozoa,
Tanah Ultisol
Ultisol merupakan tanah yang telah mengalami pelapukan lanjut dan
berasal dari bahan induk yang sangat masam. Tanah ini mengandung bahan
organik rendah dan strukturnya tidak begitu mantap sehingga peka terhadap erosi
(Hardjowigeno, 1993).
Kandungan bahan organik dalam tanah-tanah mineral pada umumnya
hanya menunjukkan kadar presentase yang rendah sekitar 5% saja, namun
demikian peranannya tetap besar dalam mempengaruhi sifat fisika, kimia dan
biologi tanah. Sumber utama bahan organik tanah ialah jaringan tanaman dan
organisme tanah, baik berupa serasah atau sisa-sisa tanaman, yang setiap tahunnya
dapat tersedia dalam jumlah yang besar sekali (Sutedjo danKartasapoetra, 2002).
Ultisol memiliki ciri reaksi tanah sangat masam (pH 4,1 – 4,8).
Kandungan bahan organik lapisan atas yang tipis (8-12 cm), umumnya rendah
sampai sedang. Rasio C/N tergolong rendah (5-10). Kandungan P-potensial yang
rendah dan K-potensial yang bervariasi sangat rendah sampai rendah, baik lapisan
atas maupun lapisan bawah. Jumlah basa-basa tukar rendah, kandungan K-dd
hanya berkisar 0-0,1 me/100 g tanah disemua lapisan termasuk rendah, dapat
disimpulkan potensi kesuburan alami Ultisol sangat rendah sampai rendah. Ultisol
di daerah Aceh dan Sumatera Utara dicirikan dengan kandungan Al-dd 4,2
me/100 g, KTK 3-7 me/100 g, pH H2O 4,1-5,5% C-organik 1,9% N
0,2 (Susila dan Juang, 2008).
Menurut Walhi (2008), tanah ultisol sering diidentikkan dengan tanah yang
tidak subur, tetapi sesungguhnya bisa dimanfaatkan untuk lahan pertanian
pada tanah ultisol sehingga dapat menjadi yang siap dimanfaatkan untuk budidaya
tanaman apabila iklimnya mendukung. Tanah ultisol memiliki tingkat kemasaman
sekitar 5,5. Upaya meningkatkan produktivitas ultisol, dapat dilakukan
melalui pemberian kapur, pemupukan, dan penambahan bahan organik
(Prasetyo dan Suriadikarta, 2006).
Sifat Biologi Tanah
Menurut Sumarsih (2003), jasad hidup yang ukurannya kecil sering
disebut sebagai mikroba atau mikroorganisme atau jasad renik. Jasad renik
disebut sebagai mikroba bukan hanya karena ukurannya yang kecil, sehingga
sukar dilihat dengan mata biasa, tetapi juga pengaturan kehidupannya yang lebih
sederhana dibandingkan dengan jasad tingkat tinggi. Ukuran mikroba biasanya
dinyatakan dalam mikron (μ), 1 mikron adalah 0,001 mm.
Mikroorganisme ditemukan dalam jumlah besar di tanah, biasanya antara
satu hingga sepuluh juta mikroorganisme yang hadir per gram tanah dengan
bakteri dan jamur yang paling umum. Namun ketersediaan nutrisi sering
membatasi pertumbuhan mikroba dalam tanah dan sebagian besar ketersedian
nutrisi yang dibutuhkan mikroorganisme berupa air, sumber nitrogen, mineral dan
sumber energi. Jika ketersediaan ini mengalami keterhambatan aktivitas
mikroorganisme dalam tanah akan tidak aktif secara fisiologis sampai kebutuhan
akan nutrisi dapat terpenuhi (Sinaga, 2015).
Pupuk organik dapat memperbaiki sifat biologi tanah. Bahan organik akan
menambah energi yang diperlukan kehidupan mikroorganisme tanah. Tanah yang
kaya bahan organik akan mempercepat perbanyakan fungi, bakteri, mikroflora,
Biota tanah mempunyai kemampuan untuk menstimulasi pertumbuhan
tanaman sebesar kemampuan mereka menghambat pertumbuhan tanaman itu
sendiri. Pengaruh yang merugikan dari biota tanah (terutama mikrobia) adalah
penyebab berbagai macam penyakit. Sedangkan pengaruh yang menguntungkan
dari biota tanah adalah dalam pembentukan tanah, siklus hara, dan
mempertahankan kehidupan di bumi ini dengan berperan dalam berbagai proses
biologi di dalam tanah misalnya proses dekomposisi bahan organik, transformasi
unsur hara, mengatasi polusi, digunakan sebagai pupuk biologi, degradasi
senyawa toksik, transformasi molekul anorganik, asosiasi menguntungkan dengan
tanaman, pencegahan penyakit (sebagai biopestisida) (Hanafiah, et al., 2009).
Respirasi adalah proses metabolisme yang menghasilkan produk sisa
berupa CO2 dan H2O dan pelepasan energi. Metabolisme ini merupakan proses
dekomposisi bahan organik yang secara umum mengindikasikan kegiatan
mikroorganisme, dengan tujuan menyediakan karbon yang merupakan sumber
utama bagi pembentukan material-material baru (Alexander, 1977). Selanjutnya
hasil proses dekomposisi sebagian digunakan organisme untuk membangun
tubuh, akan tetapi terutama digunakan sebagai sumber energi atau sumber karbon
utama, dimana proses dekomposisi dapat berlangsung dengan mediasi
mikroorganisme, sehingga mikroorganisme merupakan tenaga penggerak dalam
respirasi tanah (Azizah et al., 2007).
Jumlah CO2 yang dihasilkan dan O2 yang dikonsumsi tergantung pada tipe
dari substrat, faktor lingkungan, dan mikroorganisme yang terlibat. Pengukuran
respirasi mempunyai korelasi yang baik dengan parameter lain yang berkaitan
transformasi nitrogen atau fosfor, pH, dan rata-rata jumlah mikroorganisme
(Anas, 1989).
Kapasitas Menyimpan Air
Tanah memiliki nilai kapasitas menyimpan air yang berbeda-beda. Tanah
bertekstur kasar memiliki kapasitas lapang yang lebih rendah karena mereka kaya
pori-pori makro yang mengalami drainase bebas. Tanah bertekstur halus memiliki
lebih banyak mengandung pori mikro yang mampu menahan air untuk melawan
drainase bebas, sehingga mempunyai kapasitas lapang lebih tinggi (besar). Namun
demikian, kalau dibandingkan dengan tanah-tanah lempung dan lempung
berdebu yang agregasinya bagus, kapasitas air tersedia pada liat tanah cenderung
lebih rendah karena tanah liat ini memiliki titik layu permanen yang tinggi
(USDA, 2008).
Bahan organik merupakan sumber unsur hara yang dapat didekomposisi,
dan berfungsi mempertahan kan jalannya siklus hara. Bahan organik berfungsi
sebagai sumber energi kabon dan mineral untuk mikrobia dan meningkatkan
ketahanan tanaman terhadap kekeringan karena kemampuan bahan organik
menahan air (Hanafiah et al., 2009).
Bahan organik tanah meningkatkan kemampuan tanah untuk menahan air ,
baik langsung maupun tidak langsung. Ketika tanah pada keadaan kapasitas
lapang, bahan organik memiliki kapasitas memegang air yang lebih tinggi
daripada tanah mineral . Air yang dapat ditahan oleh bahan organik pada titik layu
permanen juga lebih tinggi, secara keseluruhan, peningkatan bahan organik tanah
meningkatkan kemampuan tanah untuk menyimpan air tersedia bagi tanaman
Air merupakan faktor ekologi yang paling berpengaruh. Air secara
langsung berperan terhadap senyawa-senyawa penting yang dibutuhkan oleh
makhluk hidup. Secara tidak langsung air mempengaruhi pertukaran gas sambil
mengangkut secara vertikal atau horizon senyawa seperti substrat energi yang
larut dalam air (seperti asam amino dan karbohidrat dari serasah), dan sel-sel
mirkobia (Hanafiah et al., 2009). Hubungan dasar antara air tanah dengan sifat
fisik kimia dan aktifitas biota tanah dapat digambarkan sebagai berikut.
Aktifitas fisika- kima tanah
Gambar 1. Pengaruh air tanah terhadap sifat-sifat dan proses fisika kimia yang menentukan aktivitas biologi tanah (van Elsas et al. 2006).
Biota tanah berperan sangat penting pada fungsi tanah dan berpengaruh
terhadap kepentingan ekosistem. Terdapat interaksi antara biochar dengan biota
tanah, bila digunakan sebagai amandemen tanah. Seperti sebagai tempat tinggal
jamur mikoriza serta pengaruhnya pada kapasitas menahan air, yang mengarah
kepada hasil pertanian (Verheijen et al., 2010).
Kapasitas menahan air dalam tanah sebagian ditentukan oleh kandungan
bahan organik, dan amandemen bahan organik yang umumnya meningkatkan
kapasitas memegang air pada tanah. Zat humat yang berasal dari biochar telah air tanah
Difusi unsur hara dan aliran massa
mobilitas Suhu& aerasi pH & Eh
air tanah, serta meningkatkan stabilitas agregat tanah terdegradasi
(Piccolo et al., 1996).
Ok-Youn et al, (2013) menyatakan bahwa penggunaan biochar dapat
meningkatkan kapasitas menyimpan air tanah lempung berpasir hingga 1,7%
dengan peningkatan dosis biochar hingga 10%. Pengaruh biochar terhadap air
ketika dicampur dengan tanah sangat penting untuk dipahami karena aktivitas
mikrobia, pertumbuhan tanaman dan kebutuhan nutrisi sangat ditentukan oleh
