Eko Handayanto & Nurul Muddarisna 9 Maret 2011

Eko Handayanto & Nurul Muddarisna

9 Maret 2011

(1) Eko Handayanto, Ir (UB), MSc (Adelaide), PhD (London), Prof.

(2) Nurul Muddarisna, Ir (UB), MP (UB), studi S3 UB

Landasan

 TANAH adalah pondasi seluruh biosfer

 MATAHARI adalah dasar sebagian besar

kehidupan di bumi  memasok energi radiasi untuk pemanasan biosfer dan konversi CO2 dan air secara fotosintetik oleh tanaman hijauan

menjadi sumber makanan dan oksigen untuk konsumsi hewan dan organisme lain.

 Sebagian besar organisme hidup menggunakan oksigen untuk memetabolis sumber makanan tersebut, menangkap energinya, dan mendaur panas, CO2 dan air ke lingkungan untuk

memulai siklus hidup.

Landasan

 Proses dekomposisi, yang di mediasi oleh organisme tanah, berperan penting dalam

siklus kehidupan, dalam ham mendaur ulang hara untuk tanaman dan C dalam bentuk CO2 ke atmosfer.

 JADI, tanah yang melapisi kulit bumi

merupakan interface utama antara pertanian dan lingkungan dan menyebabkan terjadinya perbedaan antara kelangsungan hidup

(survival) dan kepunahan (extinction) sebanian besar kehidupan di daratan.

Human dominance Traditional knowledge green revolution Early agriculture interventions

Flood plain intermediate

cultivation technology rice

cultivation

mechanical tillage

slash-and- fertilizers

burn agric.

Improved pesticides

fallows biotechnologies

hillside

cultivation residue minimum tillage

management

conventional commercial agriculture Saline irrigation

Traditional conventional sustainable ??

open natural

AGRICULTURAL DEVELOPMENT

Intergration of resources

Agricultural Development

Tanah vs Agroekosistem



Tanah sbg salah satu komponen penting

Agroekosistem, karena merupakan salah satu rantai ekosistem



Masalah Global: Prediksi FAO, tanah yang

tersedia pada th 2020 mungkin tidak akan

dapat lagi menyediakan kebutuhan pangan

penduduk dunia yang pada th 2020 akan

melebih 7,5 milyar!!!

Tanah Sebagai Komponen Tanah Sebagai Komponen

Ekosistem Ekosistem

CO₂ Atmosfer

Produsen Primer (tanaman)

Sisa Organik (tanaman,

hewan, TANAH)

Organisme Perombak

(mikro- organisme, Herbivora, Karnivora)

• Tanah merupakan bagian dari Ekosistem, tetapi tanah juga merupakan suatu Ekosistem

Fungsi Tanah Manfaat untuk Manusia Di dalam lokasi Di luar lokasi Siklus Hara Menghantar hara

untuk tanaman Memperbaiki

kualitas tanah dan air

Cadangan karbon untuk

memperbaiki variasi fungsi tanah

Cadangan N dan C dapat mengurangi emisi gas rumah kaca

Mempertahanka n biodiversitas dan habitat

Menyangga pertumbuhan tanaman

Membantu

mempertahankan diversitas genetik Dapat

meningkatkan resistensi dan

resiliensi terhadap cekaman

Menyangga spesies liar dan mengurangi laju kepunahan

Mengurangi

resistensi pestisida Memperbaiki estetika lanskap

FUNGSI TANAH

Fungsi Tanah Manfaat bagi Manusia Di dalam lokasi Di luar lokasi

Hubungan air Pengendalian erosi Pengendalian banjir dan sedimentasi

Pengisian air sungai dan

embung setempat

Pengisian air tanah

Menjadikan air tersedia bagi tanaman dan hewan

Penyaringan (filltering) dan Penyanggaan (buffering)

Dapat

mempertahankan kandungan garam, logam dan hara mikro dalam

kisaran yang dapat ditolerasi oleh

tanaman dan hewan

Memperbaiki kualitas air dan udara

FUNGSI TANAH

Fungsi Tanah Manfaat Bagi Manusia Di dalam lokasi Di luar lokasi Stablitas dan

Penyangga Fisik

Sebagai media pertumbuhan tanaman

Menyimpan nilai arkeologi

Menyangga bangunan dan jalan

Menyimpan sampah

Fungsi Ganda Melestarikan produktivitas

Mempertahankan atau memperbaiki kualitas udara

dan/atau air

FUNGSI TANAH

Kualitas Tanah & Kesehatan Tanah

 Fungsi Tanah TIDAK BISA diamati secara langsung

diamati melalui INDIKATOR Kualitas Tanah atau Kesehatan Tanah

 Kualitas Tanah (soil quality) didefinisikan sebagai kemampuan suatu tanah untuk memerankan

fungsinya, di dalam batasan ekosistem alam maupuan buatan, untuk melestarikan produktitas tanaman dan hewan, memperbaiki atau meningkatkan qualitas air dan udara, dan menunjang kesehatan dan manusia dan habitat

 Kualitas tanah bisa kualitatif (misal drainase cepat); bisa juga kuantitatif (misal infiltrasi air 5cm/jam)

Kualitas Tanah & Kesehatan Tanah

 Kesehatan Tanah (soil health) difenisikan

sebagai kemampuan tanah memarankan fungsinya secara berkesinambungan sebagai sistem

kehidupan utama, ditandai dengan kandungan unsur biologi yang merupakan kunci fungsi

ekosistem di dalam batasan penggunaan lahan.

 Fungsi tersebut mampu melestarikan produktivitas biologi tanah, mempertahankan kualitas lingkungan air dan udara disekitarnya, serta meningkatkan

kesehatan manusia, tanaman dan hewan

Kualitas Tanah & Kesehatan Tanah

 Dua istilah tersebut sulit seringkali digunakan bersama;

walau sebenarnya dapat dibedakan bahwa,

 kualitas tanah terkait dengan fungsi tanah,

 kesehatan tanah menunjukkan tanah sebagai sumberdaya kehidupan yang dinamis

 Banyak sekali alternatif penggunaan tanah sebagai sumberdaya yang hidup (living resource) , pengertian istilah Kesehatan Tanah dan Kualitas Tanah

bergantung pada tujuan penggunaan tanah, termasuk untuk pertanian dan non pertanian.

 Istilah Kesehatan Tanah sebenarnya lebih tepat karena langsung mencakup interaksi antara input tanaman dan tanah untuk menhasilkan lingkungan yang sehat

Keberlanjutan Agroekosistem



Kesehatan Tanah (soil health) menentukan keberlanjutan sistem pertanian dan

kualitas lingkungan yang secara bersama-

sama menentukan kesehatan tanaman,

hewan dan manusia

Indikator BIOLOGI

 Kesehatan Tanah sangat dipengaruhi oleh proses

mikrobiologis (siklus hara, kandungan hara, stabilitas agregat tanah).

 Indikator Biologi yang umumnya diamati meliputi:

 Bahan organik tanah, respirasi, biomasa mikrobia (total bakteri dan fungi) dan nitrogen dapat dimineralisasi

 Bahan organik berperan penting sebagai KUNCI fungsi tanah, menentukan kualitas tanah , kapasitas menahan air, kepekaan tanah terhadap degradasi.

 Bahan organik juga berperan sebagai sumber (source) atau pengikat (sink) CO2 atmosfer dan meningkatkan kandungan C dalam tanah

 Bahan organik juga sebagai cadangan utama unsur hara seperti N dalam tanah.

Indikator KIMIA (pH)

 Untuk memperoleh produksi tinggi, petani harus memasok Unsur Hara ke dalam tanah; dapat

dilakukan dengan penambahan pupuk anorganik, pembenaman sisa tanaman penutup tanah, dan menggunakan berbagai bahan organik dalam bentuk pupuk kandang dan kompos.

 Hasil uji kima adalah indikator kualitas tanah yang memberikan informasi tentang kemampuan tanah menyediakan unsur hara untuk tanaman yang

bergantung pada pH.

 pH tanah adalah estimasi aktivitas ion H dalam larutan tanah.

 pH juga sebagai indikator ketersediaan unsur hara tanaman.

Indikator FISIK



Indikator Tanah meliputi tekstur, berat isi (pengamatan pemadatan), porositas,

kapasitas menahan air.

 Keberadaan lapisan kedap menghambat

kedalaman perakaran tanaman. Kondisi ini dapat diperbaiki dengan penbambahan

organik. Maka, kesesuaian tanah untuk kelestarian pertumbuhan tanaman dan

aktivitas biologi merupakan fungsi dari sifat fisik tanah tersebut (porositas, kapasitas

menahan air, struktgur, dan pengolahan tanah).

Ringkasan Indikator Kesehatan Tanah yang digunakan untuk mengamati Fungsi Tanah

Indikator Fungsi Tanah

Bahan Organik Tanah

(BOT) Struktur, stabilitas, retensi hara, erosi

Biologi: biomasa mikrobia C dan N, potensi N yang dapat dimineralisasi

Potensi katalistik dan

respirasi untuk C dan N;

produktivitas tanah dan potensi penyediaan N Kimia: pH, unsur hara

dapat diekstrak, N-P-K dan kation basa Ca Mg & K

Aktivitas kimia dan biologi tanah; hara tersedia untuk tanaman dan potensi N

dan P serta kehilangan Ca, Mg & K

Fisik: stabilitas agregat,

infiltrasi dan berat isi Retensi dan mobilitas air dan hara; habitat untuk makro dan mikrofauna

Aplikasi & Konsep: Minimum Data Set (MDS)

 MDS dapat digunakan untuk mengamati kualitas tanah dan perubahannya akibat praktek

manajemen, melalui pemilihan indikator kunci,

seperti tesktur, bahan organik, pH unsur hara, berat isi, konduktivitas listrik, dan kedalaman perakaran

 MDS membantu indentifikasi indikator tanah yang relevan dan mengevaluasi kaitan antara indikator terpilih dan sifat tanah dan tanaman yang menonjol

 MDS adalah data minimum yang diperlukan untuk memperoleh pemahaman komprehensif terhadap sifat tanah yang dievaluasi (lihat Gambar berikut).

Indikator Diagnostik



Karena sifat tanah yang sangat kompleks, maka diperlukan Indikator Diagnostik

kesehatan dan kualitas tanah agar dari MDS dapat dibuat suatu klasifikasi yang dapat

membantu petani dan memberikan informasi

untuk target solusi riset dan penyuluhan pada

tingkat lahan usaha

MDS indikator fisik, kimia, biologi untuk

mengukur kualitas tanah

Indikator Rasional pengukuran BIOLOGI

Biomasa mikrobia C dan

N Menunjukkan potensi

katalistik dan respirasi untuk C dan N

Memberikan perinagatan dini tentang pengaruh

manajemen terhadap bahan organik

Potensi N yang dapat

dimineralisasi Menggambarkan

produktivitas tanah dan potensi penyediaan

Nitrogen

Informasi estimasi biomasa Respirasi Tanah Menentukan tingkatan

aktivitas mikrobia

Informasi estimasi aktivitas biomasa

Indikator Rasional pengukuran KIMIA

Bahan Organik Tanah Kunci kesuburan tanah dan ketersediaan hara tanaman

pH Informasi aktivitas kimia

dan kimia tanah

Konduktivitas listrik Informasi aktivitas mikrobia dan tanaman

N, P dan K yang dapat

diekstrak Menggambarkan

ketersediaan hara tanaman dan potensi kehilangan N

Menunjukkan produktivitas dan kualitas lingkungan

Indikator Rasional pengukuran FISIK

Tekstur Menunjukkan tingkatan

kemampuan retensi dan

pergerakan air dan senyawa kimia Estimasi variabilitas dan erosi

tanah Kedalaman tanah dan

perakaran Menggambarkan potensi

produktivitas

Variabilitas dan stabilitas geografi dan lanskap

Infiltrasi dan berat isi tanah Menggambarkan potensi pelindian (leaching), produktivitgas dan

erosi

Kapasitas menahan air Menggambarkan retensi, transpor dan erosi air

Air tersedia digunakan untuk perhitungan berat isi tanah dan bahan organik

Pendugaan Kesehatan Tanah di Lah Pertanian (contoh kasus)



Pendugaan kualitas dan kesehatan tanah di lahan (on-farm) disarankan untuk membantu petani mengevaluasi pengaruh praktek

manajemen mereka terhadap produktivitas tanah



Kegiatan ini dapat menjalin interaksi yang

erat antara peneliti, penyuluh, dan pembuat

kebijakan dalam hal kesehatan tanah dan

produksi pertanian.

Contoh kerangka intreperetasi indikator

kesehatan tanah pada lahan pertanian

Indikator Ranking

Rendah Sedang Tinggi

Kandungan bahan organic total (% C

organik x 1.7)

Struktur pori jelek,

pengolahan sangat berat (<1.7%)

Remah, tetapi pengolahan

tanah berat (1.7- 2.6%)

Sangat remah dan mudah diolah (>2,6%)

Bahan organik

fraksi ringan Ada sedikit fragmen akar halus dan biji gulma

Campuran fragmen akar dan seresah daun

Didominasi oleh fragmen seresah daun besar

Bahan organic fraksi organon- mineral

Merah tua

dengan partikel liat warna coklat muda

Merah tua

dengan lempeng partikel liat

warna coklat

Organik warna gelap dengan campuran

lempeng mineral warna merah

pH tanah Sangat masam <

5.5 Agak masam

sampai netral 5.5-7.0

Netral sampai basa 7.0-8.0 KTK tanah < 10 mmol_c kg^-1 10 - 20 mmol_c kg^-

1

> 20 mmol_c kg^-1 Stabilitas

agregat Agregasi stabil dalam air 50- 60%

menunjukkan struktur lemah dan sangat dan mudah tererosi

Agregasi stabil dalam air 60- 80%

menunjukkan struktur stabil tetapi masih peka terhadap erosin

Agregasi stabil dalam air >80%

menunjukkan struktur sangat stabil / mantap dan kurang peka terhadap erosi

Aspek Tanah (kualitas tanah) dalam Manajemen Agroekosistem



Pertimbangan mengenai kualitas dan

kesehatan tanah bermula dari 3 isu utama dalam bidang pertanian:

 Apakah sumberdaya lahan yang diperlukan untuk produksi pertanian yang berkelanjutan dapat dipertahankan kecukupannya?

 Apakah lahan pertganian merusah lingkungan (kualitas air, kualitas udara, biodiversitas)?

 Apakah produk pertanian aman dan bergizi?

Kualitas Tanah

 Sifat tanah berperan penting dalam pencapaian tujuan agroekosistem, misalnya, kandungan unsur hara dalam tanah mempengaruhi produksi

tanaman, pelindian hara, dan komposisi tanaman

 Peran ganda tanah menurunkan berbagai definisi

tentang kualitas tanah, berikut ini.

Definisi

 Acton & Gregorich (1995): defined soil quality as "the soil’s fitness to support crop growth without resulting in soil

degradation or otherwise harming the environment".

 Larson and Pierce (1994) stated that "soil quality describes how effectively soils:

 1) accept, hold, and release nutrients and other chemical constituents;

 2) accept, hold, and release water to plants, streams and groundwater;

 3) promote and sustain root growth;

 4) maintain suitable biotic habitat; and

 5) respond to management and resist degradation".

 Karlen et al. (1997) defined soil quality as"the capacity of a specific kind of soil to function, within natural or managed ecosystem boundaries, to sustain plant and animal

productivity, maintain or enhance water and air quality, and support human health and habitation."

Goal type General goal Key controlling variables

Economic

viability High productivity Genetic potential, weather, soil,

management, economics Low cost of production Yield potential*, input

requirements*, input costs Low production risk Market variation,

production variation*

Stewardship Preservation of

productive land Soil, climate, management

Healthy animals Feed quantity and quality*, disease High quality food and

fiber Chemical or microbial

contamination*, composition*

Social Viable local communities Population size, economic viability, economic

diversification Viable industry,

institutions, and infrastructure

Profitability, size and resilience of industry Environment Clean water Climate, soil,

management Clean air Climate, soil,

management Wildlife habitat Climate, soil,

management

*Variables also influenced by soil properties

Water Quality Goals

 Water quality is a measure of the fitness of water for desired uses, such as drinking water or the health of aquatic ecosystems.

 The main contaminants reducing water quality in runoff and drainage from agricultural lands are nutrients, suspended solids, fecal coliform

bacteria, and pesticides.

 Contaminant levels in water leaving agricultural soils depend on the ability of the soil to modify water flow and to either retain contaminants or support their removal by the crop.

 These functions of soil depend on soil properties, soil position in the landscape, land management, weather, and interactions among these factors.

Crop Productivity Goals

The four A’s of crop productivity (modified from Cook and Veseth 1991)

Crop Productivity Goals

 The absolute yield is the yield possible with no limiting factors except the genetic potential of the crop. This would be equivalent to at least the maximum yields ever recorded

 The attainable yield is the highest yield

possible in any given soil in any given year, i.e., yield is limited by factors that cannot be

altered within the given year. These include factors such as water availability, growing- degree days, depth of topsoil, and total

radiation.

Crop Productivity Goals

 The affordable yield is limited by factors that cannot be ameliorated because management

solutions are not affordable to the crop producer (value of potential yield gain is less than its cost) or to the larger society (ecological costs are too high).

 The actual yield is the yield harvested in any given field and is limited by factors that were not ameliorated because they were unforeseen or effective solutions were not known or not

implemented.

Air Quality Goals

 Air quality is primarily a measure of the purity of air.

 The main issues in air quality from agricultural lands are particulates and pesticides.

 Contaminant levels in air leaving agricultural soils depend on the ability of soil to retain soil particles and associated constituents.

 This function of soil depends on soil

characteristics, soil position in the landscape, land management, weather, and interactions among these factors

Gas Emission Goals



Kyoto Protocol is to reduce its average annual emissions of greenhouse gases (GHG)

(nitrous oxide, methane and carbon dioxide) for the 2008-2012 period to a level 6% below its gas emissions in 1990.



Soil is a source and a sink of all of these

gases

Natural Habitat/Biodiversity Goals



Loss of habitat is among the leading causes of decline in the number and diversity of natural organisms.



In general, habitat quality is inversely related to the intensity of land management.

 For example, cropland generally provides

better habitat than developed land, but poorer habitat than native pastures

Food Quality Goals

 There are two sides to food quality.

 One side is avoidance of harmful constituents in food, such as heavy metals or pathogenic microorganisms.

 The other side is the achievement of constituents that promote human and animal health, such as desirable levels of micronutrients, protein and energy.

 Many factors affect food quality.

 Soil has an impact on food quality through its

effects on the availability or mobility of undesirable constituents and through its effects on crop growth

Soil Quality & agroecosystem



Soil quality information contributes to the investigation of several key agroecosystem concerns:

1. the productivity and sustainability of agroecosystems,

2. the conservation of soil and water resources,

3. the accumulation of persistent toxic substances, and

4. the contribution of agricultural systems to the global carbon cycle.

How are Soil Physical Properties Measured in the Field?



Field measurements and observations are divided into the following three categories:

 Soil Sampling – samples of the soil surface collected from each plot and submitted to a laboratory for chemical and physical analysis.

 Soil Compaction – the percentage of the soil surface exhibiting evidence of soil compaction and the types of compaction observed.

 Soil Erosion –factors related to the accelerated loss of soil due to water erosion (e.g., bare soil, soil surface thickness, slope, soil texture).

What Types of Analyses are Done on Soil Samples in the Laboratory?

 Bulk density, water content, and coarse fragment (>2-mm) content

 pH (water and 0.01 M CaCl 2 )

 Total carbon

 Total organic carbon

 Total inorganic carbon (carbonates) (pH>7.5 soils only)

 Total nitrogen

 Exchangeable cations (Na, K, Mg, Ca, Al, Mn)

 Extractable sulfur and trace metals (Sr, Ba, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb).

 Extractable phosphorus (Bray 1 method for pH < 6 soils, Olsen method for pH > 6 soils)

PRAKTIKUM: pendugaan kualitas dan kesehatan tanah akibat manajemen agroekosistem

 Memilih lahan pertanian: berbagai penggunaan lahan (tanaman pangan, tanaman hortikultura)

 Mengambil sampel tanah, untuk analisis

beberapa indikator penting Biologi, Fisik, Kimia.

 Beberapa indikator diamati di lapangan, dan

indikator lainnya diamati di laboratorium (yang tidak bisa diamati di lapangan)

 Berdasar hasil analisis (lapangan dan Lab), dilakukan evaluasi kualitas tanah, dan

rekomendasi perbaikan manajemen.