BAB III. METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari - Desember 2014. Lokasi penelitian dilakukan di Laboratorium Teknologi Balai Penelitian Sungei Putih, Laboratorium Tanah Universitas Medan Area, serta lahan petani kebun Hortikultura di Kab. Karo.
3.2 Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kendaga dan cangkang biji karet yang didapat dari Kebun Percobaan Balai Penelitian Sungei Putih Kecamatan Galang, Kabupaten Deli Serdang. Reagensia yang digunakan dalam penelitian ini adalah asam klorida (HCl), Methylen blue, dan akuades. Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah oven, timbangan analitik, muffle, autoclave, saringan 40 mesh, mortar dan alu, tungku karbonisasi, erlenmeyer, beaker glass, cangkul, label nama, kamera, meteran, serta alat pendukung di lapangan lainnya.
3.3 Metode Penelitian
Penelitian pada tahun pertama dilaksanakan 2 tahap yaitu:
1. Tahapan untuk memperoleh biochar yang berasal dari kendaga dan cangkang biji. karet (Kecabik) serta uji karakteristiknya.
2. Tahap kedua Aplikasi biochar di lapangan berdasarkan hasil karakteristik terbaik yang telah diperoleh, di Berastagi Kabupaten Karo, Sumatera Utara.
3.3.1. Metode Pembuatan Biochar dari kendaga dan cangkang biji karet
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan rancangan acak lengkap yang terdiri dari dua faktor, yaitu :
Faktor I : Konsentrasi asam klorida (HCl) yang terdiri dari 5 taraf, yaitu :
K1 = 0%
K2 = 5%
K3 = 10%
Faktor II : Suhu aktivasi yang terdiri dari 3 taraf, yaitu :
S1 = 600 0 C
S2 = 700 0 C
S3 = 800 0 C
Banyaknya kombinasi perlakuan atau Treatment Combination (Tc) adalah 15, dan untuk ketelitian dalam penelitian ini dilakukan ulangan sebanyak 2 kali.
Tabel 2. Rancangan Percobaan Pembuatan Biochar Dari Kendaga dan Biji Karet.
Perlakuan Lama pemanasan (L)
Konsentrasi asam klorida (K) S1 S2 S3 K0 K0S1 K0S2 K0S3 K1 K1S1 K1S2 K1S3 K2 K2S1 K2S2 K2S3 K3 K3S1 K3S2 K3S3 K4 K4S1 K4S2 K4S3
3.3.2. Metode Aplikasi Biochar Kecabik di Lapangan
Pada tahap ini, penelitian menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan 2 faktor dan 2 kali ulangan. Faktor perlakuan yang digunakan, yaitu perlakuan jenis hortikultura, yaitu cabai (kelompok buah), sawi/caisim (kelompok sayuran), dan kentang (kelompok umbi) dan tingkat dosis arang aktif yang diaplikasikan. Adapun perlakuan yang digunakan dari setiap faktor terdapat pada Tabel 3.
Tabel 3. Rancangan Percobaan Uji Efikasi Biochar Pada Lahan Hortikultura
Perlakuan Jenis sayuran/hortikutura (P) Cabai (P1) Sawi/caisim (P2) Kentang (P3)
A0: kontrol A0P1 A0P2 A0P3
A1: arang aktif (100%) A1P1 A1P2 A1P3
A2: arang + pupuk kandang
(90% : 10%) A2P1 A2P2 A2P3
A3: arang aktif + pupuk kandang
(80% : 20%) A3P1 A3P2 A3P3
A4: arang aktif + pupuk kandang
(70% : 30%) A4P1 A4P2 A4P3
A5: arang aktif + pupuk kandang
3.4. Pelaksanaan Kegiatan
3.4.1. Pembuatan Biochar Dari Kendaga dan Cangkang Biji Karet
Pembuatan Biochar dari kendaga dan cangkang biji karet serta uji karakteristiknya dilakukan di Balai Penelitian Sungei Putih, Kecamatan Galang Kabupaten Deli Serdang.
a. Persiapan bahan
Kendaga dan cangkang biji karet yang berasal dari Kebun Percobaan Balai Penelitian Sungei Putih di kumpulkan serta dikeringkan terlebih dahulu sampai kadar airnya mencapai 12% untuk mengurangi kadar airnya dilakukan dengan penjemuran sinar matahari. Akan tetapi karena musim biji karet daerah Sumatera Utara adalah pada bulan Agustus sampai dengan Nopember maka biji karet yang dapat disediakan oleh kebun induk Balai Penelitian Sungai Putih sangat terbatas, maka biji karet didatangkan dari kebun induk Balai Penelitian Sembawa. Sebagian lagi di peroleh dengan memesan dari petani karet yag ada di Labuhan Batu Utara.
b. Pengarangan/Karbonasi
Proses karbonasi adalah proses penguraian selulosa menjadi unsur karbon dan pengeluaran unsur-unsur nonkarbon yang berlangsung pada suhu 600-700 oC
(Kienle 1986). Kendaga dan cangkang biji karet ditimbang masing-masing sebanyak 50 kg kemudian dimasukkan ke dalam tungku pengarangan dari drum bekas yang telah dimodifikasi. Sebelum pengarangan, pada lantai drum diberi bahan bakar seperti daun kering, jerami, sabut kelapa secara merata atau menggunakan minyak tanah sebagai bahan bakarnya, dengan pertolongan alat brander. Selanjutnya pada proses pengarangan berlangsung drum tersebut ditutup agar oksigen pada ruang pengarangan serendah-rendahnya sehingga diperoleh hasil biochar yang baik dan dibiarkan selama 24 jam. Setelah pengarangan selesai, biochar kemudian digiling dengan saringan 20 mesh dan selanjutnya diaktivasi.
c. Aktivasi
Proses aktivasi dilakukan dengan cara aktivasi fisika dan kimia (Sudrajat, dkk.2005) yang dimodifikasi. Pada aktivasi kimia, arang dalam bentuk serbuk direndam dalam larutan asam klorida dengan masing-masing konsentrasi sesuai
dilanjutkan dengan aktivasi fisika yaitu pemanasan dengan lama pemanasan berbeda-beda yaitu (S1 = 30 menit, S2 = 60 menit, S3 =90 menit). Setelah selesai
kemudian biochar yang sudah dihasilkan dicuci sampai pH netral dan dikeringkan kembali dalam oven dengan suhu 105 oC selama 2 jam. Biochar
kemudian dianalisis untuk mengetahui karakteristik biochar tersebut. Selanjutnya biochar dengan karakteristik yang terbaik akan diaplikasikan sebagai bahan amelioran organik pada lahan hortikultura.
d. Karakterisasi
Parameter karakterisasi biochar yang diamati adalah: 1. Kadar air; 2. Kadar debu; 3. Kadar zat menguap; 4. Kadar karbon terikat; 5. Daya serap terhadap yodium; 6. Daya serap terhadap benzene. Hasil yang karakterisasi biochar tersebut di analisis dan akan dipilih biochar yang member nilai sesuai standard. Adapun parameter yang diamati adalah:
Kadar air
Prosedur penetapan kadar air mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 06-3730-1995 tentang syarat mutu dan pengujian arang aktif. Contoh uji arang ditimbang sebanyak 5 g, dikeringkan dalam oven pada suhu (103±2) oC sampai
beratnya konstan. Kemudian dimasukkan ke dalam desikator sampai bobotnya tetap dan ditentukan kadar airnya dalam persen (%).
Kadar air arang dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Kadar abu
Prosedur penetapan kadar abu mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 06–3730-1995 tentang syarat mutu dan pengujian arang aktif. Ditimbang sampel sebanyak 2 g kemudian dimasukkan ke dalam cawan yang sudah diketahui berat keringnya, selanjutnya cawan tersebut diletakkan dalam tanur, perlahan-lahan dipanaskan mulai dari suhu kamar sampai 600oC selama 6 jam. Selanjutnya didinginkan dalam desikator sampai beratnya konstan, kemudian ditimbang bobotnya. Perhitungan kadar abu menggunakan rumus :
Kadar zat menguap
Penetapan nilai kadar zat menguap bertujuan untuk mengetahui kandungan senyawa yang belum menguap pada proses karbonisasi dan aktifasi, tetapi menguap pada suhu 950 oC. Menurut Smisek dan Cerny (1970) bahwa
komponen yang terdapat dalam arang aktif adalah air, abu, karbon terikat, nitrogen, dan sulfur. Pada pemanasan di atas 900 oC nitrogen dan sulfur akan menguap. Komponen inilah yang disebut sebagai zat mudah menguap.
Sampel kering sebanyak 2 gr dimasukkan ke dalam cawan porselen yang telah diketahui bobot keringnya. Selanjutnya sampel dipanaskan dalam tanur dengan temperatur 950 oC selama 10 menit (cawan ditutup serapat mungkin), kemudian didinginkan dalam desikator selama 1 jam dan ditimbang.
a = bobot sampel sebelum pemanasan (g) b = bobot sampel setelah pemanasan (g) Kadar karbon terikat
Prosedur penetapan kadar karbon terikat mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 06–3730-1995 tentang syarat mutu dan pengujian arang aktif. Karbon terikat adalah fraksi karbon yang terikat di dalam ruang selain fraksi air, zat menguap dan abu. Pengukuran kadar karbon terikat dihitung dengan menggunakan rumus:
Kadar Karbon Terikat (%) = 100% - (Kadar zat menguap + Kadar abu)% Daya serap terhadap yodium
Prosedur penetapan daya serap arang aktif terhadap yodium mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 06-3730-1995 tentang syarat mutu dan pengujian arang aktif. Contoh uji arang aktif ditimbang sebanyak ± 0,25 g dan dimasukkan ke dalam labu Erlenmeyer. Kemudian contoh uji tersebut diberi larutan yodium 25 ml, diaduk dengan menggunakan stirer selama ± 15 menit. Larutan yang telah diaduk kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring, dan hasilnya dipipet 10 ml untuk titrasi menggunakan larutan
Daya serap Yodium (%) =
10 – (N Na2S2O3 x ml titrasi Na2S2O3 / N I2) x 12.693 x 2.5
Berat sampel Daya serap terhadap benzena
Penetapan daya serap arang aktif terhadap kloroform dan benzena mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 06- 3730-1995 tentang syarat mutu dan pengujian arang aktif. Cawan Petri yang telah kering oven ditimbang bobotnya, kemudian contoh uji arang aktif diletakkan diatas cawan petri yang masih berada di atas neraca timbangan. Contoh uji tersebut diratakan hingga menutupi semua permukaan cawan Petri dan dicatat bobotnya. Selanjutnya dimasukkan ke dalam alat penyerap benzena dan kloroform, dibiarkan selama ±24 jam, dan ditimbang bobot akhirnya. Daya serap terhadap kloroform dan benzena dihitung dengan rumus berikut ini : Daya serap benzene (%) =
Berat contoh awal (g) – Berat kering tanur (g) x 100% Berat kering tanur (g)
3.4.2. Aplikasi Biochar Kecabik di Lapangan
Uji efikasi biochar di lapangan berdasarkan hasil karakteristik terbaik diaplikasi sebagai bahan ameliorasi organik di lokasi hortikultura Berastagi Kabupaten Karo. Pemilihan Kabupaten Karo sebagai lokasi aplikasi uji efikasi biochar, karena Kabupaten Karo merupakan daerah penghasil tanaman hortikultura dan pengguna pestisida terbanyak di Sumatera Utara (BPS Kabupaten Karo, 2012).
Kegiatan uji efikasi biochar di lapangan meliputi :
a. Persiapan benih hortikultura (benih cabai, sawi/caisim, dan wortel) Benih cabai
Cabai yang digunakan adalah cabai merah keriting hibrida. Pemilihan varietas ini karena varietas ini dapat diusahakan di dataran rendah maupun tinggi. Tahap awal budidaya adalah membuat persemaian untuk menyiapkan bibit yang berkualitas dan seragam sebagai bahan tanam di lapangan. Kebutuhan cabai yang digunakan untuk semua perlakuan sebanyak 84 batang. Media tanam dimasukkan di dalam polybag yang disusun di bawah naungan dan diberi air sampai kadar air kapasitas lapang. Selanjutnya benih cabai dimasukkan ke dalam media sedalam 0.5 cm dan polybag ditutup dengan kertas koran, lalu disiram sampai basah agar kelembabannya terjaga, lalu naungan ditutup. Setelah 3 hari, maka kertas koran diangkat. Penyiraman
berikutnya dengan sprayer untuk tetap menjaga kelembaban dan bibit cabai dapat ditanam di bedengan setelah umur 21-24 hari atau tumbuh 4 helaii daun sejati. Benih caisim
Kebutuhan benih caisim adalah 20 gram. Benih yang akan disemaikan, direndam di dalam air selama kurang lebih 2 jam sebelum ditabur. Benih yang mengambang dibuang. Sedangkan yang tenggelam disemaikan. Setelah selesai direndam, benih caisim ditaburkan secara merata di media semai, siram sampai basah, lalu tutup dengan daun pisang atau karung goni selama 3 hari. Pada hari ketiga, daun pisang atau karung goni disingkirkan, dan biarkan benih tumbuh berkembang dengan baik. Setelah benih berumur 2-3 minggu, bibit siap untuk di pindahkan.
Bibit kentang
Kebutuhan bibit kentang adalah 8 kg untuk semua perlakuan. Benih yang digunakan untuk dipelihara menjadi umbi yang siap ditanam adalah bibit yang memiliki berat antara 30-45 gram dengan 1 mata tunas. Sebelum tanam, umbi direndam selama 1-3 jam.
b. Persiapan lahan hortikultura
Lahan yang digunakan merupakan lahan sentra tanaman sayuran di Kabupaten Karo dimana umumnya tanah telah mengalami pemberian pupuk dan pestisida dengan intensitas tinggi oleh petani. Luas lahan dalam penelitian adalah 24 x 35 m. Pengolahan tanah dilakukan 1 minggu sebelum tanam. Lahan dibersihkan dari gulma atau tanaman pengganggu. Selanjutnya dilakukan pengolahan tanah dengan dicangkul ringan, kemudian digaru dan diratakan. Pengolahan tanah secara efektif bertujuan untuk memperbaiki struktur tanah dan memberikan ruang untuk perakaran. Setelah itu, dibuat batas petak/plot untuk masing perlakuan, yaitu terdapat 36 plot dengan masing-masing petak berukuran 100 x 100 cm, untuk semua tanaman (tanaman cabai, sawi/caisim dan kentang). Tinggi bedengan 30-40 cm, jarak antara bedengan 30 cm,. dan jarak antar ulangan adalah 50 cm. Parit berfungsi sebagai drainase. Pemberian pupuk dasar adalah pupuk kandang ayam dengan jumlah 2 kg/plot. Setelah penanam selesai, dilakukan penyiraman pada plot hingga tanah basah.
c. Aplikasi Biochar pada lahan hortikultura
Sebelum penanaman, lahan hortikultura terlebih dahulu dilakukan pemupukan dasar dengan menggunakan pupuk kandang. Setelah itu tanah dicampur dengan biochar dengan tingkat dosis sesuai dengan rancangan percobaan (Tabel 1).
d. Penanaman tanaman hortikultura
Untuk tanaman cabai jarak tanam adalah 50 x 35 cm, tanaman sawi/caisim jarak tanam 20 x 20 cm dan untuk tanaman kentang jarak tanam 50 x 35 cm. setelah bibit cabe, dan sawi/caisim siap tanam, dilakukan pembuatan lubang tanam pada plot yang telah disiapkan, setiap lubang diisi 1 tanaman. Sedangkan untuk tanaman kentang bibit yang telah direndam langsung ditanam pada lubang tanam, setiap lubang tanam juga diisi dengan 1 tanaman. Penanaman bibit cabai dan sawi/caisim pada plot penelitian dilakukan setelah berumur 21 hari. Penanaman dilakukan pagi hari untuk menghindari
stress saat pindah tanam dan dilakukan penyiraman air secukupnya dengan cara
disemprotkan dengan tekanan rendah dan merata sampai ke akar. e. Pemeliharaan tanaman hortikultura
Pemeliharaan tanaman hortikultura (cabai, sawi/caisim, dan kentang) dilakukan sesuai dengan norma kultur teknis yang berlaku umumnya, seperti penyulaman, penyiraman, pembuatan ajir dan pembumbunan, serta pengendalian hama penyakit tanaman secara manual atau menggunakan pestisida hayati.
f. Panen tanaman hortikultura
Panen cabai dilakukan pada umur tanaman 75-85 hst, dan dipanen beberapa kali. Pemanenan dilakukan dengan cara memetik buah beserta tangkainya yang bertujuan agar cabai dapat disimpan lebih lama. Waktu panen dilakukan pada pagi hari karena bobot buah dalam keadaan optimal akibat penimbunan zat pada malam hari dan belum terjadi penguapan antara 12 - 16 kali dengan selang waktu 3 hari. Buah yang dipetik setelah matang berwarna orange sampai merah.
Panen caisim dapat dilakukan setelah tanaman berusia antara 30-35 hari. Panen dapat dilakukan dengan cara mencabut tanaman hingga akarnya, atau hanya memotong bagian pangkal saja.
Panen kentang dapat dilakukan setelah tanaman berusia 80-120 hari. Pemanenan bisa dilakukan dengan garpu, dalam hal ini harus diperhatikan benar jangan sampai
garpu melukai bagian umbi. Setelah umbi digali, biarkan beberapa saat atau jemur untuk beberapa saat. Sehingga lapisan tanah yang menyelimuti umbi mudah dibersihkan.
g. Analisis kandungan hara tanah
Analisis kandungan hara yang tanah dilakukan sebelum dan sesudah perlakuan arang aktif di lahan hortikultura (awal dan akhir penelitian).
h. Parameter Pengamatan uji efektivitas biochar di lapangan Adapun parameter yang diamati adalah:
Tinggi tanaman (cm)
Tinggi tanaman cabai diukur dengan interval dua minggu sekali. Tinggi tanaman diukur dari leher akar sampai pada bagian tumbuhnya daun paling muda. Pengamatan dimulai satu minggu setelah tanam sampai umur panen.
Berat kering dan berat basah tanaman hortikultura
Pengamatan ini dilakukan setelah penelitian berakhir (masa panen). Berat kering diperoleh dari proses pengeringan setelah masa panen. Sedangkan berat basah diperoleh dari berat hasil panen.
Analisa hara tanah
Analisa hara tanah meliputi unsur hara nitrogen (N), fosfor (P), kalium (K), dan magnesium (Mg), KTK (kapasitas tukar kation), KB (kejenuhan basa), dan pH tanah.
i. Analisis Data
Data yang diperoleh berdasarkan rancangan percobaan dianalisis secara sidik ragam. Apabila hasilnya menunjukkan signifikasi pada taraf α = 0.05, maka dilakukan uji lanjut dengan menggunakan uji perbandingan berganda Duncan (DMRT, Duncan
Multiple Range Test) untuk mengetahui pengaruh masing-masing perlakuan dan
