NERACA KARBON PADA PENGELOLAAN PADI GAMBUT
MAYANG HAYUNING ASTUTI F14050555
2009
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
NERACA KARBON PADA PENGELOLAAN PADI GAMBUT
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
MAYANG HAYUNING ASTUTI F14050555
2009
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
NERACA KARBON PADA PENGELOLAAN PADI GAMBUT
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
MAYANG HAYUNING ASTUTI F14050555
Dilahirkan pada tanggal 26 Juni 1987 di Solo
Tanggal Lulus : ...
Menyetujui, Bogor, September 2009
Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, MSc Dr. Ir. Prihasto Setyanto, MSc
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Mengetahui,
Dr. Ir. Desrial, MEng Ketua Departemen Teknik Pertanian
Mayang Hayuning Astuti. F14050555. Neraca Karbon pada Pengelolaan Padi Gambut.
Dibawah bimbingan: Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, MSc dan Dr. Ir. Prihasto Setyanto, MSc. 2009.
RINGKASAN
Pengembangan pertanian dengan mengintensifkan lahan pertanian yang tersisa dan melakukan ekstensifikasi terpaksa diarahkan pada lahan-lahan marjinal diluar Jawa, seperti lahan rawa pasang surut karena semakin menyusutnya lahan pertanian. Tanah gambut jika digunakan sebagai lahan pertanian, maka lahan gambut tersebut mengalami perubahan penggunaan lahan yang dapat mengakibatkan pelepasan karbon dari dalam tanah dalam bentuk CO2 dan CH4. Selain itu, penggunaan lahan gambut untuk kegiatan pertanian dapat bermanfaat karena menyerap CO2 yang dilepaskan dari dalam tanah untuk proses fotosintesis yang hasilnya akan digunakan untuk pertumbuhan tanaman.
Berdasarkan hal ini, maka penelitian tentang neraca karbon pada pengelolaan padi gambut dilakukan.
Penelitian neraca karbon pada tanah gambut dengan menggunakan empat bahan amelioran (tanpa amelioran, dolomit, pupuk silikat, dan pupuk kandang) yang diharapkan mampu menekan emisi ini telah dilaksanakan di Kebun Percobaan Balai Penelitian Lingkungan Pertanian (Balingtan) di Jakenan, Pati, Jawa Tengah pada bulan Februari-Juli 2009. Perlakuan disusun menggunakan rancangan acak kelompok dengan tiga ulangan.
Hasil penelitian selama satu musim tanam menunjukkan bahwa emisi CO2 tertinggi dihasilkan oleh perlakuan tanpa amelioran dengan nilai total emisi sebesar 7382 kg/ha, kemudian diikuti oleh perlakuan pupuk silikat, dolomit, dan pupuk kandang dengan nilai total emisi masing-masing sebesar 6126 kg/ha, 5392 kg/ha, dan 5121 kg/ha.
Total emisi CH4tertinggi dihasilkan oleh perlakuan tanpa amelioran sebesar 514.9 kg/ha, kemudian diikuti perlakuan pupuk silikat, dolomit, dan pupuk kandang masing-masing sebesar 494.5 kg/ha, 354.6 kg/ha, dan 338.3 kg/ha. Sedangkan emisi N2O tertinggi dihasilkan oleh perlakuan dolomit sebesar 0.162 kg/ha, diikuti pupuk silikat, tanpa amelioran, dan pupuk kandang masing-masing sebesar 0.125 kg/ha, 0.118 kg/ha, dan 0.103 kg/ha.
Hasil perhitungan Global Warming Potential (GWP) pada perlakuan tanpa amelioran menghasilkan nilai tertinggi sebesar 19.26 ton CO2-eq, dan GWP terendah dihasilkan oleh perlakuan pupuk kandang sebesar 12.93 ton CO2-eq. Perlakuan tanpa amelioran menghasilkan total kandungan C-Organik sebesar 4043 kg-C/ha, diikuti perlakuan pupuk kandang 3769.6 kg-C/ha, pupuk silikat 3615.1 kg-C/ha, dan dolomit 2639.4 kg-C/ha. Sedangkan GWP CO2-C yang dihasilkan dari perlakuan tanpa amelioran sebesar 10906.2 kg CO2-C/ha, pupuk silikat 10213.4 kg CO2-C/ha, dolomit 7603 kg CO2- C/ha, dan pupuk kandang 7241.5 kg CO2-C/ha. Sehingga net karbon terendah dihasilkan oleh perlakuan pupuk kandang sebesar 3471.8 kg-C/ha, diikuti dolomit, pupuk silikat, dan tanpa amelioran masing-masing sebesar 4963.6 kg-C/ha, 6598.3 kg-C/ha, dan 6863.3 kg-C/ha. Net karbon tertinggi pada perlakuan tanpa amelioran membuktikan bahwa lebih banyak karbon yang dilepas ke atmosfer dibandingkan yang disimpan oleh tanaman.
Sedangkan net karbon terendah pada perlakuan pupuk kandang, menunjukkan bahwa lebih banyak karbon yang disimpan oleh tanaman dibandingkan karbon yang dilepas ke atmosfer.
Hasil emisi GRK, GWP, total kandungan C, dan net karbon yang diperoleh menunjukkan bahwa penggunaan bahan amelioran pupuk kandang merupakan bahan amelioran yang baik digunakan pada tanah gambut yang diusahakan untuk kegiatan pertanian.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Solo pada tanggal 26 Juni 1987, anak ke-3 dari 3 bersaudara dari pasangan Bapak Djuwadi Purwo Admojo dan Ibu Ratih Prasetyani.
Jenjang pendidikan yang telah ditempuh penulis yaitu: pedidikan dasar di SDN Pluit 01 Pagi dan lulus pada tahun 1999. Penulis melanjutkan jenjang pendidikan di SLTPN 261 Muara Angke, lulus pada tahun 2002. Penulis menamatkan pendidikan menengah umumnya di SMUN 2 Jakarta pada tahun 2005. Pada tahun 2005 penulis diterima sebagai mahasiswa IPB angkatan 42 melalui jalur SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru) dan tercatat sebagai mahasiswa Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.
Penulis melakukan Praktek Lapang di PTPN VII (Persero) Unit Usaha Pematang Kiwah, Lampung Selatan dengan judul “Mempelajari Aspek Keteknikan pada Proses Pengolahan Karet dan Limbah yang di Hasilkan di PTPN VII (Persero) Unit Usaha Pematang Kiwah, Lampung Selatan”. Penulis aktif dalam kegiatan organisasi HIMPUNAN MAHASISWA TEKNIK PERTANIAN (HIMATETA) sebagai staf di Biro Kewirausahaan dari Departemen Ekonomi pada tahun 2008/2009.
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah- Nya, serta salawat dan salam yang tak henti-hentinya dipanjatkan kepada junjungan besar Nabi Muhammad SAW, karena berkat suri tauladannya yang telah menerangi bumi ini sehingga penelitian berjudul “NERACA KARBON PADA PENGELOLAAN PADI GAMBUT” dapat selesai tepat pada waktunya.
Penelitian ini akan digunakan penulis untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknologi Pertanian.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, MSc selaku dosen pembimbing akademik sekaligus pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis.
2. Dr. Ir. Prihasto Setyanto, MSc selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan arahan, saran dan bimbingan kepada penulis selama pelaksanaan dan penyelesaian skripsi ini.
3. Ir. Gardjito, MSc selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan kritikan yang membangun kepada penulis.
4. Seluruh dosen pengajar di Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor, atas bekal ilmu yang telah diberikan selama penulis menempuh pendidikan di IPB.
5. Keluarga besar Laboratorium GRK, Mbak Lina, Mbak Mira, Mbak Rina, Mbak Titi, Pak Yarpani, Pak Jumari, Pak Yoto, Mas Yanto, Mas Yono, Mas Santo atas bantuannya selama penelitian.
6. Bapak, Ibu dan Kakakku yang selalu memberikan kasih sayang dan doanya, serta seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan.
7. Eka Setiawan yang telah memberikan dukungan, semangat serta perhatiannya.
8. Teman seperjuangan selama penelitian di Pati, yaitu Ismi (beserta keluarganya), Kaler, Cingah.
9. Teman-teman kosan yaitu, Ruly, Boncel, Cia, Triva, Jessi, Ka Dona, Kadek atas doa dan bantuannya selama ini.
10. Seluruh teman-teman Teknik Pertanian angkatan 42 atas dukungan dan doanya.
Tidak ada yang sempurna di dunia ini, maka dari itu penulis menyadari akan kekurangan dan ketidaksempurnaan dalam menyusun skripsi ini. Penulis berharap adanya masukan dan kritikan untuk skripsi ini sehingga menjadi lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga penelitian yang telah dilakukan dan dibukukan dalam bentuk skripsi ini dapat bermanfaat. Terima kasih.
Bogor, Agustus 2009
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN
RINGKASAN
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
KATA PENGANTAR... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR... v
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR LAMPIRAN... vii
I.PENDAHULUAN……….………...1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA……….………..3
2.1. Pembentukan Gambut... 3
2.2. Potensi dan Kendala Lahan Gambut Untuk Pertanian... 4
2.3. Pemanasan Global... 7
2.4. Gas Rumah Kaca... 9
2.2.1. Gas CH4...9
2.2.2. Gas CO2...11
2.2.3. Gas N2O ...12
2.5. Kandungan Karbon pada Tanaman... 14
III.METODOLOGI PENELITIAN………….………..17
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian... 17
3.2. Bahan dan Alat... 17
3.3. Pelaksanaan Penelitian... 17
3.4. Pengolahan Data Emisi ... 26
3.5. Analisis Data... 26
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN……….……….27
4.1. Emisi Gas Rumah Kaca pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran ... 27
4.1.1. Emisi Gas CH4...27
4.1.2. Emisi Gas CO2...32
4.1.3. Emisi Gas N2O...34
4.2. Potensial Redoks dan pH Tanah ... 37
4.2.1. Potensial Redoks Tanah...37
4.2.2. Kemasaman (pH) Tanah ...39
4.3. Parameter-parameter Tanaman ... 41
4.3.1. Jumlah Anakan dan Tinggi Tanaman ...41
4.3.2. Komponen Hasil ...43
4.4. Global Warming Potential (GWP) ... 44
4.5. Analisis Kandungan Karbon pada Tanaman... 46
V. KESIMPULAN……….………..50
5.1. Kesimpulan ... 50
5.2. Saran ... 51 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Mikroplot Untuk Penanaman Padi ... 18
Gambar 2. Skema Penyusunan Perlakuan di Mikroplot... 18
Gambar 3. Susunan Tanaman Padi Gambut Dalam Mikroplot... 19
Gambar 4. Boks Otomatik Penangkap Gas CH4... 20
Gambar 5. Boks Manual... 21
Gambar 6. Alat Eh dan pH meter ... 21
Gambar 7. Tanur Pembakar 200ºC... 22
Gambar 8. Tanur Pembakar 900ºC... 23
Gambar 9. Bagan Alir Kegiatan Penelitian ... 24
Gambar 10. Bagan Alir Kegiatan Analisis Serapan Karbon pada Tanaman... 25
Gambar 11. Tanaman Padi di dalam Boks Penangkap Gas ... 28
Gambar 12. Lokasi Pengukuran Emisi CH4... 28
Gambar 13. Fluks CH4pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut ... 29
Gambar 14. Fluks Kumulatif CH4pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut ... 29
Gambar 15. Fluks CO2pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut ... 33
Gambar 16. Fluks Kumulatif CO2pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut ... 34
Gambar 17. Fluks N2O pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut ... 36
Gambar 18. Fluks Kumulatif N2O pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut ... 36
Gambar 19. Elektroda Gelas ... 38
Gambar 20. Pengukuran Potensial Redoks Tanah ... 38
Gambar 21. Perubahan Potensial Redoks (Eh) Tanah pada Pemberian Beberapa Bahan Amelioran di Tanah Gambut... 39
Gambar 22. Kemasaman Tanah (pH) pada Pemberian Beberapa Bahan Amelioran di Tanah Gambut ... 40
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi dan denitrifikasi...13
Tabel 2. Hasil analisis statistik jumlah anakan, tinggi tanaman, dan fluks CH4pada setiap perlakuan amelioran selama satu musim tanam ...42
Tabel 3. Komponen hasil padi pada setiap perlakuan amelioran selama satu musim tanam...43
Tabel 4. Total emisi GRK pada setiap perlakuan amelioran selama satu musim tanam ...45
Tabel 5. Hasil gabah dan GWP pada setiap perlakuan amelioran selama satu musim tanam...46
Tabel 6. Kandungan C pada tanaman berdasarkan bagian tanaman pada setiap perlakuan amelioran selama satu musim tanam...47
Tabel 7. Neraca karbon pada setiap perlakuan amelioran selama satu musim tanam ...48
Tabel 8. Total emisi CO2, CH4, dan N2O yang dihasilkan selama satu musim tanam ...50
Tabel 9. GWP yang dihasilkan selama satu musim tanam ...50
Tabel 10.Neraca karbon pada tanah gambut selama satu musim tanam...50
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Data emisi CO2selama satu musim tanam pada setiap perlakuan
amelioran………. 57 Lampiran 2. Data emisi CH4selama satu musim tanam pada setiap perlakuan
amelioran………. 58 Lampiran 3. Data emisi N2O selama satu musim tanam pada setiap perlakuan
amelioran………. 59 Lampiran 4. Data panen gabah ubinan dalam Boks pada setiap perlakuan
amelioran………. 60 Lampiran 5. Data panen jerami ubinan dalam boks pada setiap perlakuan
amelioran………. 61 Lampiran 6. Data panen gabah ubinan luar boks pada setiap perlakuan
amelioran………. 62 Lampiran 7. Data panen jerami ubinan luar boks pada setiap perlakuan
amelioran………. 63 Lampiran 8. Data panen akar per rumpun pada setiap perlakuan amelioran…64 Lampiran 9. Data panen biomasa total ubinan dalam dan luar boks pada setiap
perlakuan amelioran……… 65 Lampiran 10. Data panen gulma pada setiap perlakuan amelioran………66 Lampiran 11. Data panen gabah hampa, gabah isi, dan 1000 butir per rumpun
pada setiap perlakuan amelioran………. 67 Lampiran 12. Data potensi hasil gabah pada setiap perlakuan amelioran……..68 Lampiran 13. Data potensial redoks tanah (Eh) di tanah gambut pada setiap
perlakuan amelioran……… 69 Lampiran 14. Data pH tanah di tanah gambut pada setiap perlakuan
amelioran……….70 Lampiran 15. Hasil analisis kandungan C pada tanaman di tanah gambut…… 71 Lampiran 16. Hasil perhitungan kandungan C pada gabah per luas lahan…….72 Lampiran 17. Hasil perhitungan kandungan C pada akar per luas lahan………73 Lampiran 18. Hasil perhitungan kandungan C pada jerami per luas lahan……74 Lampiran 19. Hasil perhitungan kandungan C pada gulma per luas lahan... 75
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Gas rumah kaca (GRK) seperti CH4, N2O, dan CO2 merupakan gas yang sebagian besar dihasilkan dari aktivitas lahan pertanian. Lahan sawah yang ditanami padi merupakan penyumbang gas CH4 yang cukup signifikan setelah pembakaran bahan bakar fosil. Kondisi tanah tergenang yang anaerobik merupakan habitat yang sangat baik bagi perkembangan bakteri metanogenik (pembentuk gas CH4). Selain emisi yang dihasilkan dari lahan sawah, aktivitas manusia juga menjadi salah satu penyumbang emisi. Emisi tersebut merupakan pelepasan CFC’s yang dapat merusak lapisan stratosfer sehingga radiasi matahari dapat menembus ke bumi.
Dinitrogen oksida (N2O) terbentuk melalui proses mikrobiologi baik secara aerobik maupun anaerobik. Karbondioksida (CO2) adalah hasil dari dekomposisi bahan organik secara aerobik, tetapi CO2 dapat digunakan kembali dalam proses fotosintesis tanaman padi. Peningkatan CO2 secara global dibandingkan gas rumah kaca lainnya (CH4 dan N2O), dapat menangkap radiasi panas sehingga menyebabkan peningkatan suhu permukaan bumi (GEIA, 1993 dalam Wassman et al., 2000).
Produksi beras semakin jauh dari tingkat pertumbuhan populasi, sementara sumberdaya lahan semakin menyusut untuk berbagai keperluan pembangunan non-pertanian, seperti pemukiman, jalan raya, dan industri. Kemungkinan pengaruh perubahan iklim menambah masalah pada sumberdaya hayati sementara kebutuhan konsumsi masyarakat semakin meningkat. Oleh karena itu, pengembangan pertanian dengan mengintensifkan lahan pertanian yang tersisa dan melakukan ekstensifikasi terpaksa diarahkan pada lahan-lahan marjinal diluar Jawa, seperti lahan rawa pasang surut.
Lahan gambut merupakan salah satu ekosistem yang mempunyai potensi cukup besar untuk dikembangkan sebagai lahan pertanian karena arealnya cukup luas. Walaupun mempunyai prospek yang baik untuk dijadikan lahan pertanian, namun ada kendala yang dihadapi, yaitu kendala kimia yang membatasi produktivitas lahan gambut karena rendahnya ketersediaan hara dan tingginya
kandungan asam-asam organik yang dapat meracuni tanaman (Suastika et al., 2006; Barchia, 2006).
Tanah gambut dalam keadaan alami memiliki kemampuan menyimpan karbon dalam jumlah yang besar. Namun jika lahan gambut ini digunakan sebagai lahan pertanian, maka lahan gambut tersebut mengalami perubahan penggunaan lahan yang dapat mengakibatkan pelepasan karbon dari dalam tanah dalam bentuk CO2 dan CH4. Selain itu, kandungan bahan organik yang tinggi pada tanah gambut menyebabkan dekomposisi gambut berjalan cepat karena pengaruh aktivitas mikroorganisme tanah dan akan melepaskan CO2 dan CH4. Penggunaan lahan gambut untuk kegiatan pertanian dapat bermanfaat karena menyerap CO2
yang dilepaskan dari dalam tanah untuk proses fotosintesis yang hasilnya akan digunakan untuk pertumbuhan tanaman. Berdasarkan hal ini, maka penelitian tentang neraca karbon pada pengelolaan padi gambut dilakukan.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan data emisi GRK serta bahan amelioran yang cocok untuk digunakan di tanah gambut yang dapat menekan emisi GRK.
2. Menganalisis serapan karbon pada tanaman dan emisi karbon ke atmosfer.
II.TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Pembentukan Gambut
Gambut diartikan sebagai material atau bahan organik yang tertimbun secara alami dalam keadaan basah berlebihan, bersifat tidak mampat dan tidak atau hanya sedikit mengalami perombakan. Dalam pengertian ini, tidak berarti bahwa setiap timbunan bahan organik yang basah adalah gambut. Pengertian gambut di sini sebagai bahan onggokan dan secara umum diartikan sebagai bahan tambang, bahan bakar (non-minyak), bahan industri, bahan kompos, dan lain sebagainya (Noor, 2001). Bahan organik pada tanah gambut belum mengalami perombakan yang jauh (Notohadiprawiro, 1986).
Proses pembentukan tanah gambut di Indonesia terutama di Sumatera dan Kalimantan dimulai sejak periode Holosen yang dianalisis dengan terbentuknya rawa-rawa sebagai akibat dari peristiwa transgresi dan regresi karena mencairnya es di kutub yang terjadi sekitar 4200 sampai 6800 tahun yang lalu (Sabiham, 1988 dalam Salampak, 1999). Pada periode sebelum Holosen yaitu periode Pleistosen, permukaan laut berada kira-kira 60 m di bawah permukaan laut sekarang.
Kenaikan permukaan laut pada periode Holosen menyebabkan daratan di sekitar pantai menjadi tergenang dan membentuk rawa-rawa. Akibatnya vegetasi yang ada menjadi terbenam dan mati, kemudian mengalami proses dekomposisi secara lambat, sehingga terakumulasi bahan organik (Barchia, 2006).
Gambut terbentuk oleh lingkungan yang khas, yaitu rawa atau suasana genangan yang terjadi hampir sepanjang tahun. Kondisi langka udara (anaerob) akibat keadaan hidro-topografi berupa genangan, ayunan pasang surut, atau keadaan yang selalu basah telah mencegah aktivitas mikro-organisme yang diperlukan dalam perombakan. Dengan kata lain, pada kondisi ini laju penimbunan bahan organik lebih besar daripada mineralisasinya. Laju penimbunan gambut dipengaruhi oleh paduan antara keadaan topografi dan curah hujan dengan curahan perolehan air yang lebih besar daripada kehilangan air serta didukung oleh sifat tanah dengan kandungan friksi lanau (silt) yang rendah (Noor, 2001).
Berdasarkan tingkat kesuburannya, gambut dibedakan menjadi tiga golongan, yaitu gambut eutrofik, gambut oligotrofik, dan gambut mesotrofik (Noor, 2001) :
1. Gambut eutrofik adalah gambut yang banyak mengandung mineral, terutama kalsium karbonat; sebagian besar berada di daerah payau dan berasal dari vegetasi serat/rumput-rumputan, serta bersifat netral atau alkalin.
2. Gambut oligotrofik adalah gambut yang mengandung sedikit mineral, khususnya kalsium dan magnesium, serta bersifat asam atau sangat asam (pH
< 4).
3. Gambut mesotrofik adalah gambut yang berada antara dua golongan di atas.
Sedangkan berdasarkan proses pembentukannya, gambut dapat dibedakan atas gambut ombrogen dan gambut topogen (Noor, 2001):
1. Gambut ombrogen adalah gambut yang pembentukannya dipengaruhi oleh curah hujan.
2. Gambut topogen adalah gambut yang pembentukannya dipengaruhi oleh keadaan topografi (cekungan) dan air tanah.
Gambut di Indonesia umumnya merupakan gambut ombrogen, terutama gambut pedalaman yang terdiri dari gambut tebal dan miskin akan unsur hara, digolongkan ke dalam tingkat kesuburan oligotrofik (Salampak, 1999). Sedangkan pada gambut pantai pada umumnya tergolong ke dalam gambut eutrofik karena adanya pengaruh air pasang surut.
Sabiham (1989) dalam Riwandi (2000) menyatakan bahwa gambut dikelompokkan berdasarkan tingkat dekomposisi, yaitu fibrik, hemik, dan saprik.
Bahan fibrik biasanya diendapkan di lapisan gambut bawah, bahan ini banyak mengandung serat yang dipertahankan dalam bentuk asalnya dan dapat diidentifikasi asal botaninya. Bahan hemik dan saprik biasanya ditemukan di atas lapisan bahan fibrik.
2.2.Potensi dan Kendala Lahan Gambut Untuk Pertanian
Sebagian besar lahan gambut masih berupa tutupan hutan dan menjadi habitat bagi berbagai spesies fauna dan tanaman langka. Lebih penting lagi, lahan gambut menyimpan karbon (C) dalam jumlah besar. Gambut juga mempunyai
daya menahan air yang tinggi sehingga berfungsi sebagai penyangga hidrologi areal sekelilingnya. Konversi lahan gambut akan mengganggu semua fungsi ekosistem lahan gambut tersebut (Agus dan Subiksa, 2008).
Kawasan hutan rawa gambut merupakan ekosistem yang khas dan memiliki potensi yang sangat luar biasa, baik bagi masyarakat disekitar kawasan maupun bagi masyarakat global. Bagi masyarakat sekitar, hutan rawa gambut memiliki fungsi sebagai tempat penyimpanan air (aquifer), sebagai penyangga ekologi, sebagai lahan pertanian, sebagai tempat berkembangbiaknya flora dan fauna, dan sebagai tempat pemenuhan kebutuhan papan.
Pada umumnya lahan gambut di Indonesia bereaksi masam, memiliki tingkat kesuburan yang rendah, dan miskin unsur hara. Kandungan unsur hara mikro tanah gambut umumnya terdapat dalam jumlah yang sangat rendah, sehingga dapat menyebabkan gejala defisiensi bagi tanaman. Menurut Andriesse (1988), gugus karboksilat dan fenolat pada tapak pertukaran kation tanah gambut dapat membentuk ikatan kompleks dengan unsur mikro, sehingga sehingga unsur mikro menjadi tidak tersedia bagi tanaman. Selain itu, adanya reduksi yang kuat menyebabkan unsur mikro direduksi menjadi bentuk logamnya yang tidak bermuatan.
Ameliorasi dibutuhkan untuk mengatasi tingginya kemasaman tanah dan buruknya kesuburan tanah yang merupakan dua faktor pembatas utama dalam meningkatkan produktivitas lahan gambut (Barchia, 2006). Bahan yang digunakan untuk mengatasi tingginya kemasaman dan buruknya kesuburan tanah dinamakan amelioran. Karakteristik fisik gambut yang penting dalam pemanfaatannya untuk pertanian meliputi kadar air, berat isi (bulk density, BD), daya menahan beban (bearing capacity), subsiden (penurunan permukaan), dan mengering tidak balik (irriversible drying) (Agus dan Subiksa, 2008).
Bahan organik sebagai bahan amelioran tidak saja berkontribusi terhadap unsur hara, tetapi juga dapat menurunkan reaktifitas kation-kation meracun, seperti tingginya konsentrasi Al dan Fe, sehingga kerusakan yang ditimbulkan dapat dikurangi. Pada pH yang lebih tinggi lagi, stabilitas menjadi meningkat.
Pada tanah sulfat masam, fenomena ini diharapkan akan terjadi secara baik karena proses pencucian akan menurunkan faktor kemasaman tanah.
Kapur baik sebagai kalsit (CaCO3) maupun dolomit (CaMg(C3O)2) merupakan bahan yang sangat efektif dalam menurunkan faktor kemasaman tanah maupun meningkatkan ketersediaan Ca dan Mg (Rachim et al., 2000). Kejenuhan basa tanah gambut umumnya < 15%, sementara secara umum kejenuhan basa tanah gambut harus mencapai 30% agar tanaman dapat menyerap basa-basa tertukar dengan mudah.
Unsur silikat (Si) yang terdapat pada pupuk silikat diperlukan oleh tanaman supaya tanaman dapat tumbuh tegak atau tidak terkulai (Pulung, 2008).
Sedangkan pupuk kandang ialah zat organik yang digunakan sebagai pupuk organik dalam pertanian. Pupuk kandang berperan dalam kesuburan tanah dengan menambahkan zat dan nutrien, seperti nitrogen yang ditangkap bakteri dalam tanah. Organisme yang lebih tinggi kemudian hidup dari jamur dan bakteri dalam rantai kehidupan yang membantu jaring makanan tanah.
Pembukaan lahan hutan yang didominasi oleh lahan bergambut untuk perkebunan kelapa sawit, karet dan kegiatan pertanian lainnya merupakan salah satu penyumbang emisi gas rumah kaca. Adapun konsekuensi dari dibukanya hutan bergambut, adalah: (1) pembukaan hutan bergambut akan lebih mempercepat dekomposisi bahan organik, yaitu dekomposisi anaerobik yang akan menghasilkan CH4dan dekomposisi aerobik yang akan menghasilkan CO2(kedua gas tersebut akan menguap ke atmosfer), (2) tumpukan sisa-sisa tanaman di permukaan tanah akan mengalami respirasi heterotropik yang hasil akhirnya adalah CO2, (3) kebakaran hutan dan lapisan gambut, secara sengaja atau tidak sengaja akan menghasilkan CO2, (4) respirasi oleh tanaman juga akan menghasilkan CO2, (5) serapan CO2terjadi pada proses fotosintesis oleh tanaman, hal ini berarti bahwa benaman pepohonan pada lahan terbuka dan terlantar lebih luas akan memperbesar serapan CO2(Setyanto et al., 2007). Pernyataan tersebut sesuai dengan yang disampaikan oleh (Agus, 2007; CKPP, 2008) yang menyatakan bahwa dalam keadaan alami, hutan gambut merupakan penyimpan (net sink) dari karbon. Akan tetapi apabila hutan gambut dibuka sebagian besar karbon yang ada pada biomassa tanaman akan teroksidasi menjadi CO2, terutama apabila pembukaan hutan disertai dengan pembakaran. Sejalan dengan terbakarnya biomassa di atas permukaan tanah, beberapa cm lapisan gambut juga
akan ikut terbakar. Selanjutnya apabila lahan tersebut didrainase (untuk keperluan pembangunan jalan dan pembukaan lahan pertanian) maka pengeringan dari gambut akan menyebabkan peningkatan emisi CO2.
Meskipun lahan gambut melingkupi hanya 3 persen dari keseluruhan permukaan daratan bumi, mereka menyimpan karbon dalam jumlah setara dengan yang dihasilkan oleh emisi dari bahan bakar minyak bumi selama 100 tahun pada tingkat penggunaan saat ini. Sehingga dengan demikian, gambut berperan sangat penting terhadap terjadinya perubahan iklim (CKPP, 2008).
Menurut Hadi et al., (2005), emisi gas N2O, CH4, dan CO2 pada lahan gambut sangat kuat dipengaruhi oleh penggunaan lahan dan zona hidrologi. Lahan gambut Kalimantan, Indonesia berkontribusi kurang dari 0.3% dari total emisi gas N2O, CH4, dan CO2secara global.
2.3.Pemanasan Global
Cuaca di bumi sangat dipengaruhi oleh radiasi matahari. Radiasi matahari yang mencapai bumi mencapai 342 Wm-2. Sekitar 30% dari radiasi tersebut direfleksikan kembali ke angkasa luar karena adanya awan dan permukaan bumi.
Permukaan bumi akan menyerap radiasi matahari sebesar 168 Wm-2, sedangkan atmosfer menyerap 67 Wm-2. Atmosfer mempunyai beberapa lapis gas, termasuk gas rumah kaca dan awan, yang akan mengemisikan kembali sebagian radiasi infra merah yang diterima ke permukaan bumi. Dengan adanya lapisan ini maka panas yang ada di permukaan bumi akan bertahan dan proses ini dinamakan efek rumah kaca (Sugiyono, 2006).
Pemanasan global yang tidak terkendali dapat menenggelamkan sekitar 2000 pulau kecil di Indonesia sebelum berakhirnya abad ini karena kenaikan permukaan air laut. Berbagai fauna dan flora tidak adaptif terhadap kenaikan suhu yang signifikan sehingga mereka akan punah. Berbagai tanaman pertanian juga terancam menurun produktivitasnya karena tidak adaptif dengan suhu yang lebih tinggi. Banjir dan kemarau yang ekstrim yang makin sering terjadi merupakan gejala dari pemanasan global dan sangat mempengaruhi produktivitas pertanian serta kelestarian lahan (Agus, 2007).
Emisi yang dihasilkan dari lahan pertanian sebagian besar disebabkan oleh pemupukan dan pengolahan lahan pertanian seperti pembakaran biomassa,
pertanian berkontribusi besar dalam emisi anthropogenik seperti NH3, N2O, CH4, dan CO masing-masing lebih dari 95%, 81%, 70%, dan 52%, sementara NOx dan CO2memberikan emisi relatif kecil yaitu 35% dan 21% (Isermann, 1994).
Pengaruh langsung dan tidak langsung pemanasan global terhadap hasil dan kualitas hasil pertanian dan kehutanan adalah: (a) pengaruh langsung terhadap pertumbuhan tanaman melalui perubahan laju fotosintesis dan efisiensi penggunaan air, karena konsentrasi CO2 terus melonjak, (b) pengaruh langsung dari kenaikan suhu berupa berkurangnya ketersediaan air, dan faktor iklim lain yang ekstrim, dan (c) pengaruh tidak langsung melalui ledakan serangan hama dan penyakit, peningkatan populasi gulma, dan insiden kebakaran hutan.
Tingginya konsentrasi CO2 juga menurunkan daya konduksi mulut daun (stomata), maka menekan laju transpirasi dan memperbaiki efisiensi penggunaan air (Parry dan Materns, 1999 dalam Setyanto et al., 2007).
Dekomposisi bahan organik adalah degradasi senyawa organik yang komplek, mengubahnya sebagian ke dalam bentuk yang lebih sederhana.
Dekomposisi menyebabkan kehilangan massa dan melepaskan hasil samping ke dalam bentuk yang lebih stabil (Inubushi et al., 2003). Kehilangan karbon dan nitrogen dalam bentuk N2O, CH4, dan CO2selama proses dekomposisi pada tanah gambut perlu mendapat perhatian karena kontribusinya dalam perubahan iklim global. Selain itu, karbon dan nitrogen tanah harus disimpan untuk hasil produksi yang lebih lanjut (Hadi et al., 2005).
Barchia (2006), menyatakan bahwa kebakaran lahan gambut pada tahun 1997 di Indonesia menghasilkan emisi karbon sebesar 156.3 juta ton atau 75 persen dari total emisi karbon dan 5 juta ton partikel debu. Kemudian informasi ini diperbaharui dimana pada tahun 2002 diketahui bahwa jumlah karbon yang dilepaskan selama terjadinya kebakaran hutan dan lahan tahun 1997/1998 adalah sebesar 2.6 miliar ton. Apabila lahan gambut yang merupakan tempat akumulasi karbon (carbon reservoir) yang tersimpan selama ribuan tahun, kemudian dikelola dengan tidak bijaksana. Laju pelepasan CH4 dan CO2 meningkat sehingga dapat berimplikasi pada peningkatan pemanasan global.
2.4.Gas Rumah Kaca
Dalam sepuluh tahun terakhir peningkatan emisi terjadi secara alami, gas yang bersifat radiatif seperti CO2, CH4, N2O, yang biasa disebut gas rumah kaca.
Gas tersebut menangkap radiasi panas yang keluar dari permukaan bumi. Proses ini , umumnya lebih dikenal sebagai efek rumah kaca, meningkatnya panas bumi yang berpengaruh terhadap perubahan iklim secara global seperti suhu dan curah hujan. Emisi gas rumah kaca yang dihasilkan oleh Indonesia datang dari dua sektor utama, yaitu sektor kehutanan dan sektor energi. Sektor kehutanan berkontribusi sebesar 75 % dari total emisi gas rumah kaca yang diproduksi Indonesia, sementara sektor energi dan transportasi menyumbang 25 %. Saat ini Indonesia berada di peringkat ketiga negara pengemisi gas rumah kaca terbesar di dunia setelah Amerika Serikat dan Cina. Deforestasi massif dan pembukaan lahan gambut menyebabkan Indonesia berada pada posisi ini (Fiyanto, 2009).
Verge´ et al., (2007), berpendapat bahwa selama 30 tahun yang akan datang, Asia akan tetap menjadi konsumen terbesar meningkat dari 40 ke 55%
dari konsumsi global (antara tahun 2000 dan 2015) dan sumber gas rumah kaca terbesar dari pertanian (sekitar 50% dari total emisi). Antara tahun 2000 dan 2030, total emisi gas rumah kaca diperkirakan meningkat sekitar 50% dengan pengaruh selanjutnya terhadap cuaca dan iklim.
2.2.1. Gas CH4
Metana (CH4) adalah salah satu gas rumah kaca yang dihasilkan melalui dekomposisi anaerobik bahan organik. Untuk mengurai bahan organik menjadi CH4 dibutuhkan kondisi redoks potensial dibawah -100 mV dan pH berkisar antara 6-7 (Wihardjaka dan Setyanto, 2007). Sedangkan menurut Lantin et al., (1998), produksi metana optimum terjadi dibawah kondisi tergenang: potensial redoks dibawah -200 mV, pH antara 6 dan 8, dan suhu diatas 10ºC. Produksi CH4
mengalami hambatan pada potensial redoks >-150 mV yang disebabkan oleh introduksi O2 bebas di dalam sistem. Nilai potensial redoks tersebut tidak perlu diperdebatkan sebab mikrobia mempunyai kemampuan yang baik untuk menurunkan potensial redoks (Barchia, 2006). Lahan sawah tergenang adalah kondisi ideal untuk proses ini. Selain dekomposisi bahan organik, sumber pelepasan CH4 lainnya adalah fermentasi dari pencernaan hewan ternak, proses
pembakaran bahan organik yang tidak sempurna, serta akibat proses eksplorasi pertambangan minyak dan gas (Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
Menurut Wassman et al., (2000), padi lebih baik tumbuh dalam kondisi terendam, terutama tergenang dengan mempertimbangkan produksi CH4 melalui dekomposisi anaerobik pada bahan organik. Besarnya CH4 pada lahan sawah ditentukan oleh ketersediaan substrat yang dihasilkan dari residu organik dan penggunaan pupuk organik. Emisi CH4 dipengaruhi 3 proses, yaitu: (1) produksi CH4 dipengaruhi oleh Eh, pH, mineralisasi karbon, dan suhu; (2) Oksidasi CH4
dipengaruhi oleh oksigen bebas yang berdifusi melalui tanaman, tekanan CH4
parsial, dan suhu; (3) transfer secara vertikal dipengaruhi oleh kedalaman air dan tingkat tumbuh tanaman. Lantin et al. (1998), berpendapat bahwa besarnya dan pola emisi CH4 terlihat dipengaruhi oleh interaksi faktor biotik dan abiotik yang termasuk suhu, sumber karbon, karakteristik tanah dan tanaman itu sendiri.
Emisi CH4 tertinggi terjadi pada siang hari, hal ini berkaitan dengan suhu udara dan tanah pada kedalaman 5 cm tertinggi tercapai pada siang hari jam 12.00-18.00 waktu setempat dan terendah pada malam menjelang pagi hari dan hal tersebut seiring dengan emisi CH4 yang dihasilkan (Sunar, 1993).
Meningkatnya suhu akan merangsang kegiatan mikroorganisme, mempercepat laju dekomposisi dan memperbesar energi kinetik dan gas.
Rejim air merupakan faktor yang mempengaruhi potensial redoks tanah dan populasi metanogen. Ketika tanah tergenang potensial redoks mencapai <-150 mV dan tingginya pH tanah (6-7) (Chareonsilp et al., 1998) meningkatkan emisi metana dan produksi metana (Wanfang et al., 1998). Potensial redoks berkorelasi negatif dengan fluks CH4 dan pelepasannya terjadi pada saat potensial redoks rendah (Adhya et al., 1998).
Menurut Wang dan Adachi (1998), lahan pertanian merupakan sumber metana dan berkontribusi 10-15% dari emisi metana secara global yang konsentrasinya di atmosfer meningkat 1%/tahun (Parashar et al., 1993). Yagi dan Minami (1998), menduga bahwa emisi metana secara global dari lahan pertanian sebesar 31 ± 10 Tg/tahun. Aktivitas bakteri metanogen dan metanotrop pada lahan sawah mengakibatkan akumulasi metana. Tanaman padi mempengaruhi aktivitas kedua bakteri tersebut melalui pelepasan eksudat akar yang merupakan sumber
substrat utama bagi bakteri metanogenik untuk produksi metana dan melalui pelepasan oksigen untuk oksidasi metana disamping peran aerenkima (Lantin et al., 1998) dalam media emisi metana dari lahan sawah ke atmosfer. Sekitar 60- 90% CH4 dilepaskan dari lahan sawah ke atmosfer ditransportasikan melalui aerenkima tanaman (Aulakh et al., 2000).
Rosot CH4selama ini dikenal hanyalah melalui dua proses yaitu konsumsi oleh bakteri metanotrop dan reaksi dengan ion radikal di atmosfer bumi. CH4
dapat bertahan selama 12 tahun di atmosfer, sedangkan nilai potensi pemanasan globalnya (global warming potential) adalah 23 kali lebih besar dari CO2. Konsentrasinya di atmosfer saat ini mencapai 1852 ppbv (Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
2.2.2. Gas CO2
Pada dasarnya kehadiran gas rumah kaca di atmosfer sangat penting karena gas tersebut membuat iklim bumi menjadi hangat dan stabil. Tanpa gas rumah kaca di atmosfer, suhu permukaan bumi diperkirakan mencapai -18ºC.
Tetapi konsentrasi gas rumah kaca yang berlebihan akan lebih banyak panas yang dipantulkan kembali ke muka bumi yang menyebabkan suhu bumi semakin panas.
CO2 adalah gas rumah kaca yang menjadi sasaran untuk diturunkan konsentrasinya di atmosfer. Secara alami, gas CO2 dihasilkan melalui dekomposisi bahan organik secara aerobik, erupsi vulkanik, respirasi manusia, hewan, dan tanaman. Sedangkan akibat kegiatan manusia, CO2dihasilkan melalui pembakaran bahan bakar fosil, pertambangan gas bumi, dan kegiatan-kegiatan pembakaran bahan organik seperti sampah, kayu bakar, dan sisa residu pertanian.
Ketika revolusi industri baru dimulai, konsentrasi CO2 di atmosfer sekitar 290 ppmv (part per million volume). Saat ini konsentrasi CO2 meningkat menjadi 375 ppmv. Peningkatan CO2 tersebut disebabkan oleh ketidakseimbangan antar besarnya sumber emisi (source) dengan daya rosotnya (sink). Pada dasarnya secara alami CO2 merupakan bagian penting dari proses fotosintesis tanaman.
Tetapi akibat perkembangan industri yang pesat, tingginya pemakaian bahan bakar fosil dan laju deforestasi hutan-hutan alam yang semakin cepat menyebabkan daya pelepasan CO2 dari sumber-sumber emisi lebih tinggi dibandingkan dengan daya tambatnya (Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
Karbondioksida dilepaskan dari tanah melalui respirasi tanah, termasuk tiga proses biologi, yaitu respirasi mikroba, respirasi akar, dan respirasi hewan, dan 1 proses non-biologi, yaitu oksidasi kimia yang dapat terjadi pada suhu tinggi.
Pada respirasi akar, sumber C adalah hasil dari fotosintesis dan di translokasikan ke akar, sementara pemupukan dan residu akar menyediakan karbon untuk respirasi mikroba dalam tanah (Rastogi, 2002).
Agus (2007), menyatakan bahwa sekitar separoh dari 200 t C/ha yang dikandung biomassa di atas permukaan tanah, karena dijadikan papan dan plywood, akan bertahan, sedangkan separoh lainnya yang terdiri dari cabang dan ranting pohon serta pohon yang masih kecil seringkali dibakar. Seiring dengan itu lebih dari 10 cm lapisan atas tanah gambut juga ikut terbakar. Dalam 10 cm tanah gambut terkandung sekitar 60 t C/ha. Dengan demikian sekitar 160 t C atau 587 t CO2/ha akan teremisi dalam proses pembukaan hutan gambut. Dengan demikian pengurangan emisi CO2 dari lahan gambut pada dasarnya adalah melalui: (1) menghindari deforestasi hutan gambut, dan (2) memperbaiki sistem pengelolaan lahan.
Efek rumah kaca merupakan 4 isu ekologi utama secara global termasuk:
(1) keseimbangan sumber daya lahan untuk generasi saat ini dan yang akan datang, (2) peran tanah dan kegiatan pertanian dalam emisi gas rumah kaca, (3) potensi pengelolaan sisa tanaman, restorasi tanah yang terdegradasi, dan konservasi pengolahan tanah dalam penambatan karbon pada tanah, dan (4) meminimumkan resiko degradasi tanah melalui peningkatan kualitas tanah. Tiap tahun peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfer adalah 3.2 x 1015 g dan ada potensi untuk mitigasi pengaruhnya melalui penambatan C dalam tanah (Lal, 1997).
2.2.3. Gas N2O
Dinitrogen oksida (N2O) adalah gas yang dihasilkan melalui proses nitrifikasi dan denitrifikasi nitrogen dalam tanah. N2O dihasilkan dari proses nitrifikasi yang merupakan proses aerobik baik dilakukan oleh jasad renik autotrop maupun heterotrop di dalam tanah. Proses nitrifikasi berlangsung dua tahap secara terpisah, yaitu (1) oksidasi ammonia menjadi nitrit dengan hasil berupa hidroksida amin yang dilakukan oleh bakteri pengoksidasi ammonia
seperti Nitrosomonas sp, (2) oksidasi nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh bakteri pengoksidasi nitrit seperti Nitrobacter sp.
Denitrifikasi merupakan proses tahap akhir dalam siklus hara nitrogen dalam suasana anaerobik dimana nitrogen yang terfiksasi dikembalikan ke atmosfer dalam bentuk N2. Banyak jasad renik denitrifikasi heterotropik menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron utama untuk memperoleh energi dari senyawa organik ketika kandungan oksigen tersedia dalam tanah rendah.
Beberapa jasad renik denitrifikasi autotropik bisa memperoleh energi dengan menggunakan nitrat untuk proses oksidasi senyawa anorganik. Namun sumber terbentuknya N2O terpenting terjadi pada proses denitrifikasi heterotropik melalui tahapan-tahapan berikut:
NO3-→ NO2-→ NO → N2O → N2
Berikut ini merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi dan denitrifikasi:
Tabel 1. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi dan denitrifikasi Nitrifikasi Denitrifikasi
Tersedianya
substrat NH4+, urea, asam amino
NO3-
Konsentrasi O2 Tinggi Rendah
Penurunan karbon Tidak berpengaruh Tinggi (sumber energi) Kelembaban Sedang (30-70%) Tinggi (55-100%)
Suhu tanah Tinggi Tinggi
pH > 5 Rendah (< 5)
Sumber: Machefert et al., (2002)
Konsentrasi N2O di atmosfer relatif kecil hanya sekitar 319 ppbv. Waktu tinggalnya yang lama di atmosfer (114 tahun) dan potensi pemanasan globalnya yang 296 kali lebih besar dibanding CO2menjadikan gas ini sebagai objek penting untuk diturunkan konsentrasinya. N2O dihasilkan dalam proses nitrifikasi yang bersifat oksidatif, jika dalam suasana sangat reduktif, lahan sawah dapat menjadi tempat penyerapan (sink) N2O (Agus dan Irawan, 2004 dalam Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
Emisi N2O umumnya dihasilkan akibat penggunaan pupuk yang mengandung nitrogen pada sistem pertanaman kering. Pemakaian pupuk nitrogen
yang tidak tepat sasaran sangat besar pengaruhnya terhadap pembentukan N2O (Setyanto, 2008). Diperkirakan antara 1-2% pupuk nitrogen yang diberikan ke tanaman terurai menjadi N2O. Cara mengurangi emisi N2O adalah dengan penggunaan pupuk N lambat urai, pembenaman pupuk dekat ke lapisan perakaran, dan pemberian pupuk N sesuai takaran yang dibutuhkan tanaman (Wihardjaka dan Setyanto, 2007).
Machefert et al., (2002), menyatakan bahwa emisi N2O tertinggi dihasilkan dari lahan pertanian dibandingkan hutan dan padang rumput. Faktor utama yang mempengaruhi adalah ketersediaan mineral nitrogen, suhu tanah, kadar air tanah, dan tersedianya senyawa organik. Kadar bahan organik tanah sangat mempengaruhi emisi CH4, CO2, dan N2O, dan pH tanah sangat mempengaruhi penguapan NH3 (Li, 1998) yang akan teroksidasi membentuk N2O. Pergantian N dan N2O berlangsung cepat pada waktu kering yang akan mengakibatkan berkurangnya CH4 (Lantin et al., 1998). Volatilisasi pupuk N sebagai N2, N2O, NO, dan NH3 adalah keadaan yang biasa. N2O dibentuk dalam tanah saat pelepasan N dan juga diproduksi selama dekomposisi sisa tanaman, proses tersebut tergantung pada tingkat pelepasan N dan ketersediaan C dalam tanah. Emisi N2O dari tanah meningkat 16% antara tahun 1990 dan 2000 dan pupuk N berkontribusi sekitar 4% (Verge´ et al., 2007).
2.5.Kandungan Karbon pada Tanaman
Dari 188 juta ha total luas daratan Indonesia, sekitar 20 juta ha di antaranya adalah lahan gambut. Gambut di Sumatera mempunyai kedalaman antara 0.5 sampai lebih dari 12 m, dan cadangan karbonnya mencapai 22.3 Gt dan di Kalimantan cadangan karbon lahan gambut sekitar 11.3 Gt. Untuk seluruh Indonesia cadangan karbon gambut diperkirakan mencapai 37 Gt (Agus, 2007).
Setyanto et al., (2007), menyatakan bahwa penanaman padi gogo di antara tanaman karet muda dan di antara tanaman kelapa sawit muda diperkirakan berfungsi sebagai sink gas CH4, karena tanah mengandung bakteri metanotropik yang mampu menyerap gas CH4. Sementara, gas CH4 dihasilkan oleh rawa-rawa disekitarnya yang umumnya gambut (source); lahan perkebunan disekitarnya berfungsi sebagai sink.
Menurut Agus (2007), jika lahan gambut dijadikan kebun kelapa sawit, dalam 15 sampai 25 tahun akan terjadi penambatan (sequestration) sekitar 367 t CO2atau setara dengan 100 t C/ha dalam bentuk pohon sawit. Untuk kebun sawit yang mempunyai kedalaman drainase rata-rata 80 cm, terjadi emisi CO2 sekitar 73 t/ha/tahun atau 1820 t/ha/25tahun. Jadi net emisi CO2selama 25 tahun (dengan memperhitungkan penambatan CO2 sebanyak 367 t/ha/25 tahun) adalah sekitar 1453 t/ha. Jumlah emisi CO2 dalam satu siklus kelapa sawit selama 25 tahun ini, lebih dari dua kali emisi yang terjadi sewaktu pembukaan hutan yang besarnya sekitar 587 t/ha.
Lahan gambut menyimpan karbon pada biomassa tanaman, seresah di bawah hutan gambut, lapisan gambut dan lapisan tanah mineral di bawah gambut (substratum). Dari berbagai simpanan tersebut, lapisan gambut dan biomassa tanaman menyimpan karbon dalam jumlah tertinggi. Lahan gambut menyimpan karbon yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tanah mineral. Di daerah tropis karbon yang disimpan tanah dan tanaman pada lahan gambut bisa lebih dari 10 kali karbon yang disimpan oleh tanah dan tanaman pada tanah mineral (Agus dan Subiksa, 2008).
Karbon adalah bahan dasar penyusun semua senyawa organik.
Pergerakannya dalam suatu ekosistem bersamaan dengan pergerakan energi melalui zat kimia lain; karbohidrat dihasilkan selama fotosintesis dan CO2
dibebaskan bersama energi selama respirasi. Dalam siklus karbon, proses timbal balik fotosintesis dan respirasi seluler menyediakan suatu hubungan antara lingkungan atmosfer dan lingkungan terestrial. Tumbuhan mendapatkan karbon dalam bentuk CO2dari atmosfer melalui stomata daun dan menggabungkannya ke dalam bahan organik biomassanya sendiri melalui proses fotosintesis. Sejumlah bahan organik tersebut kemudian menjadi sumber karbon bagi konsumen.
Respirasi oleh semua organisme mengembalikan CO2 ke atmosfer (Campbell et al., 2004 dalam Notonegoro, 2008).
Wikipedia (2009), menyatakan bahwa siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui).
Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon tanah (soil carbon)), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil).
Pergerakan tahunan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.
Neraca karbon global adalah kesetimbangan pertukaran karbon (antara yang masuk dan keluar) antar reservoir karbon atau antara satu putaran (loop) spesifik siklus karbon (misalnya atmosfer - biosfer). Analisis neraca karbon dari sebuah kolam atau reservoir dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau reservoir berfungsi sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon dioksida.
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Kebun Percobaan Balai Penelitian Lingkungan Pertanian (Balingtan) di Jakenan, Pati, Jawa Tengah pada bulan Februari-Juli 2009.
3.2.Bahan dan Alat
Bahan
Benih padi varietas Punggur
Gas N2, H2, udara tekan dan gas standar CH4, CO2, N2O
Aquades
Bahan amelioran, yaitu pupuk silikat, pupuk kandang, dolomit
Pupuk N, pupuk P2O5, pupuk K2O
Alat-alat
Boks penangkap gas secara manual.
Boks penangkap gas secara otomatis.
Jarum suntik.
Eh (alat ukur potensial redoks tanah) dan pH meter.
Elektroda
Kromatografi Gas
Komputer
Tanur pembakar dan cawan.
Grinder 3.3. Pelaksanaan Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Kebun Percobaan Balai Penelitian Lingkungan Pertanian (Balingtan) di Jakenan, Pati, Jawa Tengah. Pengambilan data di Kebun Percobaan Balai Penelitian Lingkungan Pertanian (Balingtan) di Jakenan, Pati, Jawa Tengah dilakukan 1 minggu sekali. Percobaan dilakukan dengan menggunakan mikroplot berukuran 1.5 m x 1.5 m x 1 m yang telah terisi oleh tanah gambut yang telah diambil pada penelitian sebelumnya. Untuk menghindari
terjadinya pencampuran tanah penelitian dengan tanah disekitarnya, mikroplot tersebut dilapisi plastik sampai pada batas pematang dan penampang kayu dibuat lebih tinggi dari tanah sekitar. Berikut adalah skema mikroplot yang digunakan selama penelitian :
plastik
penampang kayu 0.3 m
0.8 m permukaan tanah
1.5 m
Gambar 1. Mikroplot Untuk Penanaman Padi
Dua belas mikroplot tersebut berisi tanah gambut dengan kedalaman 80 cm yang selanjutnya disusun dalam perlakuan bahan amelioran, yaitu :
1. Tanpa amelioran
2. Dolomit dengan dosis 2 ton/ha 3. Pupuk silikat 1 ton/ha
4. Pupuk kandang 2 ton/ha
Gambar 2. Skema Penyusunan Perlakuan di Mikroplot
Semua perlakuan bahan amelioran diberikan 8 hari sebelum tanam.
Perlakuan disusun dengan rancangan acak kelompok yang diulang tiga kali.
Mikroplot tersebut ditanami padi varietas Punggur dengan jarak tanam 20 cm x 20
1 4 2 3
3 2 4 1
4 1 3 2
III
II
I
U
cm. Bibit padi ditanam pada umur 21 hari setelah sebar (HSS). Masing-masing titik persemaian ditanami 2-3 benih padi. Pemupukan diberikan berkala dengan dosis pupuk sama untuk semua perlakuan, yaitu 90 kg N + 60 kg P2O5 + 60 kg K2O/ha. Pupuk N dan K diberikan 3 kali, yaitu 1/3 bagian saat tanaman berumur 5 hari setelah tanam (HST), 1/3 bagian saat tanaman berumur 21 hari setelah tanam (HST), dan sisanya pada 42 HST. Pupuk P (P2O5) dalam bentuk SP36 diberikan sekali pada saat 8 hari sebelum tanam bersamaan dengan pemberian bahan amelioran. Hara mikro (Zn) diberikan jika tanaman menunjukkan gejala kahat atau gejala dimana warna daun pada tanaman padi menjadi kuning. Pengendalian hama dan penyakit dilakukan secara intensif. Pengendalian hama utama lainnya dilakukan dengan penyemprotan insektisida sesuai dengan jenis hama yang berkembang di lapangan. Berikut adalah susunan tanaman padi dalam mikroplot yang diambil sebagai parameter tanaman.
1 Keterangan:
1. Titik pengamatan parameter tanaman.
2. Potensial redoks (Eh).
3. Boks manual.
4 4. Boks otomatik.
3
1 2
Gambar 3. Susunan Tanaman Padi Gambut Dalam Mikroplot Data yang dikumpulkan selama penelitian adalah sebagai berikut :
1. Emisi CH4 yang diukur secara otomatik menggunakan Sistem Sampling Gas Otomatik. Pengukuran dilakukan 1 minggu sekali selama 24 jam yaitu dimulai dari pukul 6 pagi dan berakhir pukul 6 pagi keesokan harinya. Suhu otomatis dicatat setiap pukul 06.00 dan 12.00. Pengukuran suhu otomatis diperlukan dalam penghitungan fluks CH4 dan suhu yang digunakan adalah pada pukul
06.00 sebagai suhu minimum dan pukul 12.00 sebagai suhu maksimum.
Setiap mikroplot percobaan dipasang boks berukuran 1 m x 1 m x 1 m. Boks terbuat dari pleksiglas yang dilengkapi dengan pompa hidrolik untuk membuka menutupnya tutup boks secara otomatik. Di dalam boks tersebut dilengkapi 2 buah kipas elektrik (24 VDC) untuk mencampur gas atau udara dalam boks supaya homogen. Sampel udara dari dalam dihisap secara otomatik menuju alat kromatografi gas (GC), yang selanjutnya dianalisis konsentrasinya dengan menggunakan GC 8A Shimadzu yang dilengkapi dengan FID (Flame Ionisation Detector) dengan suhu kolom 75ºC dan suhu detektor 90ºC.
Gambar 4. Boks Otomatik Penangkap Gas CH4
2. Emisi CO2 dan N2O diukur secara manual setiap satu minggu sekali menggunakan sungkup atau boks dengan ukuran 40 cm x 60 cm x 40 cm yang dioperasikan secara manual. Boks diletakkan disela-sela tanaman di luar boks penangkap CH4 . Sampel gas diambil dengan jarum suntik ukuran 10 ml.
Pengambilan sampel CO2 dan N2O dilakukan pada pukul 6 pagi. Untuk mendapatkan kurva perubahan konsentrasi gas CO2dan N2O, setiap mikroplot diambil 4 sampel gas dengan waktu pengambilan gas CO2(interval waktu 15 menit) pada menit ke- 15, 30, 45, dan 60. Sedangkan untuk pengambilan sampel gas N2O (interval waktu 20 menit) dilakukan pada menit ke- 20, 40, 60, 80. Perubahan suhu dalam boks selalu dicatat pada menit saat pengambilan sampel dan tinggi ruang boks (head space) pada awal pengambilan sampel. Sampel gas CO2 dan N2O dianalisa dengan
menggunakan GC Shimadzu 14A dengan suhu injektor 100ºC, kolom 100ºC, detektor 150ºC untuk sampel gas CO2 dan dilengkapi dengan detektor TCD (Thermal Conductivity Detector) dan untuk sampel gas N2O dengan suhu injektor 150ºC, kolom 60ºC, detektor 320ºC dan dilengkapi dengan detektor ECD (Electron Capture Detector) langsung setelah pengambilan sampel gas dari mikroplot.
Gambar 5. Boks Manual
3. Data parameter tanaman padi meliputi tinggi tanaman dan jumlah anakan yang diamati setiap 2 minggu sekali setelah tanam pindah sampai panen.
4. Data perubahan potensial redoks tanah (Eh) dan pH diukur dengan Eh dan pH meter bersamaan dengan pengambilan sampel gas CH4 yang dilakukan setiap 1 minggu sekali. Elektroda gelas diletakkan pada tengah-tengah perakaran rumpun padi sampai pada kedalaman 15 cm. Peletakkan elektroda di tengah perakaran dimaksudkan untuk mengetahui kondisi kapasitas oksidasi akar tanaman (root oxidizing power).
Gambar 6. Alat Eh dan pH meter
5. Komponen hasil tanaman yang diukur adalah berat biomassa (atas dan bawah), jumlah malai, berat gabah panen, berat 1000 butir gabah, persentase gabah hampa dan gabah isi, serta kandungan karbon pada tanaman padi dan gulma.
6. Pengukuran kandungan C pada tanaman (akar, jerami, gabah, dan gulma) dilakukan dengan mengeringkan sampel tanaman hingga kadar air ± 2%
menggunakan oven pengering. Biomassa yang telah kering kemudian dihancurkan menggunakan mesin grinder hingga berbentuk serbuk. Berikut adalah proses pengukuran kandungan C selanjutnya (Yulianto, 2008):
Biomassa tanaman yang telah dihaluskan kemudian ditimbang, lalu ditempatkan dalam cawan yang telah ditimbang bobotnya.
Pemanasan dilakukan dalam tanur pembakar sampai 105ºC (menggunakan tanur pembakar 200ºC).
Gambar 7. Tanur Pembakar 200ºC
Setelah didinginkan, cawan dan sampel biomassa ditimbang untuk mengetahui bobot yang hilang setelah pembakaran.
Cawan dan sampel kemudian dimasukkan kembali ke dalam tanur pembakar hingga tanur bersuhu 700ºC (menggunakan tanur pembakar 900ºC), dan sampel telah berubah menjadi abu.
Gambar 8. Tanur Pembakar 900ºC
Cawan dan sampel ditimbang kembali untuk mengetahui kadar C yang tertinggal dalam tanaman.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini untuk mengetahui besarnya karbon yang dikandung oleh tanaman sangat sederhana. Biomassa tanaman yang telah dihaluskan dikeringkan dan diabukan dalam tanur pembakar. Analisis kandungan karbon pada tanaman dilakukan pada setiap plot, hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan keakuratan data kandungan karbon pada masing-masing perlakuan.
Berikut ini adalah bagan alir kegiatan penelitian serta kegiatan analisis kandungan karbon pada tanaman:
Gambar 9. Bagan Alir Kegiatan Penelitian Hasil analisis dari
Kromatografi Gas
Sampel gas dianalisis dengan Kromatografi Gas
Pengambilan sampel gas CH4, CO2, dan N2O setiap 1 minggu sekali
Penanaman dan pemeliharaan Mikroplot diisi dengan tanah gambut
Pembuatan mikroplot
Gambar 10. Bagan Alir Kegiatan Analisis Kandungan Karbon pada Tanaman
Untuk menganalisis karbon organik dari sampel tanaman yang telah diambil menggunakan rumus sebagai berikut (Yulianto, 2008):
C-Organik (%) =
A C
D
C : 1.724 * 100
Keterangan:
A : Bobot Cawan Kosong (g).
B : Bobot Cawan Kosong + Contoh (g).
Biomassa yang telah dihaluskan ditimbang lagi
Biomassa diletakkan di cawan kemudian dimasukkan ke dalam tanur pembakar 2000C
Biomassa dan cawan ditimbang bersamaan
Biomassa dan cawan dimasukkan Kembali ke tanur pembakar 9000C
Biomassa dan cawan ditimbang
Hasil timbangan=kadar C
C : Bobot Cawan Kosong + Contoh setelah dipanasi dengan suhu 105°C (g).
D : Bobot Cawan Kosong + Contoh setelah dipanasi dengan suhu 700°C (g).
1.724 : Faktor Koreksi ( kadar C 58% mudah teroksidasi)
Nilai 1.724 diperoleh dari hasil perhitungan , nilai 58% merupakan kandungan karbon pada tanah yang mudah teroksidasi sehingga tanaman tidak mungkin memiliki kandungan karbon melebihi 58%.
3.4. Pengolahan Data Emisi
Gas CH4 yang diambil secara otomatik dan CO2 dan N2O yang diambil secara manual kemudian dihitung dengan menggunakan persamaan rumus berikut:
E =
× × ×
( . . )E = Emisi gas CH4dan CO2(mg/m2/hari) sedangkan N2O (µg/m2/hari)
dc/dt = Perbedaan konsentrasi CH4, CO2dan N2O per waktu (ppm/menit)
Vch = Volume boks (m3) Ach = Luas boks (m2)
mW = Berat molekul CH4, CO2dan N2O (g)
mV = Volume molekul CH4, CO2dan N2O (22.41 L)
T = Temperatur rata-rata selama pengambilan sampel (ºC) 3.5. Analisis Data
Data parameter-parameter tanaman dianalisis dengan menggunakan ANOVA (analysis of varian). Perbedaan dari masing-masing nilai tengah akan ditentukan dengan menggunakan uji Duncan pada P = 0.05. Analisis statistik menggunakan software SAS (system analysis statistic) versi 6.01.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.Emisi Gas Rumah Kaca pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran
Gas rumah kaca yang dihasilkan dari lahan pertanian terutama lahan pasang surut mempunyai kontribusi dalam pemanasan global. Pemberian bahan amelioran pada tanah gambut dimaksudkan untuk menekan emisi yang dihasilkan dari lahan tersebut. Penelitian tentang “Neraca Karbon pada Pengelolaan Padi Gambut” ini dilakukan di Balingtan, tepatnya di Jakenan, Pati-Jawa Tengah.
Lokasi penelitian secara geografis terletak pada koordinat 6° 45’ LS dan 111° 40’
BT serta beriklim D menurut klasifikasi Schmidt dan Ferguson dengan curah hujan rata-rata kurang dari 1600 mm/tahun.
4.1.1. Emisi Gas CH4
Lahan sawah pasang surut banyak mengandung bahan organik yang dapat dimanfaatkan oleh bakteri metanogen untuk pembentukan CH4. Selain itu, kondisi lahan yang selalu tergenang (anaerobik) mendukung aktivitas bakteri metanogen untuk mendekomposisi bahan organik tersebut dalam proses pembentukan CH4.
Menurut Wassman et al., (2000), pengairan secara terus menerus dan pemberian pupuk anorganik memberikan nilai emisi yang bervariasi dari 15 sampai 200 kg CH4/ha/musim. Pada suhu rendah membatasi emisi CH4di daerah iklim sedang dan subtropik seperti di Cina Utara dan India Utara. Perbedaan pada daerah beriklim sedang (sampai iklim tropika) mengindikasikan bahwa pentingnya karakteristik tanah dalam mempengaruhi potensi emisi CH4. Neue dan Roger (1994), menyatakan bahwa suhu dan pH tanah tidak membatasi proses metanogenesis tetapi mengontrol intensitasnya.
Varietas padi yang digunakan dalam penelitian ini adalah pungur. Punggur merupakan varietas yang baik ditanam pada lahan potensial, gambut, dan sulfat masam (Suprihatno et al., 2007). Kondisi tanaman padi pada fase awal pertumbuhan terlihat sehat walaupun berada dalam boks penangkap gas. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Tanaman Padi di dalam Boks Penangkap Gas
Lokasi pengukuran emisi CH4 dilakukan di Kebun Percobaan Balai Penelitian Lingkungan Pertanian (Balingtan), Jakenan, Pati, Jawa Tengah.
Pengukuran dimulai pada 11 hari sebelum tanam pindah, tanam pindah dilakukan pada tanggal 1 Maret 2009. Pengukuran tersebut dimaksudkan untuk mengetahui besarnya emisi sebelum tanam sampai dengan panen.
Gambar 12. Lokasi Pengukuran Emisi CH4
Tanah gambut yang ditanami tanaman padi varietas punggur ini diberikan perlakuan penambahan amelioran yang berbeda dan mempunyai pola fluktuasi emisi CH4 harian yang sangat beragam mulai dari awal pertumbuhan sampai panen (Gambar 13). Perbedaan tersebut mungkin dipengaruhi oleh kandungan amelioran pada setiap perlakuan yang berpotensi menekan emisi gas CH4. Selain itu, pemberian amelioran juga dapat mengatasi tingginya kemasaman tanah dan buruknya kesuburan tanah.
Gambar 13.
Gambar 14.
Dari grafik fluks CH
keempat perlakuan mempunyai pola fluktuasi yang hampir seragam antar masing masing perlakuan. Fluks CH
mengalami peningkatan pada awal masa pertumbuhan (fase vegetatif) dan menurun ketika tanaman memasuki fase reproduktif hingga menjelang panen.
Gambar 13. Fluks CH4pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut
Gambar 14. Fluks Kumulatif CH4pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut
fik fluks CH4 terlihat pada fase-fase pertumbuhan tanaman dari keempat perlakuan mempunyai pola fluktuasi yang hampir seragam antar masing masing perlakuan. Fluks CH4 dari keempat perlakuan tersebut cenderung mengalami peningkatan pada awal masa pertumbuhan (fase vegetatif) dan menurun ketika tanaman memasuki fase reproduktif hingga menjelang panen.
pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada
pada Setiap Pemberian Bahan Amelioran pada Pertanaman Padi di Tanah Gambut
fase pertumbuhan tanaman dari keempat perlakuan mempunyai pola fluktuasi yang hampir seragam antar masing-
dari keempat perlakuan tersebut cenderung mengalami peningkatan pada awal masa pertumbuhan (fase vegetatif) dan menurun ketika tanaman memasuki fase reproduktif hingga menjelang panen.
