I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perubahan dramatis paradigma pemanfaatan sumberdaya alam yang terjadi sejak tahun 80-an telah memperkenalkan konsep pembangunan berkelanjutan. Konsep ini berdampak kepada peningkatan kepedulian terhadap pentingnya memelihara kelestarian ekosistem dan kualitas lingkungan dalam pemanfaatan sumberdaya alam. Upaya pemecahan persoalan produksi dan produktivitas pertanian oleh karena itu harus diimbangi dengan upaya pelestarian fungsi sumberdaya alam dan lingkungan.
Sebagian besar lahan sawah di Indonesia sementara itu berkadar bahan organik rendah (C-organik < 2%) sebagai akibat intensitas penanaman terus-menerus dengan penggunaan pupuk anorganik dan sebagian besar hasil panen (jerami) diangkut keluar, serta tidak ada penambahan bahan organik yang lain (Karama, 2001; Syamsiyah dan Mujiyo, 2006). Rata-rata bahan organik tanah sawah di Palur Sukoharjo 1,96% (Mujiyo dan Syamsiyah 2006). Kandungan C-organik rendah merupakan ciri khas tanah-tanah di daerah tropika yang disebabkan oleh tingginya suhu dan laju dekomposisi, serta kurangnya pengembalian bahan organik ke dalam tanah (Sanchez, 1976).
Salah satu usaha untuk mengatasi degradasi lahan sawah berkadar bahan organik rendah, petani di Indonesia mengimplementasikannya dengan sistem padi sawah organik, yang salah satu komponen utamanya adalah dengan penggunaan pupuk (bahan) organik. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan pupuk organik pada tanah sawah ternyata meningkatkan produksi gas
metana (CH4). Rangkaian proses dekomposisi bahan organik melalui proses oksidasi-reduksi akan diakhiri dengan pembentukan CO2 dan CH4(Le Mer and Roger, 2001; Nieder and Benbi, 2008). Bahan organik berpengaruh tidak langsung terhadap peningkatan emisi metana melalui peranannya menurunkan potensial redoks (Eh) tanah. Produksi metana dalam tanah akan meningkat seiring penurunan Eh dibawah -100 mV (Hou et al., 2000; Li, 2007).
CH4 merupakan salah satu emisi GRK dari tanah sawah dan berpotensi menyebabkan global warming karena dapat menyerap radiasi infra-merah. Potensi pemanasan global (GWP = global warming potential) CH4 dapat mencapai 10x (sepuluh kali) lebih besar dari pada potensi pemanasan global oleh CO2(Boeckx and Cleemput, 1996). Nieder and Benbi (2008) sementara itu menyampaikan bahwa CH4 mempunyai kemampuan memancarkan panas 21x (dua puluh satu kali) lebih tinggi dari pada CO2.
Sektor pertanian merupakan penyumbang terbesar emisi CH4 dan N2O, sebesar 59% pada tahun 1990, dan diperkirakan 57% pada tahun 2020 (USEPA, 2006). Emisi CH4menyumbang 20% dari total emisi gas rumah kaca (Inubushi et
al., 2001). Adachi et al. (2006) menyatakan 7% dari total emisi gas rumah kaca
adalah emisi CH4 yang berasal dari ekosistem padi sawah. Reddy and DeLaune (2008) sementara itu menyebutkan bahwa emisi metana global sebesar 5.108ton tahun-1, dan tanah sawah menyumbang 5.107ton tahun-1atau sebesar 10% nya.
Petani di Desa Sukorejo, Kecamatan Sambirejo, Kabupaten Sragen, telah melaksanakan sistem padi sawah organik sejak tahun 2001, dan sudah disertifikasi oleh INOFICE (Indonesian Organic Farming Certification) sebagai penghasil
pangan organik untuk ruang lingkup beras organik pada tahun 2008. Penggunaan pupuk hanya dari pupuk kandang sapi sebanyak 8 ton ha-1 pada tahun-tahun pertama, kemudian hanya 2 ton ha-1pada tahun-tahun berikutnya dengan beberapa penambahan masukan kompos jerami, penggunaan Azolla, hormon organik (campuran madu dan susu). Beberapa varietas padi yang ditanam adalah IR-64, mentik dan beras merah dengan rata-rata hasil gabah kering panen (GKP) 7,5 – 8,5 ton ha-1(Sutrisno, 2009).
Syamsiyah et al. (2010), Mujiyo et al. (2010) dan Hartati et al. (2010) menyampaikan salah satu kendala yang dihadapi dalam melaksanakan sistem padi sawah organik di daerah penelitian adalah keberlanjutan penyediaan pupuk organik. Kendala lainnya beberapa petani belum merasa puas kalau tanaman hanya dipupuk dengan pupuk kandang (pupuk kandang sapi), karena tanaman tidak segera tumbuh subur, tidak tampak hijau, dan jumlah anakan sedikit. Petani akhirnya masih menggunakan pupuk kimia, dan yang biasa digunakan adalah pupuk Urea, agar supaya tanaman cepat tumbuh subur.
Lahan pertanian yang telah dinilai sebagai salah satu penghasil emisi GRK, akan menimbulkan polemik pro-kontra terhadap keberlanjutan pengelolaan lahan pertanian, dan akan berdampak pula terhadap penurunan manfaat sistem pertanian. Kebiasaan beberapa petani yang masih menggunakan pupuk kimia (Urea) juga merupakan kendala bagi keberlanjutan standar produksi beras organik, sehingga perlu mendapat perhatian dan jalan pemecahan masalahnya. Salah satu strategi yang dapat diterapkan untuk mengatasi kedua permasalahan tersebut sekaligus adalah dengan penggunaan Azolla.
Azolla dapat ditanam bersama-sama dengan tanaman padi, mampu menghasilkan biomassa yang besar dalam waktu singkat, mempunyai kemampuan menambat N2 udara, sehingga selain sebagai sumber bahan organik dapat digunakan juga sebagai pupuk N, teknik ini lebih mudah dan murah untuk diaplikasikan ke lapangan (Arifin, 1996), serta efek penggunaannya dapat menurunkan emisi CH4dari lahan sawah, karena Azolla dapat memacu oksidasi CH4(Bharati et al., 2000; Prasanna et al., 2002; Sasa et al., 2003).
B. Perumusan Masalah
Ciri khas dari sistem padi sawah organik adalah penggunaan pupuk (bahan) organik yang lebih tinggi dari pada sistem padi sawah konvensional/kimia maupun semi organik. Penggunaan pupuk organik akan meningkatkan kandungan bahan organik tanah, dan berdampak kepada perubahan sifat fisika, kimia dan biologi tanah. Bahan organik akan meningkatkan produksi CH4 melalui pengaruhnya terhadap penurunan Eh dan penyediaan sumber C. Penelitian pengukuran CH4oleh karena itu perlu dilakukan untuk mengetahui berapa potensi produksi (potensi emisi) CH4dari tanah sawah organik. Pengukuran potensi emisi CH4dapat dilakukan dengan cara inkubasi sampel tanah di laboratorium.
Azolla dapat dimanfaatkan untuk budidaya padi sawah organik sebagai sumber bahan organik dan pupuk N, dan untuk menurunkan emisi CH4. Penelitian percobaan penanaman padi sawah organik dengan menggunakan Azolla oleh karena itu perlu dilakukan untuk mengetahui bagaimana peranan Azolla terhadap sifat/kesuburan tanah, pertumbuhan dan hasil tanaman padi, dan emisi CH4. Percobaan penanaman padi sawah organik dengan menggunakan pupuk kandang
sapi (kebiasaan petani) dan Azolla sebagai pupuk organik (dibenamkan) maupun sebagai inokulum (ditumbuhkan bersama dengan tanaman padi) diharapkan dapat dapat memperbaiki sifat tanah, meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman padi, dan menurunkan emisi CH4.
Azolla mempunyai kandungan C/N rasio rendah, yang apabila diaplikasikan sebagai pupuk organik akan menghasilkan emisi CH4lebih rendah dibandingkan dengan pupuk organik dengan C/N rasio lebih tinggi. Azolla yang diaplikasikan sebagai inokulum akan meningkatkan konsentrasi oksigen dan kemungkinan juga konsentrasi nitrat dan nitrit di dalam air genangan sawah. Oksigen, nitrat dan nitrit terlarut merupakan agen pengoksidasi CH4, dengan demikian akan mengurangi jumlah CH4yang diemisikan.
C. Tujuan Penelitian
a. Mengetahui perbedaan sifat tanah dan emisi CH4 pada lahan sawah organik, semi organik dan konvensional, dan mengetahui sifat tanah yang menentukan potensi emisi CH4.
b. Mengetahui pengaruh pupuk kandang sapi, pupuk Azolla (dibenamkan), inokulum Azolla (ditumbuhkan bersama tanaman padi) dan kombinasinya terhadap sifat tanah, pertumbuhan dan hasil tanaman padi, dan emisi CH4. c. Menentukan rekomendasi penggunaan dan cara aplikasi pupuk kandang sapi
dan Azolla yang dapat memperbaiki sifat tanah, meningkatkan hasil tanaman padi, dan menurunkan emisi CH4.
D. Manfaat Hasil Penelitian
1. Menemukan teknologi pemanfaatan Azolla sebagai sumber bahan organik dan pupuk N untuk melengkapi dan atau mengganti pupuk kandang sapi pada budidaya padi sawah organik. Upaya reklamasi lahan berkadar bahan organik rendah dengan menggunakan Azolla dapat dilakukan secara berkelanjutan yang meminimalkan emisi GRK CH4dan menjaga produktivitas tanaman.
2. Hasil penelitian akan memberikan dampak optimalisasi faktor produksi untuk menghasilkan produk pertanian (beras) yang memenuhi aspek kuantitas dan kualitas secara berkelanjutan dan mencapai ketahanan pangan bagi bangsa Indonesia.
E. Kebaruan dan Keaslian Penelitian
Kebaruan penelitian dibandingkan hasil penelitian sebelumnya adalah sebagai berikut;
1. Lokasi penelitian di lahan padi sawah organik, yang sudah disertifikasi oleh INOFICE (Indonesian Organic Farming Certification) pada tahun 2008, sementara itu percobaan oleh Bharati et al. (2000) dilaksanakan bukan di lahan sawah organik yang dicirikan masih menggunakan pupuk Urea.
2. Penelitian pada tahap karakterisasi tanah dan lahan akan mencari faktor penentu emisi CH4. Pengukuran emisi CH4melalui penentuan potensi produksi dan oksidasi CH4dengan cara inkubasi sampel tanah di laboratorium. Sampel tanah berasal dari sawah organik, semi organik, konvensional, dan hutan jati. Joulian et al. (1996) mengukur potensi produksi CH4 pada tanah yang diberi berbagai sumber C. Oelbermann and Schiff (2008) dan Liu et al. (2011)
menggunakan sampel tanah yang mempunyai kandungan C-organik rendah dan tinggi untuk mengetahui perbedaan produksi CH4.
3. Penelitian oleh Bharati et al. (2000) ada perlakuan yang menggunakan Urea dan tidak ada yang hanya dengan inokulum Azolla, sedangkan penelitian yang dilakukan ini tidak ada yang menggunakan Urea, melainkan dengan pupuk kandang sapi, dan ada perlakuan yang hanya menggunakan inokulum Azolla. Penelitian oleh Bharati et al. tersebut menghubungkan antara emisi metana dengan oksigen terlarut pada air genangan, sementara itu penelitian ini selain menghubungkan emisi metana dengan oksigen terlarut tersebut, juga menghubungkan emisi metana dengan konsentrasi nitrat dan nitrit pada air genangan, dan dihubungkan dengan fenomena nitrate and nitrite methane
oxidation (Slonczewski, 2009;Ettwiget al., 2010).
4. Penelitian oleh Sasa et al. (2003) menggunakan Azolla dan mengintegrasikan dengan menggunakan ikan pada padi sawah (sistem minapadi), sedangkan penelitian yang dilakukan ini tidak menggunakan ikan.
Penelitian ”Emisi Metana pada Lahan Padi Sawah Organik di Sragen” ini belum pernah dilakukan oleh peneliti lain. Lingkup penelitian ini mengkaji karakteristik tanah pada lahan padi sawah organik, semi organik dan konvensional, dan hubungannya dengan emisi CH4, dan kemudian melakukan percobaan penanaman padi sawah organik di lingkungan terkontrol rumah kaca dan dilanjutkan di lapangan. Macam perlakuan menggunakan pupuk kandang sapi, pupuk Azolla, inokulum Azolla, dan kombinasinya.
Lokasi penelitian di Desa Sukorejo, Kecamatan Sambirejo, Kabupaten Sragen. Setyanto (2004) sementara itu pernah mengukur potensi produksi CH4 pada 1 sampel tanah di Desa Ngemplak, Kecamatan Sidoharjo, Kabupaten Sragen. Berikut ini beberapa penelitian yang sudah dilakukan oleh peneliti sebelumnya yang terkait dengan lingkup penelitian yang dilakukan:
No. Tahun Peneliti Lingkup Penelitian Hasil Penelitian 1. 1996 Joulian et al. Produksi CH4pada
inkubasi sampel tanah yang diberi berbagai macam sumber C
Tanah diberi algae (C/N 12) menghasilkan
produksi CH42 kali lebih tinggi dari pada
perlakuan kontrol tanpa pemberian sumber C, sementara itu pemberian jerami (C/N 40)
menghasilkan produksi CH48 kali lebih tinggi dari pada kontrol 2. 2000 Bharati et al. Penelitian
penanaman padi sawah dengan perlakuan pupuk Urea, pupuk Azolla, dan inokulum Azolla, dan pengaruhnya terhadap hasil padi dan emisi CH4
Inokulum Azolla mampu menurunkan emisi CH4, oleh mekanisme
pelepasan oksigen Azolla ke dalam tanah yang dapat mengurangi suasana reduksi. Azolla meningkatkan
konsentrasi oksigen terlarut pada air genangan. Penggunaan Azolla demikian juga meningkatkan hasil gabah yang tidak berbeda nyata dengan
penggunaan Urea. 3. 2002 Prasanna et al. Penggunaan Azolla
pada lahan sawah dan pengaruhnya terhadap emisi CH4
Azolla mampu memitigasi CH4dari tanah sawah dengan mekanisme Azolla tersebut menstimulir oksidasi CH4
No. Tahun Peneliti Lingkup Penelitian Hasil Penelitian 4. 2003 Sasa et al. Penggunaan Azolla
pada minapadi dan pengaruhnya terhadap
produktivitas dan emisi CH4
Takaran Azolla 2 ton ha-1 pada sistem minapadi dapat menekan emisi CH4dan meningkatkan hasil ikan dan padi 5. 2004 Setyanto Pengukuran potensi
produksi CH4dari lahan sawah pada berbagai jenis tanah di Jawa Tengah (17 jenis tanah)
Tingkat potensi produksi CH4pada 17 jenis tanah di Jawa Tengah berbeda-beda, dan dikelompokkan dalam kategori tinggi (>4.360 kg CH4ha-180 hari-1), sedang (4.360-2.332 kg CH4ha-180 hari-1), dan rendah (< 2.332 kg CH4ha-180 hari-1).
Potensi produksi CH4 pada tanah di Desa Ngemplak, Kecamatan Sidoharjo, Kabupaten Sragen sebesar 1.761 kg CH4ha-180 hari-1yang termasuk harkat rendah. 6. 2004 Setyanto Emisi CH4dan usaha
mitigasinya pada beberapa cara pengelolaan lahan sawah. Perlakuan percobaan meliputi varietas padi, cara irigasi, dan cara tanam.
Penggunaan varietas padi IR64, Memberamo, dan Way Apo Buru dapat menurunkan emisi CH4 antara 19,2% sampai dengan 60,2% dibandingkan dengan varietas Cisadane. Aplikasi irigasi dengan cara penjenuhan, selang-seling dan pulse dapat menurunkan emisi CH4 antara 27,1% sampai dengan 62,4% dibandingkan dengan cara digenangi terus menerus.
Penanaman dengan cara pindah tanam dapat menurunkan emisi CH4
No. Tahun Peneliti Lingkup Penelitian Hasil Penelitian antara 29,5% sampai dengan 35,9% dibandingkan dengan cara sebar benih langsung. 7. 2008 2011 Oelbermann and Schiff (2008) Liu et al. (2011) Produksi CH4pada inkubasi sampel tanah yang mengandung C-organik berbeda-beda
Tanah yang mempunyai C-organik tinggi juga menghasilkan rata-rata produksi CH4yang tinggi.
8. 2011 Ariani et al. Emisi CH4pada sawah yang
menggunakan pupuk organik (jerami dan pupuk kandang)
Perlakuan pupuk kandang menghasilkan emisi CH4lebih rendah dari pada perlakuan jerami.
