II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pemanasan Global

Transkripsi

1 3 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pemanasan Global Pemanasan global merupakan sebuah proses meningkatnya suhu muka bumi. Menurut Abdullah dan Khoiruddin (2009) pemanasan global diakibatkan oleh efek rumah kaca, yakni sebuah proses yang menyebabkan energi panas matahari yang diterima atmosfer dekat permukaan bumi lebih banyak dibandingkan dengan energi panas yang dilepaskan kembali keangkasa. Efeknya suhu muka bumi akan meningkat. Efek rumah kaca ini diakibatkan oleh gas rumah kaca (GRK). Gas rumah kaca merupakan gasgas yang tertimbun di atmosfer yang sifatnya menyerap radiasi gelombang panjang (sinar infra merah) dan menyebabkan naiknya suhu muka bumi. Energi panas yang masuk ke bumi 25% dipantulkan oleh awan dan partikel lain di atmosfer, 25% diserap awan, 45% diapsorpsi permukaan bumi, 5% dipantulkan kembali oleh permukaan bumi. Energi yang diapsorpsi, dipantulkan kembali dalam bentuk radiasi infra merah oleh awan dan permukaan bumi. Namun sebagian besar infra merah yang dipantulkan bumi tertahan oleh awan dan gasgas rumah kaca, sehingga infra merah tersebut dikembalikan kepermukaan bumi. Dalam keadaan normal, efek rumah kaca diperlukan. Dengan adanya efek rumah kaca perbedaan suhu antara siang dan malam tidak jauh berbeda (Abdullah dan Khoirudin, 2009). Naharia (2004) mengatakan pula bahwa, gas rumah kaca yang tersimpan di permukaan bumi secara langsung maupun tidak langsung akan menyebabkan perubahan iklim secara global. Pemanasan global yang disebabkan oleh adanya efek rumah kaca merupakan suatu fenomena, sehingga gelombang pendek radiasi matahari menembus atmosfer dan berubah menjadi gelombang panjang mencapai permukaan bumi. Setelah mencapai permukaan bumi, sebagian gelombang tersebut dipantulkan kembali ke atmosfer. Namun tidak seluruh gelombang panjang yang dipantulkan itu dilepaskan ke angkasa luar. Sebagian gelombang panjang dipantulkan kembali oleh lapisan gas rumah kaca di atmosfer ke permukaan bumi. Proses ini dapat berlangsung berulang kali, sementara gelombang yang masuk juga terus bertambah. Akibatnya terjadi akumulasi panas

2 4 di atmosfer. Kondisi ini persis seperti yang terjadi di rumah kaca yang digunakan dalam kegiatan pertanian dan perkebunan. Gasgas yang dapat bertindak seperti rumah kaca diatmosfer sehingga menyebabkan pemanasan global adalah; karbon dioksida (CO 2 ), karbon monoksida (CO), metana (CH 4 ), dinitrogen oksida (N 2 O), khloroflouro karbon (CFC) buatan manusia, dan uap air (H 2 O) (Abdullah dan Khoiruddin, 2009). Pemanasan global dapat menyebabkan berbagai dampak lingkungan, dampakdampak tersebut dapat berupa kekeringan berkepanjangan, banjir, angin topan, meningkatnya permukaan air laut, mengganggu kehidupan hewan liar bahkan terhadap kesehatan manusia (Abdullah dan khoiruddin, 2009) Gas Metana (CH 4 ) Gas CH 4 merupakan gas yang mudah terbakar dan menghasilkan CO 2 sebagai hasil sampingan. Gas CH 4 relatif mudah diuraikan dan diperkirakan memiliki masa hidup di atmosfer sekitar 10 tahun. Laju peningkatan CH 4 di atmosfer sekitar 0,9% pertahun (Abdullah dan Khoiruddin, 2009). Metana merupakan salah satu gas rumah kaca utama, yang dapat menyerap radiasi infra merah sehingga berkontribusi terhadap fenomena pemanasan global. Gas CH 4 bersamasama dengan CO 2, N 2 O, dan CFC dapat mengabsorbsi radiasi bumi pada panjang gelombang 714 μm yang bersifat panas sehingga mengakibatkan suhu permukaan bumi meningkat. Disamping itu gas CH 4 juga memiliki waktu tinggal 810 tahun dan dapat juga mempengaruhi proses reaksi kimia di atmosfer yang melibatkan metan oksidasi sebagai pengendali reaksi. Metana meningkat secara cepat dalam dua abad ini dan menduduki peringkat kedua setelah CO 2 sebagai GRK yang menyebabkan pemanasan global (Khalil et. al., 1991). Konsentrasi gas CH 4 yang terjadi di belahan bumi utara lebih tinggi dibandingkan dengan belahan bumi selatan. Hal ini disebabkan, sebagian besar kegiatan manusia lebih banyak berlangsung di belahan bumi utara, seperti yang terjadi pada tahun 1989 konsentrasi gas CH 4 di belahan bumi utara sekitar 1700 ppbv (part per billion volume) dan di belahan bumi selatan sekitar 1670 ppbv (Husin, 1994). Konsentrasinya meningkat dari tahun ke tahun dan telah berlipat

3 5 ganda selama 200 tahun terakhir (Bouwman, 1990). Konsentrasi gas CH 4 sebelum permukaan bumi didominasi oleh kegiatan manusia (200 tahun yang lalu) konsentrasi gas CH 4 hanya berkisar ppbv. Meningkatnya CH 4 dalam kurun waktu 200 tahun terakhir ini disebabkan oleh meningkatnya fluks (70%) (Khalil dan Rasmussen, 1985). Pawitan et. al (2008) mengungkapkan pula bahwa pada skala global konsentrasi CH 4 di atmosfer meningkat sekitar 1% setiap tahun. Konsentrasi CH 4 saat ini sebesar 1,72 ppm atau lebih dari dua kali lipat konsentrasi pada era pra industri yang besarnya 0,8 ppm. Lahan basah, termasuk lahan sawah menyumbang sekitar 1545% terhadap konsentarsi CH 4 di atmosfer, sedangkan sumbangan lahan kering sekitar 310%. Fluks gas CH 4 bertumpu pada kegiatan antropogenik, hampir 70% CH 4 berasal dari sumbersumber antropogenik dan sekitar 30% berasal dari sumbersumber alami. Padi sawah, ternak ruminan, pembakaran biomas, aplikasi kotoran hewan dan pemrosesan sampah organik menghasilkan CH 4. Aktivitas pertanian menyumbang dua per tiga dari CH 4 asal sumber antropogenik. Gas CH 4 dihasilkan secara biologis oleh aktivitas mikrob yaitu aktivitas bakteri metanogen melalui penguraian atau pembusukan bahanbahan organik yang terjadi pada lahan sawah dan fermentasi anterik pada ruminan. Gas CH 4 yang berasal dari tambang batubara dan kebocoran dalam sistem distribusi gas alam serta sumur minyak dan gas merupakan sumber antropogenik lainnya. Kemudian 30% fluks CH 4 yang berasal dari sumbersumber alami, sebagian besar merupakan lahanlahan yang tergenang secara alami (Suprihati, 2007). Metana yang dihasilkan sebagian besar akan dibebaskan ke atmosfer baik secara difusi melalui tanah maupun diflukskan oleh tanaman. Variasi pelepasan CH 4 dari suatu ekosistem sangat dipengaruhi oleh macam budidaya tanaman, komunitas mikrob, sifat tanah serta interaksinya. Mengetahui hubungan antara sifat tanah, sifat mikrob, dan CH 4 pada berbagai macam budidaya sangatlah penting sebagai dasar untuk memahami mekanisme yang terlibat dalam produksi CH 4 (Suprihati, 2007). Gas metana biasa terbentuk oleh aktivitas bakteri metanogen pada lingkungan anaerob dengan redoks potensial 220 volt. Menurut Conrad (1987) Selain lingkungan anaerob pembentukan CH 4 dipengaruhi pula oleh suhu, baik

4 6 suhu udara maupun suhu tanah. Keterkaitan pembentukan CH 4 dengan suhu lebih detail diungkapkan oleh Vogels et. al. (1988), ia mengungkapkan pada tanah sawah mayoritas bakteri metanogen yang telah diisolasi bersifat mesofilik, dimana aktivitas optimalnya terjadi pada suhu 3040 o C. Selain bakteri metanogen (bakteri pembentuk gas metana) terdapat pula bakteri pengoksidasi CH 4 atau bakteri methanotroph. Bakteri methanotroph adalah mikroorganisme aerobik yang dapat tumbuh dan berkembang dengan CH 4 sebagai satusatunya sumber energi. Oleh karena itu, oksidasi CH 4 dapat terjadi pada lingkungan mikro yang bersifat aerobik pada zona perakaran dan pada bagian yang bersifat oksik pada lapisan permukaan tanah. Proses oksidasi CH 4 tersebut diinisiasi oleh enzim metan monooksigenase yang berperan dalam konversi CH 4 menjadi metanol (Oremland dan Capone, 1988). Pada budidaya lahan kering, produksi CH 4 terbatas pada sitesite anaerob, dengan kondisi yang sangat menunjang pertumbuhan metanotroph, sehingga meningkatkan kapasitas serapan CH 4. Serapan CH 4 sebesar 0,0510,055 mg/m 2 /jam pada pertanaman padi gogo dilaporkan oleh Zaenal (1997). Serapan CH 4 oleh hutan di Swedia mencapai 0,61,6 kg CH 4 /ha/tahun atau 6,918, mg CH 4 /m2/jam (Klemedtsson dan Klemedtsson, 1997). Ernawanto et. al. (2003) melaporkan bahwa fluks CH 4 sistem penanaman padi walik jerami adalah 7,18 mg CH 4 /m 2 /jam dan sistim penanaman padi gogo rancah adalah 1,73 mg/m 2 /jam, sebaliknya rosot CH 4 sebesar 0,05 mg CH 4 /m 2 /jam terjadi pada sistem pertanaman kedelai. Pada penelitian tersebut, fluks CH 4 bersih dari sistem penanaman walik jerami kedelai gogo rancah diperkirakan sebesar 199,2 kg CH 4 /ha/tahun dengan rataan 2,3 mg CH 4 /m 2 /jam. Sedangkan kisaran fluks CH 4 dari pertanaman tebu di Australia adalah 297 hingga 1005 g CCH 4 /ha atau 29,7 100,5 mg CCH 4 /m 2, sementara kisaran konsumsinya 442 hingga 467 g CCH 4 / ha atau 44,2 46,7 mg CCH 4 /m 2 (Weier, 1999). Fluks CH 4 dari empat macam tipe penggunaan tanah (hutan tua, hutan habis tebang, dibakar setelah tebang dan perkebunan karet) di Jambi, Sumatera berkisar antara 21,2 hingga 4, mg CCH 4 /m 2 /jam (Ishizuka et. al., 2002). Nilai fluks negatif menunjukkan rosot dan berkorelasi nyata dengan kandungan

5 7 liat pada kedalaman tanah 010 cm. Nilai tersebut mengalami peningkatan pada evaluasi berikutnya yaitu menjadi 0,053 hingga 0,049 mg CCH 4 m 2 /jam pada macam penggunaan lahan yang lebih bervariasi yaitu hutan, kayu manis, karet, kelapa sawit dan alangalang (Ishizuka et. al., 2005). Pembentukan CH 4 juga dapat terhambat oleh pemberian pupuk nitrat seperti yang diutarakan oleh Bouwman (1996), Ia mengungkapkan bahwa aplikasi NO 3 akan menunda pembentukan CH 4 hingga reduksi NO 3 berakhir dan Eh tanah telah cukup menurun bagi berlangsungnya proses reduksi lebih lanjut. Selain itu, NO 3 juga memberikan efek toksik terhadap bakteri methanogen. Tanah yang kaya kandungan substrat organik mudah terdekomposisi (asetat, formiat, methanol, amin termetilasi) dan kandungan senyawa akseptor elektron (NO 3, Mn 4+, Fe 3+ ) rendah memiliki potensi pembentukan CH 4 tinggi (Suprihati, 2007). Pada budidaya lahan kering, produksi CH 4 hanya terbatas pada sitesite anaerob dan kondisinya sangat menunjang pertumbuhan metanotroph sehingga meningkatkan serapan CH 4 (Suprihati, 2007). Furukawa et. al. (2005) mengungkapkan pula bahwa ratarata nilai fluks CH 4 bernilai positif, akan tetapi terdapat nilai yang negatif pada musim kering Gas Dinitrogen Oksida (N 2 O) Tanah merupakan sumber terpenting dalam pembentukan CO 2 dan N 2 O di atmosfer (Toma et. al., 2010). Abdullah dan Khoiruddin (2009) mengungkapkan N 2 O merupakan GRK yang memiliki umur sangat panjang sekitar 150 tahun. Selain itu N 2 O berpotensi menimbulkan pemanasan global sebesar 298 kali dibandingkan CO 2. Oleh karena itu sekecil apapun konsentrasi N 2 O, dapat meningkatkan konsentrasi GRK di atmosfer dengan laju peningkatan sebesar 0,2% per tahun. Selain itu gas N 2 O juga dapat merusak lapisan ozon di stratosfer (Crutzen, 1981), Sehingga dapat meningkatkan radiasi yang sampai ke permukaan bumi (Ginting dan Eighbal, 2005). Sumber N 2 O utama adalah kegiatan manusia (antropogenik) yang berkaitan erat dengan pembakaran fosil, pembakaran biomas, dan pertanian. Berdasarkan penelitian Khalil dan Rasmussen (1992), diketahui bahwa fluks N 2 O dari sumbersumber alami diperkirakan sebesar 15 Tg/tahun dan dari sumber

6 8 antropogenik diperkirakan sebesar 8 Tg/tahun. Kecepatan kenaikan konsentrasi rataratanya di atmosfer dari tahun 1960 sampai tahun 1976 sekitar 0,4 ± 0,5 ppbv/tahun, sedangkan kenaikannya dari tahun 1976 sampai tahun 1988 adalah sekitar 0,8 ± 0,02 ppbv/tahun. Hal ini menunjukan bahwa N 2 O meningkat dua kali lebih cepat pada tahun 1980an dibandingkan pada tahun 1970an. Menurut Batjes (1992), konsentrasi N 2 O sebelum masa industri sekitar 285 ppbv (part per billion volume) sementara pada awal 90an sekitar 310 ppbv. Pathak (1999) mengungkapkan bahwa karbon organik, oksigen, dan senyawa NO 3 didalam tanah merupakan tiga komponen penting dalam peningkatan fluks N 2 O. Faktor yang paling dominan dari ketiga komponen diatas adalah faktor oksigen. Kandungan air tanah membatasi oksigen berada di poripori tanah. Air tanah juga mempengaruhi terjadinya pelepasan karbon organik melalui siklus pembasahan dan pengeringan. Karbon organik menyebabkan ion NO 3 tersedia melalui proses mineralisasi/imobilisasi. Ketersediaan ion NO 3 dipengaruhi proses difusional oleh kadar air tanah. Tekstur dan struktur tanah dapat mempengaruhi fluks N 2 O di dalam tanah, akhirnya respirasi mikroba dengan tersedianya karbon organik secara dramatis mempengaruhi kadar oksigen ditingkat mikro. Hasil penelitian arcara et. al (1999) mendapatkan bahwa penggunaan slury (bahan organik) dari limbah ternak meningkatkan kehilangan N sebagai N 2 O, melalui fluks langsung dan denitrifikasi. Fluks N 2 O dari tanah dibedakan menjadi fluks dari denitrifikasi dan fluks langsung yang merupakan hasil samping nitrifikasi yang berlangsung pada kondisi oksidasi kurang optimal. Kombinasi slury dengan pupuk urea pada takaran N yang sama yaitu sebesar 225 kg N/ha membebaskan gas N 2 O paling tinggi dari tanah dibanding dengan perlakuan tunggal pupuk urea maupun perlakuan slury. Menurut Suprihati (2007) pemberian pupuk organik yang memiliki kandungan karbon tinggi serta mudah termineralisasi, seperti pupuk kandang diduga mampu meningkatkan biomasa mikroba sehingga meningkatkan fluks N 2 O dari tanah pertanian. Kombinasi pupuk kandang yang mengandung asamasam organik diantaranya asam lemak yang mudah menguap dengan pemberian pupuk N mudah tersedia seperti urea, menciptakan kondisi yang memicu pembebasan N 2 O. Kehilangan N 2 O terbesar terjadi pada bulan pertama pertanaman jagung.

7 9 Kehilangan N dalam bentuk N 2 O meningkat pada tanah yang dipupuk dengan pupuk organik. Dampak aplikasi slury sapi dalam jangka panjang mampu menurunkan ph tanah dibanding perlakuan pupuk kandang. Penurunan ph tanah tersebut akan mempengaruhi sejumlah reaksi biokimia yang berdampak pada biomas mikroba dan kandungan karbon organik tanah. Hal ini ditandai dengan lebih tingginya kandungan karbon organik tanah serta biomas mikroba pada tanah yang dipupuk dengan pupuk kandang dibanding perlakuan slury. Tingginya biomas mikroba dan karbon organik tanah memicu fluks N 2 O, fluks pada perlakuan pupuk kandang meningkat 2 kali dibanding perlakuan yang lain yaitu sebesar 4,9 kg NN 2 O ha/thn melalui denitrifikasi dan fluks langsung sebesar 5,3 kg NN 2 O ha/thn (Mogge et. al., 1999). Aplikasi slury dengan cara disemprotkan yang banyak dipraktekan di Amerika Serikat bagian Timur memberikan dampak peningkatan kehilangan N melalui fluks N 2 O. Pemberian slury mampu meningkatkan ketersediaan N dan kelembaban tanah, kombinasi faktor tersebut memacu reaksi reduksi nitrat. Kehilangan N dalam bentuk N 2 O selama 8 hari sebesar 8,5 mg NN 2 O/m 2, nilai tersebut lebih rendah dibanding perlakuan urea yang dikombinasikan dengan glukose sebagai sumber karbon cepat tersedia yang mencapai 20,8 mg NN 2 O/m 2, diduga pada slury tersebut mengandung senyawa yang mempengaruhi komunitas mikroba yang bekerja pada siklus N. Fluks N 2 O berkaitan erat dengan dosis N yang diberikan, pada penelitian tersebut digunakan 150 kg N/ha. Hal yang perlu diwaspadai adalah terjadinya fluks N 2 O yang hebat oleh residu nitrat yang terakumulasi pada tanah tersebut, potensial terdenitrifikasi dengan meningkatnya kelembaban tanah (Whalen, 2000). Selain itu Wrage et. al. (2001), mengungkapkan gas dinitrogen oksida + dapat terbentuk oleh proses nitrifikasi maupun denitrifikasi, NH 4 dapat teroksidasi dalam keadaan aerob melalui proses nitrifikasi menjadi senyawa NO 3. Pada proses perubahan ini, N 2 O dapat terbentuk dalam jumlah yang kecil sebagai hasil sampingan. Sedangkan, senyawa NO 3 dapat tereduksi melalui proses denitrifikasi dalam keadaan sedikit aerob menjadi N 2 O, pada proses ini N 2 O banyak terbentuk.

8 10 Sumber: Wrage et. al., 2001 Gambar 1. Proses pembentukan gas dinitrogen oksida (N 2 O) Gas dinitrogenn oksida terbentuk selama oksidasi NH4 + melalui + dekomposisii kimia intermediet antara NH 4 dan NO 2 (Wrage et. al., 2001). Hal yang sama diungkapkann oleh Yanai et. al. (2007), N 2 O dihasilkan sebagai hasil sampingan dari proses nitrifikasi dan dihasilkan pula sebagai produk menengah pada prosess denitrifikasi, pada proses ini NO O 3 dihasilkan pada saat keadaan rendah oksigen. Hasil penelitian Ginting dan Eighbal (2005) juga menyatakan bahwa NH + 4 dan NO 3 meningkatkan fluks N 2 O. Mosier (1998) juga menyatakan pembentukan N 2 O di dalam tanah melalui proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Kedua proses ini sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungann tanah seperti kondisi kelembaban, status oksigen tanah, suhu udara, ketersediaan N, bahan organik, dan ph. Lind dan Doran (1984) mengungkapkan bahwa kelembaban tanah dalam hal ini water filled pore space (WFPS) meningkatkan fluks N 2 O. Fluks N 2 O maksimum terbentuk ketika WFPS mencapai 60%, karena dalam proses denitrifikasi bila WFPS melebihi 60% yang terbentuk bukan gas dinitrogen oksida (N 2 O) melainkan gas nitrogen (N 2 ). Menurut Pathak (1999) kelembapan tanah dapat mempengaruhi proses denitrifikasi baik secara langsungg maupun tidak langsung diantaranya: (1) Membuat lingkungan yang sesuai untuk mikroorganis sme berkembang dan beraktivitas; (2) Membatasi tersedianya oksigen (O 2 ) pada poripori mikro tanah; (3) Mempermudah pelepasan substrat karbon (C) dan Nitrogen (N) melalui siklus

9 11 pembasahan dan pengeringan. Bagaimanapun yang terpenting dari tingginya kelembaban tanah adalah membatasi adanya O 2 pada pori tanah sehingga N 2 O mudah terbentuk dalam keadaan sedikit anaerobik. Produksi N 2 O meningkat baik melalui proses nitrifikasi maupun melalui proses denitrifikasi ketika tanah diberi aplikasi pupukn. Namun peningkatan unsur N baik dalam bentuk NH + 4 maupun NO 3 di dalam tanah dapat berasal dari: (1) mineralisasi N dari bahan organik dan immobilisasinya, (2) fiksasi N dari udara oleh mikroorganisme (penambatan N dari udara oleh bakteri simbiotik maupun bakteri non simbiotik), (3) pemupukan (Soepardi, 1983; Leiwakabessy, 1988). Temperatur juga memiliki pengaruh yang penting terhadap pembentukan N 2 O. Didapatkan N 2 O meningkat dari suhu 5 0 C sampai 40 0 C. Akan tetapi suhu optimum untuk terjadinya proses denitrifikasi yaitu antara 60 0 C sampai 70 0 C. Saat suhu mencapai keadaan optimum, terjadi kombinasi antara proses biologi dan proses kimia sehingga N 2 O yang terbentuk dapat optimum (Pathak, 1999). Akan tetapi memperhitungkan fluks N 2 O secara rinci di tingkat global dari dalam tanah tidak dapat di pastikan keakuratannya (Katayangi et. al., 2008) Komoditas Tanaman Di Indonesia, berbagai komoditas tanaman pangan dapat dibudidayakan. Berdasarkan data dari Biro Pusat Statistika, Biro pusat statistika mencatat tanaman pangan utama yang ditanam di Indonesia secara berturutturut adalah padi, jagung, singkong, kacang tanah dan ubi jalar. Berikut rincian luas panen, produktivitas serta produksi dari tanamantanaman pangan utama yang ada di Indonesia. Tabel 1. Luas panen, produktivitas dan produksi tanaman pangan utama Indonesia. No Jenis Tanaman Luas Panen (Ha) Produktivitas (Ku/ha) Produksi (ton) 1 Padi , Jagung , Singkong , Kedelai , Kacang Tanah , Ubi Jalar , Sumber: BPS 2012

10 Berdasarkan Tabel 1 diatas, dapat kita ketahui bahwa, dengan cukup luasnya lahan yang ditanami jagung, kacang tanah dan singkong di Indonesia, maka penting untuk melakukan penelitian tentang fluks gas CH 4 dan N 2 O pada ketiga penggunaan lahan tersebut. 12