SIMULASI LAJU EMISI METAN PADA LAHAN PADI SAWAH DENGAN MODEL DENITRIFIKASI-DEKOMPOSISI (DNDC) (STUDI KASUS DI KABUPATEN TASIKMALAYA)

Transkripsi

1 SIMULASI LAJU EMISI METAN PADA LAHAN PADI SAWAH DENGAN MODEL DENITRIFIKASI-DEKOMPOSISI (DNDC) (STUDI KASUS DI KABUPATEN TASIKMALAYA) MARIA JOSEFINE TJATURETNA BUDIASTUTI SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

2 34 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis saya yang berjudul Simulasi Laju Emisi Metan pada Lahan Padi Sawah dengan Model Denitrifikasi-Dekomposis (DNDC) (Studi Kasus di Kabupaten Tasikmalaya) adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Desember 2008 Maria Josefine Tjaturetna Budiastuti NRP. F

3 35 ABSTRACT MARIA J. T. BUDIASTUTI. Simulation of Methane Emission Flux on Paddy Field Using Denitrification Decomposition (DNDC) Model (Case Study Site at Tasikmalaya). Under direction of M. YANUAR J. PURWANTO and ERIZAL Rice paddy ecosystems are complex, with crop growth, soil-thermo-hydro conditions, and microbial activities interacting through a number of processes. The altered of soil environmental factors will affect a series of biogeochemical reactions that finally determine transport and transformation of the chemical elements, including methane (CH 4 ) productions and emissions. Rice paddy fields contribute 6-29% of the global annual CH 4 emission and significant increase to the atmosphere. Agricultural activities such as water management and fertilizer are responsible for CH 4 production and emission. This study consists of two activities. First, the field studies that to investigate the effects of efficient water management practice on CH 4 flux from paddy fields. The field study carried on at Tasikmalaya, West Java, over the dry season from March 2007 through October During initial stage paddy plants flooded 1 cm and left to dry until saturated level then irrigated again. During vegetative stage irrigated until saturated level and left to dry until the soil water content reach 80% of field capacity then irrigated again. During generative stage flooded 2 cm and left to dry until the soil water content reach 80% of field capacity then irrigated again, then left to dry during maturity. This experiment consists of two treatment of paddy crop management: application organic matter and inorganic fertilizer. Methane fluxes measured using closed chamber techniques. Second, simulation of management practices using the Denitrification and Decomposition (DNDC) model. Integrated process-based model, like the DNDC model, can be capable of predicting the behaviors of the complex systems through a large regional scale. In this study, we employed the DNDC model to analyze the impacts of mitigation alternatives: management of water, rice variety, fertilizer and organic matter application, on CH 4 emissions. The field study results showed that the flux CH 4 emissions on application inorganic fertilizer (4,64 to 8,09 mg m -2 jam -1 ) higher than application organic matter (1,76 to 6,27 mg m -2 jam -1 ). There were no significant reduction yield, since the yields of inorganic fertilizer and organic matter application were 6,4 ton ha -1 and 3,9 ton ha -1, respectively. We ran DNDC version 9.1 for simulation management practices. The results indicate that CH 4 emissions reduction effectiveness found here in changes in water management from continuous flooding with intermittent irrigation or shallow flooding, organic matter application, and selective rice variety, respectively. Key words: CH 4 emission, paddy field, water management, mitigation, DNDC model

4 36 RINGKASAN MARIA J. T. BUDIASTUTI. Simulasi Laju Emisi Metan pada Lahan Padi Sawah dengan Model Denitrifikasi-Dekomposisi (DNDC) (Studi Kasus di Kabupaten Tasikmalaya). Dibimbing oleh: M. YANUAR J. PURWANTO dan ERIZAL Ekosistem lahan sawah dengan pola budidaya seperti yang selama ini dilakukan (pengelolaan air, aplikasi pupuk) berpotensi sebagai sumber produksi gas metan (CH 4 ). Di dalam ekosistem padi sawah terdapat suatu proses yang kompleks, yang merupakan interaksi antara pertumbuhan tanaman, kondisi thermo-hydro, dan aktivitas mikroba dalam tanah. Setiap perubahan yang terjadi pada faktor lingkungan tanah akan berpengaruh pada reaksi bio-geokimia dalam tanah, termasuk produksi dan emisi CH 4. CH 4 dihasilkan dari proses dekomposisi bahan organik dalam kondisi anaerob oleh aktivitas bakteri metanogen. Sebagai proses biologi, produksi gas CH 4 ini dikendalikan oleh karakteristik fisik, kimia dan mikrobiologi lingkungan tanaman padi yang berpengaruh terhadap aktivitas bakteri metanogen. Faktor-faktor iklim lingkungan, tanah dan pengelolaan lahan mempengaruhi kondisi lingkungan tanah tersebut. Faktor pengelolaan lahan merupakan salah satu faktor penentu emisi CH 4 yang dapat dikendalikan oleh manusia melalui aktivitas budidaya padi. Penelitian ini bertujuan untuk mengukur laju emisi CH 4 dari lahan padi sawah dengan pola budidaya padi lahan sawah hemat air, serta melakukan simulasi pengelolaan lahan dengan model Denitrifikasi-Dekomposisi (DNDC) untuk mengetahui pengaruh alternatif pengelolaan lahan yang terbaik terhadap laju emisi CH 4 sebagai bagian dari usaha mitigasi gas rumah kaca (GRK). Pengukuran lapang laju emisi CH 4 dilaksanakan mulai bulan Maret 2007 sampai dengan Oktober 2007 di Desa Salebu, Kecamatan Mangunreja, Kabupaten Tasikmalaya, Jawa Barat. Pola pengelolaan air yang dicobakan adalah metode hemat air, yaitu pada fase awal pertumbuhan tanaman air diberikan sampai batas genangan 1 cm, dan kemudian dibiarkan kering sampai batas macak-macak. Pada fase vegetatif air diberikan sampai batas macak-macak dan dibiarkan kering sampai batas 80% kapasitas lapang, sedangkan fase generatif pemberian air sampai pada batas genangan 2 cm, dan dibiarkan kering sampai batas 80% kapasitas lapang. Kemudian fase pematangan bulir sampai dengan panen dilakukan pengeringan. Penelitian meliputi dua perlakuan: (1) pemberian hanya pupuk organik selama satu musim tanam padi, dan (2) pemberian pupuk anorganik seperti pola budidaya petani setempat. Masing-masing perlakuan mendapat tiga ulangan. Pengukuran laju emisi CH 4 menggunakan metode sungkup statik yang dilakukan setiap dua minggu. Setiap petak ulangan dilakukan dua ulangan pengukuran. Simulasi laju emisi CH 4 dengan model DNDC dilakukan pada parameter pengelolaan lahan, yang meliputi tanaman, pengelolaan air, dan pemupukan. Hasil pengukuran laju emisi CH 4 menunjukkan bahwa dengan aplikasi hanya pupuk organik rata-rata fluks emisi CH 4 berkisar antara 1,76 sampai 6,27 mg m -2 jam -1 lebih rendah dari perlakuan aplikasi pupuk anorganik yang berkisar antara 4,64 sampai 8,09 mg m -2 jam -1. Perlakuan air irigasi dengan pola hemat air ini terbukti tidak menurunkan hasil. Hasil gabah perlakuan aplikasi pupuk organik

5 adalah sebesar 3,9 ton ha -1, sedangkan dengan pupuk anorganik sebesar 6,4 ton ha -1. Validasi model DNDC, yaitu dengan membandingkan laju emisi CH 4 harian hasil pengukuran lapang dengan perhitungan simulasi dengan model DNDC, memperlihatkan pola yang sama. Laju emisi CH 4 meningkat sampai dengan fase vegetatif dan mencapai puncaknya pada fase generatif, selanjutnya bergerak turun pada fase pematangan. Hasil simulasi pengelolaan lahan menunjukkan dengan pola budidaya padi hemat air yang memberikan laju emisi terendah adalah padi-padi-bera (13,6 kg ha - 1 tahun -1 ), diikuti padi-padi-palawija (35,1 kg ha -1 tahun -1 ) dan yang tertinggi padipadi-sayuran (108,3 kg ha -1 tahun -1 ). Penggantian sistem penggenangan kontinyu 5-10 cm dengan penggenangan kontinyu -5-5 cm mampu menurunkan laju emisi CH 4 cukup besar. Pada pola tanam padi-padi-bera penurunan terjadi dari 204,0 ha -1 tahun -1 menjadi 10,4 ha -1 tahun -1. Pada pola tanam yang sama penggantian jerami segar dengan kompos mampu menurunkan emisi dari 204,0 kg ha -1 tahun -1 menjadi 198,8 kg ha -1 tahun -1. Penggunaan varietas padi dengan produksi tinggi memberikan laju emisi CH 4 lebih tinggi. Ketiga pengelolaan lahan yang disimulasikan pada model DNDC menunjukkan bahwa pengelolaan air memberikan pengaruh paling besar terhadap produksi dan emisi CH 4, diikuti aplikasi pupuk organik dan pemilihan varietas padi. 37

6 Hak Cipta milik IPB, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk laporan apapun tanpa izin IPB

7 39 SIMULASI LAJU EMISI METAN PADA LAHAN PADI SAWAH DENGAN MODEL DENITRIFIKASI-DEKOMPOSISI (DNDC) (STUDI KASUS DI KABUPATEN TASIKMALAYA) MARIA JOSEFINE TJATURETNA BUDIASTUTI Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

8 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Handaka, M.Eng. 40

9 41 Judul Tesis : Simulasi Laju Emisi Metan pada Lahan padi Sawah dengan Model Denitrifikasi-Dekomposisi (DNDC) (Studi Kasus di Kabupaten Tasikmalaya) Nama : Maria Josefine Tjaturetna Budiastuti NRP : F Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. M. Yanuar J. Purwanto, MS Ketua Dr. Ir. Erizal, MAgr Anggota Diketahui, Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Prof. Dr. Ir. Armansyah H.T., MAgr Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS Tanggal ujian : 14 Oktober 2008 Tanggal lulus :

10 42 PRAKATA Segala puji dan syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan sumber Kasih, Hikmat dan Pengetahuan, atas segala berkat dan pimpinannya sehingga tesis berjudul Simulasi Laju Emisi Metan pada Lahan Padi Sawah dengan Model Denitrifikasi-Dekomposisi (DNDC) (Studi Kasus di Kabupaten Tasikmalaya) telah dapat penyusun selesaikan. Penghargaan dan ungkapan terimakasih penyusun haturkan kepada: 1. Dr. Ir. M. Yanuar J. Purwanto, MS. dan Dr. Ir. Erizal, M.Agr. selaku ketua dan anggota komisi pembimbing, yang telah memberikan arahan, bimbingan serta dorongan sehingga tesis ini dapat diselesaikan. 2. Dr. Ir. M. Yanuar J. Purwanto, MS. dan Balai Irigasi DPU yang telah memberikan fasilitas pendanaan untuk pelaksanaan penelitian ini dalam kerangka penelitian kerjasama CREATA - IPB dengan Balai Irigasi DPU. 3. Dr. Handaka, M.Eng. selaku penguji, atas kritik, saran dan masukannya untuk kesempurnaan tesis ini. 4. Kepala Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian beserta staf yang telah memberikan ijin belajar, serta staf dari Kelompok Perekayasa atas segenap dukungan baik moril maupun materiil selama penyelesaian studi. 5. Rekan-rekan mahasiswa Pascasarjana Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian atas segala bantuan dan diskusi yang membangun, serta semangat saling mendukung. 6. Bapak, Ibu, Kakak-kakak dan Adik atas dukungan kasih dan doanya yang memberi kekuatan bagi penulis. 7. Suami dan putra ku terkasih Andhika atas pengorbanan, pengertian, doa, dan dorongan semangat yang senantiasa mendampingi penulis. 8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas segala bantuan dalam bentuk apapun sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Harapan penulis semoga tesis ini bermanfaat bagi pengembangan bidang pertanian, khususnya dalam usaha ikut mengatasi permasalahan pemanasan global. Penulis sadar masih adanya kekurangan dalam penyusunan tesis ini. Kritik dan saran sangat penulis harapkan untuk perbaikan dan penyempurnaannya. Bogor, Desember 2008 Maria J.T.Budiastuti