I. PENDAHULUAN. Perubahan dramatis paradigma pemanfaatan sumberdaya alam yang terjadi

Transkripsi

1 1 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 terusmenerus 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

2 2 metana (CH 4 ). Rangkaian proses dekomposisi bahan organik melalui proses oksidasi-reduksi akan diakhiri dengan pembentukan CO 2 dan CH 4 (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). CH 4 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) CH 4 dapat mencapai 10x (sepuluh kali) lebih besar dari pada potensi pemanasan global oleh CO 2 (Boeckx and Cleemput, 1996). Nieder and Benbi (2008) sementara itu menyampaikan bahwa CH 4 mempunyai kemampuan memancarkan panas 21x (dua puluh satu kali) lebih tinggi dari pada CO 2. Sektor pertanian merupakan penyumbang terbesar emisi CH 4 dan N 2 O, sebesar 59% pada tahun 1990, dan diperkirakan 57% pada tahun 2020 (USEPA, 2006). Emisi CH 4 menyumbang 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 CH 4 yang berasal dari ekosistem padi sawah. Reddy and DeLaune (2008) sementara itu menyebutkan bahwa emisi metana global sebesar ton tahun -1, dan tanah sawah menyumbang ton tahun -1 atau 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

3 3 pangan organik untuk ruang lingkup beras organik pada tahun Penggunaan pupuk hanya dari pupuk kandang sapi sebanyak 8 ton ha -1 pada tahun-tahun pertama, kemudian hanya 2 ton ha -1 pada 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.

4 4 Azolla dapat ditanam bersama-sama dengan tanaman padi, mampu menghasilkan biomassa yang besar dalam waktu singkat, mempunyai kemampuan menambat N 2 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 CH 4 dari lahan sawah, karena Azolla dapat memacu oksidasi CH 4 (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 CH 4 melalui pengaruhnya terhadap penurunan Eh dan penyediaan sumber C. Penelitian pengukuran CH 4 oleh karena itu perlu dilakukan untuk mengetahui berapa potensi produksi (potensi emisi) CH 4 dari tanah sawah organik. Pengukuran potensi emisi CH 4 dapat 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 CH 4. 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 CH 4. Percobaan penanaman padi sawah organik dengan menggunakan pupuk kandang

5 5 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 CH 4. Azolla mempunyai kandungan C/N rasio rendah, yang apabila diaplikasikan sebagai pupuk organik akan menghasilkan emisi CH 4 lebih 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 CH 4, dengan demikian akan mengurangi jumlah CH 4 yang diemisikan. C. Tujuan Penelitian a. Mengetahui perbedaan sifat tanah dan emisi CH 4 pada lahan sawah organik, semi organik dan konvensional, dan mengetahui sifat tanah yang menentukan potensi emisi CH 4. 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 CH 4. c. Menentukan rekomendasi penggunaan dan cara aplikasi pupuk kandang sapi dan Azolla yang dapat memperbaiki sifat tanah, meningkatkan hasil tanaman padi, dan menurunkan emisi CH 4.

6 6 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 CH 4 dan 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 CH 4. Pengukuran emisi CH 4 melalui penentuan potensi produksi dan oksidasi CH 4 dengan 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 CH 4 pada tanah yang diberi berbagai sumber C. Oelbermann and Schiff (2008) dan Liu et al. (2011)

7 7 menggunakan sampel tanah yang mempunyai kandungan C-organik rendah dan tinggi untuk mengetahui perbedaan produksi CH 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; Ettwig et 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 CH 4, 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.

8 8 Lokasi penelitian di Desa Sukorejo, Kecamatan Sambirejo, Kabupaten Sragen. Setyanto (2004) sementara itu pernah mengukur potensi produksi CH 4 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 Joulian et al. Produksi CH 4 pada inkubasi sampel tanah yang diberi berbagai macam sumber C Bharati et al. Penelitian penanaman padi sawah dengan perlakuan pupuk Urea, pupuk Azolla, dan inokulum Azolla, dan pengaruhnya terhadap hasil padi dan emisi CH Prasanna et al. Penggunaan Azolla pada lahan sawah dan pengaruhnya terhadap emisi CH 4 Tanah diberi algae (C/N 12) menghasilkan produksi CH 4 2 kali lebih tinggi dari pada perlakuan kontrol tanpa pemberian sumber C, sementara itu pemberian jerami (C/N 40) menghasilkan produksi CH 4 8 kali lebih tinggi dari pada kontrol Inokulum Azolla mampu menurunkan emisi CH 4, 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. Azolla mampu memitigasi CH 4 dari tanah sawah dengan mekanisme Azolla tersebut menstimulir oksidasi CH 4

9 9 No. Tahun Peneliti Lingkup Penelitian Hasil Penelitian Sasa et al. Penggunaan Azolla pada minapadi dan pengaruhnya terhadap produktivitas dan emisi CH Setyanto Pengukuran potensi produksi CH 4 dari lahan sawah pada berbagai jenis tanah di Jawa Tengah (17 jenis tanah) Setyanto Emisi CH 4 dan usaha mitigasinya pada beberapa cara pengelolaan lahan sawah. Perlakuan percobaan meliputi varietas padi, cara irigasi, dan cara tanam. Takaran Azolla 2 ton ha -1 pada sistem minapadi dapat menekan emisi CH 4 dan meningkatkan hasil ikan dan padi Tingkat potensi produksi CH 4 pada 17 jenis tanah di Jawa Tengah berbedabeda, dan dikelompokkan dalam kategori tinggi (>4.360 kg CH 4 ha hari -1 ), sedang ( kg CH 4 ha hari -1 ), dan rendah (< kg CH 4 ha hari -1 ). Potensi produksi CH 4 pada tanah di Desa Ngemplak, Kecamatan Sidoharjo, Kabupaten Sragen sebesar kg CH 4 ha hari -1 yang termasuk harkat rendah. Penggunaan varietas padi IR64, Memberamo, dan Way Apo Buru dapat menurunkan emisi CH 4 antara 19,2% sampai dengan 60,2% dibandingkan dengan varietas Cisadane. Aplikasi irigasi dengan cara penjenuhan, selangseling dan pulse dapat menurunkan emisi CH 4 antara 27,1% sampai dengan 62,4% dibandingkan dengan cara digenangi terus menerus. Penanaman dengan cara pindah tanam dapat menurunkan emisi CH 4

10 10 No. Tahun Peneliti Lingkup Penelitian Hasil Penelitian Oelbermann and Schiff (2008) Liu et al. (2011) Produksi CH 4 pada inkubasi sampel tanah yang mengandung C- organik berbeda-beda Ariani et al. Emisi CH 4 pada sawah yang menggunakan pupuk organik (jerami dan pupuk kandang) antara 29,5% sampai dengan 35,9% dibandingkan dengan cara sebar benih langsung. Tanah yang mempunyai C-organik tinggi juga menghasilkan rata-rata produksi CH 4 yang tinggi. Perlakuan pupuk kandang menghasilkan emisi CH 4 lebih rendah dari pada perlakuan jerami.