II.TINJAUAN PUSTAKA Emisi Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Pertanian

Transkripsi

1 II.TINJAUAN PUSTAKA Emisi Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Pertanian Metana (CH 4 ) merupakan salah satu gas rumah kaca yang diemisikan oleh tanah dari sumber biotik (Duxbury dan Mosier, 1997; Greene dan Salt, 1997). Gas tersebut diproduksi pada lingkungan anaerob oleh bakteri metanaogen (Alexander, 1977; Asakawa dan Hayano, 1995). Laju pembentukan CH 4 secara akumulatif ditentukan oleh keberadaan bahan dasar, populasi dan aktivitas mikroba pembentuk CH 4 (metanogen) dan lingkungannya. Metana mulai terbentuk pada potensial redoks -100 mv hingga mv (Hou et al., 2000a). Intensitas dan kapasitas reduksi tanah dikendalikan oleh keberadaan substansi organik sebagai donor elektron, suhu, tingkat kelembaban, jumlah aseptor elektron. Metana terbentuk baik melalui jalur asam asetat maupun H 2 -CO 2, sehingga metanogen juga dipilah sebagai pengguna asetat dan pengguna H 2 -CO 2 (Le Mer dan Roger, 2001). Metana yang dihasilkan sebagian besar akan diemisikan ke atmosfer baik secara difusi melalui tanah maupun diemisikan oleh tanaman. Laju difusi CH 4 melalui tanah mengikuti kaidah Ficks dan dipengaruhi oleh turtoisitas tanah yang dikendalikan oleh tekstur serta porositas tanah yang secara praktis dapat dikelola dengan pengelolaan air. Emisi melalui tanaman dipengaruhi oleh jenis tanaman, varietas serta stadia pertumbuhan tanaman (Shalini-Singh et al., 1997). Sebagian dari CH 4 yang dihasilkan dioksidasi oleh mikroba metanotrof yaitu mikroba pengoksidasi CH 4 sehingga mengurangi pelepasannya ke atmosfer. Aktivitas mikroba metanotrof tersebut menjadi kekuatan sink CH 4 oleh tanah (Hűtsch et al., 1996; Watanabe et al., 1997). Emisi gas CH 4 terutama bersumber pada kegiatan antropogenik, hampir 70% CH 4 berasal dari sumber-sumber antropogenik dan sekitar 30% berasal dari sumber-sumber alami. Aktivitas pertanian menyumbangkan dua per tiga dari CH 4 asal sumber antropogenik. Produksi CH 4 berkaitan erat dengan aspek aktivitas mikroba yaitu aktivitas metanogen yang berlangsung pada ekosistem anaerob. Variasi pelepasan CH 4 dari suatu ekosistem sangat dipengaruhi oleh macam budidaya tanaman, komunitas mikroba, sifat tanah serta interaksinya. Mengetahui hubungan antara sifat tanah, sifat mikroba dan CH 4 pada budidaya berbagai macam tanaman sangatlah penting sebagai dasar untuk memahami

2 8 mekanisme yang terlibat dalam produksi CH 4. Sementara ini kajian CH 4 dan mikroba pada berbagai macam pertanaman masih terbatas. Sawah mampu berperan sebagai source sekaligus rosot (sink) CH 4 (Kumaraswamy et al., 2000; Wasmann and Aulakh, 2000; Inubushi et al., 2002). Emisi CH 4 dari lahan sawah berkisar antara 4 hingga 20 mg m -2 jam -1 (Husin et al., 1995), dan berdasarkan data tersebut diperkirakan faktor emisi CH 4 dari Indonesia adalah 13 mg m -2 jam -1. Pada budidaya lahan kering, produksi CH 4 terbatas pada site-site anaerob dan kondisinya sangat menunjang pertumbuhan metanotrof sehingga meningkatkan kapasitas serapan CH 4. Serapan CH 4 sebesar mg m -2 jam -1 pada pertanaman padi gogo dilaporkan oleh Zaenal (1997). Serapan CH 4 oleh hutan di Swedia mencapai kg CH 4 ha -1 tahun -1 yang setara dengan mg m -2 jam -1 (Klemedtsson dan Klemedtsson, 1997). Ernawanto et al. (2003) melaporkan bahwa fluks CH 4 sistem penanaman padi walik jerami adalah 7.18 mg m -2 jam -1 dan sistim penanaman padi gogo rancah adalah 1.73 mg m -2 jam -1. Sink CH 4 sebesar 0.05 mg m -2 jam -1 pada sistem pertanaman kedelai. Kisaran emisi CH 4 dari pertanaman tebu di Australia adalah 297 hingga 1005 g CH 4 -C ha -1, sementara kisaran konsumsinya 442 hingga 467 g CH 4 -C ha -1 (Weier, 1999). Fluks CH 4 dari empat macam tipe penggunaan tanah di Sumatra (hutan tua, hutan habis tebang, dibakar setelah tebang dan perkebunan karet) berkisar antara hingga 4.2 µg C m -2 jam -1 yang setara dengan hingga mg CH 4 m -2 jam -1 (Ishizuka et al., 2002). Nilai fluks negatif menunjukkan sink dan berkorelasi positif dengan kandungan liat pada 0-10 cm. Nilai tersebut mengalami peningkatan pada evaluasi berikutnya yaitu menjadi -1,27 hingga 1,18 mg C m -2 hari -1 yang setara dengan hingga mg CH 4 m -2 jam -1 pada macam penggunaan lahan yang lebih bervariasi yaitu hutan, kayu manis, karet, kelapa sawit dan alang-alang (Ishizuka et al., 2005a). Fluks pada hutan hujan tropis di Indonesia mencapai 0.79 ± 0.60 mg C m -2 hari -1 setara dengan ± mg CH 4 m -2 jam -1 (Ishizuka et al., 2005b). Inubushi et al. (2003) melaporkan bahwa konversi hutan gambut sekunder menjadi lahan sawah bertendensi meningkatkan emisi CH 4 tahunan, sementara perubahan penggunaan lahan dari hutan sekunder menjadi lahan kering bertendensi menurunkan emisi CH 4 tahunan. Pengalihan fungsi lahan dari hutan lahan basah menjadi pertanaman sagu tidak berpengaruh terhadap emisi CH 4

3 9 (Inubushi et al., 1998). Perbedaan tipe penggunaan karakteristikk mikroba tanah dan fluks CH 4. lahan akan merubah Aspek Mikrobiologis pada Tanah Sawah Penggenangan pada tanah sawah mengubah sifat kimia, mikrobiologi dan kapasitas penyediaan hara oleh tanah. Hal tersebut mengakibatkan perbedaan lingkungan mikro maupun makro dalam hal redoks potensial, sifat fisika, penetrasi cahaya serta status haraa yang memungkinkan kisaran bervariasi dari mikroba tanah untuk aktif. Secara umum profil tanah sawah meliputi genangan air, lapisan tanah teroksidasi, lapisan tanah tereduksi, tanaman padi serta lapisan bajak dan lapisan subsoil. Masing-masing lapisan mempunyai karakteristik mikrobiologis. Secara skematis profil tersebut disajikan pada gambar 2.1. Fotik Oksidatif Lapisan Tanah Oksidatif Bagian tanaman padi yang terendam Genangan air Afotik Reduktif Tanah Reduktif Rizosfer Lapisan bajak Subsoil Gambar 2.1. Lingkungan makro ekosistem padi sawah (Roger et al., 1993) Padaa lapisan genangan air, suasana lingkungan aerob serta penetrasi cahaya cukup tinggi. Pada daerah tersebut aktivitas mikroba didominasi oleh bakteri fotosintesis, sejumlah mikroba heterotrof serta mikroba pemfiksasi N 2 secara hayati baik yang bersifat hidup bebas maupun yang bersimbiosis dengan ganggang biru hijau. Tepat di bawah genangan air dijumpai lapisan tanah yang teroksidasi yang dicirikan oleh potensial redoks positif tinggi. Ketebalan lapisan tanah tersebut bervariasi antara 2 hingga 20 mm tergantung kelarutan oksigen dalam lapisan genangan air. Pada lapisan tersebut aktivitas mikrobiologis sangat tinggi, aktivitas utama meliputi: dekomposisi bahan organik secara aerobik, fiksasi

4 10 hayati N 2 oleh ganggang, nitrifikasi oleh pengoksidasi amonium maupun nitrit, serta oksidasi metana. Di bawah lapisan oksidasi dijumpai lapisan tanah tereduksi yang dicirikan oleh potensial redoks yang rendah hingga negatif. Aktivitas mikroba terutama terkonsentrasi pada agregat yang mengandung debris organik. Aktivitas utama pada lapisan reduksi ini meliputi: dekomposisi bahan organik secara anaerob, fiksasi hayati N 2 oleh mikroba heterotrof, denitrifikasi, reduksi mangan, reduksi besi, reduksi sulfat, pembentukan metana serta produksi H 2. Dari sudut pandang mikrobiologis, tanaman padi menyediakan dua lingkungan untuk pertumbuhan mikroba yaitu pada bagian tanaman yang tergenang maupun rizosfernya dan membentuk satuan ekologi dengan aktivitas mikroba yang unik. Bagian pangkal tanaman yang tergenang dikoloni oleh bakteri efifit dan ganggang. Tanaman padi mempunyai kemampuan untuk mentransportasikan oksigen dari bagian atas tanaman ke daerah perakaran, sehingga beberapa site dari rizosfer bersifat oksidatif dengan Eh yang cukup tinggi. Rizosfer padi yang aktif memproduksi banyak eksudat sebagian di antaranya merupakan senyawa yang mudah terurai sehingga menjadi sumber energi bagi mikroba. Kombinasi ketersediaan oksigen dan melimpahnya makanan pada rizosfer padi merupakan daya tarik bagi mikroba untuk tumbuh aktif di rizosfer. Aktivitas utama pada rizosfer meliputi: asosiasi pemfiksasi hayati N 2 oleh mikroba heterotrof, nitrifikasi denitrifikasi, serta reduksi sulfat. Lapisan bajak mempunyai permeabilitas yang rendah, ketahanan mekanik yang tinggi serta kepadatan tanah yang tinggi. Lapisan ini menghambat perkolasi air maupun pencucian hara ke lapisan di bawahnya. Aktivitas mikrobiologis pada lapisan tersebut dan peranannya dalam penyediaan hara bagi tanaman padi jarang dikaji. Emisi Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Sawah Padi sawah merupakan ekosistem buatan manusia yang sangat penting pada neraca CH 4 global, melalui perannya sebagai sumber sekaligus rosot CH 4 (Inubushi et al., 2002, 2003; Kumaraswamy et al., 2000; Wang et al., 1999; Wasmann dan Aulakh, 2000). Pembentukan CH 4 terjadi pada potensial redoks yang sangat rendah, dengan penggenangan yang terus menerus kondisi tersebut menstimulir pembentukan CH 4. Aktivitas penggenangan pada lahan sawah menyebabkan kondisi anaerob dan menstimulir populasi dan aktivitas bakteri

5 11 metanogen penghasil CH 4. Ketersediaan substrat organik hasil dekomposisi bahan organik secara anaerob maupun hasil eksudasi akar mensuplai energi bagi mikroba tersebut untuk memproduksi CH 4. Intensifikasi padi sawah untuk pemenuhan kebutuhan makanan seiring dengan peningkatan populasi penduduk Indonesia berpotensi meningkatkan kontribusinya dalam pelepasan CH 4 ke atmosfer. Pada tahun 2004, luas panen padi di Indonesia dilaporkan mencapai sekitar 11.6 juta ha (BPS, 2005). Nilai tersebut masih berpotensi meningkat pada tahun berikutnya. Dinamika CH 4 pada lahan sawah mencakup proses produksi, oksidasi, emisi dan konsumsi (Le Mer dan Roger, 2001). Emisi CH 4 pada lahan sawah terjadi melalui tiga cara yaitu ebulisi, difusi dan difusi melalui aerenkim tanaman. Emisi CH 4 pada tanah sawah tadah hujan bervariasi antara 19 hingga 123 mg CH 4 m -2 hari -1, sedangkan pada tanah sawah beririgasi berkisar antara 71 hingga 217 mg CH 4 m -2 hari -1 (Setyanto et al., 2000). Data tersebut diperoleh dari pengamatan dari tahun 1993 hingga 1998 di Jakenan, Pati, Jawa Tengah. Proses produksi gas rumah kaca tersebut dapat dikelola melalui pengelolaan air. Hal ini ditunjukkan oleh penelitian Husin (1994) di kebun percobaan Sukamandi pada tanah Aeric Tropaqualf. Emisi CH 4 tertinggi terdapat pada perlakuan penggenangan kontinyu. Emisi CH 4 pada perlakuan penggenangan terputus dan macak-macak nyata lebih rendah dibanding pada penggenangan kontinyu, sedangkan terhadap hasil saling tidak berbeda nyata. Implikasi praktisnya pengelolaan air dengan penggenangan terputus dan macakmacak mampu mempertahankan produksi, menghemat air dan sekaligus menurunkan emisi CH 4. Pengelolaan air merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam budidaya padi. Kegiatan ini berkaitan erat dengan permasalahan efisiensi penggunaan air, pengendalian gulma, karakteristik tanah serta aktivitas mikroba tanah. Pengaruh pengelolaan air terhadap emisi CH 4 di daerah tropis ditelaah oleh sejumlah penulis seperti Nugroho et al., 1994a; Husin et al., 1995, Rath et al., Husin et al. (1995) melaporkan bahwa perlakuan pengelolaan air nyata berpengaruh terhadap variasi fluks CH 4 harian maupun musiman. Perlakuan pengelolaan air dengan cara intermiten mampu menekan sekitar 50% fluks CH 4 dan pengairan kondisi macak-macak mampu menurunkan fluks CH 4 hingga 70% dibandingkan perlakuan penggenangan secara kontinyu. Minamikawa dan Sakai (2005) memaparkan bahwa emisi CH 4 pada perlakuan drainase midseason,

6 12 intermitten dan Eh terkontrol menurunkan emisi berturut-turut sebesar 64, 26 dan 17 % terhadap emisi CH 4 pada perlakuan penggenangan secara kontinyu. Dinamika emisi CH 4 dengan pengelolaan air pada tanaman tebu dilaporkan oleh Weier (1999). Peningkatan kadar air hingga jenuh meningkatkan emisi gas rumah kaca tersebut. Namun pola ini tidak serta merta dapat diaplikasikan pada tanah sawah dengan karakter tanaman dan ekosistem yang berbeda. Pengelolaan air akan mempengaruhi karakteristik tanah, aktivitas mikroba dan akan berdampak terhadap fluks CH 4. Namun informasi mendalam tentang mikroba tanah dan hubungannya dengan fluks CH 4 oleh pengelolaan air belum terlalu banyak. Memahami keterkaitan antara perilaku mikroba dengan fluks CH 4 sangatlah penting artinya untuk lebih memahami mekanisme yang terlibat dalam upaya mengurangi emisi CH 4 pada lahan pertanian termasuk pada tanah sawah. Pada budidaya padi sawah emisi CH 4 dan N 2 O tidak mungkin diabaikan, karena model pengelolaan air yang senantiasa melebihi kapasitas lapang akan menstimulir proses dekomposisi secara anaerob. Secara alami dinamika pembentukan CH 4 dan N 2 O disajikan pada gambar 2.2. dan 2.3. Emisi CH 4 melalui tanaman Difusi oksigen melalui tanaman Air Difusi CH 4 ke dalam akar Produksi CH 4 Eksudat dan akar lapuk Difusi O 2 melalui akar Oksidasi CH 4 pada rizosfer Tanah Gambar 2.2. Skema dinamika produksi dan emisi metana pada tanah sawah (Wasmann dan Aulakh,2000)

7 13 Dengan adanya perlakuan penggenangan didapat gradasi lapisan pada profil tanahnya yaitu lapisan oksidatif yang tipis di bawah genangan air lalu diikuti lapisan reduktif yang tebal di bawahnya. Apabila pupuk nitrogen diaplikasikan ke dalam lapisan reduktif, denitrifikasi bisa dihambat. Namun kebocoran sistem berupa sebagian pupuk nitrogen berada di lapisan oksidatif segera ternitrifikasi menjadi nitrat yang mobil, kemudian nitrat yang mobil mencapai lapisan reduktif dan mengalami denitrifikasi. Transformasi N melalui proses denitrifikasi sangat dipengaruhi oleh ph, pada kondisi netral hasil akhir berupa N 2 sedangkan pada kondisi masam maupun denitrifikasi oleh denitrifier yang tidak mempunyai enzim N 2 O reduktase akan mengemisikan N 2 O. Besarnya fluks CH 4 dan N 2 O dari tanah sawah dipengaruhi oleh teknik budidaya pada tanah tersebut. Perlakuan pembenaman bahan organik, pengelolaan air dan pengelolaan pupuk nitrogen akan berinteraksi mempengaruhi besarnya emisi GRK tersebut. Mikroba Gambar 2.3. Transformasi nitrogen pada tanah sawah tergenang (De Data, 1981)

8 14 Pengaruh Bahan Organik terhadap Emisi Metana dan Nitrous Oksida Pemberian bahan organik merupakan salah satu langkah pemeliharaan produktivitas tanah sawah. Pada tanah sawah praktek pembenaman tunggul dan jerami segar yang diikuti dengan penggenangan merupakan fenomena yang umum terjadi. Kondisi tersebut akan menstimulir suasana reduktif dan meningkatkan aktivitas mikroba metanogen dan denitrifier sehingga memacu dekomposisi secara anaerobik dan denitrifikasi yang membebaskan CH 4 dan N 2 O. Pembenaman bahan organik segar menyebabkan peningkatan fluks CH 4 baik pada tanah sawah maupun lahan kering dan berkontribusi secara nyata terhadap neraca CH 4 global (Yang dan Chang, 1997; Rath et al., 1999; Wihardjaka, 2001). Kondisi anaerob dan ketersediaan substansi organik mudah terdekomposisi sangat penting untuk proses produksi metana dalam tanah (Wasmann dan Aulakh, 2000). Tanah yang kaya kandungan substansi organik mudah terdekomposisi (asetat, formiat, metanol, amin termetilasi) dan kandungan senyawa akseptor elektron (NO - 3, Mn 4+, Fe 3+ ) rendah mempunyai potensi produksi CH 4 yang tinggi. Praktek pembenaman jerami yang dilanjutkan dengan penggenangan pada tanah sawah berpotensi meningkatkan emisi CH 4. Kombinasi penggenangan dan pembenaman jerami yang mempunyai C/N tinggi menstimulir penurunan potensial redoks secara tajam hingga kurang dari -200 mv yang mendukung pembentukan CH 4. Kombinasi penggenangan dan pembenaman jerami 1% w/w meningkatkan populasi bakteri metanogen baik kelompok pengguna asetat maupun penggunan H 2 -CO 2 (Rath et al., 1999). Untuk mengurangi emisi CH 4 Wihardjaka (2001) menggunakan kompos sebagai pengganti bahan organik segar. Penambahan bahan organik ditengarai meningkatkan emisi N 2 O dari tanah (Arcara et al., 1999; Friedel et al., 1999; Mogge et al., 1999; Pidello et al., 1996; Whalen, 2000). Pemberian bahan organik yang mempunyai kandungan karbon tinggi serta mudah termineralisasi seperti pupuk kandang diduga mampu meningkatkan biomas mikroba sehingga meningkatkan emisi N 2 O dari tanah pertanian. Karbon yang mudah termineralisasi meliputi karbon larut dalam air maupun asam lemak mudah menguap (volatile fatty acid / VFA) serta karbon antron reaktif (anthrone-reactive carbon).

9 15 Arcara et al. (1999) menyatakan bahwa penggunaan slury dari limbah ternak meningkatkan kehilangan N sebagai N 2 O, melalui emisi langsung dan denitrifikasi. Emisi N 2 O dari tanah dibedakan menjadi emisi dari denitrifikasi dan emisi 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 -1 membebaskan gas N 2 O paling tinggi dari tanah dibanding dengan perlakuan tunggal pupuk urea maupun perlakuan slury. Intensitas dan besarnya emisi N 2 O dari tanah ditentukan oleh sejumlah faktor yaitu suhu, curah hujan yang berkenaan dengan kelembaban tanah, kandungan karbon mudah termineralisasi yang berjumlah atom karbon rendah sebagai donor elektron pada proses reduksi. Slury mengandung asam-asam organik, di antaranya termasuk asam lemak mudah menguap. Kombinasi asam lemak mudah menguap dan kandungan N mudah tersedia dari urea menciptakan kondisi yang memicu pembebasan N 2 O. Kehilangan N 2 O terbesar terjadi pada bulan pertama fase pertumbuhan penanaman jagung. 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 emisi N 2 O, emisi pada perlakuan pupuk kandang meningkat 2 kali dibanding perlakuan yang lain yaitu sebesar 4.9 kg N 2 O-N ha -1 tahun -1 melalui denitrifikasi dan emisi langsung sebesar 5.3 kg N 2 O-N ha -1 tahun -1 (Mogge et al., 1999). Aplikasi slury dengan cara disemprotkan yang banyak dipraktekkan di Amerika Serikat bagian Timur memberikan dampak peningkatan kehilangan N melalui emisi 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 N 2 O-N m -2, nilai tersebut lebih rendah dibanding perlakuan Urea yang dikombinasikan dengan glukose sebagai sumber karbon cepat tersedia yang mencapai 20.8 mg N 2 O-N m -2, diduga pada slury tersebut mengandung senyawa yang mempengaruhi

10 16 komunitas mikroba yang bekerja pada siklus N. Emisi N 2 O berkaitan erat dengan dosis N yang diberikan, pada penelitian tersebut digunakan 150 kg N ha -1. Hal yang perlu diwaspadai adalah akan terjadinya fluks N 2 O yang hebat oleh residu nitrat yang terakumulasi pada tanah tersebut potensial terdenitrifikasi dengan meningkatnya kelembaban tanah (Whalen, 2000). Secara umum penambahan bahan organik yang bertujuan mempertahankan produktivitas tanah berpotensi meningkatkan emisi CH 4 dan N 2 O. Pengelolaan air dan pupuk nitrogen yang tepat diharapkan mampu meminimalkan pengaruh negatif tersebut sehingga didapatkan kemanfaatan yang optimal. Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Emisi Metana dan Nitrous Oksida Emisi gas rumah kaca dari tanah ditentukan oleh laju produksi dan transportasi dalam hal ini difusi gas dari tanah ke atmosfer. Emisi CH 4 dihasilkan dari dekomposisi bahan organik secara anaerobik (Wang dan Adachi, 1999; Wang et al., 1999; Kumaraswamy et al., 2000). Emisi N 2 O dari dari tanah melalui peristiwa denitrifikasi, nitrifikasi (Ishizuka et al., 2002; Inubushi et al., 2003) dan emisi yang dimediasi oleh tanaman (Chen et al., 1999; Hou et al., 2000a). Emisi N 2 O pada tanah sawah bervariasi menurut kedalaman lapisan bajaknya (Müller et al., 1998; Röver et al., 1999) Wang dan Adachi (1999) menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi produksi dan emisi CH 4 dari tanah tergenang yaitu suhu, tipe tanah, varietas padi dan praktek pertanian yang diterapkan. Sementara hasil studi Wang et al. (1999) di China mengelompokkan kemampuan tanah sawah memproduksi CH 4 berdasarkan redoks potensial dan kandungan bahan organik. Peningkatan emisi CH 4 oleh pembenaman jerami segar dibuktikan oleh Wihardjaka (2001) dan Rath et al. (1999). Terdapat hubungan yang erat antara kandungan CO 2 atmosfer dengan aktivitas metanogen. Bakteri metanogen mampu mempergunakan CO 2 atmosfer untuk memproduksi CH 4. Hasil penelitian Wang dan Adachi (1999) menunjukkan peningkatan produksi CH 4 oleh peningkatan konsentrasi CO 2 atmosfer (percobaan simulatif). Proses produksi dan oksidasi gas rumah kaca tersebut dapat dikelola melalui pengelolaan air. Pembentukan CH 4 terjadi pada potensial redoks yang sangat rendah, dengan penggenangan yang terus menerus kondisi tersebut mendukung suasana pembentukan CH 4. Oksidasi CH 4 terjadi pada potensial

11 17 redoks yang lebih tinggi. Pengaturan potensial redoks melalui pengelolaan air yang meliputi tinggi genangan, lama penggenangan merupakan cara mengelola produksi dan oksidasi CH 4. Pengurangan pengairan melalui penggenangan terputus dan macak-macak mengemisikan CH 4 yang nyata lebih rendah dibanding penggenangan kontinyu (Nugroho et al., 1994a; Husin, 1994; Minamikawa dan Sakai, 2005). Tanah sawah yang senantiasa digenangi sedikit mengemisi N 2 O, peluang emisi terjadi melalui oksidasi amonium oleh rizosfer menjadi nitrat yang segera tereduksi pada lapisan reduktif. Oksidasi reduksi berselang-seling yang terjadi pada tanah sawah memacu pembentukan N 2 O, siklus tersebut biasanya terjadi pada penggenangan dan pengeringan bergantian. Pada saat pengeringan terjadi nitrifikasi, dan pada saat penggenangan kembali segera nitrat terdenitrifikasi. Periode tersebut senantiasa terjadi, misalnya selama pemupukan, menjelang panen. Hal ini ditunjukkan oleh penelitian Suratno (1997) di kebun percobaan Darmaga pada tanah bertekstur liat dengan permeabilitas 0.86 cm jam -1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fluks N 2 O rata-rata berkisar antara hingga µg N 2 O-N m -2 jam -1. Nilai fluks negatif menunjukkan adanya rosot (sink) pada tanah sawah. Selama fase reproduktif, perlakuan penggenangan kontinyu menghasilkan fluks N 2 O rata-rata secara nyata lebih kecil dibanding teknik penggenangan terputus, yaitu masing-masing sebesar dan µg N 2 O-N m -2 jam -1. Implikasi praktis dari penelitian tersebut adalah bagaimana memperkecil peluang siklus oksidasi reduksi (Suratno et al., 1998). Dinamika emisi CH 4 dan N 2 O secara simultan dengan pengelolaan air pada tanaman tebu dilaporkan oleh Weier (1999). Peningkatan kadar air hingga jenuh meningkatkan emisi kedua gas rumah kaca tersebut. Dinamika emisi CH 4 dan N 2 O berkaitan erat dengan potensial redoks dan aktivitas mikroba. Terlihat hubungan terbalik antara kedua gas tersebut, upaya mitigasi emisi CH 4 misalnya melalui drainase berindikasi meningkatkan emisi N 2 O. Pengelolaan air untuk pengelolaan potensial redoks -100 hingga +200 mv sangat diperlukan. Kisaran tersebut cukup tinggi untuk menghambat pembentukan CH 4 dan cukup rendah untuk memacu produksi N 2 O (Hou et al., 2000a). Dari perilaku fluks gas rumah kaca tersebut didapat pola yang berbeda sebagai respon tindakan pengelolaan air pada padi sawah. Pada emisi CH 4, penggenangan terus menerus meningkatkan emisinya, sedangkan pada N 2 O

12 18 penggenangan mampu menekan emisinya. Untuk itu perlu dicari kombinasi model, agar pengelolaan air mampu meningkatkan hasil padi, mengefisienkan penggunaan air sekaligus langkah mitigasi emisi gas rumah kaca. Pengaruh Pupuk N Lepas Terkontrol terhadap Emisi Metana dan Nitrous Oksida Peningkatan penggunaan pupuk nitrogen menyebabkan peningkatan emisi N 2 O. Nitrous oksida dibebaskan dari tanah melalui peristiwa denitrifikasi, nitrifikasi (Arth dan Frenzel, 2000; Carnol dan Ineson, 1999; Chèneby et al., 1998; Mogge et al., 1999; Inubushi et al., 2003) dan emisi yang dimediasi oleh tanaman ( Yu et al., 1997; Chang et al., 1998; Hou et al., 2000a). Langkah awal mitigasi emisi CH 4 dan N 2 O adalah dengan menghambat kinerja bakteri nitrifikasi. Penghambatan ini diharapkan mampu mengatur konversi amonium menjadi nitrat sehingga dari aspek praktis mampu meningkatkan efisiensi pemupukan, meningkatkan recovery pupuk dan menekan kehilangan N baik melalui leaching maupun emisi N 2 O. Mempertahankan bentuk amonium mampu menghambat laju denitrifikasi penyebab inefisiensi pemupukan N pada tanaman serta mampu meningkatkan recovery pemupukan N pada lahan budidaya (Kpomblekou dan Killorn, 1996; Rochester et al., 1996; Abbasi dan Adams, 2000; Mahmood et al., 2000). Penghambatan laju denitrifikasi mampu mereduksi emisi N 2 O dari tanah pertanian (Saad et al., 1996; Inubushi et al., 1996 ; McTaggart et al., 1997; Inubushi et al., 1999). Secara alami perilaku mikroba pengoksidasi amonium mirip dengan mikroba pengoksidasi CH 4, pengelolaan pupuk N mampu menekan emisi N 2 O serta gas CH 4 (McCarty, 1999). Beberapa bahan nabati juga mampu mengontrol pelepasan pupuk N misalnya tanaman Neem (Mimba) (Agbenin et al., 1999; McCarty, 1999). Emisi N 2 O dipengaruhi oleh jenis pupuk N yang diaplikasikan. Pupuk N yang cepat menyediakan nitrat berpeluang besar menyumbang kehilangan N melalui emisi N 2 O (Arcara et al., 1999; Whalen, 2000). Emisi terbesar terjadi pada pemupukan dengan slury dan diikuti oleh urea, emisi yang terendah pada perlakuan pupuk amonium sulfat, pada padang rumput (Clayton et al., 1997). Denitrifikasi dan emisi N 2 O dipengaruhi oleh sumber N, pupuk Urea menyebabkan denitrifikasi yang lebih tinggi dibanding amonium sulfat pada studi rumah kaca dengan tanah tergenang (Mulvaney et al, 1997). Keberadaan sulfat

13 19 diduga mampu menghambat laju nitrifikasi sehingga emisi N 2 O dapat ditekan. Suratno (1997) melaporkan bahwa emisi N 2 O dari lahan sawah yang dipupuk dengan urea tablet lebih rendah dibanding dengan urea prill. Sementara Weier (1999) melaporkan bahwa aplikasi amonium sulfat secara split mampu menurunkan emisi N 2 O pada lahan tebu. Aplikasi pupuk lepas lambat / slow release fertilizer ataupun pupuk lepas terkontrol (controlled release fertilizer/crf) mampu mengontrol pelepasan pupuk amonium. Berbagai upaya untuk mengontol pelepasan hara N dari pupuk misalnya dengan modifikasi bentuk, pelapisan sehingga kelarutan pupuk berkurang. Pelapisan dengan bahan nabati misalnya neem juga mulai dikembangkan dalam rangka pengembangan produk ramah lingkungan. Di India neem diaplikasikan sebagai slow release fertilizer berupa Urea neem cake coated dengan nama dagang NIMIN. Pengaturan pelepasan amonium, diharapkan merupakan pengaturan laju nitrifikasi dan menghambat penyediaan nitrat bagi proses denitrifikasi. Secara teori aplikasi pupuk N berpelepas lambat selain meningkatkan efisiensi pemupukan juga berkontribusi terhadap penurunan emisi N 2 O. Perilaku fluks CH 4 dan N 2 O berkaitan erat dengan potensial redoks dan aktivitas mikroba. Terlihat hubungan terbalik antar kedua gas tersebut, upaya mitigasi CH 4 misalnya melalui drainase berindikasi meningkatkan fluks N 2 O. Pengelolaan potensial redoks pada kisaran -100 hingga +200 mv sangat diperlukan. Kisaran tersebut cukup untuk menghambat pembentukan CH 4 dan N 2 O (Hou et al., 2000a). Interaksi antar ketersediaan substrat, lingkungan yang mendukung dan aktivitas mikroba menentukan tingkat fluks CH 4 dan N 2 O. Pengelolaan air berpengaruh terhadap dinamika fluk CH 4 (Husin et al., 1995) serta N 2 O (Suratno et al., 1998). Pengelolaan pupuk nitrogen yang tepat diharapkan mampu melengkapi pengaruh pengelolaan air untuk meminimalkan pengaruh negatif pembenaman bahan organik terhadap fluks CH 4 dan N 2 O serta mengoptimalkan kemanfaatannya. Global Warming Potential Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Sawah Metana (CH 4 ) dan nitrous oksida (N 2 O) termasuk gas rumah kaca yang disebut dalam Protokol Kyoto, di samping karbon dioksida (CO 2 ), hidrofluo rokarbon (HFC s ), perfluorokarbon (PFC s ) dan sulfur heksafluorida (SF 6 )

14 20 (Murdiyarso, 2003b). Kondisi potensial redoks yang berbeda untuk pembentukan kedua gas tersebut mengisyaratkan sulitnya pengaturan lingkungan melalui perlakuan teknik budidaya untuk dapat menekan fluks keduanya secara bersamaan. Pengurangan kadar air pada tanah sawah dengan pengairan secara intermiten mampu mengurangi fluks CH 4 (Husin et al., 1995, Minamikawa dan Sakai, 2005) namun meningkatkan fluks N 2 O (Suratno et al., 1998). Untuk itu diperlukan parameter penilaian dari kedua gas tersebut untuk mendapatkan suatu perlakuan budidaya yang mampu secara lebih efektif menekan fluks GRK. Metana dan N 2 O sebagai komponen GRK menyebabkan terjadinya efek rumah kaca (greenhouse effect) yang secara makro berpotensi terhadap pemanasan global (global warming). Untuk memprediksi potensi CH 4 dan N 2 O terhadap pemanasan global, IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Change) menyusun indeks GWP (Global Warming Potential). Indeks GWP merupakan penilaian relatif di mana gas CO 2 diberi nilai 1 (satu) sebagai standar. Indeks GWP mencerminkan potensi setiap komponen GRK untuk menyebabkan pemanasan global, yang nilainya dipengaruhi oleh masa tinggal di atmosfer dan kemampuannya dalam penyerapan sinar inframerah. Menurut IPCC (2001), indeks GWP untuk CH 4 dan N 2 O masing-masing sebesar 23 dan 296. Nilai tersebut merupakan revisi terhadap nilai GWP sebelumnya oleh IPCC, 1996 yaitu masing-masing sebesar 21 dan 310 untuk CH 4 dan N 2 O (EIA, 2004). Semakin tinggi nilai indeks GWP semakin besar potensinya untuk menyebabkan pemanasan global. Sebagai dasar penilaian fluks CH 4 dan N 2 O pada tanah sawah digunakan potensi pemanasan global sebagai penjumlahan dari hasil kali total fluks masingmasing gas terhadap indeks GWPnya. Suatu perlakuan yang mampu menurunkan fluks CH 4 namun menghasilkan fluks N 2 O yang lebih tinggi dapat diperbandingkan dengan perlakuan lain yang mampu menurunkan fluks N 2 O namun menghasilkan fluks CH 4 yang lebih tinggi.