KUALITAS LIMBAH PERTANIAN SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBENAH TANAH BERUPA BIOCHAR UNTUK REHABILITASI LAHAN NL. Nurida, A. Dariah dan A. Rachman ABSTRAK Dalam upaya meningkatkan kualitas sifat fisik tanah, sebaiknya dipilih bahan pembenah dari bahan yang sulit terdekomposisi agar dapat bertahan lama dalam tanah. Bahan yang mudah diperoleh dan relatif murah adalah penggunaan limbah pertanian seperti tempurung kelapa, kulit buah kakao, sekam padi, batang kayu bakau, tempurung kelapa sawit dll. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan limbah pertanian yang berkualitas sebagai bahan baku pembenah tanah dalam rangka rehabilitasi lahan kering. Limbah pertanian yang diuji adalah () tempurung kelapa, () kulit buah kakao, (3) sekam padi, dan (4) kulit kelapa sawit, dengan lama pembakaran (), () dan (3) 3,5. Pembakaran dilakukan dengan menggunakan pirolisator untuk mendapatkan arang (biochar) melalui pembakaran tidak sempurna (pyrolisis) dengan suhu sekitar 50-0 0 C. Kriteria yang digunakan jumlah arang yang dihasilkan kemampuan meretensi air (water holding capacity), C-organik total, dan kelembaban, kadar N, P, dan K. Hasil penelitian menunjukkan bahwa melalui proses pembakaran tidak sempurna (pirolisis), jumlah arang yang dihasilkan sekitar 8,0-53,5%. Tempurung kelapa sawit, kulit buah kakao dan sekam padi menghasilkan arang yang paling tinggi bila dibakar selama, sedangkan hasil arang tertinggi dari tempurung sawit dicapai bila dibakar selama. Kemampuan meretensi air paling tinggi dicapai bila dilakukan pembakaran selama untuk arang tempurung kelapa dan tempurung sawit, serta pemakaran 3,5 untuk arang kulit buah kakao dan sekam padi. Kadar C- organik arang tempurung kelapa tergolong paling rendah yaitu hanya C-organik sebesar,37-,70%, selain itu kandungan unsur hara makro yang terkandung dalam arang tempurung kelapa juga tergolong paling rendah baik yang dibakar, maupun 3,5. Dengan pertimbangan sifat fisik dan kimia arang yang dihasilkan, maka telah terpilih 3 jenis bahan arang (biochar) terbaik yaitu kakao dengan lama pembakaran 3,5 ; tempurung sawit dengan lama pembakaran dan sekam padi dengan lama pembakaran. PENDAHULUAN Pada saat ini, pertanian tanaman pangan di lahan kering dihadapkan kepada masalah pengelolaan lahan yang tidak sesuai dengan potensi dan kesesuaiannya. Selain untuk menanggulangi penurunan degradasi kimia tanah, kegiatan rehabilitasi lahan juga harus diarahkan pada perbaikan sifat fisik tanah.
NL. Nurida et al., Untuk mempercepat pemulihan sifat fisik tanah perlu dilakukan upaya rehabilitasi lahan dengan menggunakan berbagai bahan amelioran yang mudah tersedia. Salah satu upaya perbaikan kualitas tanah yang dapat ditempuh adalah penggunaan bahan-bahan yang tergolong sebagai bahan pembenah tanah. Dalam upaya meningkatkan kualitas sifat fisik tanah, sebaiknya dipilih bahan pembenah dari bahan yang sulit terdekomposisi agar dapat bertahan lama dalam tanah. Bahan yang mudah diperoleh dan relatif murah adalah penggunaan limbah pertanian seperti tempurung kelapa, kulit buah kakao, sekam padi, batang kayu bakau, tempurung kelapa sawit dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut sangat sulit didekomposisi, dan dalam penerapannya diperlukan proses antara yaitu pembakaran tidak sempurna (pyrolisis) sehingga diperoleh arang yang mengandung karbon aktif untuk diaplikasikan ke dalam tanah. Di Indonesia potensi penggunaan charcoal atau biochar cukup besar, mengingat bahan baku seperti residu kayu, tempurung kelapa, sekam padi, tanaman bakau cukup tersedia. Potensi tempurung kelapa di Indonesia sangat besar mengingat luas areal tanaman kelapa di Indonesia tergolong terluas di dunia yaitu mencapai 3,7 juta hektar dengan produksi setara kopra sebesar 3 juta ton (Ditjen Bina Produksi, 00). Proporsi tempurung dari satu buah kelapa sekitar 5-9%. Pembuatan arang cukup dikenal masyarakat Indonesia, namun belum dimanfaatkan sebagai pembenah tanah, selama ini umumnya pembuatan arang (charcoal) dari limbah pertanian ditujukan untuk ekspor. Data dari Biro Pusat Statistik (000) menunjukkan bahwa ekspor arang terus meningkat terutama yang berasal dari tempurung kelapa. Okimori et al. (003) melaporkan bahwa pada tahun 000, Indonesia mampu mengekspor sekitar 50.000 ton arang yang berasal dari bakau (44 394 ton), tempurung kelapa (6 735 ton) dan sisanya berasal dari kayu. Penggunaan bahan pembenah tanah berbahan baku limbah pertanian yang sulit terdekomposisi merupakan salah satu alternatif yang dapat ditempuh untuk mempercepat peningkatan kualitas sifat fisik tanah. Kendala-kendala fisik dalam pemanfaatan lahan kering sebagai sumber pangan dapat dikurangi sehingga produksi tanaman dapat ditingkatkan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan limbah pertanian yang berkualitas sebagai bahan baku pembenah tanah dalam rangka rehabilitasi lahan kering.
Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah METODE PENELITIAN Pemilihan bahan pembenah tanah berbahan baku limbah pertanian dilakukan di laboratorium. Mengingat bahan baku limbah pertanian mempunyai kualitas yang berbeda, maka untuk menghasilkan arang dalam bentuk padatan diperlukan waktu pembakaran yang berbeda pula. Limbah pertanian yang diuji adalah () tempurung kelapa, () kulit buah kakao, (3) sekam padi, dan (4) tempurung kelapa sawit, dengan lama pembakaran (), () dan (3) 3,5. Pembakaran dilakukan dengan menggunakan pirolisator untuk mendapatkan arang (biochar) melalui pembakaran tidak sempurna (pyrolisis) dengan suhu sekitar 50-0 0 C. Masing-masing jenis bahan baku dimasukkan ke dalam drum pirolisator sampai penuh, selanjutnya hasil pembakaran (arang) ditimbang. Pengujian bahan pembenah tanah dilakukan untuk mendapat 3 (tiga) jenis bahan yang terbaik berdasarkan kriteria jumlah arang yang dihasilkan kemampuan meretensi air (water holding capacity), C-organik total, dan kelembaban, kadar N, P, dan K. Pengamatan terhadap kriteria penilaian dilakukan sebelum dan sesudah proses pembakaran. HASIL PENELITIAN Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku arang (biochar) Kualitas limbah pertanian yang digunakan sebagai bahan baku arang (biochar) yang berasal dari limbah pertanian cukup beragam. Ditinjau sifat kimia tanaman, keempat jenis limbah pertanian tersebut sangat potensial untuk dijadikan bahan arang, namun perlu diuji lamanya pembakaran yang ideal untuk menghasilkan arang yang berkualitas. Selain itu, untuk menentukan limbah pertanian yang terbaik sebagai bahan baku pembenah tanah berupa arang masih perlu dilihat dari sifat kimia dan fisika arang yang dihasilkan. Ogawa (006) mengemukakan bahwa kualitas charcoal atau biochar sangat tergantung pada sifat kimia dan fisik biochar yang ditentukan oleh jenis bahan baku (kayu lunak, kayu keras, sekam padi dll.) dan metode karbonisasi (tipe alat pembakaran, temperatur), dan bentuk biochar (padat, serbuk, karbon aktif). Pada Tabel dapat dilihat bahwa kandungan C-organik dan kandungan unsur hara makro seperti N, P dan K dari tempurung kelapa tergolong paling rendah dibandingkan ketiga limbah pertanian lainnya (kulit kakao, tempurung kelapa sawit dan sekam padi). Limbah pertanian yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan arang adalah limbah pertanian dengan rasio C/N yang tinggi 3
NL. Nurida et al., (>0), bahkan tempurung kelapa mempunyai rasio C/N yang sangat tinggi yaitu. Limbah pertanian dengan rasio C/N tinggi tersebut kurang potensial untuk dijadikan kompos, namun sangat potensial untuk dijadikan arang (biochar) yang mampu berfungsi sebagai pembenah tanah. Kandungan C-organik total cukup tinggi yaitu > 0%, bahkan kulit buah kakao, tempurung sawit dan sekam padi memiliki kandungan C-organik total > 35%. Selain itu kandungan unsur hara esensial (N, P dan K) dari tempurung kelapa relatif lebih rendah dibandingkan limbah pertanian lainnya. Tabel. Hasil analisis bahan arang (biochar) dari limbah pertanian yang digunakan Variabel Tempurung Kulit buah Tempurung kelapa kakao kelapa sawit Sekam padi C-organik total (%) 4.33 37.5 37.53 35.98 Asam humat (%) 0.56 0.9. 0.79 Asam fulfat (%) 0.7 3.3.36.57 Kadar abu (%).09 3.65 0.04 7.05 Kadar N (%) 0.0.9.09 0.73 C/N rasio 0 34 49 Kadar P (%) 0.0 0.4 0.09 0.4 Kadar K (%) 0.0 0.47 0.0 0.03 Sifat fisik arang (biochar) sebagai bahan pembenah tanah Pada Tabel dapat dilihat hasil analisis arang yang dihasilkan dari empat macam limbah pertanian dengan lama pembakaran, dan 3,5. Setelah melalui proses pembakaran tidak sempurna (pirolisis) terlihat bahwa jumlah arang yang dihasilkan sekitar 8,0-53,5%. Tempurung kelapa, kulit buah kakao dan sekam padi menghasilkan arang yang paling tinggi bila dibakar selama, sedangkan hasil arang tertinggi dari tempurung sawit dicapai bila dibakar selama. Namun demikian, untuk menghasilkan arang secara menyeluruh dibutuhkan waktu yang berbeda yaitu,, 9 dan masingmasing untuk tempurung kelapa, kulit buah kakao, tempurung kelapa sawit dan sekam padi (Tabel ). Perbedaan waktu yang dibutuhkan sampai terbentuk arang tergantung pada kadar air, bentuk dan komposisi kimia limbah pertanian yang digunakan. Pembakaran dengan temperatur yang lebih tinggi akan menurunkan produksi biochar namun meningkatkan fixed carbon (Tanaka, 963), sedangkan proporsi abu biochar berpengaruh langsung terhadap nilai ph. 4
Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah Tabel. Hasil analisis fisik biochar sebagai bahan pembenah tanah Variabel Tempurung kelapa Kulit Kakao Tempurung Sawit Sekam padi Berat arang (kg) 7.0 7.5 7.6.8.7 3.3 0.7.4.8.8.8 3.8 Persentase arang (%) 3.3 5.0 5.3 8.7 8.0.0 5 45.6 48.4 3.3 3.3.4 Persentase abu (%).0.7.3 4.7 3.3 0.0.5.8 3.3 3.3.7. Volume asap cair (liter) 6 7.5.5 5 5.5 6 6 8 3 5 Persentase asap cair (%) 0.0 5.0 38.3 33.3 36.7.0.0 3.0 6.7 9. 5.0.0 Kemampuan retensi air (%) 55. 48. 49.6 47.6 49.4 50.5 63. 63. 6.6 37.5 38.3.0 Kadar air (%) 8 6 7.5 7.5 9.5.5 5 3 6 3.5 (%) 70 Tempurung kelapa (%) 70 Kulit buah kakao j am 60 60 50 50 0 5' 0' 5' 0' 5' ' ' 50' 60' 75' 90' 0 5' 0' 5' 0' 5' ' ' 50' 60' 75' 90' Waktu (menit) Waktu (menit) (%) 70 Tempurung kelapa sawit (%) 70 Sekam padi 60 60 50 50 0 5' 0' 5' 0' 5' ' ' 50' 60' 75' 90' Waktu (menit) 0 5' 0' 5' 0' 5' ' ' 50' 60' 75' 90' Waktu (menit) Gambar. Kemampuan retensi air biochar limbah pertanian Kemampuan meretensi air merupakan kriteria yang penting mengingat bahan pembenah tanah berupa arang akan digunakan di lahan kering yang mempunyai kendala ketersediaan air. Arang tempurung kelapa sawit mempunyai kemampuan meretensi air paling tinggi yaitu sekitar 6,6 63,%, sedangkan arang lainnya berkisar antara 37,5% sampai 55,%. Kemampuan merentensi air kemungkinan sangat tergantung pada bentuk dan porositas (volume pori) arang 5
NL. Nurida et al., yang dihasilkan. Bila dilihat pada masing-masing jenis bahan baku, arang yang mampu meretensi air tertinggi adalah sebagai berikut: arang tempurung kelapa yang dibakar, arang kulit buah kakao yang dibakar 3,5, arang tempurung sawit yang dibakar serta arang sekam padi yang dibakar 3,5. Sifat kimia arang (biochar) sebagai bahan pembenah tanah Pada Gambar terlihat bahwa arang yang masih mempunyai kandungan C-organik total cukup tinggi (>4%) sehingga diharapkan mampu meningkatkan kadar bahan organik tanah dan berperan dalam memperbaiki sifat fisik dan biologi tanah. Sebelum dibakar kadar C-organik tempurung kelapa sekitar 4,33%, namun setelah dalam bentuk arang kadar Corganik sangat rendah yaitu hanya,37-,70%, jauh lebih rendah dari ketiga jenis limbah pertanian lainnya. Arang tempurung kelapa sawit memiliki kadar C-organik dan N-total lebih tinggi dibandingkan arang lainnya, sedangkan arang coklat mengandung P dan K yang masih cukup tinggi. Pada Gambar dapat juga dilihat bahwa dari kandungan N- total, P dan K arang tempurung kelapa jauh lebih rendah dibandingkan ketiga jenis arang lainnya. (%) Kadar C-organik M entah dibakar dibakar dibakar 3 35 5 0 5 0 5 (%) Kadar N-total Mentah dibakar dibakar dibakar 3.0.5.0 0.5 0 Kelapa Kakao Sawit Sekam padi 0.0 Kelapa Kakao Sawit Padi (%) Kadar P M entah dibakar dibakar dibakar 3 0.6 0.4 0. (%) Kadar K M entah dibakar dibakar dibakar 3.4..0 0.8 0.6 0.4 0. 0.0 Kelapa Kakao Sawit Padi 0.0 Kelapa Kakao Sawit Padi Gambar. Kandungan C-organik, N-total, P dan K biochar limbah pertanian 6
Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah Tabel 3. Hasil analisis kimia biochar limbah pertanian sebagai bahan pembenah tanah Variabel Tempurung kelapa Kulit kakao Tempurung sawit Sekam padi Asam humat (%) tad tad tad tad tad tad.08 0.59 0.46 tad tad tad Asam fulfat (%) 0.03 0.05 0.07 0.3 0.05 0.09.55.5.8 0.07 0.06 0.05 Kadar abu (%).46.4.7 7.89 8.79 7.36 6.07.94 6.38 53.4 47.04 48.9 Kadar Ca (%) 0.06 0.04 0.05.9.44.3 0.67.00 0.66 0.3 0.3 0. Kadar Mg (%) 0.03 0.03 0.03 0.85 0.98 0.86 0.3 0.55 0.3 0.3 0.07 0.3 Keterangan: tad=data masih dianalisis Ditinjau dari kadar abu dan kandungan unsur hara makro lainnya seperti Ca dan Mg dalam arang tempurung kelapa juga tergolong paling rendah baik yang dibakar, maupun 3,5. Dengan demikian, ditinjau dari sifat kimia arang maka dari seluruh arang yang dihasilkan, arang tempurung kelapa mempunyai kualitas paling rendah untuk dijadikan pembenah tanah. KESIMPULAN. Limbah pertanian tempurung kelapa, kulit buah kakao, tempurung kelapa sawit dan sekam padi sangat potensial untuk dijadikan bahan arang, namun diperlukan lama pembakaran yang berbeda untuk menghasilkan arang yang berkualitas.. Setelah melalui proses pembakaran tidak sempurna (pirolisis), jumlah arang yang dihasilkan sekitar 8,0-53,5%. Kemampuan meretensi air paling tinggi dihasilkan oleh arang tempurung kelapa ( ) dan arang tempurung kelapa sawit, kulit buah kakao dan sekam padi (3,5 ). 3. Kadar C-organik arang tempurung kelapa dan kandungan unsur hara arang tempurung kelapa tergolong paling rendah baik yang dibakar, maupun 3,5. 4. Dengan pertimbangan sifat fisik dan kimia arang yang dihasilkan, maka telah terpilih 3 jenis bahan arang (biochar) terbaik yaitu kakao dengan lama pembakaran 3,5 ; tempurung kelapa sawit dengan lama pembakaran dan sekam padi dengan lama pembakaran. 7
NL. Nurida et al., DAFTAR PUSTAKA Biro Pusat Statistik. 000. Ekspor-Impor Indonesia. Direktorat Jenderal Bina Produksi. 00. Statistik Perkebunan Indonesia. Glaser, B., J. Lehmann, and W. Zech. 00. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal: A review. Biol. Fertil. Soils 35:9-. Ogawa, M.006. Carbon sequestration by carbonization of biomass and forestation:three case studies. p 33-46. Okimori, Y., M. Ogawa, and F. Takahashi. 003. Potential of CO reduction by carbonizing biomass waste from industrial tree plantation in South Sumatra, Indonesia. Mitigation and Adaption Strategies for Global Change 8. p 6-80. Tanaka, 963. Fundamental study on wood carbonization. Bull. Exp. Forest of Hokkaido University. 8