II. TINJAUAN PUSTAKA A. Daerah Aliran Sungai Daerah Aliran Sungai (DAS) merupakan daerah tangkapan atau aliran yang mengalirkan air menuju sungai utama. Umumnya berupa daerah yang secara topografi, mengalirkan air menuju cabang-cabang sungai (Bortman et al 2006). Batas DAS tersebut dirupakan oleh garis bayangan sepanjang punggung pegunungan atau lahan meninggi, yang memisahkan sistem aliran yang satu dari sistem aliran tetangganya. Atas dasar pengertian ini maka secara teori semua kawasan darat habis terbagi menjadi sejumlah DAS. Suatu DAS terdiri atas dua bagian utama, yaitu daerah tadahan (catchment area) yang membentuk daerah hulu atau daerah kepala sungai dan daerah penyaluran air yang berada di bawah daerah tadahan. Daerah penyaluran air dapat dibagi menjadi dua daerah, yaitu daerah tengah dan daerah hilir (Hairiah et al 2003) Kondisi hulu Bengawan Solo mempunyai mata air yang keruh. Hal ini karena adanya material yang tererosi akibat penggunaan lahan yang tidak tepat.pada hulu sungai dengan kemiringan lereng terjal, yang seharusnya untuk kawasan lindung, pada kenyataannya untuk sawah dan tegalan.daerah hulu merupakan daerah perbukitan dengan kemiringan lereng beberapa puluh derajat hingga tegak dengan berbagai jenis batuan. Daerah hulu Bengawan Solo didominasi oleh kemiringan yang agak curam sampai sangat curam, yakni 15 persen sampai lebih dari 45 persen (Kompas 2007). Pada wilayah Sub DAS Temon, penggunaan lahannya didominasi oleh tegalan, yaitu seluas 2002,69 ha (atau sekitar 42,5%) diikuti dengan penggunaan untuk pemukiman seluas 982,10 ha (atau sekitar 20,8%), sawah seluas 736,73 ha (atau sekitar 15,6%), perkebunan/kebun seluas 707,60 ha (atau sekitar 15%). Sedangkan untuk penggunaan hutan hanya seluas 625,27 ha (hanya 6.1%) (Tjakrawarsa 2015) Sub-DAS Temon terletak di kabupaten Sukoharjo, Propinsi Jawa Tengah. Dari studi pendahuluan diketahui bahwa bentuk-bentuk penggunaan lahan sub- DAS Temon saat ini diantaranya adalah tegalan, pemukiman, semak belukar, 4
5 kebun, waduk, sawah, dan hutan. Kondisi topografi sub-das Temon sangat bervariasi mulai dari datar, landai, agak curam, curam, sampai sangat curam. Dari observasi lapangan terlihat bahwa penggunaan lahan di sub-das Temon ini banyak yang tidak sesuai dengan peruntukkannya, seperti terlihat sawah-sawah yang terletak di daerah yang agak curam sampai curam. (Suryadi 2008). Hilangnya vegetasi di daerah aliran sungai menyebabkan limpasan permukaan. Jumlah air permukaan yang mengalir banyak sehingga meningkatkan laju erosi. Erosi pada musim hujan secara kontinyu menyebabkan hilangnya lapisan top soil. Lapisan top soil terbawa aliran sungai kemudian menyebabkan sedimentasi (pendangkalan) di sungai (Mawardi 2010). Menurut Tjakrawarsa (2015) kerusakan DAS Solo sudah cukup parah akibat erosi, penebangan liar, penambangan pasir yang tidak terkendali, pembuangan limbah rumah tangga dan limbah pabrik. Pada saat musim kemarau aliran sungainya kering, namun pada saat musim penghujan alirannya meluap yang mengakibatkan banjir di daerah Jawa Tengah dan Jawa Timur. Tingkat erosi yang terjadi sudah melebihi batas yang ditoleransi yang berakibat sedimentasi dan pendangkalan di Bengawan Solo. Akibatnya, di sub DAS Temon dari tahun 1991 sampai 2007 telah terjadi kekurangan persediaan air tahunan sebesar 650.000 m 3 (27,86%) dari jumlah kebutuhannya sebesar 2.334.744 m 3. B. Agroforestri Agroforestri merupakan suatu sistem penggunaan lahan dengan mengkombinasikan beberapa macam pohon dengan atau tanpa tanaman semusim ataupun ternak pada lahan yang sama untuk mendapatkan berbagai keuntungan. Komponen penyusun utama agroforestri yaitu pohon, tanaman non pohon, ternak dan manusia, dan masing-masing komponen saling berinteraksi satu sama lain. Peran agroforestri sangat berhubungan erat dengan ketersediaan hara, penggunaan dan penyelamatan sumber daya alam (Suprayoga et al 2003). World Agroforestri Centre mendefinisikan agroforestri sebagai suatu sistem pengelolaan lahan dengan berasaskan kelestarian, yang meningkatkan hasil lahan secara keseluruhan, mengkombinasikan produksi tanaman pertanian (termasuk tanaman pohon-pohonan) dan tanaman hutan dan atau hewan secara
6 bersamaan atau berurutan pada unit lahan yang sama, dan menerapkan cara-cara pengelolaan yang sesuai dengan kebudayaan penduduk setempat (King dan Chandler, 1978 dalam Affandi 2002) Menurut Martial (2014) agroforestri adalah model atau pola pemanfaatan tanah yang mengutamakan pencampuran antar pohon sebagai elemen berkayu dengan tanaman atau hewan, atau menekankan interaksi biologis dengan tujuan produktivitas secara keseluruhan. Secara praktis terdapat keragaman jenis tumbuhan atau hewan pada suatu bentang tanah sebagai aktifitas masyarakat setempat, atau dapat disebutkan bahwa elemen utama pada agroforestri tersebut adalah pohon atau tumbuhan berkayu. Alih fungsi hutan menjadi lahan pertanian pada umumnya menyebabkan turunnya fungsi hidrologis hutan. Alih fungsi hutan ini berpangkal dari peningkatan jumlah penduduk yang memanfaatkan lahan untuk usaha pertanian, hal ini sering dilakukan tanpa memperhatikan kemampuan tanahnya. Sejalan dengan itu semakin terbatasnya lahan pertanian yang sesuai untuk usaha di bidang pertanian, maka penduduk memperluas lahan petaniannya dengan membuka hutan di daerah lereng-lereng pegunungan. Pemanfaatan sumberdaya lahan yang mempunyai kemiringan yang curam untuk usaha pertanian mempunyai resiko yang besar terhadap ancaman erosi, terutama apabila dimanfaatkan untuk usaha tani tanaman semusim. Alih fungsi hutan menjadi lahan petanian tanaman semusim melibatkan faktor-faktor yang kompleks yaitu berupa kegiatan-kegiatan pengolahan tanah, penanaman, pemeliharaan, dan pemanenan budidaya yang diusahakan. Kegiatan tersebut akan memberi pengaruh tertentu terhadap sifat sifat tanahnya (Asdak 2004). Lahan agroforestri memiliki kemampuan yang lebih stabil, kerena kesehatan lahan lebih terjamin, tutupan lahan sangat tinggi, seresah banyak sehingga run off dapat diatasi serta ketersediaan humus lebih banyak. Fungsi agroforestri sebagai daerah tangkapan air yaitu menata komposisi tanaman (pohon musiman), menambah seresah dengan pemberian mulsa, serta membuat terasering pada lahan yang miring (Tim ESP, 2006)
7 C. Indikator Kualitas Tanah Tanah memiliki sifat fisik, biologi maupun kimia yang berbeda beda pada lingkungan yang berbeda pula. Demikian halnya pada lahan hutan, pertanian campuran maupun pertanian monokultur. Keadaan sifat fisik tanah yang baik dapat memperbaiki lingkungan untuk perakaran tanaman dan secara tidak langsung memudahkan penyerapan hara. Sehingga relatif menguntungkan pertumbuhan tanaman. Tanaman secara tidak langsung dapat melindungi tanah dari kerusakan sifat fisiknya terutama kerusakan akibat aliran permukaan. Adanya tanaman akan menyebabkan air hujan yang jatuh tidak menghantam permukaan tanah (Utomo 1989). Indikator fisika, kimia dan biologi potensial dari kualitas tanah Fisika Kimia Biologi Kemantapan agregat ph Microbial Biomass Struktur tanah C/N ratio Mineralisasi N Bobot volume Ketersediaan hara Bahan organik tanah Porositas Daya hantar listrik Respirasi Permeabilitas Konsentrasi hara Organisme tanah Kadar lengas Logam berat Mikroorganisme Kedalaman profil KTK Enzim tanah Konsistensi tanah N total Populasi mikoriza Infiltrasi (Karlen et al 2001 dalam Bremer dan Ellert 2004) Tanah mampu menjalankan banyak fungsi, dan dalam waktu yang bersamaan. Tanah harus memiliki fungsi-fungsi dasar seperti: (i) sebagai lingkungan fisik, kimia dan biologis bagi organisme; (ii) mengatur dan membagi aliran air, menyimpan dan perputaran hara dan elemen lain; (iii) mendukung aktivitas dan diversitas biologis bagi pertumbuhan tanaman dan produktivitas hewan; (iv) kemampuan untuk menyaring, menyangga, mendegradasi, imobilisasi dan detoksifikasi bahan organik dan anorganik; dan (v) memberikan dukungan fisik bagi organisme dan aktivitasnya(nortcliff 2002 dalam De la Rosa et al 2008) Seresah tanah memiliki kemampuan untuk menunjang sifat biologi dan fisika tanah dengan lebih baik ketika perlakuan pemberian tambahan pupuk organik dilakukan. Penambahan bahan organik, faktanya, merupakan metode
8 yang paling efisien saat ini untuk meningkatkan sifat bio-fisika tanah. Hal ini terjadi melalui peningkatan perakaran, ketahanan terhadap erosi, peningkatan porositas dan lengas tanah serta mengurangi pengerasan permukaan tanah (Fernandes et al 1997 dalam Macci et al 2010) Bahan organik tanah (BO) seringkali diidentifikasikan sebagai indikator utama dalam penilaian kualitas tanah. Bahan organik berpengaruh pada sifat-sifat tanah termasuk tingkat infiltrasi, berat volume, kemantapan agregat, kapasitas tukar kation, dan aktivitas biologis, yang secara keseluruhannya terkait dengan sejumlah fungsi utama tanah. Bahan organik berfungsi sebagai penampungan makronutrien (terutama nitrogen) yang bersifat slow-release serta berfungsi sebagai nutrisi mikronutrien tambahan bagi tanaman. Bahan organik juga mempermudah masuknya air dan udara dalam tanah, meningkatkan daya tampung air, dan yang terpenting menjaga kegemburan tanah. Dalam jangka panjangnya, peningkatan bahan organik tanah mampu memicu jumlah dan keberagaman jenis populasi organisme tanah serta memungkinkan tanah untuk mencegah serangan hama dan penyakit secara biologis ( Mitchell et al 2000) Seringkali tanah tidak mampu mensuplai tanaman dengan air dalam jumlah yang mencukupi dan nutrisi esensial yang ada tercuci. Sebagian besar tanah tidak mampu mencukupi kebutuhan nutrisi selama keseluruhan masa vegetasi tanaman. Tanah masam dan basa atau tanah yang cenderung menjadi asam atau basa dianggap sebagai tanah yang kurang subur (Micu et al 2005) Bobot volume merupakan ukuran berat dari satuan unit tanah yang telah kering, umumnya disebutkan dalam satuan gram per sentimeter kubik (g.cm -3 ). Semakin tinggi nilai bobot volume mengindikasikan jumlah pori tempat pertukaran air dan udara yang semakin rendah. Tingginya bobot volume juga menghambat perkembangan dan penetrasi akar. Pertumbuhan akar umumnya terhambat apabila bobot volume lebih dari 1.6 g.cm -3. Disebabkan kecenderungan untuk membentuk agregat, tanah bertekstur halus seperti geluh dan lempung cenderung memiliki bobot volume yang lebih rendah dibandingkan dengan tanah yang bertekstur kasar. Tanah mineral yang memiliki fraksi batuan yang besar dan serpihan yang kasar (berdiameter >2mm), memiliki bobot volume yang lebih
9 tinggi dibandingkan tanah yang memiliki serpihan halus. Lebih jelasnya, bahan organik cenderung mengurangi jumlah bobot volume. Akibat dari tingginya kandungan bahan organik, permukaan tanah hutan, yang terdiri dari dekomposisi seresah dan lapisan humus, hampir bisa dipastikan memiliki bobot volume yang lebih rendah dibandingkan tanah mineral (Katherine et al 2005). Nitrogen (N), faktor kunci dalam perkembangan daun, mengatur jumlah fotosintesis untuk pertumbuhan dan reproduksi, serta meningkatkan kandungan protein dalam tanaman. Meski memiliki peran penting bagi kesuburan tanaman, jumlah N tersedia dalam tanah hanyalah sedikit. Sebagian besar N tanah terkandung di dalam bahan organik tanah (N organik) dalam bentuk yang tidak tersedia bagi tanaman. N tersedia bagi tanaman (N anorganik) dihasilkan ketika terjadi mineralisasi N organik oleh mikroorganisme. Dua bentuk ion utama yang dihasilkan berupa amonium (NH + 4 ) dan nitrat (NO - 3 ); sebagian spesies tanaman menggunakan NH + 4 dan sebagian yang lain menggunakan NO - 3 sebagai nutrisi. N tersedia hanya sebesar 2-3% dari jumlah total N dalam tanah. ph tanah seringkali disebut sebagai variabel utama dikarenakan mampu mempengaruhi hampir semua proses fisik, kimia dan biologis dalam tanah. ph tanah diukur dari aktifitas ion hidrogen (H + ) dengan perhitungan: ph = -log (H + ) dimana (H + ) mengacu pada aktifitas ion hidrogen. ph memiliki skala dari 0 14, denga ph 7.0 sebagai titik netral. Semakin masam suatu tanah, semakin rendah nilai ph nya. Skala pada ph merupakan logaritme dari perubahan setiap 1-unit pada ph berkorelasi sepuluh kali lipat pada perubahan keasaman tanah. ph tanah merrupakan faktor utama dalam menentukan kesuburan tanah melalui ketersediaan hara tanah, kemantapan agregat dan aktivitas mikroba tanah. ph tanah memiliki bermacam fungsi dari faktor-faktor seperti mineralogi lempung, usia tanah, cuaca, iklim, vegetasi dan bahan organik. Umumnya, tanah pada hutan secara alami memiliki kecenderungan lebih masam dibanding tanah pertanian disebabkan tingginya asam organik yang dihasilkan dari dekomposisi dan leaching.
10 Rasio C organik terhadap N seringkali digunakan ahli ekologi sebagai indeks kualitas seresah. Mayoritas mikroorganisme tanah memperoleh energi dengan memetabolisme C tanah (dekomposisi). Dalam proses ini, mikroorganisme menyerap nutrisi dari tanah. Rata-ratanya, mikroorganisme tanah harus mengikutsertakan 1 bagian N untuk tiap 8 bagian C yang dimetabolismekan (C/N rasio 8:1). Sehingga, rasio C/N dari bahan organik cenderung menurun dengan semakin tingginya tingkat dekomposisi (Katherine et al 2005). Adams et al (1984) cit Curtin et al (1998) menyimpulkan bahwa mineralisasi N organik terjadi pada seluruh kisaran ph akan tetapi reratanya menurun secara progresif pada kisaran di bawah 6. Rasio bobot dari total karbon organik dan total nitrogen (C/N ratio) seringkali digunakan sebagai indikator keberadaan Bahan organik (BO) di sedimen perairan (Sampei dan Matsumoto 2001)