Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
Kode/Nama Rumpun Ilmu* :151/ILMU TANAH Tema** : IV Ketahanan Pangan
LAPORAN AKHIRPENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI
LAND HUSBANDRY:
PENGGUNAAN BIOCHAR UNTUK PENGENDALIAN LAHAN TERDEGRADASI
DAN MENINGKATKAN HASIL TANAMAN UBIKAYU
TIM PENGUSULDr. Eny Dyah Yuniwati, SP.MP. 0721067001Prof. Ir. Wani Hadi Utomo, PhD 0004124906
Ir. Karyanto, MP. 0714096803
Dibiayai oleh :Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat
Kementerian Riset Teknologi dan Pendidikan Tinggi, No Kontrak : SP DIPA-042.06.1.401516/2017, tertanggal 7 Desember 2016
UNIVERSITAS WISNUWARDHANA MALANG
Oktober, 2017
ii
iii
DAFTAR ISI
Halaman Pengesahan iRancangan Penelitian iiDaftar Isi iiiDaftar Tabel ivDaftar Gambar vDaftar Lampiran viRingkasan vii
BAB I. PENDAHULUAN 11.1. Latar Belakang Penelitian 11.2. Permasalahan Penelitian 31.3. Tujuan Khusus Penelitian 31.4. Manfaat Penelitian 41.5. Urgensi Penelitian 41.6. Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana 41.7. Luaran Penelitian 7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 82.1. Permasalahan Degradasi Lahan 82.2. Pengaruh Biochar Untuk perbaikan kualitas tanah dan pengendalian erosi 102.3. Hasil Penelitian Awal 13
BAB 3. METODE PENELITIAN 143.1. Bagan Alir ( Rekam Jejak ) Penelitian 143.2. Roadmap Peneliti 163.3. Lokasi Dan Waktu Penelitian 17
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 174.1. Aplikasi Biochar Memperbaiki Sifat tanah 174.2. Aplikasi Biochar Meningkatkan Produksi Tanaman ubikayu dan Jagung 18
DAFTAR PUSTAKA 21
iv
RINGKASAN
Pada tahun I penelitian PUPT ini, melakukan penelitian tentang penggunaan Biochar dapat meningkatkan kesuburan tanah, sehingga mampu menurunkan degradasi lahan karena erosi, dan meningkatkan hasil tanaman. Percobaan juga bertujuan untuk menunjukkan bahwa dengan kesuburan tanah yang tepat, penambah tanah penanaman sistem tanam singkong
Percobaan dilakukan di ladang petani di Batu, sekitar 15 km sebelah tenggara Malang, Jawa Timur, Indonesia. Tanahnya Alfisol dengan kemiringan permukaan sekitar 8%. Metode yang di gunakan adalah 1) percobaan lapangan dengan Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan perlakuan : 1. Monokultur (tanpa pembenah tanah, M). 2) Monokultur dengan Biochar Kotoran ayam (MFB), 3. Monokultur dengan Biochar Tongkol jagung (MFCc), 4. Tumpangsari ubikayu dan jagung (CS), 5. Tumpangsari ubikayu dan jagung dengan biochar kotoran ayam (CSFB), 6. Tumpangsari ubikayu dan jagung dengan biochar Tongkol Jagung (CSCcB). Pengukuran erosi dan limpasan permukan dilakukan dengan menggunakan drum erosi, pengukuran tinggi tanaman, pengambilan sampel tanah untuk pengamatan sifat fisik tanah, kimia dan pengamatan akar tanaman
Hasil penelitian menunjukkan bahwa aplikasi biochar dapat memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah dalam budidaya tumpang sari singkong dan jagung. Pada permulaan aplikasi menunjukkan serapan yang berbeda, serapan jagung yang lebih tinggi, juga mengamati bahwa serapan hara pada singkong lebih rendah dari pada jagung. Dalam hasil tinggi, hanya serapan K dari singkong yang lebih tinggi dari jagung, sedangkan serapan N dan P kurang lebih sama. Pengelolaan tanaman bisa menjadi simbiosis mutualisme antara singkong dan jagung. Namun, ini hanya terjadi bila ada pengelolaan tanaman yang tepat. Pengelolaan tanaman, seperti aplikasi biochar, secara signifikan dapat memperbaiki sifat tanah, sifat fisik dan sifat kimia tanah, bahkan serapan akar. Hasil penelitian ini mengungkapkan bahwa pengelolaan yang tepat dapat meningkatkan C organik tanah, bobot kandungan tanah dan stabilitas agregat tanah. Selain itu, peran perbaikan kesuburan tanah, peningkatan serapan hara N, P, K, Ca, Mg dan kapasitas pertukaran kation.
Penerapan nitrat dan biochar meningkatkan pertumbuhan jagung dan menghasilkan keduanya dalam sistem monokultur jagung dan tumpang sari. Jagung yang tumbuh di tanah yang diberi biochar lebih tinggi, dan tumbuh lebih cepat daripada tumbuh di tanah non biochar. Jagung ini memiliki bahan kering dan hasil gabah yang lebih tinggi. Hasil jagung yang ditanam pada sistem tumpangsari di lahan non biochar lebih rendah daripada yang ditanam pada sistem monokultur. Hasil gabah tertinggi diperoleh dengan monokultur jagung yang ditanam di tanah dengan perlakuan biochar 4,97 ton / ha) namun tidak berbeda nyata dengan jagung intrrokroproba yang diolah dengan biochar (4,85 ton / ha). Produksi jagung kontrol hanya menghasilkan 2.94 ton / ha gabah. Setelah panen jagung, tanah yang diaplikasikan dengan biochar memiliki pH tanah yang lebih tinggi, bahan organik tanah, kapasitas pertukaran kation tanah, dan kandungan nitrogen tanah. Aplikasi biochar meningkatkan efisiensi pemupukan nitrogen, baik pada penanaman jagung monokultur maupun jagung.
Luaran dari penelitian ini telah publish jurnal Internasional pada jurnal : International Journal of Agriculture and Environmental research (IJAER) Terbit sept-Oktober 2017. Melakukan Seminar Internasional sebagai pemakalah di 3 forum yaitu :
v
1. Seminar Internasional Icetech Universitas Lancang Kuning Pekan Baru tgl 25-26 Juli 2017
2. International Crop and Food Conference di Universitas Brawijaya alang, tgl 22 Agustus 2017
3. Sea Tvet Symposium Young Smart Farmer-, Chonburi, Pattaya Thailand Tgl 29-2 September 2017
. Kata Kunci: Land Husbandry, Biochar, Pengendalian, Lahan, Terdegradasi, Hasil,
Ubikayu.
vi
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Simposium International Society for Tuber and Root Crops (ISTRC) yang
diselenggarakan di India bulan Nopember 2006 menyimpulkan bahwa tanaman ubi-
ubian adalah tanaman masa depan bagi bangsa Indonesia. Kesimpulan ini didasarkan
pada berbagai keunggulan komparatif tanaman ubi-ubian dibandingkan tanaman
lainnya, baik ditinjau dari pengunaan, persyaratan tumbuh, maupun kemungkinan
peningkatan produksinya..
Tanaman ubi-ubian, khususnya ubikayu, merupakan tanaman yang dapat
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.Dibandingkan dengan tanaman biji-bijian,
dimana peningkatan produksi sudah sangat sulit dilakukan, peningkatan produksi
tanaman ubikayu masih sangat terbuka peluangnya, baik ditinjau dari segi peningkatan
hasil persatuan luas, maupun perluasan tanaman. Ditinjau dari hasil persatuan luas,
rata-rata hasil saat ini sekitar 16 t/ha, masih jauh dibawah hasil yang dicapai oleh
beberapa petani ( 30 – 40 t/ha), apalagi dibandingkan potensi produksi yang dapat
mencapai lebih dari 60 t/ha. Tetapi pengembangan tanaman ubikayu sering mengalami
hambatan karena dianggap tanaman ubikayu merupakan tanaman yang menyebabkan
degradasi tanah. Yuniwati et al. (2012) telah membuktikan bahwa anggapan ini tidak
sepenuhnya benar. Yang benar adalah, biasanya tanaman ubikayu ditanam pada lahan
marjinal atau lahan terdegradasi di mana tanaman lain sudah tidak dapat ditanam secara
ekonomis. Jadi yang diperlukan disini adalah meningkatkan dan memelihara
produktivitas lahan.
Memperhatikan phenomena pertanian di daerah Amazon, dan cepatnya proses
dekomposisi bahan organik di daerah tropis, para pakar pertanian tertarik untuk
menggunakan bahan organik tahan dekomposisi untuk pengelolaan bahan organik
tanah pertanian (Lehman et al., 2003). Bahan ini kemudian dikenal sebagai “biochar”
atau sering juga diebut “agri char”. Biochar, atau jika diterjemahkan secara bebas
kedalam bahasa Indonesia sebagai “arang organik” yaitu bahan padatan hasil
pembakaran biomassa pada kondisi tanpa atau oksigen terbatas.
1
Adanya senyawa karbon tahan dekomposisi inilah yang menarik minat para
pakar pertanian, karena dengan adanya senyawa karbon tahan dekomposisi maka
pemberian bahan organik tidak perlu dilakukan secara rutin. Bahkan dengan mengacu
sifat “terra pretta” diharapkan sekali pemberian dapat untuk puluhan atau bahkan
ratusan tahun. Beberapa penelitian (a.l. Islami et al., 2013; Sukartono et al., 2011)
telah membuktikan bahwa, walaupun belum mencapai puluhan tahun, pengaruh positif
biochar dapat bertahan beberapa tahun setelah penambahannya. Kenyataan ini akan
membawa prospek yang sangat menguntungkan bagi petani dalam melakukan
pengelolaan bahan organik tanah karena mereka tidak lagi perlu melakukan
penambahan bahan organik stiap musim tanam. Hal ini berarti akan meningkatkan
efisiensi dan keuntungan usaha taninya.
Terlepas dari kontroversi yang muncul (Yuniwati, 2011) banyak penelitian
telah membuktikan bahwa pemberian biochar dapat memperbaiki kualitas tanah (Chan
et al., 2007; Islami et al., 2011; Liang et al., 2006; Yamato et al., 2006) dan
meningkatkan hasil berbagai tanaman pertanian, antara lain padi(Asai et al., 2009;
Masulili et al., 2010), jagung (Nur et al.,2014; Sukartono et al., 2011; Yamato et al.,
2006), ubikayu (Islami et al., 2011), kedelai (Tagoe et al., 2008). Dalam hal perbaikan
kualitas tanah, disamping terjadinya perbaikan sifat kimia, sifat fisik tanah dan biologi
tanah, biochar juga mampu mempengaruhi ketersediaan unsur hara (Widowati et al.,
2011; Islami dan Utomo, 2013).
Dalam hubungannya dengan perbaikan sifat fisik, Chan et al., (2007)
menunjukkan bahwa penggunaan biochar mampu menurunkan kekuatan tanah. Islami
et al. (2011) dan Sukartono et al. (2011) membuktikan bahwa biochar mampu
menurunkan Berat Isi tanah dan meningkatkan kemampuan tanah untuk menyimpan air
tersedia. Perbaikan struktur tanah dengan penggunaan biochar juga telah dibuktikan
oleh Islami et al. (2013).
Adanya penurunan Berat Isi tanah, perbaikan struktur tanah, akan menyebabkan
peningkatan infiltrasi dan perkolasi serta meningkatkan ketahanan tanah terhadap
energi perusak, dan pada gilirannya akan menurunkan erodibilitas tanah (Yuniwati,
2011). Pada fihak lain, peningkatan kapasitas penyimpanan air bersama sama dengan
penurunan Berat Isi Tanah akan menurunkan limpasan permukaan. Dengan demikian,
2
sangat logis jika dalam penelitian ini dikembangkan bahwa disamping meningkatkan
hasil tanaman, penggunaan biochar akan menurunkan laju erosi.
1.2. Permasalahan
Dari uraian di atas dapat di simpulkan bahwa permasalahan penelitian ini adalah :
1. . Apakah penggunaan biochar dapat memperbaiki sifat fisik, kimia dan biologi tanah?
2. Apakah pengaruh penggunaan biochar terhadap hasil tanaman ubikayu dan erosi
tanah
3. Apakah ada paket teknologi yang dapat memperkecil erosi, sehingga menurunkan lahan
yang terdegradasi
1.3. Tujuan Khusus Penelitian
Tujuan khusus penelitian yang diusulkan adalah untuk mempelajari pengaruh
penggunaan biochar terhadap hasil tanaman ubikayu dan erosi tanah. Jika hasil yang
diperoleh positif, maka akan dapat dikembangkan teknologi konservasi tanah yang
sangat mungkin diadopsi oleh petani karena teknologi yang ditawarkan bukan saja
dapat mengendalikan laju erosi, tetapi dapat meningkatkan hasil tanaman.
Tahun 1 (tahun 2017 )
a. Untuk mengetahui pemetaan degradasi lahan, penurunan kesuburan tanah, erosi
tanah, dan hasil tanaman ubikayu.
b. Untuk mengetahui tingkat pemahaman petani terhadap degradasi lahan (erosi)
penggunaan biochar, dan hasil ubikayu
Tahun II (tahun 2018)
a. Untuk mengetahui penggunaan biochar yang mampu meningkatkan sifat sifat
tanah, dan hasil tanaman ubikayu
b. Merakit paket teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang
mampu meningkatkan kesuburan tanah pada lahan yang terdegradasi.
Tahun III (tahun 2019)
a. Diseminasi paket teknologi land husbandry pada lahan pengembangan tanaman
ubikayu
b. Penyusunan modul mengenai teknologi land husbandry pada lahan
pengembangan ubikayu
3
1.4. Manfaat khusus
Manfaat utama dari penelitian ini adalah adanya peningkatan lahan yang
terdegradasi dan hasil tanaman ubikayu di tingkat petani. Bila teknologi hasil
penelitian ini diterapkan oleh semua petani ubikayu, maka kebutuhan ubikayu nasional
akan meningkat. Teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang
dihasilkan mampu mempunyai pengaruh terhadap kualitas dan kesuburan lahan dalam
jangka panjang. Mengingat penanaman ubikayu rentan terjadi erosi dan degradasi
lahan, oleh karena itu perbaikan kualitas dan kesuburan lahan akan berpengaruh positif
terhadap hasil yang diperoleh. Dengan demikian manfaat lain dari penelitian ini adalah
meningkatkan hasil ubikayu.
1.5. Urgensi (keutamaan ) penelitian
Masalah degradasi lahan terutama erosi hampir terjadi di setiap pengelolaan
lahan, sehingga mengakibatkan lahan yang marginal, dan kesuburan tanahnya menurun
dan hasil tanaman akan rendah. Hampir semua tanaman tidak bisa tumbuh dengan baik
di lahan yang terdegradasi atau lahan marginal, hanya tanaman ubikayu yang bisa
tumbuh dengan baik, tetapi dalam pengembangan tanaman ubikayu sering mengalami
hambatan karena dianggap tanaman ubikayu merupakan tanaman yang menyebabkan
degradasi tanah. Anggapan ini tidak sepenuhnya benar. Yang benar adalah, biasanya
tanaman ubikayu ditanam pada lahan marjinal atau lahan terdegradasi di mana tanaman
lain sudah tidak dapat ditanam secara ekonomis. Jadi yang diperlukan disini adalah
meningkatkan dan memelihara produktivitas lahan
Untuk meningkatkan dan memelihara produktivitas lahan diperlukan perbaikan
lahan, penambahan bahan organik, bahan pembenah tanah dan pengelolaanya.
Penambahan bahan organic tidak bertahan lama sehingga di cari bahan organic yang
tersedia dan bertahan lama (5 tahun). Biochar mampu merubah sifat fisik, kimia dan
biologi tanah, sehingga dapat memperbaiki degradasi tanah (erosi) dan mampu
meningkatkan hasil tanaman. Ubikayu sebagai tanaman indicator yang tahan pada kondisi
lahan marginal. Jika terbukti dapat diadopsi sebagai Teknologi “Land Husbandry” .
1.6. Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana
Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana adalah mengembangkan ilmu
pengetahuan dan seni, social ekonomi yang berkualitas, berkarakter dan bermatabat.
Bidang unggulan penelitian pertanian adalah Sistem Agribisnis Hortikultura, yang
4
mencakup Penelitian dengan tema Manajemen Sumberdaya Lahan. Sejalan dengan
penelitian yang diusulkan yaitu Land Husbandry : Penggunaan Biochar Untuk
Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman
Ubikayu, merupakan bagian dari tema Manajemen Sumberdaya Lahan. Temuan dan
luaran dari penelitian ini adalah Teknologi Land Husbandry, yaitu pengelolaan lahan
yang berbasis pemeliharaan lahan dengan menambahkan bioenergi dari bahan biomassa
penghasil biochar (arang organic), pengembangan teknologi konservasi lahan, erosi dan
peningkatan hasil tanaman ubikayu. Teknologi konservasi lahan yang selama ini di
lakukan (Metode KTA) belum menunjukkan hasil yang menggembirakan, karena erosi dan
lahan yang terdegradasi semakin banyak prosentasinya, maka diperlukan teknologi yang
lebih sesuai untuk mengatur dan merencanakan pengelolaan sumberdaya lahan menuju
pertanian yang berkelanjutan.
5
Penelitian tentang Hukum PidanaPenelitian tentang Hukum Cyber CrimePenelitian tentang Hukum Tata NegaraPenelitian tentang Hak Azazi ManusiaPenelitian tentang Sosiologi HukumPenelitian tentang Administrasi NegaraPenelitian tentang hokum bisnis
Penelitian hokum pidana, perdata, tata Negara dan administrasi negara
Penelitiandanpengembanganipteks, social ekonomi, yang berkualitas, berkarakterdanbermatabat.
Penelitian tentang Manajemen Sumberdaya ManusiaPenelitian tentang Koperasi dan UMKMPenelitian tentang PerpajakanPenelitian tentang Perubahan Sosial Ekonomi ManusiaPenelitian tentang CSR
Perilaku pelaku ekonomi dilihat dari studilogi
Penelitian terkait dengan Rekayasa Teknologi yang Ramah LingkunganPenelitian terkait dengan Teknologi Tepat GunaPenelitian terkait dengan Teknologi Tepat Guna
Rekayasa teknologi
Penelitian tentang Tenaga kerjaPenelitian tentang Perkembangan Anak dan RemajaPenelitian tentang Psikologi KesehatanPenelitian tentang Psikologi PendidikanPenelitian tentang Psikologi SosialPenelitian tentang Psikologi Klinis7. Penelitian tentang Psikologi Industri
Psikologi pendidikan dan komunitas
Penelitian tentang Menajemen Sumberdaya LahanPenelitian tentang teknologi budidaya hortikultura (sayur, buah, tanaman hias, obat, rempah dan aromatik)Penelitian tentang teknologi proteksi tanaman hortikulturaPenelitian tentang ketahanan pangan hortikulturaPenelitian tentang pasca panen hortikultura
Sistem agribisnis hortikultura
Pendidikan dan Pembelajaran berkarakterPengembangan perangka tpembelajaranKajian politik dan hukumKajian kebahasaan dan kesusastraanKajian matematika dan IPA
Pendidikan dan pembelajaran inovatif yang berkarakte rdalam bidang politik & hukum, kebahasaan & kesusastraan, matematika dan IPA
RENSTRA PENELITIAN UNGGULAN UNIERSITAS WISNUWARDHANA MALANG
6
1.7. Luaran Penelitian
Tabel 1. Luaran penelitian
Output tahun2017 2018 2019
Hasil pemetaan degradasi lahan, penurunan kesuburan tanah, erosi tanah, dan hasil tanaman ubikayu
Penggunaan biochar yang mampu meningkatkan sifat sifat tanah, dan hasil tanaman ubikayu
Diseminasi paket teknologi land husbandry pada lahan pengembangan tanaman ubikayu
Hasil tingkat pemahaman petani terhadap degradasi lahan (erosi) penggunaan biochar, dan hasil ubikayu
Paket teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang mampu meningkatkan kesuburan tanah pada lahan yang terdegradasi.
Penyusunan modul mengenai teknologi land husbandry pada lahan pengembangan ubikayu
No Jenis Luaran Indikator CapaianTS1) TS+1 TS+2
1 Publikasi ilmiah2) 1 Internasional submitted publish publish
Nasional terakreditasi
2 Pemakalah dalam temu ilmiah3)
Internasional terdaftar terdaftar
Nasional terdaftar3 Invited speaker dalam temu
ilmiah4)Internasional terdaftar
Nasional terdaftar terdaftar4 4 Visiting Lecturer5) Internasional5 Hak Kekayaan Intelektual
(HKI)6)Paten terdaftar terdaftar
Paten sederhana terdaftarHak ciptaMerek dagangRahasia dagang
Desain produk industriIndikasi geografisPerlindungan varietas tanamanPerlindungan topografi sirkuitterpadu
7
6 Teknologi Tepat Guna7) draf terdaftar terdaftar7 Model/Purwarupa/Desain/
Karya seni/ Rekayasa Sosial8)8 Buku Ajar (ISBN)9) draf terdaftar terdaftar9 Tingkat Kesiapan Teknologi
(TKT)10)a. 1) TS = Tahun sekarang (tahun pertama penelitian)b. 2) Isi dengan tidak ada, draf, submitted, reviewed, accepted, atau publishedc. 3) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau sudah dilaksanakand. 4) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau sudah dilaksanakane. 5) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau sudah dilaksanakanf. 6) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau grantedg. 7) Isi dengan tidak ada, draf, produk, atau penerapanh. 8) Isi dengan tidak ada, draf, produk, atau penerapani. 9) Isi dengan tidak ada, draf, proses editing, atau sudah terbitj. 10) Isi dengan skala 1-9 dengan mengacu pada Bab 2 Tabel 2.7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Permasalahan Degradasi Lahan,
Karena adanya penggunaan dan pengelolaan lahan yang kurang tepat, maka
banyak tanah dan lahan di Indonesia telah mengalami degradasi. Di Daerah Aliran
Sungai Brantas, misalnya saat ini terdapat sekitar 271 ribu ha (dari total luasan 1,1 juta
ha) berada dalam kondisi terdegradasi ( BP DAS Brantas, 2006). Lahan di daerah ini
biasanya di dominasi oleh tanah Entisols dengan kedalaman kurang dari 30 cm, dan
merupakan tanah yang tidak produktif. Tanah mempunyaikandungan bahan organic
sangat rendah, serta kandungan N, P dan K rendah. Oleh karena itu, usaha pertanian di
lahan ini secara ekonomis tidak menguntungkan. Biasanya lahan dibiarkan bero, atau
kalau ada tanamannya biasanya pilihannya sangat terbatas; biasanya tanaman ubikayu
dengan pemeliharaan seadanya. Akibatnya kerusakan tanah yang disebabkan oleh erosi
makin cepat.
Karena rendahnya bahan organic menjadi penyebab utama rendahnya
produktivitas dan kerusakan tanah, maka pengelolaan bahan organik tanah
menjadikunci utama untuk meningkatkan dan memelihara lahan yang terdegradasi
karena erosi. Pemanfaatan tanaman untuk meningkatkan dan mempertahankan bahan
organik tanah telah dikenal sejak abad ke 18 (Nielsen & Vigil, 2005) yang dilakukan
dengan pola pergiliran tanaman (pada umumnya dengan tanaman kacang-kacangan;
misal crotalaria, mucuna dlsb(Utomo et al., 1992; Howeler et al., 1998). Tetapi dengan
makin berkurangnya luaslahan pertanian pada umumnya keberatan untuk
mempraktekkan pergiliran tanaman dengan tanaman yang tidak mempunyai
8
keuntungan ekonomis. Oleh karena itu para pakar mengembangkan sistim pola tanam
campuran dengan tanaman yang dapat memperkaya kandungan bahan organik tanah,
antara lain pola tanam tumpangsari dengan tanaman kacang-kacangan (Borin &
Linberg, 2005; Islami et al., 2011), atau sistim tanaman lorong pada lahan miring
(Kang, 1995; Juanda et al., 2003).
Praktek pengelolaan bahan organik tanah dengan penambahan bahan dari luar
juga bukan merupakan teknologi baru bagi petani. Petani telah lama memberikan
kotoran ternaknya, hasil pembakaran biomassa (abu dan arang), maupun biomassa
tanaman yang telah mengalami dekomposisi (yang kemudian dikenal dengan kompos
ke lahan pertaniannya (Hafif, 2011).
Di daerah tropis basah sepertihalnya di Indonesia, dekomposisi dan
demineralisasi bahan orgnik berjalan sangat cepat (Lehman et al., 2003; Sukartono et
al., 2011). Dengan demikian pemberian bahan organik harus diberikan secara berulang
setiap musim tanam (Islami et al., 1011b; Sukartono et al., 2011). Pada fihak lain,
ketersediaan dan akses petani terhadap sumber bahan organik sangat terbatas.
Disamping itu kompetisi penggunaan bahan organik untuk keperluan lain (a.l. industri,
energi) sangat tinggi. Hal ini menyebabkan pemberian bahan organik sering kali tidak
ekonomis dan petani kesulitan untuk melakukannnya.
Sejak akhir bad ke 20, dengan memperhatikan phenomena pertanian di daeah
Amazon, Amerika selatan, perhatian para pakar tertarik untuk mencoba memanfaatkan
bahan organik tahan dekomposisi, yang kemudian dikenal dengan nama ”biochar”
sebagai sumber bahan organik untuk pertanian (Lehman et al., 2003). Biochar, atau
jika diterjemahkan kedalam bahasa Indonesia “arang organik” sementara ini
didefinisikan sebagai bahan yang dihasilkan dari pembakaran biomassa pada kondisi
tanpa atau oksigen terbatas. Teknik pembakaran semacam ini dengan teknologi
”Pyrolisis”, dan menghasilkan bahan berwarna hitam yang disebut “char” dan karena
berasal dari biomassa, maka disebut “biochar”.
Sifat biochar sangat beragam tergantung dari vahan baku, dan proses
pembuatannya. Secara umum biochar kaya senyawa karbon, bersifat agak basa, dan
mengandung beberapa unsur hara essensial, terutama K, dan P , serta mempunyai
Kapasitas Tukar Kation yang relatif tinggi (Tabel 2).
9
Tabel 2. Pengaruh bahan baku terhadap beberapa sifat “biochar”
Peneliti Bahan baku pH C (%) N (%) P (%) K (%) KTK cmol/kg
Chan et al.,(2007b) Kotoran ayam 9,9 38 2 2,5 2.2 -
Islami et al. (2011b) Pupuk kandang 7.9 25.5 0.78 0.82 0.79 17.7
Masulili et al. (2010) Jerami padi 8,7 38,7 0,0 0,12 0,20 17,7
Sukartono et al. (2011b)
Tempurung kelapa
9,9 80 0,34 0,10 0,84 11,7
Rondon et al., (2007) Eucalyptus 7,0 82,4 0,5 1,4 0,6 -
Widowati et al., (2011) Sampah kota 7,9 21,4 1,8 0,35 0,82 23,3
Dalam bahan organik yang belum di”arang”kan, senyawa karbon didalamnya
berbentuk alifatik dan bersifat terbuka, sedangkan senyara karbon dalam biochar
sebagin besar berbentuk “aromatik“ yang bersifat tertutup (Gambar 1). Dengan adanya
senyawa karbon tertutup ini menyebabkan biochar resistent terhadap dekomposisi dan
demineralisasi.
Gambar 1. Bentuk senyawa karbon di dalam bahan organik yang belum di”arang”kan (kiri) dan di dalam biochar (kanan)
Dengan adanya sifat tahan terhadap dekomposisi dan demineralisasi, para
pakar berpendapat bahwa pemberian biochar cukup dilakukan sekali untuk beberapa
musim tanam, bahkan untuk selamanya. Jika anggapan ini benar, maka biochar dapat
mendorong terwjudnya pertanian berlanjut, karena dengan fakta tersebut maka 3 kunci
utama pertanian berlanjut, yaitu; (1) keberlanjutan hasil, (2) pemanfaatan sumberdaya
terbarukan, dan (3) keuntungan ekonomis dapat diwujudkan.
10
2.2. Penggunaan Biochar Untuk Perbaikan Kualitas Tanah Dan Pengendalian
Erosi
Pemanfaatan biochar diilhami dangan adanya kenyataan adanya fenomena
produksi berlanjut pada tanah ”terra preta” di lembah Amazon (Glasser et al., 2002).
Biochar merupakan bahan yang kaya karbon organik, berwarna hitam dan mempunyai
rumus kimia C12.91H6.05NO3.53 dengan kepadatan sekitar 467 kg/m3, rasio H/C
0,47 serta O/C < 0,0,30, dan nilai pemaasan 25,3 MJ/kg (O¨zcimen &
Karaosmanog˘lu, 2003). Sebagian besar senyawa karbon berbentuk senyawa aromatik
di mana 6 atom oksigen terikat dalam bentuk cincin tanpa oksigen atau hidrogen
sehingga relatif tahan terhadap dekompoisi dan demineralisasi (Schmidt et al., 2001).
Semula biochar merupakan produk samping yang berupa carbon hitam yang
diperoleh dari pirolisis biomassa untuk menghasilkan energi bahan bakar.
Pirolisis adalah proses thermokimia dimana biomasa dikonversi melalui pemanasan
dengan oksigen terbatas atau bahkan tanpa oksigen. Di samping karena adanya
senyawa karbon aromatik, resistensi biochar terhadap dekomposisi dan demineralisasi
juga disebabkan terbentuknya senyawa “organo-mineral” di dalam biochar, serta
struktur amorf (Lehman et al., 2003).
Di samping itu merupakan senyawa carbon yang relatif stabil, biochar
mempunyai afinitas yang tinggi terhadap kation (Lehman et al., 2003). Kedua
kharakteristik ini kemudian melahirkan gagasan penggunaan biochar untuk
mengurangi laju degradasi tanah sekaligus memperbaiki kesuburan dan produktivitas
tanah, sehingga dapat diperoleh produksi berlanjut. Adanya afinitas yang tinggi pada
biochar juga sangat membantu menyelesaikan permasalahan pencemaran tanah dan air
karena penggunaan pupuk dan pestisida yang berlebihan. Potensi penggunaan biocahar
sebagai bahan pembenah tanah untuk perbaikan kesuburan dan produkstivitas tanah
telah dilaporkan oleh Yuniwati et al. (2011).
Banyak penelitian yang telah membuktikan bahwa penggunaan biochar dapat
meningkatkan hasil tanaman, antara lain Yamato et al. (2006) menunjukkan bahwa
penggunaan biochar dari kayu accasia dapat meningkatkan hasil tanaman jagung,
kacang tunggak dan kacang tanah. Penggunaan biochar dari bahan limbah hasil
11
pertanian telah terbukti, disamping meningkatkan hasil tanaman wortel, juga
meningkatkan kandungan N (Chan et al., 2007). Chan et al. (2008) dan Tagoe et al.
(2008) menggunakan biochar berbahan baku kotoran ayam untuk memperbaiki
pertumbuhan dan meningkatkan hasil tanaman. Masulili et al. (2010) meunjukkan
bahwa penggunaan biochar dari sekam padi dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman
padi. Perbaikan pertmbuhan tanaman jagung karena pemberian biochar juga telah
dibuktikan oleh Widowati et al. (2011).
Walau pemberian biochar telah terbukti dapat memperbaiki pertumbuhan dan
meningkatkan hasil tanaman, mekanisme bagaimana perbaikan pertumbuhan dan
peningkatan hasil masih diperlukan banyak penjelasan. Beberapa peneliti menjelaskan
bahwa perbaikan pertumbuhan tanaman karena penggunaan biochar, karena biochar
dapat memperbaiki sifat fisik, kimia dan biologi tanah (Yuniwati , 2011; Lehmann et
al., 2003; Chan et al., 2007 ). Beberapa peneliti (a.l. Liang et al., 2006; Yamato et al.,
2006; Masulili et al., 2010) telah membuktikan bahwa penggunaan biochar dapat
meningkatkan pH tanah, dan meningkatkan KTK tanah.
Sebagaimana telah dibahas di muka, penggunaan biochar dapat memperbaiki
sifat fisik tanah, dalam hal ini meurunkan brat isi tanah dan meningkatkan kapasitas
penyimpanan air (Chan et al., 2007; Islami et al., 2011; Sukartono et al., 2011).
Dengan adanya penurunan Berat isi tanah dan peningkatan kapasitas penyimpanan air
maka kapasitas infiltrasidan perkolasi akan meningkat, dan pada giliran selanjutnya
akan meurunkan laju limpasan permukaan. Disamping itu, adanya peningatan
pembentukan dan pemantapan struktur tanah telah ditunjukkan oleh Chan et al. (2007)
dan Islami et al., (2011). Bersamaan dengan peningkatan bahan organic dan
peningkatan permeabilitas, perbaikan struktur tanah akan menurunkan erodibilitas
tanah (Utomo, 1989).
Beberapa pakar (Auerswald et al., 2003; Tejada & Gonzalez, 2007) telah
menujukkan bahwa penggunaan biochar dapat menurunkan kepekaan tanah terhadap
erosi Shih & Chien (2013) menunjukkan bahwa penggunaan biochar dapat
menurunkan erosi tanah sampai 50%. Duan et al. (2015)juga menujukkan
bahwapenggunaan biochar menurunkan limpasan permukaan pada pertanaman jagung.
12
Berbeda dengan di negara lain, perhatian peneliti di Indonesia terhadap biochar,
termasuk pemanfaatannya untuk pertanian, masih terbatas. Yamato et al. (2006)
menggunakan biochar dari cassia untuk tanaman jagung di Sumatra. Masulili et al.
(2010) menunjukkan bahwa penggunaan biochar dari sekam padi dapat memperbaiki
sifat tanah masam di Kalimantan Barat, sekaligus memperbaiki pertumbuhan tanaman.
Nampaknya, penelitian penggunaan biochar pada tanaman ubikayu belum pernah
dilakukan. Oleh karena itu sejak tahun 2009 Pusat Studi Tanaman Ubi-ubian
Universitas Brawijaya melakukan penelitian untuk mempelajari kemungkinan
penggunaan biochar untuk memperoleh produksi berlanjut pada tanaman ubikayu, baik
yang ditanam secara tunggal (Islami et al., 2011d), maupun dalam pola tanam tumpang
sari (Islami et al., 2011b).
2.3. Hasil Penelitian Awal
Peneliti telah melakukan beberapa penelitian awal yang mendukung penelitian ini
antara lahan seperti di gambarkan pada tabel di bawah ini :
Tabel 3.Hasil Penelitian Awal Peneliti
Tahun Penelitian dan pengembangan Hasil
2010
Teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) Berbasis Prakarsa Petani Untuk Produksi Ubikayu
Secara Berkelanjutan (2010|)
Penyusunan teknologi konservasi baru, karena tingginya kerusakan lahan, dengan melibatkan petani sebagai pelaku, dengan tanaman indicator ubikayu, dibiayai oleh
Hibah Disertasi Doktor 2010
2012
Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan
Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem
Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry)
Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan mutu tanah
dengan peningkatan bahan organic tanah,dengan tanaman indicator ubikayu
Di biayai Dikti, Skim PHB tahun 1 sebagai ketua.
2013
Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan
Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem
Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry)
Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan mutu tanah
dengan peningkatan bahan organic tanah,dengan tanaman indicator ubikayu
Di biayai Dikti, Skim PHB tahun 2 sebagai ketua.
2014 Perbaikan Lahan Dengan Penerapan Metode Konservasi Land
13
Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah
Padi
Husbandry, untuk meningkatkan kualitas tanah dengan pemberian biochar ,dengan
tanaman indicator wijenDi biayai Ristek Dikti, Skim Stranas tahun 1
sebagai ketua.
2015
Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry
Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah
Padi
Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan kualitas tanah dengan pemberian biochar ,dengan
tanaman indicator wijenDi biayai Ristek Dikti, Skim Stranas tahun 2
sebagai ketua.
2016
Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry
Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah
Padi
Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan kualitas tanah dengan pemberian biochar ,dengan
tanaman indicator wijenDi biayai Ristek Dikti, Skim Stranas tahun 3
sebagai ketua.
14
Lahan terdegradasiFakta dan kendala yang ada :produksi rendahlahan terdegradasiteknologi konservasi tidak diadopsikesalahan konsep. Konsep Land husbandry Pemeliharaan lahan
Penambahan biochar sbg sumber pupuk organik dan Pengujian lahan terdegradasi (erosi)
Hasil tingkat pemahaman petani terhadap degradasi lahan (erosi) penggunaan biochar, dan hasil ubikayu
Peningkatan produksi dan monitoring
Pemetaan degradasi lahan, penurunan kesuburan tanah, erosi, dan hasil ubikayu
Tahun 1
Metode land husbandry Penambahan biochar sbg sumber pupuk organik dan Pengujian lahan terdegradasi (erosi)
Paket teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang mampu meningkatkan kesuburan tanah pada lahan yang terdegradasi.
Tahun ke 2
BAB 3. METODE PENELITIAN3.1. Bagan Alir Penelitian
15
Metode land husbandry Diseminasi paket teknologi land husbandry pada lahan pengembangan tanaman ubikayu
Penyusunan modul mengenai teknologi land husbandry pada lahan pengembangan ubikayu
Tahun ke 3
16
Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) PHB 1 (2012)Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah Padi. Stranas 1 (2014)Teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) Berbasis Prakarsa Petani Untuk Produksi Ubikayu Secara Berkelanjutan (2010|)
Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) PHB 2 (2013)
Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah Padi. Stranas 2 (2015)
Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah Padi. Stranas 3 (2016)
Land Husbandry: Penggunaan Biochar Untuk Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman Ubikayu. PUPT 1 (2017)
Teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) Berbasis Prakarsa Petani Untuk Produksi Ubikayu Secara Berkelanjutan (2010|)
Teknologi Konservasi Tanah dan AAir (KTA) Teknologi Land Husbandry Untuk Pertanian Berkelanjutan
Land Husbandry: Penggunaan Biochar Untuk Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman Ubikayu. PUPT 2 (2018)
Land Husbandry: Penggunaan Biochar Untuk Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman Ubikayu. PUPT 3 (2019)
Roadmap Peneliti Sejalan dengan Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana Malang
17
3.3. Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian akan dilakukan di lokasi lahan petani di daerah Dampit, Malang
Selatan. Penelitian akan dilaksanakan selama 3 tahun, mulai tahun 2017 -2019.
Perlakuan Percobaan
Perlakuan percobaan yang dilakukan dalampenelitian ini adalah 2 faktor yaitu
pola tanam (ubikayu tunggal dan tumpangsari ubikayu dengan jagung) dan penggunaan
bahan pembenah (tanpa bahan pembenah, pupuk kandang, dan biochar yang dibuat dari
pupuk kandang). Pupuk kandang yang digunakan berasal dari petani setempat, dan
biochar dibuat dengan metoda yang dikembangkan oleh Sukartono et al. (2011).
Tanaman akan ditanam pada petak erosi yang berukuran 6 x 15 m dengan kemiringan
sekitar 9%. Pada bagian ujung bawah petak erosi dipasang drum untuk mengumpulkan
limpasan permukaan dan erosi. Tanaman ubikayu ditanam dengan jarak tanam 1,0 x
1,0 m dan tanaman jagung diantara barisan ubikayu dengan jarak tanam 30 cm.
Limpasan permukaan dan erosi diamati setiap setelah hari hujan. Sifat tanah
yang diamati meliputi kandungan C, N, P, K sebelum percobaan, setelah panen tahun
pertama dan tahun ke dua. Kandungan N, P, dan K dalam air limpasan permukaan dan
tanah tererosi juga di amati.
Variabel tanaman yang diamati meliputi berat kering tanaman (saat panen) dan
hasil tanaman. Pengambilan sampel sifat fisik tanah dalam bentuk sampel ring tanah,
sifat kimia tanah dalam bentuk sampel agregat tanah komposit. Pengamatan erosi
tanah dalam drum penampung erosi tanah
18
Analisis yang di lakukan adalah analisis hasil tanaman,analisis sifat tanah dan erosi dan analisis statistik Uji beda Nyata (BNT 5 %)
Beberapa sifat tanah dari tanah dan biochar yang digunakan dalam percobaan ini disajikan pada Tabel 1 .
Table 1. Beberapa sifat tanah dari tanah dan biochar yang digunakan dalam percobaan
ini
Tabel 1 : Karakteristik biochar dari biochar pupuk kandang dan biochar tongkol jagung, setelah percobaan
Karakteristik biochar Biochar pupuk kandang
Biochar Tongkol Jagung
Water content (%) 10.10 9.65Ph H2O 6.0 7.0Sand (%) 6.28 6.35C (%) 10.24 50.26N (%) 0.94 1.0P (%) 0.62 0.75C/N 10.89 40.23K (%) 0.23 0.35Ca (%) 0.65 0.85Na (%) 0.35 0.54Mg (%) 0.41 0.45CEC (cmol/kg) 12.3 14.78
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Aplikasi Biochar Memperbaiki Sifat tanah
Hasil percobaan menunjukkan bahwa aplikasi biochar dapat memperbaiki sifat fisik
dan kimia tanah dalam budidaya tumpang sari singkong dan jagung. Pada permulaan
aplikasi menunjukkan serapan yang berbeda, serapan jagung yang lebih tinggi, juga
mengamati bahwa serapan hara pada singkong lebih rendah dari pada jagung. Dalam
hasil tinggi, hanya serapan K dari singkong yang lebih tinggi dari jagung, sedangkan
serapan N dan P kurang lebih sama. Pengelolaan tanaman bisa menjadi simbiosis
19
mutualisme antara singkong dan jagung. Namun, ini hanya terjadi bila ada pengelolaan
tanaman yang tepat. Pengelolaan tanaman, seperti aplikasi biochar, secara signifikan
dapat memperbaiki sifat tanah, sifat fisik dan sifat kimia tanah, bahkan serapan akar.
Hasil penelitian ini mengungkapkan bahwa pengelolaan yang tepat dapat meningkatkan
C organik tanah, bobot kandungan tanah dan stabilitas agregat tanah. Selain itu, peran
perbaikan kesuburan tanah, peningkatan serapan hara N, P, K, Ca, Mg dan pertukaran
kation
Table 2. Sifat sifat tanah sebelum dan sesudah percobaan
Treatment C N P K CEC BV MWD 0-33 kPa
0-15MPa
% % ppm Me/100g Me/100g Mg/m3 mm % %before 1.14 0.09 11.61 1.61 12.5 1.31 2.04 32.32 21.25M 0.78 0.06 10.97 1.63 12.3 1.30 1.46 25.46 20.78MFB 0.87 0.07 10.85 1.70 12.7 1.29 1.56 24.40 20.19MCcB 1.05 0.08 11.45 1.54 13.9 1.34 2.06 31.25 21.46CS 1.25 0.08 9.76 1.60 13.8 1.32 1.98 32.54 20.96CSFB 2.20 0.14 11.71 1.41 14.1 1.08 2.19 35.12 21.18CSCcB 2.26 0.15 12.70 1.58 14.8 1.19 2.58 36.16 21.07
Pada gambar di bawah, kandungan C organik meningkat dalam pemberian biochar, dan
diikuti oleh kenaikan berat kandungan tanah. Biochar sebagai penambah tanah
berfungsi sebagai pemasok C organik, memperbaiki status gizi dan meningkatkan
bobot kandungan tanah (Utomo et al, 2006).
20
M MFB MCcB CS CSFB CSCcB0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0.780.870000000000002
1.05
1.25
1.6
1.75
0.7400000000000020.8400000000000010.88 0.92 0.9400000000000010.960000000000001C
BV (g/cm3)
Treatment
Grafik pengaruh aplikasi biochar terhadap status organic C dan Berat isi tanah
Tabel 3. Pengaruh aplikasi biochar terhadap sifat fisik tanah dalam pola tanam monoculture dan cropping system
Treatment BV (g/cm3) Total pore space (%)
Drainase pore (%)
Water pore available (%)
M 0.74 c 55.54 c 28.94 cd 6.52 cdMFB 0.84 bc 59.32 cd 30.08 c 7.61 cMCcB 0.88 c 60.31 bc 35.09 b 8.91 bCS 0.92 ab 58.43 c 33.22 bc 8.25 bcCSFB 0.91 ab 63.21 b 35.41 b 9.15 abCSCcB 0.95 a 65.62 a 37.61 a 9.36 a
Hasil percobaan yang disajikan pada Tabel 3 menunjukkan bahwa aplikasi biochar
sangat berpengaruh terhadap sifat fisik tanah, bobot kandungan tanah pada perlakuan
jagung tebu biochar 0,95 g / cm3 dan farmyard biochar 0,91 g / cm3 pada pola
croppingsystem. Hal yang sama untuk monokultur jagung jagung biochar lebih tinggi
dari biochar pertanian. Hal ini sesuai dengan Sukartono dkk, 2011, aplikasi farmyard
21
biochar akan meningkatkan kandungan bahan organik tanah dan tanah, sehingga tanah
lebih longgar. Pengaruh aplikasi biofuel jagung jagung, peningkatan kapasitas pori
tanah, luas pori total 65,62% pada sistem tanam, 60,31% pada monokultur.
Hal ini menunjukkan bahwa biochar dapat memperbaiki struktur tanah sehingga ruang
pori lebih banyak dan kapasitas ruang meningkat, dan mempengaruhi ketersediaan air
tanah. Pada sistem tanam singkong, peningkatan sifat fisik tanah dapat mengurangi
degradasi lahan dan memperbaiki kesuburan tanah (Yuniwati, ED, 2012)
Tabel 4. Pengaruh aplikasi biochar terhadap sifat kimia tanah pada pola tanam monoculture dan tumpangsari ubikayu dan jagung
Treatment pH N (%) P (ppm) K (me/100 g)
KTK Ca (cmol/100 g
Mg (cmol/100 g
M 5.80 0.11 5.59 0.20 12.3 2.22 1.37MFB 6.26 0.14 6.13 0.26 12.7 2.38 1.40MCcB 6.18 0.12 6.56 0.7 13.9 2.44 1.42CS 6.01 0.12 5.04 0.25 13.8 2.31 1.38CSFB 6.21 0.14 6.47 0.31 14.1 2.39 1.42CSCcB 6.30 0.15 6.76 0.34 14.8 2.40 1.45
Selain meningkatkan C organik tanah, aplikasi biochar juga menyebabkan peningkatan
beberapa sifat tanah (Tabel 4). PH tinggi CSCcB (6,30) dan MFB (6,26) disebabkan
oleh penambahan nutrisi organik dan tanah, seperti yang terlihat dari perubahan
pengamatan N, P, K, Ca dan Mg. Masing-masing menunjukkan peningkatan daya tarik
kontrol, baik pada Monokultur atau pada sistem Tanam. Ketersediaan hara yang tinggi,
CEC dalam setiap aplikasi biochar juga meningkat. Peningkatan pH tanah setelah
aplikasi biochar erat kaitannya dengan sifat alkali bahan biochar. Konsentrasi nutrisi
yang lebih tinggi pada biochar jagung dan pupuk kandang berkontribusi positif sebagai
penambah tanah terhadap ketersediaan hara tanah yang lebih baik. Namun, untuk
22
menjaga efek biochar yang baik, aplikasi biochar harus diberikan pada awal musim dan
penanaman pertengahan musim untuk efek yang lebih lama. Meningkatkan nilai KTK
tanah dengan penambahan corncob dan manure biochar akan meminimalkan risiko
pelindian kation seperti K + dan NH4 +. Meningkatnya ketersediaan nutrisi dan KTK
dalam penelitian ini konsisten dengan hasil penelitian sebelumnya Sukartono dan
Utomo, WH (2012), Yamato et al. 2016, Novak dkk. 2009). Kadar permukaan negatif
yang tinggi yang dihasilkan oleh oksidasi gugus karboksilat dan fenolik pada
permukaan luar partikel dan luas permukaan biochar adalah penyebab utama kapasitas
adsorpsi kation tinggi biochar (Cheng et al., 2006). Properti inilah yang berkontribusi
untuk menurunkan pelindian kation (Lehmann et al 2009)
Figure 2
M MFB MccB CS CSFB CSCcB0
1
2
3
4
5
6
7
NPKCaMg
Figure 2. Effect of biochar monoculture treatment and cropping system on various soil
nutrient status (N, P, K, Ca, Mg)
23
Pengaruh biochar pada perlakuan monoculture dan tumpangsari pada beberapa status hara
makro
Biochar sebagai bahan amandemen tanah, sudah lama tinggal di tanah, jadi penggunaan
biochar sebagai penambah tanah selain memperbaiki sifat fisiko-kimia tanah juga bisa
menjadi toko karbon yang baik. Pengayaan tanah karbon melalui penambahan biochar
memiliki efek positif pada sifat kimia tanah seperti status hara tanah, N, P, K, Ca, Mg,
CEC, kandungan C-organik, air dan retensi nutrien (Massulili et al, 2010). Dengan
meningkatnya status gizi dalam mengharapkan produksi ubi kayu dan jagung pada pola
tanam sistem tanam dapat meningkat seperti pada percobaan Yuniwati dkk (2015).
4.2. Aplikasi Biochar Meningkatkan Produksi Tanaman Ubikayu dan Jagung
Tidak ada pengaruh interaksi singnifikan dari sistem tanam dan aplikasi biochar
terhadap tinggi tanaman dan hasil panen (Tabel 1 dan 2). Tinggi tanaman dan biomassa
kering hanya dipengaruhi secara signifikan oleh perlakuan biochar
Dari hasil percobaan di tabel 1 menunjukkan bahwa pegamatan 15 hari setelah tanam,
tidak berpengaruh signifikan terhadap berat jagung, Namun, mulai 30 hari pengamatan,
aplikasi nitrogen berpengaruh signifikan meningkatkan pertumbuhan jagung. Aplikasi
biochar saja akan menurunkan tinggi tanaman pada umur pengamatan 30 dan 45 hari
setelah tanam. Tetapi penggunaan biochar dan nitrogen secara bersama sama akan
meningkatkan tinggi tanaman.
Tabel 2. Pengaruh penggunaan biochar pada tinggi tanaman
Perlakuan Tinggi tanaman beberapa hari setelah tanam (cm)
15 30 45 60 75
Control 31.5 a 54.6 ab 118.4ab 145.2 a 163.2 a
Nitrogen 29.7 a 65.6 b 129.4 b 188.6 b 205.4 b
24
biochar 30.4 a 48.6 a 110.7 a 140.6 a 165.2 a
biochar + N 31.4 a 67.6 b 146.7 c 206.7 c 220.6 c*) notasi yang sama pada kolom yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada (p=0.05)
Penggunaan nitrogen meningkatkan berat kering biomass (Tabel 3). Hal ini juga
berpengaruh terhadap pengaruh tinggi tanaman (Tabel 2). Pemahaman ini
menunjukkan bahwa penggunaan nitrogen dalam tanah tidak cukup berpengaruh
terhadap pertumbuhan jagung. Sama dengan pengaruh pada tinggi tanaman(Tabel 2),
aplikasi biochar menurunkan tinggi tanaman pada umur pengamatan 30 dan 45 hari
setelah tanam. Seperti yang di kemukakan oleh Khan dan Huq (2014), mengatakan
bahwa aplikasi biochar meningkatkan populasi bacteria tanah dan aktivitasnya.
Peningkatan populasi bakteri dan aktivitas akan meningkatkan kompetisi nitrogen
antara jagung dan bakteri. Di bawah nitrogen tanah yang terbatas seperti di dalam tanah
yang digunakan untuk percobaan, persaingan ini akan memiliki efek negatif pada
pertumbuhan jagung, terutama pada fase pertumbuhan awal
Table 3. Pengaruh biochar terhadap produksi berat kering tanaman
Perlakuan Produksi Biomass beberapa hari setelah tanam (cm)
15 30 45 60 75
Control 0.03 a 0.35 a 1.05 b 2.30 a 2.34 a
Nitrogen 0.05 a 0.54 b 1.46 c 3.46 b 3.96 b
PLbiochar + N 0.03 a 0.28 a 0.90 a 2.35 a 2.40 a
CCbiochar + N 0.04 a 0.58 b 1.58 d 3.70 c 4.85 c*) notasi yang sama pada kolom yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada (p=0.05)
Bila ada cukup nitrogen tanah, penambahan biochar lebih jauh meningkatkan efek
positif pemupukan nitrogen. Fenomena ini menunjukkan bahwa penambahan biochar
dalam perlakuan nitrogen membuktikan bahwa biochar meningkatkan efek pemupukan
25
nitrogen. Dengan kapasitas penularan kation yang tinggi, biochar akan membantu
retensi nitrogen (Dong et al., 2015), dan ini akan meningkatkan kemungkinan nitrogen
yang diterapkan dapat dimanfaatkan oleh jagung. Fenomena ini dapat dilihat pada
treatmen + nitrogen yang menghasilkan yang lebih tinggi. tinggi tanaman (tabel 2) dan
biomassa kering (Tabel 3) dibandingkan dengan perlakuan nitrogen saja. Selanjutnya,
hasil pada Tabel 2 dan 3 juga menunjukkan bahwa pengembangan tinggi tanaman dan
biomassa kering di tanah berbasis biochar + nitrogen terjadi lebih cepat daripada
perlakuan lainnya.
Hasil penerapan nitrogen, biochar dan biochar + N pada pertumbuhan jagung
lebih banyak diucapkan jika dilihat dari sudut pandang Tanaman Rentang Pertumbuhan
(CGR) (Tabel 4). Semua perlakuan jagung menunjukkan pola pertumbuhan similir,
namun dengan magninute berbeda. Kecepatan pengembangan tanaman meningkat
hingga 75 hari setelah tanam dan kemudian menurun karena jagung akan menjadi lebih
tua. Kenaikan biomassa kering tertinggi diperoleh jagung dengan perlakuan biochar +
nitrogen pada 45 sampai 60 hari setelah tanam (160,0 kg / ha / hari), dan yang terendah
diperoleh dengan kontrol jagung (90 g / ha / hari
Table 4. Pengaruh applikasi biochar pada Rerata pertumbuhan jagung
Treatments CGR (kg/ha/day
15 – 30 30 -45 45 -60 60-75
Control 21.3 b 40.0 b 90.0 a 2.7 a
Nitrogen 32.6 c 61.3 c 133.5 b 33.5 b
Biochar 16.6 a 9.3 a 96.7 a 3.3 a
Biochar + N 36.0 c 66.7 c 142.5 c 76.7 c
26
Pengaruh aplikasi biochar terhadap hasil gabah dan indeks panen disajikan pada Tabel
5. Sebagai hasil dari pertumbuhan yang lebih baik, jagung yang diaplikasikan dengan
nitrogen biochar + menghasilkan biomassa kering dan hasil gabah yang lebih tinggi.
Namun, berbeda dengan tinggi tanaman dan biomassa kering sampai 75 hari setelah
tanam, interaksi antara sistem crooping dan aplikasi biochar secara signifikan
mempengaruhi biomassa kering pada panen dan hasil gabah. Jika tidak ada aplikasi
biochar (perlakuan kontrol dan nitrogen), jagung hasil gabah menurunkan hasil gabah.
Penambahan biochar, terutama pada jagung yang diaplikasikan dengan nitrogen,
memperkecil penurunan ini.
Hasil yang disajikan pada Tabel 5 juga menunjukkan bahwa aplikasi biochar
meningkatkan pembentukan hasil gabah, seperti ditunjukkan oleh indeks panen yang
lebih tinggi. Indeks panen jagung perlakuan non biochar bervariasi dari 0,41 sampai
0,45, sedangkan indeks panen jagung biochar adalah 0,48. Peningkatan hasil gabah
dengan aplikasi nitrogen atau biochar adalah konsekuensi dari pertumbuhan jagung
yang lebih baik. Hasil jagung nitrogen + biocahar yang lebih tinggi, sekali lagi
menunjukkan efek signifikan dari kapasitas pertukaran kation tinggi seperti yang telah
disarankan oleh Liang dkk (2006.
Table 5. Pengaruh aplikasi biochar terhadap berat kering biomass dan hasil biji jagung.
Treatments Dry biomass (Stem,
leaves and cobs)
Grain yield
(ton/ha)
Harvst Index
Cropping system Biochar
27
(ton/ha)
Maize
monoculture
Control 3.34 a 2.76 b 0.45 ab
Nitrogen 5.26 c 4.18 c 0.44 ab
Biochar 3.40 a 2.87 b 0.46b
Biochar + N 5.25 c 4.97 c 0.48 b
Maize intercrops Nil 3.34 a 2.40 a 0.41 a
Nitrogen 4.96 b 3.60 b 0.42 a
Biochar 3.40 b 2.75 b 0.45 ab
Biochar + N 5.22 c 4.85 c 0.48 b
Hasil percobaan yang disajikan pada Tabel 6 menunjukkan bahwa setelah panen
jagung, aplikasi biochar memperbaiki status kesuburan tanah yang digunakan untuk
percobaan. Aplikasi biochar meningkatkan pH tanah, bahan organik tanah, nitrogen
tanah, dan kapasitas tukar kation.
Table 6. Pengaruh aplikasi biochar terhadap sifat tanah setelah panen jagung
Treatments Soil properties
Cropping system Biochar pH C-organik
(%)
Nitrogen
(%)
CEC
(m mol )
Maize
monoculture
Control 6.40 a 0.90 a 0.08 a 14.95 ab
Nitrogen 6.36 a 0.89 a 0.11 b 14.85 ab
PLbiochar + N 6.90 b 1.45 c 0.19 c 17.46 c
Ccbiochar + N 6.84 b 1.46 c 0.18 c 17.80 c
Maize
intercropping
Nil 6.45 b 0.95 a 0.09 ab 14.16 a
Nitrogen 6.46 b 1.15 b 0.09 ab 15.80 b
PLbiochar + N 6.83 b 1.56 c 0.18 c 18.45 c
Ccbiochar + N 6.85 b 1.49 c 0.19 c 18.27 c
28
Kenaikan C organik dalam tanah yang diolah dengan biochar adalah konsonan logika
kandungan karbon organik tinggi dalam biochar (Tabel 1). Fenomena yang sama terjadi
pada pH tanah dan kapasitas pertukaran kation. Peningkatan kapasitas tukar kation
dengan biochar allpication telah ditunjukkan oleh Liang dkk., (2006). Kapasitas
pertukaran kation tinggi ini menghasilkan efisiensi penggunaan nitrogen yang lebih
efisien, sehingga jagung di lahan yang diberi biochar tumbuh lebih baik (Tabel 2 dan 3)
dan menghasilkan yield yang sama (Tabel 5).
Kesimpulan
Penerapan biochar memperbaiki sifat tanah baik pada sistem monokultur singkong dan
tumpangsari. Aplikasi biochar memperbaiki sifat tanah: C-organik, kandungan tanah
yang berat, dan stabilitas agregat. Efek tertinggi untuk sifat fisik tanah pada sistem
tanam (CSCcB) C (%) 2,26, BV 1,19 Mg / m3, CEC 14,8 me / 100 g dan luas pori total
65,62%. Untuk sifat kimia tanah, aplikasi biochar secara signifikan mempengaruhi pH
6,30, status gizi N (0,15%), P (6,76 ppm), K (0,34 i / 100g), Ca (2,44 cmol / 100) dan
Mg (1,45 Cmol / 100). Biochar berperan penting dalam tanah sebagai zat penguat untuk
memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah.
Penerapan nitrat dan biochar meningkatkan pertumbuhan jagung dan menghasilkan
keduanya dalam sistem monokultur jagung dan tumpangsari. Jagung yang ditanam di
tanah yang diberi biochar lebih tinggi daripada yang ditanam di tanah non biochar.
Jagung ini memiliki bahan kering dan hasil gabah yang lebih tinggi. Hasil jagung yang
ditanam pada sistem tumpangsari di lahan non biochar lebih rendah daripada yang
ditanam pada sistem monokultur. Penerapan biocharcould meminimalkan penurunan
hasil ini. Jagung monokultur yang ditanam pada tanah ternak hasil biochar yang diolah
29
menghasilkan hasil gabah tertinggi (5,02 ton / ha), kemudian diikuti oleh monokultur
jagung yang ditanam di tanah jagung dengan perlakuan jagung (4,87 t / ha). Setelah
panen jagung, tanah yang diaplikasikan dengan biochar memiliki pH tanah yang lebih
tinggi, bahan organik tanah, kapasitas pertukaran kation tanah, dan kandungan nitrogen
tanah. Aplikasi biochar meningkatkan efisiensi pemupukan nitrogen, baik pada
penanaman jagung monokultur maupun jagung
DAFTAR PUSTAKA
Amanullah, M.M., Vaiyapuri, K., Sathyamoorthi, K., Pazhanivelan, S. and Alagesan A. 2007. Nutrient uptake, tuber yield of cassava (Manihot esculesnta Cranzt) and soil fertility as influenced by organic manure. Journal of Agronomy 6: 183-187
American Society of Agronomy, 1989. "Decision reached on sustainable ag." Agronomy News. January, pg 15, Madison, Wisconsin.
Asai, H., Samson, B.K., Stephan, H.M., Songyikhangsuthor, K., Homma, K., Kiyono, Y., Inoue, Y., Shiraiwa, T. & Horie, T. 2009. Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos 1. Soil physical properties, leaf SPAD and grain yield. Field Crops Research,111: 81–84
Auerswald, K., Kainz, M. & Fiener, P. 2003.Soil erosion potential of organic versus conventional farming evaluated by USEL modeling of cropping statistics for agricultural districts in Bavaria. Soil Use and Management, 19: 305–311
Chan, K.Y, van Zwieten, L., Meszaros, I., Downie, A., & Joseph S. 2007a. Agronomic values of green waste biochar as a soil amendment. Australian Journal of Soil Research 45: 629–634
Chan, K.Y, van Zwieten, L., Meszaros, I., Downie, A.&Joseph S. 2007b. Assessing the agronomic values of contrasting materials on hardsettling soil. Proc. Conf. Agricahr Initiative. 30 April – 2 May 2007. Terrigal, NSW, Australia.
Chan, K.Y., Van Zwieten, B.L., Meszaros, I., Downie, D.&Joseph, S. 2008. Using poultry litter biochars as soil amendments. Australian Journal of Soil Research, 46: 437–444
30
Islami, T., Guritno, B., Nurbasuki & Sutryanto, A. 2011a. Biochar for Cassava Based Cropping System in the degraded lands of East Java, Indonesia. Journal of Tropical Agriculture 49: 40-46
Ding, Y., Liu, Y.X., Wu, W. X., Shi, D. Z. & Khong, Z.K. 2010. Evaluation of biochar effects on nitrogen retentionand leaching in multi-layered soil columns. Water Air Soil Pollu t DOI 10.1007/s11270-010-0366-4
Doan, T.T., des-Tureaux, T.H., Rumpel, C., Janeau, J.L. & Jouquet, P. 2015., Impact of compost, vermicompost and biochar on soil fertility, maize yield and soil erosion in Northern Vietnam: A three year mesocosm experiment. Science of the Total Environtment 514: 147-154.
Islami,T., Guritno, B., Nurbasuki & Suryanto, A. 2011a. Biochar for Cassava Based Cropping System in the degraded Lands of East Java, Indonesia. Journal of Tropical Agriculture 49: 40-46
Howeler, R.H., Tonggglum, S.J., Jantawat, S. & Utomo, W.H. 1998. The use of forages for soil fertility maintenance and erosion control in cassava in Asia. Proc. 3rd Meeting of the Forages for the Smallholder Project. Samarinda, Indonesia. P. 196-211
Islami, T. Guritno, B. Nur Basuki , N. & Suryanto,, A. 2011b. Maize yield and associated soil quality changes in Cassava + Maize intercropping System after 3 years of biochar application. J. Agric. Food. Tech.1: 112-115
Iswaran. V., Jalihri, K. S. & A. Sen, A. 1980. Effect of charcoal, coal and peat on the yield of moong, soybean and pea Soil Biol. Biochem. 12: 191-192
Lehman,., da Silva Jr.,J. P.,Steiner,C., Nehls, T., Zech,W.& Glaser, B. 2003. Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments. Plant Soil249: 343-357
Liang, B., Lehmann, J., Kinyangi, D., Grossman, J., O’Neill, B., Skjemstad, J.O., Thies, J., Luizao, F.J., Peterson, J. & Neves, E.G. 2006. Black carbon increases cation exchange capacity in soils.Soil Sci. Soc. Am. J., 70: 1719–1730
Masulili, A., Utomo, W.H. & Syekhfani, Ms. 2010. Rice Husk Biochar for Rice Based Cropping System in Acid Soil 1. The Characteristics of Rice Husk Biochar and Its Influence on the Properties of Acid Sulfate Soils and Rice Growth in West Kalimantan, Indonesia.J. Agric. Sci. (Canada), 3: 25-33
Oguntunde, P.G., Fosu, M., Ajayi, A.E. & de Giesen, N.V. 2004. Effects of charcoal production on maize yield, chemical properties and texture of soil. Biol Fertil Soils 39:295–299
31
Rondon, M. A., Lehmann, J., Ramirez, J., & Hurtado, M. (2007). Biological nitrogen fixation by common beans(Phaseolus vulgaris L.) increases with bio-char additions. Biology and Fertility of Soils, 43, 699 -708.
Shih, H.J.& Chien, C.W. 2013. Effects of biochar on soil properties and erosion potential in a highly weathered soil. Catena 110: 225-233
Sukartono,Utomo,W.H., Kusuma, Z.&Nugroho, W.H. 2011a. Soil fertility status, nutrient uptake, and maize (Zea mays L.) yield following biochar application on sandy soils of Lombok, Indonesia. Journal of Tropical Agriculture 49: 47-52
Sukartono,Utomo,W.H., Kusuma, Z.&Nugroho, W.H. 2011b. Simple biochar production generated from cattle dung and coconut shell. J. Basic. Appl. Sci. Res. 1:1680-1685
Tejada, M. &Gonzalez, J.L. 2007. Influence of organic amendments on soil structure and soil loss under simulated rain. Soil and Tillage Research, 93:197–205
Tagoe, S.O., Takatsugu Horiuchi, T. & Matsui, T. 2008. Effects of carbonized and dried chicken manures on the growth, yield, and N content of soybean. Plant Soil, 306: 211–220
United States Congress, 1990. Food, Agriculture, Conservation, and Trade Act of 1990, Public Law 101-624. Title XVI, Subtitle A, Section 1603. Washington, DC: US Government.Warnock, D.D., Lehmann, J., Kuyper, T.W. &. Rillig, M.C. 2007. Mycorrhizal responses to biochar in soil – concepts and mechanisms. Plant and Soil 300:9–20
Utomo, W.H. 1989. Konservasi Tanah di Indonesia: Rekaman dan Analisis. Jakarta: Rajawali Pers
Utomo, W.H., Sitompul, S.M. & van Noorddwijk, M. 1992. Effect of leguminous cover crops on an Ultisols, Lampung. Agrivita 15: 29-44
Widowati, Utomo, W.H., Soehono, L.A. & Guritno, B. (2011a). Effect of biochar on the release and loss of nitrogen from urea fertilization. Journal of Agric. and Food. Tech. 1: 127-132
Widowati, W. H. Utomo, W.H., Soehono, L.A. & Guritno, b. 2011b. Effect of biochar on the Release and Loss of Nitrogen from Urea. J. Agric. Food. Tech., 1: 127-132
Yamato, M., Okimori,Y., Wibowo, I.F., Anshori, S. & Ogawa, M. 2006. Effects of the application of charred bark of Acacia mangium on the yield of maize, cowpea and peanut, and soil chemical properties in South Sumatra, Indonesia. Journal Soil Science and Plant Nutrition, 52: 489–495
32
Yuniwati, E.D. 2011. Penentuan Indeks Mutu tanah pada ubikayu sebagai kunci teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry). Jurnal Hayati Terakreditasi SK No 43/DIKTI/Kep/2008. Edisi khusus no 7F tahun 2011.
Yuniwati, E.D. 2011. Land Husbandry: Manajemen lahan berkelanjutan. Berkala ilmiah Agroteknologi “Plumula” ISSN: 2089-8010. Volume 2 No.1 Januari 2013.
Yuniwati, ED, W.H. Utomo, 2012. Combating Land Degradation in Cassava Field by Crop yield Improvement, Journal of Basic and applied Scientific Research (JABSR) Vol 2, Number 5, May 2012, Part IV, page 4975-4982.
Yuniwati, ED, W.H. Utomo, and R.H. Howeler. 2015 Farmers Based Technology Development for Sustainable Cassava Production System. International Journal Agriculture Research (IJAR) eISSN: 2152-2553pISSN: 1816-489 Publisher: Academic Journals Inc., USA http://scialert.net/archivedetails.php?issn=1816-4897&issueno=84 . Vol. 10 No.02 Juni 2015. page: 54-64.
33