13 Des 2013 ... Sc., Ph.D selaku kopromotor I dan Prof. ... (NTT). Empat percobaan lapangan
telah dilakukan untuk menguji peranan LPT tropis dalam.
DISERTASI
PERANAN LEGUM PENUTUP TANAH TROPIS DALAM MENINGKATKAN SIMPANAN KARBON ORGANIK DAN KUALITAS TANAH SERTA HASIL JAGUNG (Zea mays L.) DI LAHAN KERING
RUPA MATEUS
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014
i
DISERTASI
PERANAN LEGUM PENUTUP TANAH TROPIS DALAM MENINGKATKAN SIMPANAN KARBON ORGANIK DAN KUALITAS TANAH SERTA HASIL JAGUNG (Zea mays L.) DI LAHAN KERING
RUPA MATEUS
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014
DISERTASI i
PERANAN LEGUM PENUTUP TANAH TROPIS DALAM MENINGKATKAN SIMPANAN KARBON ORGANIK DAN KUALITAS TANAH SERTA HASIL JAGUNG (Zea mays L.) DI LAHAN KERING
RUPA MATEUS NIM: 1190471016
PROGRAM DOKTOR PROGRAM STUDI ILMU PERTANIAN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014
ii
PERANAN LEGUM PENUTUP TANAH TROPIS DALAM MENINGKATKAN SIMPANAN KARBON ORGANIK DAN KUALITAS TANAH SERTA HASIL JAGUNG (Zea mays L.) DI LAHAN KERING
Disertasi untuk Memperoleh Gelar Doktor Pada Program Doktor, Program Studi Ilmu Pertanian Program Pascasarjana Universitas Udayana
RUPA MATEUS NIM: 1190471016
PROGRAM DOKTOR PROGRAM STUDI ILMU PERTANIAN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014
iii
LEMBAR PERSETUJUAN/PENGESAHAN
DISERTASI INI TELAH DISETUJUI TANGGAL: 13 DESEMBER 2013
Promotor,
Prof. Ir. I G.A. Mas Sri Agung, M.Rur.Sc., Ph.D. NIP. 19500126 197302 2 001
Kopromotor I,
Kopromotor II,
Prof. Ir. I G.M. Oka Nurjaya, M.Rur.Sc., Ph.D. NIP.19450819 196902 1 001
Prof. Ir. Suwardji, M.App.Sc.,Ph.D. NIP.19580403 198603 1 004
Mengetahui: Ketua Program Studi Doktor Ilmu Pertanian Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S.(K) NIP.19590215 198510 2 001
Prof. Dr. Ir. I Made Adnyana, M.P. NIP. 19560525 198303 1 002
iv
PENETAPAN PANITIA PENGUJI
Disertasi Ini Telah Diuji dan Dinilai oleh Panitia Penguji Disertasi Program Pascasarjana Universitas Udayana pada Ujian Tertutup
Tanggal: 13 Desember 2013
Berdasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Udayana No: 3181/H.14.4/HK/2013 Tanggal: 04 Desember 2013
Ketua
: Prof. Dr. Ir. I Wayan Supartha, M.S.
Anggota: 1.
Prof. Ir. I G.A. Mas Sri Agung, M.Rur.Sc., Ph.D.
2.
Prof. Ir. I G.M. Oka Nurjaya, M.Rur.Sc., Ph.D.
3.
Prof. Ir. Suwardji, M.App.Sc.,Ph.D.
4.
Prof. Dr. Ir. I Made Adnyana, M.P.
5.
Prof. Ir. I Nyoman Merit, M.Agr. Ph.D.
6.
Prof. Dr. Ir. I Wayan Arthana, M.S.
7.
Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika, MS.
v
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama
: Rupa Mateus
NIM
: 1190471016
Program Studi
: Doktor Ilmu Pertanian, Program Pascasarjana Uiversitas Udayana
Konsentrasi
: Pengelolaan Sumberdaya Air dan Lahan Pertanian
Judul Disertasi
: Peranan Legum Penutup Tanah Tropis dalam Meningkatkan Simpanan Karbon Organik dan Kualitas Tanah serta Hasil Jagung (Zea mays L.) di Lahan Kering
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Disertasi ini bebas plagiat.
Apabila
dikemudiaan hari ditemukan terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sangsi sesuai peraturan Mendiknas RI No. 17 tahun 2010 dan peraturan perundang-undangan yang berlaku. Bagian dari Disertasi ini juga telah dipublikasikan pada Journal of Biology, Agriculture and Healthcare; The International Institute for Science, Technology and Education (IISTE), Volume 3, No. 16, Tahun 2013, halaman 107-114. Demikian surat penyataan bebas plagiat ini di buat.
Denpasar, 21 Pebruari 2014
Rupa Mateus
vi
UCAPAN TERIMA KASIH
Pertama-tama perkenankanlah penulis memanjatkan puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, yang telah memberikan Berkat dan RahmatNya melalui energi dan kesehatan sehingga disertasi ini dapat diselesaikan. Disertasi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Doktor Ilmu Pertanian Program Pascasarjana Universitas Udayana Denpasar. Penyelesaian disertasi ini tentunya akan sulit terwujud tanpa arahan, bimbingan dan kontribusi pengetahuan dari Tim Promotor. Penulis merasa berhutang budi kepada beliau tim promotor, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Ir. I G.A. Mas Sri Agung, M.Rur.Sc., Ph.D., selaku Promotor yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan dan saran selama penulis mengikuti program doktor, khususnya dalam penyelesaian disertasi ini. Terima kasih sebesar-besarnya pula penulis sampaikan kepada Prof. Ir. I G.M. Oka Nurjaya, M.Rur.Sc., Ph.D selaku kopromotor I dan Prof. Ir. Suwardji, M.App.Sc.,Ph.D., dari Universitas Mataram selaku kopromotor II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan bimbingan dan saran kepada penulis. Ucapan yang sama pula penulis tujukkan kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, Sp.PD-KMEMD atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Doktor di Universitas Udayana. Ucapan terima kasih juga ditujukkan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S.(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa program doktor pada Program Studi Doktor
Ilmu Pertanian. Terima kasih ini juga
disampaikan kepada Prof. Dr. Ir. I Made Adnyana, M.P selaku Ketua Program Studi Doktor Ilmu Petanian atas bimbingan dan arahannya dalam mengikuti program doktor. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada para penguji disertasi yang telah memberikan masukan, saran, sanggahan dan koreksi sehingga disertasi ini dapat terwujud seperti ini. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Pemerintah Republik Indonesia c.q. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia melalui Tim Manajemen Program Doktor yang telah memberikan bantuan finansial dalam bentuk BPPS sehingga dapat meringankan beban penulis dalam menyelasaikan studi ini.
vii
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus disertai penghargaan kepada seluruh guru-guru, mulai dari Sekolah Dasar sampai Perguruan Tinggi yang telah membimbing penulis sehingga sampai pada jenjang pendidikan tertinggi ini. Juga penulis ucapkan terima kasih kepada orang tua Bapak dan Mama yang telah mengasuh dan membersarkan penulis. Akhirnya penulis mengucapkan terima kasih kepada istri tercinta Ema dan kedua anak terkasih Ririananda Johan Balan Demoor dan Ciciliananda B.N.Somy Demoor
yang dengan penuh pengorbanan,
pengertian, cinta dan kasih serta kesabarannya telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk lebih berkonsentrasi dalam menyelesaikan disertasi ini. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa membalas budi baik dan melimpahkan BerkatNya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian disertasi ini.
Denpasar, 21 Pebruari 2014
Rupa Mateus
viii
ABSTRAK PERANAN LEGUM PENUTUP TANAH TROPIS DALAM MENINGKATKAN SIMPANAN KARBON ORGANIK DAN KUALITAS TANAH SERTA HASIL JAGUNG (Zea mays L.) DI LAHAN KERING Rendahnya kesuburan tanah, erosi tanah dan masalah gulma pada usaha tani di lahan kering di negara-negara berkembang mengakibatkan menurunnya produktivitas lahan dan rendahnya hasil tanaman. Hal ini disebabkan oleh rendahnya simpanan C-organik dan kualitas tanah. Tanaman penutup tanah, terutama legum penutup tanah (LPT) tropis dapat meningkatkan simpanan Corganik dan kualitas tanah di daerah tropis jika diterapkan secara baik dan benar. LPT tropis dapat berperan dalam mencapai tujuan pertanian berkelanjutan melalui pengurangan pemakaian pupuk kimia dan sebagai bahan pembenah tanah lainnya serta memberikan hasil yang setara dengan yang diberikan oleh pupuk kimia. Penelitian telah dilakukan dari bulan Juni 2012 sampai Agustus 2013 di lahan kering milik petani di desa Oelnasi, kecamatan Kupang Tengah, kabupaten Kupang, provinsi Nusa Tenggara Timur (NTT). Empat percobaan lapangan telah dilakukan untuk menguji peranan LPT tropis dalam meningkatkan simpanan C-organik, kualitas tanah dan hasil jagung. Keempat percobaan tersebut masing-masing adalah: (1) Laju dekomposisi dan pelepasan hara dari biomasa LPT dengan metode litter bags; (2) Pengaruh masa inkubasi biomasa LPT terhadap tingkat sinkronisasi hara N selama pertumbuhan vegetatif tanaman jagung; (3) Kajian potensi LPT dalam meningkatkan simpanan Corganik dan kualitas tanah di lahan kering; dan (4) Pengaruh pengelolaan biomas LPT pasca bera terhadap simpanan C-organik, kualitas tanah dan hasil jagung di lahan kering. Percobaan tersebut masing-masing dirancang dengan rancangan acak kelompok lengkap (RAKL), rancangan acak lengkap (RAL), rancangan acak kelompok lengkap (RAKL) dan rancangan petak terpisah (RPT). Empat species LPT tropis yang digunakan adalah Centrosema pubescens Benth., Mucuna pruriens L., Crotalaria usaramoensis L. dan Phaseolus lunatus L. Varietas jagung yang digunakan adalah Lamuru. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biomasa P. lunatus L. dan C. usaramoensis L. mempunyai kualitas kimia yang lebih baik, laju dekomposisi yang lebih tinggi sehingga mampu meningkatkan simpanan C-organik tanah masing-masing sebesar 63,18% (86,70 t ha-1) dan 63,16% (86,69 t ha1 ). Peningkatan simpanan C-organik tanah secara signifikan dapat meningkatkan kualitas tanah. Biomasa kedua species tersebut yang dibenamkan ke dalam tanah 10 hari sebelum penanaman jagung dapat meningkatkan bobot biji jagung pipilan kering (k.a. 15%) sebesar 88,17% (7,00 t ha-1) dan 86,29% (6,93 t ha-1) lebih tinggi dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh species M. pruriens L. dan C. pubescenc Benth. Dapat disimpulkan bahwa sistem pengelolaan dengan pemberaan menggunakan LPT tropis adalah potensial untuk meningkatkan produktivitas pertanian di lahan kering.
Kata kunci: Legum penutup tanah tropis, simpanan karbon organik tanah, kualitas tanah, hasil jagung, lahan kering.
ix
ABSTRACT THE ROLES OF TROPICAL LEGUME COVER CROPS IN INCREASING SOIL STORAGE ORGANIC CARBON, SOIL QUALITY AND YIELDS OF CORN (Zea mays L.) AT DRYLAND FARMING AREA
Low fertility of soils, erosion, and weed problems on dryland farms in developing countries resulted in low land productivity and crop yields. This could be due to low soil storage organic carbon (SOC) and soil quality. Cover crops, particularly tropical legumes help to increase soil soil SOC and soil quality in tropical drylands by adding crop residues above and below the ground. The legume cover crops (LCC) can play an important role toward achieving the objectives of sustainable agriculture through the reduction of chemical fertilizer and organic amendments used, and yet produce yields equivalent to those produced with conventional fertilizer rates. The research was conducted from June 2012 to August 2013 at farmer’s dryland farming of Oelnasi village, district of Kupang Tengah, Kupang regency, province of Nusa Tenggara Timur (NTT). Four field experiments were conducted to study the roles of tropical legume cover crops in increasing soil organic carbon, soil quality and yields of corn. Those field experiments were respectively: 1) Rates of decomposition and nutrient release from biomass of several legume cover crop (LCC) species with litter bag method ; 2) The effect of incubation duration of LCC biomass on levels of N nutrient sincronization during corn vegetative growth; 3) The study of LCC potential in increasing soil storage organic carbon (SOC) and soil quality at dryland farming; and 4) The effect of post fallow management of LCC biomass on soil SOC, soil quality and corn yields at dryland farming. The experiments were designed respectively in completely randomized block, completely randomized, completely randomized block and split plot designs. Four species of LCC involved in all experiments were Centrosema pubescens Benth., Mucuna pruriens L., Crotalaria usaramoensis L. and Phaseolus lunatus L . Corn variety used was Lamuru. Results of the research showed that species of P. lunatus L. and C. usaramoensis L. had better biomass chemical characteristics, the highest rate of decomposistion and were consequently able to increase soil SOC by 63,18% (86,70 t ha-1) and 63,16% (86,69 t ha1 ) respectively. The increased SOC significantly increased the quality of soil. Embedded biomass of the two species in the soil 10 days before corn planting resulted in significant 88.17% (7.00 t ha-1) and 86.29% (6.93 t ha-1) higher grain dry weight compared to those of species of M. pruriens and C. pubescenc Benth. respectively. It can be concluded that a fallow management system with legume tropical cover crops is potential for increasing the productivity of dryland farming areas. Key words:Tropical legume cover crops, soil storage organic carbon (SOC), soil quality, corn yields, dryland
x
RINGKASAN
PERANAN LEGUM PENUTUP TANAH TROPIS DALAM MENINGKATKAN SIMPANAN KARBON ORGANIK DAN KUALITAS TANAH SERTA HASIL JAGUNG (Zea mays L.) DI LAHAN KERING Rendahnya kesuburan tanah, erosi tanah dan masalah gulma pada usaha tani di lahan kering di negara-negara berkembang mengakibatkan menurunnya produktivitas lahan dan rendahnya hasil tanaman. Hal ini disebabkan oleh rendahnya simpanan karbon (C) organik dan kualitas tanah. Tanaman penutup tanah, terutama legum penutup tanah (LPT) tropis dapat meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah di daerah tropis dengan cara mengembalikan residu atau biomasa tanaman jika dilakukan dengan cara yang baik dan benar.
LPT tropis berperanan dalam mencapai tujuan pertanian
berkelanjutan melalui pengurangan pemakaian pupuk kimia dan sebagai bahan pembenah tanah lainnya serta memberikan hasil yang setara dengan yang diberikan oleh pupuk kimia. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan jenis legum penutup tanah tropis spesifik yang dapat mengatasi permasalahan simpanan C-organik dan kualitas tanah serta hasil jagung dan tanaman pangan semusim lainnya di lahan kering. Penelitian ini telah dilakukan dari bulan Juni 2012 sampai Agustus 2013 di lahan kering milik petani di desa Oelnasi, kecamatan Kupang Tengah, kabupaten Kupang, provinsi Nusa Tenggara Timur (NTT). Empat percobaan lapangan telah dilakukan untuk mengevaluasi peranan LPT tropis dalam meningkatkan simpanan C-organik, kualitas tanah dan hasil jagung. Keempat percobaan tersebut masing-masing adalah: 1) Laju decomposisi dan pelepasan hara dari biomasa beberapa species LPT dengan metode litter bags; 2) Pengaruh masa inkubasi biomasa LPT terhadap tingkat sinkronisasi hara N selama pertumbuhan vegetatif tanaman jagung; 3) Kajian potensi LPT dalam meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah di lahan kering; dan 4) Pengaruh pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap simpanan C-organik, kualitas tanah dan hasil jagung di lahan kering.
Percobaan tersebut masing-masing dirancang dengan
rancangan acak kelompok lengkap (RAKL), rancangan acak lengkap (RAL), rancangan acak kelompok lengkap (RAKL) dan rancangan petak terpisah (RPT). Empat species LPT tropis yang digunakan adalah Centrosema pubescens Benth., Mucuna pruriens L., Crotalaria usaramoensis L. dan Phaseolus lunatus L. Varietas jagung yang digunakan adalah Lamuru.
xi
Hasil penelitian secara umum menunjukkan bahwa pengelolaan lahan kering melalui sistem pemberaan dengan legum penutup tanah tropis, potensial untuk dikembangkan di lahan kering. Hal ini karena secara umum LPT memiliki kualitas biomasa yang baik dan secara nyata meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah serta hasil jagung di lahan kering. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (i) jenis biomasa LPT P. lunatus L. (PL) dan C. usaramoensis L. (CU) yang diaplikasikan dengan cara pembenaman mempunyai konstanta laju dekomposisi (k) yang lebih tinggi, yaitu masing-masing sebesar 0,27 (dengan laju dekomposisi 2,34 g hari-1 atau 0,26 g tahun-1) dan 0,24 (dengan laju dekomposisi 2,28 g hari-1 atau 0,25 g tahun-1), serta berbeda dengan species biomasa M. pruriens L. (MP) dan C. pubescens Benth. (CP); (ii) masa inkubasi biomasa LPT 10 hari sebelum tanam secara nyata dapat meningkatkan sinkronisasi hara N pada tanaman selama fase vegetatif jagung dibandingkan dengan masa inkubasi 20 dan 30 hari sebelum penanaman jagung; (iii) jenis LPT P. lunatus L. (PL) dan C. usaramoensis L. (CU) yang digunakan dalam sistem pemberaan lahan budidaya pertanian, mampu meningkatkan simpanan C-organik tanah masing-masing sebesar 63,18% (86,70 t ha-1) dan 63,16% (86,69 t ha-1). Peningkatan simpanan Corganik secara nyata meningkatkan kualitas tanah; (iv) pengelolaan biomasa LPT P. lunatus L. (PL) dan C. usaramoensis L. (CU) in situ pasca bera yang dibenamkan ke dalam tanah 10 hari sebelum penanaman jagung dapat meningkatkan bobot pipilan jagung kering k.a. 15% sebesar 88,17% (7,00 t ha-1) dan 86,29% (6,93 t ha-1) lebih tinggi dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh species M. pruriens dan C. pubescenc Benth.; dan (v) terdapat hubungan yang erat antara simpanan C-organik tanah dan kualitas tanah dengan hasil jagung (bobot biji pipilan kering, t ha-1) di lahan kering yang ditunjukkan dengan koefisien determinasi (R2) sebesar 0,83. Rekomendasi aplikatif yang dapat diberikan untuk meningkatkan produktivitas lahan kering
terutama tanaman pangan semusim adalah: (a) agar hasil temuan ini dapat
memberikan manfaat bagi petani lahan kering, maka perlu dilakukan desiminasi untuk memperkenalkan hasil temuan; (b) perlu dilakukan penelitian eksplorasi lanjutan untuk mengkaji jenis LPT lain yang potensial dikembangkan di lahan kering; (c) produktivitas lahan kering
terutama tanaman pangan semusim dapat ditingkatkan melalui sistem
pemberaan (fallow system) dengan LPT, seperti C. usaramoensis (CU) dan P. lunatus (PL); dan (d) species M. pruriens dapat dipertimbangkan sebagai tanaman bera untuk peningkatan simpanan C-organik tanah (soil storage organic carbon) di lahan kering, walaupun kontribisi terhadap hasil jagung masih rendah.
xii
DAFTAR ISI
SAMPUL DALAM......................................................................................
ii
PERSYARATAN GELAR...........................................................................
iii
LEMBAR PERSETUJUAN/PENGESAHAAN..........................................
iv
PENETAPAN PANITIA PENGUJI.............................................................
v
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT...........................................................
vi
UCAPAN TERIMA KASIH........................................................................
vii
ABSTRAK....................................................................................................
ix
ABSTRACT.................................................................................................
x
RINGKASAN..............................................................................................
xi
DAFTAR ISI................................................................................................
xiv
DAFTAR TABEL........................................................................................
xvii
DAFTAR GAMBAR....................................................................................
xix
DAFTAR SINGKATAN..............................................................................
xx
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................
xxi
I.
PENDAHULUAN ................................................................................
1
1.1. Latar Belakang ..............................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah .......................................................................
6
1.3. Tujuan Penelitian ...........................................................................
7
1.4. Manfaat Penelitian .........................................................................
8
II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................
9
2.1. Lahan Kering dan Permasalahannya .............................................
9
2.2. Karbon Organik Tanah...................................................................
13
2.3. Kualitas Tanah ...............................................................................
16
2.4. Tanaman Legum Penutup Tanah Tropis........................................
19
2.5. Dekomposisi Bahan Organik ......................................................... 2.6. Pengelolaan Bahan Organik (Biomasa tanaman) untuk Meningkatkan Sinkronisasi Hara pada Tanaman .....................................
28 32
III. KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS ..................
36
3.1. Kerangka Berpikir..........................................................................
36
3.2. Konsep Penelitian...........................................................................
40
3.3. Hipotesis Penelitian .......................................................................
43
xiii
IV. METODE PENELITIAN .....................................................................
44
4.1. Tempat dan Waktu Penelitian.......................................................
44
4.2. Bahan dan Alat Penelitian ............................................................
45
4.3. Metode Penelitian ........................................................................
46
4.3.1. Observasi pendahuluan ....................................................... 4.3.2. Percobaan 1: Kajian laju dekomposisi dan pelepasan hara dari berbagai biomasa LPT................................................. 4.3.3. Percobaan 2: Pengaruh masa inkubasi biomasa LPT terhadap tingkat sinkronisasi hara N pada tanaman jagung selama fase vegetatif............................................... 4.3.4. Percobaan 3: Kajian potensi LPT sebagai tanaman bera dalam meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah di lahan kering........................................................... 4.3.5. Percobaan 4: Pengaruh pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap simpanan C-organik dan kualitas tanah serta hasil jagung di lahan kering....................................... 4.4 Analisis Data Penelitian................................................................
46
V. HASIL PENELITIAN..........................................................................
64
5.1. Kualitas Biomasa LPT................................................................
47 51
54
58 63
64
5.2. Pengaruh Pengelolaan Biomasa LPT terhadap Laju Dekomposisi dan Besarnya Pelepasan Hara................................ 5.3. Pengaruh Masa Inkubasi Berbagai Biomasa LPT terhadap Tingkat Sinkronisasi Hara N pada Tanaman Jagung Selama Fase Vegetatif..............................................................................
76
5.4. Potensi LPT sebagai tanaman bera dalam meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah di lahan kering.............
82
5.5. Pengaruh Pengelolaan Biomasa LPT Pasca Bera terhadap Simpanan C-organik dan Kualitas Tanah serta Hasil Jagung di Lahan Kering............................................................................... 5.6. Hubungan antara Simpanan C-organik, Kualitas Tanah dan Hasil Jagung di Lahan Kering...................................................... VI. PEMBAHASAN................................................................................. 6.1. Laju Dekomposisi dan Mineralisasi Biomasa LPT..................... 6.2. Kontribusi LPT terhadap Simpanan C-organik dan Kualitas Tanah di Lahan Kering............................................................... 6.3. Pengelolaan Biomasa LPT Pasca Bera terhadap Sinkronisasi Hara dan Hasil Jagung di Lahan Kering..................................... 6.4. Model Pengelolaan Lahan Kering di Masa Depan .....................
xiv
66
95 110
112 112 120 131 136
6.5. Temuan Baru Penelitian............................................................... VII. SIMPULAN DAN SARAN..............................................................
139 140
7.1. Simpulan.......................................................................................
140
7.2. Saran.............................................................................................
141
DAFTAR PUSTAKA..............................................................................................
142
LAMPIRAN-LAMPIRAN.....................................................................................
153
xv
DAFTAR TABEL
No
Judul
5.1
Rata-rata kualitas kimia dari empat jenis LPT tropis di lahan kering .......
65
5.2
Rata-rata kadar air biomasa LPT selama masa dekomposisi dalam litter bag pada masing-masing faktor tunggal .................................
67
Rata-rata 5 pelepasan hara selama masa dekomposisi pada pengaruh interaksi . antara jenis biomasa LPT dan metode aplikasi biomasa dalam litter 3 bag ................................................................................
5.4
5.5
Rata-rata total koloni mikroba dalam biomasa LPT setelah 40 hari dekomposisi pada pengaruh interaksi antara jenis dan metode aplikasi biomasa dalam litter bag ................................................... Pengaruh masa inkubasi biomasa LPT sebelum tanam terhadap serapan N tanaman jagung pada fase vegetatif ...............................
Hal.
70
75 80
5.6
Pengaruh masa inkubasi biomasa LPT sebelum tanam terhadap bobot kering total tanaman jagung pada fase vegetatif ....................
81
5.7
Pengaruh jenis LPT sebagai tanaman bera terhadap prosentase penutupan tanah...............................................................................
83
5.8
Pengaruh jenis LPT sebagai tanaman bera terhadap bobot isi tanah dan porositas tanah setelah 5 bulan pemberaan......................
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
86
Pengaruh jenis LPT sebagai tanaman bera terhadap produksi biomasa, serapan C tanaman dan simpanan C-organik tanah setelah 5 bulan pemberaan................................................................
87
Pengaruh jenis tanaman penutup tanah sebagai tanaman bera terhadap kadar N total tanaman, ratio C/N dan N yang tertambat setelah 5 bulan pemberaan................................................................
89
Pengaruh jenis LPT sebagai tanaman bera terhadap pH tanah, kadar Corganik tanah dan bahan organik tanah setelah 5 bulan pemberaan ........
90
Pengaruh jenis LPT sebagai tanaman bera terhadap N total tanah, Ptersedia, K, Ca, Mg dan KTK tanah setelah 5 bulan pemberaan ..
92
Pengaruh jenis LPT sebagai tanaman bera terhadap infeksi mikoriza (MVA) dan total koloni mikroba tanah setelah 5 bulan pemberaan.........................................................................................
xvi
94
5.14
5.15
5.16
5.17
5.18
5.19
5.20
5.21
5.22
5.23
Pengaruh faktor tunggal pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap rata-rata simpanan C-organik tanah, bobot isi tanah dan porositas tanah setelah panen jagung............................................... Pengaruh faktor tunggal pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap rata-rata pH tanah (pH H2O 1:1), kadar C-organik tanah dan bahan organik tanah setelah panen jagung................................ Pengaruh interaksi antara jenis dan masa inkubasi biomasa LPT pasca bera terhadap kadar N total tanah setelah panen jagung................................................................................................ Pengaruh interaksi antara jenis dan masa inkubasi biomasa LPT pasca bera terhadap kadar K tanah setelah panen jagung................. Pengaruh faktor tunggal pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap rata-rata kadar P-tersedia, Ca dan Mg tanah setelah panen jagung...................................................................................... Pengaruh interaksi antara jenis dan masa inkubasi biomasa LPT pasca bera terhadap KTK tanah setelah panen jagung...................... Pengaruh faktor tunggal pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap rata-rata total koloni mikroba tanah dan respirasi tanah setelah panen jagung......................................................................... Pengaruh faktor tunggal pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap rata-rata panjang tongkol, diameter tongkol, bobot biji tongkol-1, bobot 100 biji jagung........................................................ Pengaruh faktor tunggal pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap hasil jagung pipilan kering k.a 15% dan bobot kering tanaman jagung.................................................................................. Pengaruh faktor tunggal pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap bobot kering gulma.............................................................
xvii
95
98
99
100
101
103
104
106
108 109
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
2.1
Pola curah hujan dalam 10 tahun (2003-2012) di kabupaten Kupang NTT ....................................................................................
11
3.1
Diagram Kerangka Pemikiran Penelitian..........................................
38
3.2
Kerangka Konsep Penelitian.............................................................
42
5.1
Histogram hasil analisis rata-rata kehilangan berat biomasa LPT (%) pada pengaruh interaksi antara jenis biomasa dan metode aplikasi biomasa LPT dalam litter bag.............................................
5. 2 Histogram hasil analisis rata-rata konstanta laju dekomposisi (k) pada masing-masing jenis biomasa LPT........................................... 5.3
Rata-rata kadar N total tanah yang diberi perlakuan masa inkubasi biomasa LPT sebelum tanam, selama fase vegetatif jagung.............
Hal.
68
73 76
5.4
Rata-rata kadar N-tersedia tanah pada pengaruh masa inkubasi biomasa LPT sebelum tanam, selama fase vegetatif jagung dalam pot.....................................................................................................
78
5.5
Rata-rata kadar air tanah selama masa bera dengan berbagai jenis LPT....................................................................................................
84
5.6
Rata-rata suhu tanah permukaan selama masa bera dengan berbagai jenis LPT ............................................................................
6.1
Pola tanam yang dipertimbangkan sesuai untuk pengelolaan pertanian lahan kering berkelanjutan................................................
xviii
85 137
DAFTAR SINGKATAN
NTT
:
Nusa Tenggara Timur
C-organik
:
Karbon organik tanah
LPT
:
Legum penutup tanah
CP
:
Centrosema pubescens Benth.
MP
Mucuna pruriens L.
CU
Crotolaria usaramoensis L.
PL
Phaseolus lunatus L.
hst
:
hari setelah tanam
Bst
:
bulan setelah tanam
cfu
:
Coloni form unit
k.a.
:
Kadar air
b.k
:
Bobot kering
KTK
:
Kapasitas tukar kation
k
:
Konstanta pelapukan
xix
DAFTAR LAMPIRAN No.
Judul
Hal.
1
Analisis Sifat Tanah Percobaan ....................................................
153
2
Deskripsi jagung varietas Lamuru..................................................
154
3
Denah percobaan lapang (percobaan 3) dalam Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL)..........................................................
155
4
Ukuran petak pada percobaan 3 dan plot pengambilan sampel LPT.................................................................................................
156
5.a
Denah percobaan lapang dan pengacakan pada percobaan 4 yang disusun dalam Rancangan Petak Terpisah (RPT).........................
157
5.b
Ukuran anak petak, petak utama dan plot pengambilan sampel ubinan, pada percobaan 4...............................................................
158
6
Data hasil analisis laboratorium kualitas kimia biomasa LPT......
159
7
Analisis ragam kadar air (%) dari biomasa LPT selama masa dekomposisi, pada percobaan 1.....................................................
160
8
Analisis ragam kehilangan berat (%) dari biomasa LPT selama masa dekomposisi, pada percobaan 1.............................................
160
9.a
Analisis ragam pelepasan C-organik (%) dari biomasa LPT selama masa dekomposisi pada percobaan 1.................................
160
9.b
Analisis ragam pelepasan N (%) dari biomasa LPT selama masa dekomposisi, pada percobaan 1......................................................
161
9.c
Analisis ragam pelepasan P (%) dari biomasa LPT selama masa dekomposisi, pada percobaan 1......................................................
161
9.d
Analisis ragam pelepasan K (%) dari biomasa LPT selama masa dekomposisi, pada percobaan 1......................................................
161
9.e
Analisis ragam pelepasan Ca (%) dari biomasa LPT selama masa dekomposisi, pada percobaan 1......................................................
162
10
Analisis ragam konstanta laju dekomposisi (k) biomasa LPT selama masa dekomposisi, pada percobaan 1................................
162
11
Analisis ragam total koloni mikroba biomasa LPT setelah 40 hari masa dekomposisi, pada percobaan 1.....................................
162
12
Analisis ragam kadar N total tanah (mg kg-1) selama fase vegetatif jagung, pada percobaan 2................................................
163
13
Analisis ragam kadar N tersedia tanah (mg kg-1) selama fase vegetatif
163
xx
jagung, pada percobaan 2...............................................
14
Analisis ragam serapan N tanaman jagung (mg kg-1) selama fase vegetatif, pada percobaan 2..............................................................
163
15
Analisis ragam bobot kering total tanaman jagung (g tanaman-1) selama fase vegetatif jagung, pada percobaan 2..............................
163
16
Analisis ragam prosentase penutupan tanah (%), pada percobaan 3........................................................................................................
17
Analisis ragam kadar air tanah (%) selama masa bera, pada percobaan 3.......................................................................................
18
Analisis ragam suhu tanah (oC) selama masa bera, pada percobaan 3........................................................................................................
163 164
164
19
Analisis ragam bobot isi tanah (g cm-3) dan porositas tanah (%) pasca bera, pada percobaan 3............................................................
164
20
Analisis ragam produksi biomasa (b.k. t ha-1), serapan C tanaman (t ha-1) dan simpanan C-organik tanah (t ha-1), pada percobaan 3...
164
21
Analisis ragam kadar N jaringan tanaman (%), Nisbah C/N dan N yang tertambat (t ha-1), pada percobaan 3.........................................
165
22
Analisis ragam pH tanah, C-organik (%) dan bahan organik tanah (%), pada percobaan 3......................................................................
165
23
Analisis ragam kadar N total, P tersedia dan K tanah setelah 5 bulan pemberaan, pada percobaan 3.................................................
165
24
Analisis ragam Ca (me 100 g-1 tanah), Mg (me 100 g-1 tanah) dan kapasitas tukar kation (KTK) tanah (me 100 g-1 tanah) setelah 5 bulan pemberaan, pada percobaan 3.................................................
165
25
Analisis ragam infeksi mikoriza (%) dan total koloni mikroba tanah (cfu), pada percobaan 3...........................................................
166
26
Analisis ragam simpanan C-organik tanah (t ha-1), bobot isi tanah (g cm1 ) dan porositas tanah (%), setelah panen jagung (akhir percobaan 4).....................................................................................
27
Analisis ragam pH tanah, C-organik dan bahan organik tanah, setelah panen jagung (akhir percobaan 4..........................................
28
Analisis ragam kadar N total tanah (%) dan kadar K tanah (me 100 g-1 tanah), setelah panen jagung (akhir percobaan 4)................
29
Analisis ragam kadar Ca (me 100 g-1 tanah) dan Mg (me 100 g-1 tanah) dan KTK tanah (me 100 g-1 tanah), setelah panen jagung (akhir
xxi
166 166
167
percobaan 4)...........................................................................
30
31
Analisis ragam total koloni mikroba tanah (cfu) dan respirasi tanah (mg CO2 g tanah-1), setelah panen jagung (akhir percobaan 4)...................................................................................................... Analisis ragam panjang tongkol (cm), diameter tongkol (cm) bobot biji tongkol-1 (g), bobot 100 biji (g), pada akhir percobaan 4........................................................................................................
167
167
168
32
Analisis ragam bobot kering tanaman (t ha-1) dan hasil jagung pipilan kering k.a 15% (t ha-1), pada akhir percobaan 4.................
168
33
Analisis ragam bobot kering gulma (g m-2) pada 20 hst dan 40 hst, pada akhir percobaan 4....................................................................
168
34
Hasil analisis regresi antara simpanan C dengan kualitas tanah, pada akhir percobaan 4.....................................................................
169
35
Hasil analisis regresi antara hasil jagung dengan simpanan C dan kualitas tanah, pada akhir percobaan 4.............................................
170
36
Peta Adminstratif Kabupten Kupang, provinsi NTT yang menjadi lokasi penelitian ...............................................................................
171
xxii
I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Sistem pertanian lahan kering merupakan suatu praktek budidaya pertanian yang sangat beragam, dan memiliki ketergantungan yang tinggi pada faktor iklim, sehingga mudah terdegradasi apabila pengelolaannya tidak dilakukan dengan cara-cara yang tepat. Degradasi (kerusakan) tanah pada ekosistem pertanian lahan kering lebih dominan disebabkan oleh faktor alami (erosi) dan faktor pengelolaan lahan, seperti kegiatan deforestasi, sistem pertanian konvensional
dan pola
usahatani tradisional. Degradasi lahan hampir selalu disertai dengan kemerosotan simpanan C-organik tanah, yang berdampak pada penurunan produktivitas lahan kering (Semaoen et al., 1991; Lal, 1995; Lal et al., 2000; Dariah et al., 2010). Studi tentang simpanan karbon (Carbon sink) tanah telah menjadi perhatian dalam rangka menilai kualitas tanah akibat praktek pertanian konvensional yang cenderung menyebabkan degradasi tanah. Perhatian yang besar terhadap simpanan C-organik tanah karena, C-organik dalam tanah merupakan bagian dari sistem tanah yang kompleks dan dinamis, sifatnya yang sangat labil dan kandungannya dapat berubah sangat cepat tergantung manajemen pengelolaan tanah (Lipper dan Uren, 1993; Blair et al., 1998; Nardi et al., 2004; Liu et al., 2006; Surhone et al., 2010; Seremecic et al., 2011). Kadar C-organik dalam tanah mencerminkan kandungan bahan organik dalam tanah yang merupakan tolok ukur yang penting untuk pengelolaan tanah-tanah pertanian.
Bahkan C-organik
dipercaya sebagai kunci ketahanan terhadap kekeringan dan kelestarian produksi pangan (Bot dan Benites, 2005). 1
Di dalam ekosistem tanah, C-organik merupakan komponen penting yang mempengaruhi sifat-sifat tanah lainnya untuk mendukung pertumbuhan tanaman, yaitu sebagai sumber energi dan pemicu ketersediaan hara bagi tanaman (Edwards et al., 1999; Bot dan Benites, 2005). Lebih lanjut dijelaskan bahwa C-organik tanah memegang peranan penting sebagai sumber (source) dan penyerap (sink) hara serta sebagai substrat bagi mikroba tanah (Lal et al., 2001; Kimble et al., 2002; Tornquist et al., 2009). Menurut Kuo et al. (1997) dan Collins et al. (1992), salah satu indikator keberhasilan pengelolaan lahan pertanian adalah tetap terjaganya cadangan C-organik tanah, sehingga keseimbangan dalam tanah, lingkungan dan keaneka ragaman hayati tetap terjaga dan lestari. Tanah-tanah pertanian lahan kering umumnya mempunyai kadar Corganik yang rendah < 1% (Samosir (2000). Sementara, sistem pertanian bisa menjadi sustainable (berkelanjutan) jika kandungan C-organik tanah lebih dari 2% (Young, 1989; Handayanto, 1999). Lebih lanjut menurut Lal (2006), lahanlahan pertanian tropis dengan pemanfaatan yang intensif tanpa adanya upaya konservasi, dapat menyebabkan kehilangan C-organik sebesar 60-80%. Keadaan itu dapat berdampak pada menurunnya produktivitas lahan kering. Menurunnya kadar C-organik tanah di lahan kering sangat cepat terjadi bila residu tanaman dikeluarkan dari lahan produksi ataupun di bakar seperti yang banyak dilakukan oleh petani. Sehubungan dengan kendala tersebut, maka diperlukan upaya untuk memperbaiki kemerosotan simpanan C-organik tanah dan kualitas tanah. Upaya praktis yang dapat dilakukan adalah melalui penambahan bahan organik sebagai
2
sumber C-organik tanah. Namun demikian untuk mendapatkan pengaruh yang nyata, penggunaan bahan organik baik sebagai sumber pupuk organik dan atau bahan pembenah tanah (soil conditioner) membutuhkan jumlah yang relatif banyak, yaitu berkisar 5-20 t ha-1 (Dariah et al., 2010) sehingga seringkali sulit bagi petani, jika sumber bahan organik tidak bersifat in situ. Peningkatan simpanan C-organik dan kualitas tanah dapat dicapai dengan penggunaan dan pengelolaan legum penutup tanah (LPT) in situ dalam sistem budidaya pertanian (Power, 1987; Dinga et al., 2006; Sarrantonio, 2007; Steenwerth dan Belina, 2008; Acosta, 2009; Wang et al., 2010; Olson et al., 2010) baik sebagai tanaman sela atau tanaman pengisi selama masa bera. Pemanfaatan LPT menjadi solusi terbaik untuk mengatasi masalah ketersediaan bahan organik in situ, karena murah dan mudah bagi petani. Penanaman tanaman LPT dapat dilakukan menjelang panen tanaman semusim dan dibiarkan tumbuh selama masa bera agar tidak menggangu sistem usahatani tanaman pangan semusim pada musim hujan. Tanaman LPT diperlukan dalam pengelolaan kesuburan tanah di lahan kering, karena memiliki pertumbuhan yang cepat serta adaptif kering dengan kesuburan tanah yang rendah.
pada kondisi
Ditinjau dari aspek ekologis
pemanfaatan LPT pada masa bera sangat menguntungkan, karena secara umum LPT dapat
berperan sebagai sumber C-organik tanah dalam memelihara
kesehatan dan kualitas tanah. Keberadaan LPT dalam lahan budidaya selama masa bera dapat berperan sebagai penyelamat hara (proses daur-ulang hara) dan menciptakan keseimbangan ekologis secara berkelanjutan melalui sistem
3
perakaran dan input tutupan biomasa tanaman dari waktu ke waktu (La1, 1998; Reijntjes et al., 1999; Bot dan Benites, 2005; Arsyad, 2010). Penutupan permukaan tanah oleh LPT selama masa bera juga berdampak pada penekanan pertumbuhan berbagai jenis gulma (Pettifer, 2003) yang merupakan salah satu masalah dalam sistem budidaya lahan kering. Di daerah tropis tersedia banyak jenis LPT seperti Centrosema pubescens Benth. (CP), Mucuna pruriens L. (MP), Crotolaria usaramoensis L. (CU), Phaseolus lunatus L. (PL) maupun jenis tanaman penutup tanah lainnya. Jenis LPT tersebut banyak dikembangkan pada areal perkebunan untuk tujuan konservasi lengas tanah dan sebagai penyubur tanah (Wilson dan Okigbo, 1982; Dirjenbun, 1984). Tanaman LPT merupakan tanaman multi fungsi dan memberikan peranan penting dalam pengelolaan kesuburan tanah di daerah tropis (Sarrantonio, 2007; Acosta, 2009).
Secara umum LPT memiliki kualitas biomasa yang tinggi,
sehingga dapat menigkatkan ketersediaan unsur hara tanah terutama N dan memperbaiki sifat-sifat fisik tanah (Haynes, 1986).
Namun pemanfaatannya
dalam sistem pertanian lahan kering masih sangat terbatas, karena berbagai kendala. Kendala tersebut antara lain, petani tidak ingin mengorbankan lahannya untuk ditanami berbagai tanaman LPT yang tidak memiliki nilai ekonomi secara langsung. Selain itu faktor pengetahuan atau pemahaman petani mengenai potensi tanaman LPT masih terbatas. Permasalahan lainnya adalah informasi tingkat efektifitas LPT sebagai pupuk hijau yang belum jelas. Tingkat efektifitas LPT dalam perbaikan kualitas tanah pertanian pada prinsipnya tergantung pada
4
produksi biomasa sebagai sumber bahan organik yang diberikan, komposisi sifat kimia biomasa asal, serta laju dekomposisi dan mineralisasi. Dekomposisi
merupakan proses biologis yang terjadi secara alamiah dan menentukan besarnya pelepasan hara (Temel, 2003) dan besarnya simpanan C-organik dalam tanah (Juma, 1998; Bell et al., 1999; Berge dan McClaugherty, 2002) Kecepatan pelapukan dan mineralisasi sangat ditentukan oleh kualitas bahan organik tersebut, yakni kandungan nitrogen, lignin, polifenol dan faktorfaktor lingkungan lainnya (Tian et al., 1992; Stevenson, 1994; Juma, 1998; Hairiah et al., 2003).
Kualitas bahan organik dinyatakan tinggi apabila
kandungan N tinggi (>2,5%), nisbah C/N rendah (0,2%
Sinkronisasi hara
Kualitas tanah di lahan kering meningkat
Kualitas Fisik: bulk density porositas, kadar air, suhu tanah tatanah,uhu tanah
Kualitas Kimia: pH, C-organik, N, P, K, Ca, Mg, KTK
Hasil jagung di lahan kering meningkat (>2,3 t.ha-1)
37
Kualitas Biologi: Respirasi mikroba Jumlah koloni mikroba
Gambar 3.1 Diagram Kerangka Pemikiran Penelitian Kecepatan dekomposisi biomasa bervariasi pada berbagai species LPT, tergantung pada kualitas biomasanya. Menurut Palm et al. (2001) LPT termasuk sumber bahan organik yang berkualitas tinggi dibanding dengan sumber bahan organik non legum. Legum penutup tanah umumnya mengandung kadar N >2,5%, C/N ratio < 20, kandungan lignin < 15% dan polifenol < 4% yang rendah (Rachman et al., 2006), sehingga lebih cepat terdekomposisi. Selain faktor kualitas biomasa, kecepatan dekomposisi juga dipengaruhi oleh faktor lingkungan terutama pH tanah, suhu dan kelembaban tanah. Menurut Sutedjo et al. (1991), kondisi lingkungan yang optimum adalah: pH netral antara 5,5-7,5), suhu tanah optimum berkisar 20-28oC dan kelembaban tanah antara 5060%. Kondisi lingkungan yang optimum ini akan dapat meningkatkan aktivitas mikroba perombak dalam menguraikan bahan organik. Pemberian bahan organik
pada lahan budidaya pertanian umumnya
belum memberikan hasil yang optimal. Penyebabnya adalah selain rendahnya kadar hara juga lambannya pelepasan hara dari bahan organik, sehingga tidak terjadi sinkronisasi (Handayanto dan Ismunandar, 1999). Sinkronisasi adalah ketepatan (matching) menurut waktu, yaitu ketepatan ketersediaan unsur hara dan jumlah kebutuhan tanaman akan unsur hara tersebut (Myers et al., 1997). Sinkronisasi ditentukan oleh kecepatan dekomposisi dan mineralisasi bahan organik (Handayanto, 1997). Faktor ini yang menjadi kendala dalam pemanfaatan bahan organik in situ.
38
Studi mengenai simpanan karbon organik tanah telah menjadi perhatian dalam rangka mengevaluasi kualitas tanah akibat praktek pertanian konvensional yang cenderung meningkatkan degradasi tanah. Menurut Collins et al. (1992) salah satu indikator keberhasilan usaha pengelolaan lahan pertanian adalah tetap terpeliharanya simpanan C-organik tanah sehingga terjadi keseimbangan dalam tanah, lingkungan dan biodiversitas. Sebagian lahan pertanian di Indonesia (baik lahan kering maupun sawah) mempunyai kadar bahan organik < 1-2% (Samosir, 2000).
Pada hal
kadar C-organik total yang optimum untuk pertumbuhan
tanaman sekitar 2,5-5% (Young, 1989; Rachman et al., 2006). Meningkatnya simpanan C-organik dalam tanah (>2,5%) akan mempengaruhi kualitas tanah (baik sifat fisisk, kimia dan biologi) menjadi lebih baik, sehingga pertumbuhan dan hasil tanaman jagung serta tanaman lainnya meningkat. Secara ringkas kerangka berpikir penelitian, seperti pada Gambar 3.1. 3.2 Konsep Penelitian Sistem pertanian lahan kering merupakan suatu praktek budidaya yang sangat beragam. Salah satu sistem pertanian tradisional yang banyak dipraktekan petani lahan kering adalah sistem ladang berpindah (shifting cultivation) dengan basis utamanya adalah usahatani tanaman pangan semusim. Sistem ini, merugikan apabila dilakukan secara terus menerus (intensif), karena berakibat pada penurunan produktivitas tanah dan dalam jangka panjang berdampak pada kerusakan sumberdaya alam termasuk tanah (Suwardjo, 1981; Reijntjes et al., 1999).
39
Indikasi kerusakan tanah dapat dilihat dari rendahnya simpanan C-organik total. Akibat lanjutannya adalah erosi tanah yang tinggi, kerusakan struktur tanah bagian atas, menurunnya kapasitas pengikatan air (water hollding capacity, degradasi sifat kimia berupa penurunan cadangan unsur hara dan menurunnya populasi mikroba dalam tanah (La1, 1998; Bot dan Benites, 2005). Lebih lanjut Milne (2009) menyimpulkan bahwa jumlah simpanan C-organik total dalam tanah sangat ditentukan oleh praktek pengelolaan lahan atau teknik budidaya pertanian, faktor sifat tanah (tekstur), iklim, vegetasi dan sejarah penggunaan (manajemen) lahan. Rendahnya simpanan C-organik tanah merupakan masalah dalam sistem budidaya pertanian di lahan kering. Penanganannya dapat dilakukan melalui sistem pemberaan dengan LPT. Untuk itu dirancang konsep penelitian seperti pada Gambar 3.2, yang bertujuan mengevaluasi prospek pemberaan dan pengelolaan LPT tersebut.
Penelitian ini
diawali dengan studi pendahuluan
(observasi). Studi ini bertujuan untuk menjajagi potensi LPT di lahan kering, jenis LPT, kesuburan tanah dan iklim. Pada tahap ini juga dilakukan analisis terhadap kualitas dari LPT yang di coba.
Luaran dari studi pendahuluan ini
adalah menetapkan lokasi penelitian dan jenis LPT yang digunakan dalam penelitian ini. Berdasarkan luaran pada studi pendahuluan, maka telah dilanjutkan dengan penelitian lapang untuk menjawab berbagai permasalahan yang telah dirumuskan. Penelitian lapang ini, dirancang dalam empat tahap percobaan, untuk menjawab masing-masing masalah yang saling terkait, yaitu:
40
Percobaan 1,
bertujuan untuk mengkaji laju dekomposisi atau degradasi biomasa dari berbagai jenis legum penutup tanah. Percobaan 2, bertujuan untuk mengetahui hubungan antara waktu pelepasan hara dengan kebutuhan tanaman (sinkronisasi hara) pada pengaruh masa inkubasi berbagai jenis biomasa LPT
selama fase vegetatif
jagung, dilanjutkan dengan percobaan 3 yang bertujuan untuk mengkaji potensi
Masalah Penelitian
Jenis LPT tropis sangat banyak, dan memiliki potensi dan adaptasi yang berbeda
Proses Penelitian
Studi Pendahuluan: Penjajagan potensi LPT, kualitas biomasa, cara pengelolaan LPT oleh petani, kesuburan tanah, iklim
Output Penelitian Lokasi penelitian, jenis LPT (4 jenis)
Percobaan Lapang Masalah 1: Laju dekomposisi biomasa LPT dalam menentukan simpanan C-organik dan besarnya pelepasan hara Masalah 2: Tingkat sinkronisasi hara yang berasal dari berbagai biomasa LPT
Masalah 3: Potensi LPT di lahan kering beragam
Masalah 4: Cara pengelolaan biomasa LPT insitu yang belum efektif
Perc. 1: Percobaan litterbag untuk mengkaji laju dekomposisi dan pelepasan hara dari beberapa jenis LPT
Perc. 2: Percobaan pot untuk mengkaji masa inkubasi biomasa LPT terhadap tingkat sinkronisasi hara N pada tanaman jagung
Metode aplikasi biomasa LPT yang tepat
Masa inkubasi biomasa LPT & waktu penanaman jagung yg sesuai
Perc. 3: Percobaan lapang untuk mengkajian potensi berbagai jenis LPT sbg tananaman bera dalam meningkatkan simpanan C-organik dan pengaruhnya terhadap kualitas tanah di lahan kering
Jenis LPT potensial
Perc 4: Percobaan lapang untuk melihat efek pengelolaan berbagai jenis biomasa LPT terhadap simpanan Corganik dan kualitas tanah serta hasil jagung di lahan kering
jenis LPT yang sesuai cara pengelolaan biomasa yang tepat
Hasil jagung di lahan kering meningkat, >2,3 t ha -1 Simpanan C-organik meningkat Jenis LPT potensial di lahan kering 41
Gambar 3.2 Kerangka Konsep Penelitian berbagai jenis LPT dalam meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah dalam sistem budidaya pertanian di lahan kering; dan percobaan 4, bertujuan untuk mengetahui pengaruh pengelolaan biomasa LPT in situ pasca pemberaan terhadap perubahan simpanan C-organik, kualitas tanah dan hasil jagung di lahan kering. 3.3 Hipotesis Penelitian Berdasarkan kerangka pemikiran dan konsep penelitian yang telah diuraikan di atas, maka hipotesis yang diuji dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Jenis biomasa LPT dan bentuk aplikasi biomasa menyebabkan laju dekomposisi dan pelepasan hara yang berbeda; 2. Masa inkubasi biomasa LPT yang dilakukan dengan cara pembenaman sebelum tanam dapat meningkatkan sinkronisasi hara pada tanaman jagung; 3. Jenis LPT yang diintroduksi dalam lahan budidaya selama masa bera berpengaruh nyata meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah dalam sistem budidaya pertanian di lahan kering; 4. Pengelolaan biomasa LPT in situ pasca bera dapat meningkatkan simpanan C-organik, kualitas tanah dan hasil jagung di lahan kering; 5. Simpanan C-organik tanah mempunyai hubungan yang erat dengan kualitas tanah dan hasil jagung di lahan kering.
42
IV METODE PENELITIAN
4.1 Tempat dan Waktu Penelitian 4.1.1 Tempat penelitian Secara keseluruhan penelitian ini telah di lakukan di wilayah kabupaten Kupang Provinsi Nusa Tenggara Timur (NTT), mulai dari kegiatan observasi sampai percobaan lapang. Percobaan lapang dilakukan di lahan petani di desa Oelnasi kecamatan Kupang Tengah kabupaten Kupang, NTT (Lampiran 36). Lahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah lahan tegalan yang diusahakan secara intensif selama 4-5 tahun penanaman. Jenis tanah percobaan berdasarkan Dudal-Soepraptohardjo (1957) termasuk jenis tanah Mediteran. Hasil analisis tanah awal menunjukkan bahwa tingkat kesuburan tanah tergolong rendah (Lampiran 1). Jenis tanaman yang diusahakan sebelumnya adalah tanaman pangan semusim yaitu monokultur jagung, kadang-kadang dilakukan pola tanam tumpang sari antara jagung dan kacang tanah. Penanaman tanaman pangan biasanya di usahakan pada musim hujan dan setelah panen lahan diberakan secara alami sampai menunggu hujan tiba untuk dimanfaatkan lagi. Cara persiapan lahan tanam adalah gulma di bersihkan dengan sabit dan dibakar, tidak dilakukan pengolahan tanah sebelum tanam. Analisis kualitas biomasa LPT, sifat kimia dan biologi tanah di lakukan di Laboratorium Kimia Tanah dan Laboratorium Biologi Tanah Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya Malang. Analisis sifat fisik tanah dilakukan di laboratorium Tanah dan Air Politeknik Pertanian Negeri Kupang.
43
4.1.2 Waktu penelitian Penelitian ini dilakukan dari bulan Juni 2012-Agustus 2013, dengan tahapan kegiatan sebagai berikut: 1.
Observasi lapang dilakukan pada bulan Juni-Agustus
2012, dilanjutkan
dengan analisis kualitas biomasa legum penutup tanah, 2.
Percobaan ke-1 (pertama) dan ke-2 (dua) dilaksanakan pada bulan Juli – September 2012,
3.
Percobaan lapang di lahan budidaya dilakukan dalam dua tahap, yaitu dimulai dari bulan Juni-November 2012 (untuk percobaan 3). Dilanjutkan percobaam 4 dari bulan Desember 2012 sampai dengan April 2013.
4.2 Bahan dan Alat Penelitian Bahan tanaman terdiri dari benih LPT C. pubescens Benth. (CP), M. pruriens L. (MP), C. usaramoensis L. (CU) dan P. lunatus L. (PL). Benih legum CP dan MP, diperoleh dari UD Tani Jaya, sedangkan untuk benih CU dan PL adalah jenis LPT lokal diambil dari petani setempat yang ada di wilayah kabupaten Kupang NTT. Benih jagung yang digunakan adalah benih jagung komposit varietas
Lamuru (deskrispsi pada Lampiran 2), tanah dan lahan
percobaan, tali rafia, kantong plastik. Alat yang digunakan meliputi: Munshel soil colour chart, meteran, pacul, parang, pisau, termometer tanah, ring sampel, timbangan, oven, grain moisture meter, jangka sorong, mistar, dan peralatan analisis sifat fisik, kimia dan biologi tanah di laboratorium.
4.3 Metode Penelitian
44
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental. Penelitian ini dirancang untuk dilaksanakan dalam beberapa tahap sesuai dengan kerangka konsep penelitian, yaitu: 4.3.1 Observasi/penelitian pendahuluan 4.3.1.1 Tujuan Menjajagi potensi dan kualitas berbagai LPT di lahan kering, sebaran dan pemanfaatannya oleh petani. 4.3.1.2 Pelaksanaan observasi Observasi untuk penjajagan potensi dan sebaran bahan organik, mengikuti protokol penelitian bahan organik oleh ICRAF (ICRAF, 1997). Langkah-langkah observasi adalah: 1) pengamatan langsung di lapang, meliputi penentuan lokasi observasi, pencatatan jenis tanaman penutup tanah, pengambilan contoh tanaman (daun, batang/sulur dan akar), estimasi produksi biomasa legum penutup tanah. 2) wawancara dengan petani pada berbagai lokasi yang di pilih secara random. 4.3.1.3 Analisis kualitas biomasa LPT Penentuan kualitas biomasa LPT adalah dengan cara diambil contoh biomasa segar dilapangan secara acak, selanjutnya dikeringkan, dihaluskan dan dianalisisi di laboratorium. Kualitas biomasa LPT dianalisis berdasarkan standar yang ditetapkan oleh Tropical Soil Biologi and Fertility Programme (Anderson dan Ingram, 1989).
45
Kualitas biomasa yang dianalisis meliputi: N total (Metode Micro Kjeldahl), P total (Uji Molibdate Blue), lignin dan polifenol (Metode ADF & Follin-Denis), C total (Metode Walkey & Balck), Ca dan Mg (Metode ASS), K (Metode Flamephotometer), Metode analisis kualitas biomasa LPT dilakukan sesuai petunjuk Anderson dan Ingram, (1989).
4.3.2 Percobaan 1: Kajian laju dekomposisi dan pelepasan hara dari berbagai biomasa LPT 4.3.2.1 Tujuan percobaan Percobaan ini bertujuan untuk mengkaji laju dekomposisi atau degradasi biomasa berbagai jenis LPT yang dicoba, dan untuk menjawab hipotesis penelitian pertama (ke-1). 4.3.2.2 Rancangan percobaan Pengelompokan percobaan ini dilaksanakan di lapangan. Percobaan dirancang dengan rancangan dasar Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL) pola faktorial. Faktor yang diuji adalah jenis biomasa LPT (L) dan bentuk aplikasi biomasa dalam litter bag (A). Faktor jenis biomasa legum penutup tanah (L), terdiri dari 4 jenis, yaitu L1 : biomasa CP L2 : biomasa MP L3 : biomasa CU L4 : biomasa PL
46
Faktor bentuk aplikasi biomasa dalam litter bag (A), terdiri dari 2 cara yaitu: A0 : biomasa dalam litter bag di tempatkan di atas permukaan tanah A1 : biomasa dalam litter bag dibenamkan di dalam tanah Perlakuan diulang tiga kali, sehingga diperoleh 24 unit percobaan. Unit percobaannya adalah biomasa LPT dalam litter bag. Setiap unit terdiri dari 4 unit litter bag. Pengamatan dilakukan 4 kali sehingga disiapkan 96 unit litter bag. 4.3.2.3 Pelaksanaan percobaan Percobaan laju dekomposisi biomasa LPT di uji dengan menggunakan metode “Litter Bag Technique” yang dikembangkan oleh Anderson dan Swift (1983); Ribeiro et al. (2002). Metode ini dilakukan dengan cara memasukan biomasa LPT segar yang telah dikeringkan ke dalam kantong serasah (litter bag). Contoh biomasa LPT anginkan,
kemudian
dioven
segar
yang diambil dari lapangan dikering-
pada
suhu
70oC
selama
48
jam
untuk
mengkonstankan kadar airnya, dan dilakukan analisis kandungan kimia awal yang meliputi: C, N, C/N ratio, P, C/P ratio, K, Ca, Mg, serta kandungan lignin dan polifenol. Selanjutnya masing-masing biomasa legum penutup tanah di timbang sebanyak 100 g (berat kering oven). Biomasa (kering oven) dimasukan ke dalam litter bag yang terbuat dari bahan kassa nilon dengan ukuran 35 cm x 35 cm. Ukuran lubang (mesh size) kassa nilon adalah 2 mm. Selanjutnya biomasa dalam litter bag ditempatkan dalam tiga petakan lahan sebagai ulangan dengan ukuran masing-masing petak 12 x 1 m2. Masingmasing petak ditempatkan 32 unit litter bag. Cara aplikasi litter bag dilakukan sesuai perlakuan, yaitu di atas permukaan tanah dan cara yang kedua dibenamkan
47
dalam tanah pada kedalaman antara 15-20 cm dari permukaan tanah dalam petak lahan budidaya. Hal ini dimaksudkan agar terjadi proses dekomposisi secara alami (Sulistiyanto et al., 2005). Monitoring litter bag dilakukan sebanyak empat kali, yaitu pada 10, 20, 30 dan 40 hari setelah aplikasi litter bag (interval waktu 10 hari) (Haraguchi et al., 2002; Maswar, 2005). Setelah litter bag diambil dari lapangan, sampel biomasa yang tertinggal dalam litter bag (pada setiap pengamatan), dikeluarkan dan dimasukan ke dalam kantong plastik untuk di analisis di laboratorium. Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah: 1. Kadar air biomasa dalam litter bag (%) Prinsip dasarnya adalah air dalam contoh/sampel bahan diuapkan dengan cara pengeringan (oven) pada suhu 70oC selama 48 jam (Sulaeman et al., 2005). –
dimana, W W0 W1 100
: : : :
...................................................(1)
bobot contoh awal (g) bobot contoh setelah dikeringkan (g) berat kering biomasa yang tertinggal setelah waktu t time (g) faktor konversi ke %; fk (faktor koreksi kadar air) = 100/(100 - % kadar air)
2. Kehilangan berat dan pelepasan hara Kehilangan berat dihitung berdasarkan ratio antara berat biomasa yang hilang (periode waktu t) dengan berat biomasa kering sebelum aplikasi (berat awal). Berat awal biomasa ditetapkan 100 g, dan menjadi dasar dalam analisis kehilangan berat, laju dekomposisi dan besarnya pelepasan hara.
48
Sementara jumlah pelepasan hara selama periode waktu dekomposisi dihitung berdasarkan ratio dari konsentrasi hara saat pengambilan sampel yang dikoreksi dengan berat kering (pada waktu t) dibanding dengan konsentrasi hara dalam biomasa saat awal mulai penelitian dan dinyatakan sebagai persen. Kehilangan berat serasah dan pelepasan hara LPT dihitung dengan cara yang dilakukan oleh Guon dan Sims (1999); Sulistiyanto et al. (2005); Maswar (2005), sebagai berikut:
..............................................................................(2) dan ....................................................................(3) dimana, L W0 Wt R C0 Ct
: : : : : :
prosentase biomasa yang hilang (%) berat biomasa sebelum aplikasi dimulai berat kering biomasa yang tertinggal setelah waktu t prosentase hara yang terlepas (%) konsentrasi hara (mg kg-1) pada biomasa awal konsentrasi hara (mg kg-1) pada biomasa yang masih tertinggal
3. Laju dekomposisi biomasa/serasah. Laju dekomposisi menggambarkan kecepatan pelapukan biomasa/serasah tanaman dalam satu perode waktu tertentu. Pada penelitian dekomposisi, konstanta laju dekomposisi (k) umumnya dipakai untuk membandingkan kecepatan/laju dekomposisi biomasa berbagai spesies tanaman atau antar berbagai kondisi lingkungan. Pendugaan laju dekomposisi biomasa dilakukan sama seperti Guo dan Sims (1999); Ribeiro et al. (2002); Rogers (2002); Sulistiyanto et al. (2005)
49
yang mengasumsikan bahwa berat serasah yang hilang terjadi secara eksponensial, dihitung dengan menggunakan persamaan: Wt = W0 e-kt ............................................................................................. .(4)
dimana, Wt W0 e K t
: : : : :
bobot biomasa/serasah setelah periode pengamatan (g) bobot biomasa/ serasah awal (g) bilangan logaritma (2,71) koefisien (konstanta) laju dekomposisi periode pengamatan (hari)
4. Kandungan kimia biomasa LPT
yang masih tertahan pasca dekomposisi,
meliputi: N total (%) dengan metode Kjeldahl, C-organik (%) dengan metode Walkey & Balck, P total (%) Uji Molibdate Blue, Ca dan Mg (metode ASS), K (metode Flamephotometer), dianalisis sesuai petunjuk Anderson dan Ingram, (1989).
4.3.3 Percobaan 2: Pengaruh masa inkubasi biomasa LPT terhadap tingkat sinkronisasi hara N pada tanaman jagung selama fase vegetatif 4.3.3.1 Tujuan percobaan Untuk mengkaji tingkat sinkronisasi hara N pada tanaman jagung, dan untuk menjawab hipotesis penelitian ke-2. 4.3.3.2 Rancangan percobaan Penelitian ini merupakan percobaan pot yang dilakukan di lapangan. Percobaan disusun berdasarkan Rancangan Acak Lengkap (RAL), dengan satu faktor kombinasi perlakuan antara jenis biomasa LPT dan masa inkubasi, sebagai berikut:
50
L0 : Tanpa biomasa LPT (kontrol) L1I10 : biomasa CP diinkubasi 10 hari sebelum tanam L1I20 : biomasa CP diinkubasi 20 hari sebelum tanam L1I30 : biomasa CP diinkubasi 30 hari sebelum tanam L2I10 : biomasa MP diinkubasi 10 hari sebelum tanam L2I20 : biomasa MP diinkubasi 20 hari sebelum tanam L2I30 : biomasa MP diinkubasi 30 hari sebelum tanam L3I10 : biomasa CU diinkubasi 10 hari sebelum tanam L3I20 : biomasa CU diinkubasi 20 hari sebelum tanam L3I30 : biomasa CU diinkubasi 30 hari sebelum tanam L4I10 : biomasa PL diinkubasi 10 hari sebelum tanam L4I20 : biomasa PL diinkubasi 20 hari sebelum tanam L4I30 : biomasa PL diinkubasi 30 hari sebelum tanam Keseluruhan perlakuan (13 unit percobaan) disusun secara acak dengan tiga kali ulangan dengan tiga kali pengamatan yang dilakukan secara destruktif, sehingga secara keseluruhan disiapkan 117 polibag. 4.3.3.3 Pelaksanaan percobaan Tanah untuk percobaan pot ini diambil dari lokasi penelitian untuk tahap berikutnya. Jenis tanah adalah Mediteran (Dudal-Soepraptohardjo, 1957). Contoh tanah diambil secara acak pada lapisan permukaan 0-20 cm, contoh tanah dicampur dan dikering anginkan (kering udara). Biomasa LPT sebagai sumber bahan organik dikumpulkan dari lapangan. Biomasa LPT di potong-potong dan di kering anginkan, selanjutnya dioven pada suhu 70oC selama 24 jam untuk mengkonstankan kadar airnya. Masing-masing biomasa kering oven ditimbang sebanyak 0,5% dari berat tanah kering udara, kemudian dicampur dengan media tanah yang telah di persiapkan (dosis: 50 g
51
biomasa 10 kg-1 tanah), dimasukan dalam karung dan ditempatkan di bawah naungan dan ditutup dengan terpal agar terhindar dari cahaya langsung, selanjutnya diinkubasikan sesuai dengan perlakuan lama inkubasi (30, 20 dan 10 hari sebelum tanaman jagung). Setelah masa inkubasi selesai, tanah hasil inkubasi ditimbang masing-masing 10 kg, dimasukan dalam polibag, dan ditempatkan di lapang secara acak. Selanjutnya masing-masing polibag ditanami benih jagung komposit (varietas Lamuru) sebanyak dua biji per lubang. Setelah benih jagung tumbuh, pada umur 7 hari diseleksi dan dipelihara satu tanaman tiap pot (polibag). Pemberian air dilakukan setiap hari yaitu pada soreh hari, rata-rata sebesar 800 ml polibag-1 hingga tanaman mencapai umur vegetatif maksimum (50 hari). Kadar air tanah untuk masing-masing polibag dipertahankan pada kondisi kapasitas lapang, dilakukan dengan cara penimbangan. 4.3.3.4 Pengamatan Pengamatan/pengukuran dilakukan pada saat tanaman berumur 15, 30, dan 45 hari setelah tanam (hst). Metode analisis tanah dan tanaman dilakukan sesuai penutujuk Sulaeman et al. (2005). Variabel yang diamati adalah: 1. N total tanah (mg kg-1), dengan methode Kjeldahl 2. N tersedia (mg kg.1), dengan methode Kjeldahl 3. N jaringan tanaman (mg kg-1); metode Kjeldahl. 4. Serapan hara N oleh tanaman jagung (mg kg-1); Serapan hara ditetapkan dengan mengalikan konsentrasi hara N jaringan dengan bobot brangkasan kering bagian atas tanaman. 5. Bobot kering total tanaman (g).
52
4.3.4 Percobaan 3: Kajian potensi LPT sebagai tanaman bera dalam meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah di lahan kering 4.3.4.1 Tujuan percobaan Percobaan ini bertujuan untuk
mengkaji potensi berbagai LPT dalam
meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah dalam sistem budidaya pertanian di lahan kering, dan untuk menjawab hipotesis penelitian ke-3. 4.3.4.2 Rancangan percobaan Penelitian ini merupakan percobaan lapang sebagai dasar untuk percobaan selanjutnya. Percobaan dirancang dengan Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL), dengan satu faktor pemberaan dengan berbagai jenis legum penutup tanah sebagai perlakuan. Jenis tanaman
legum penutup tanah
yang dicoba
senagai tanaman bera (L), adalah : L0 : Lahan dibiarkan terbuka (tanpa LPT), praktek petani L1 : Lahan diberakan dengan CP L2 : Lahan diberakan dengan MP L3 : Lahan diberakan dengan CU L4 : Lahan diberakan dengan PL Lima perlakuan di susun secara acak dengan empat kali ulangan untuk masingmasing perlakuan, sehingga diperoleh 20 unit percobaan (denah percobaan hasil pengacakan, Lampiran 3 dan 4). 4.3.4.3 Pelaksanaan percobaan Lahan percobaan dibagi menjadi empat blok sebagai ulangan. Pemblokan didasarkan atas arah kemiringan lereng (kesuburan tanah). Masing-masing blok di bagi dalam 5 petak sesuai jumlah perlakukan jenis legum penutup tanah. Ukuran 53
masing-masing petak adalah 18 m x 4 m. Jarak antara blok 1,5 m jarak antar petak perlakuan 1 m. Petakan percobaan dibersihkan dari gulma selanjutnya dilakukan penanaman benih legum secara larikan dengan jarak antar larikan/baris 30 cm dan dalam barisan 20 cm. Penanaman dilakukan pada akhir musim hujan dan di pelihara selama masa istirahat lahan (bera). 4.3.4.4 Pengamatan Analisis potensi legum penutup tanah: 1.
Prosentase penutupan tanah (area cover): Pengamatan dilakukan pada saat tanaman berumur 1, 2 dan 3 bulan setelah tanam. Prosentase penutupan tanah dilakukan dengan cara menghitung seberapa besar kanopi tanaman tersebut mampu menutupi permukaan tanah setiap bulan. Prosentase penutupan tanah dilakukan dengan metode kuadrat, dengan persamaan: PPT = A/B x 100% ..................................................................................... (5) dimana: PPT: prosentase penutupan tanah (%) A : jumlah lubang kawat yang tertutupi oleh tajuk LPT B : jumlah lubang kawat yang belum tertutupi oleh tajuk LPT
2.
Produksi biomasa LPT (dihitung dalam bobot kering, b.k. t ha-1), Pengukuran dilakukan secara acak dalam petak percobaan dengan metode kuadrat (1m x 1 m). Total berat kering biomasa dihitung dengan rumus: BKB = (100 - % Ka)/100 x BBs................................................................... (6) Dimana: BKB %Ka BBs
: bobot kering biomasa total (t ha-1) : kadar air biomasa (%) : total berat biomasa segar (t ha-1)
54
3.
Serapan karbon tanaman (t ha-1), dihitung dengan persamaan (Hairiah dan Murdiyarso, 2007), sebagai berikut: Serapan karbon (t ha-1) = 0,5 x bobot kering biomasa (t ha-1) .....................(7)
4.
Simpanan C-organik tanah. Pada percobaan ini pengamatan dilakukan pada akhir masa bera dengan legum penutup tanah. Simpanan karbon organik dihitung dari kadar Corganik tanah (Komatsuzaki dan Syaib, 2010), dengan persamaan sebagai berikut: SCS (t ha-1) = BD x SOC x DP x 100 ...........................................................(8) dimana: SCS : soil carbon stock (t ha-1) BD : bulk density (g cm-3) SOC: soil organic carbon (%) DP : kedalaman solum tanah (m)
5.
Kadar nitrogen (N) jaringan tanaman LPT (%), dianalisis dengan metode Kjeldahl (Sulaeman et al. 2005)
6.
Nitrogen (N) yang tertambat oleh legum penutup tanah (kg ha-1); ditetapkan dengan mengalikan konsentrasi N jaringan dengan bobot kering tanaman LPT.
Analisis kualitas tanah, meliputi: 1. Sifat fisik tanah: 1.1. Kadar air tanah (%), metode gravimetri Pengukuran kadar air tanah dilakukan secara reguler setiap bulan mulai saat tanaman legum penutup, yaitu 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 bulan. Kadar air tanah diketahui dari perbedaan bobot contoh tanah sebelum dan sesudah 55
dikeringkan, dihitung dengan persamaan (Sulaeman et al., 2005), dengan persamaan sebagai berikut: .................................................................................. (9) Dimana: U : kadar air (%), Ba: berat tanah awal , BK: berat tanah kering mutlak (1050C) 1.2. Suhu tanah (0C), Pengamatan dilakukan secara reguler bersamaan dengan pengukuran kadar air tanah 1.3. Bobot isi tanah (g cm-3), metode gravimetri Sampel tanah diambil pada masing-masing petak percobaan pada kedalaman 10-15 cm dari permukaan tanah, dalam keadaan tidak terganggu (utuh) dengan ring sampler (metode ring), dan dibawa ke laboratorium untuk dianalisis bobot isi. Pengukuran bobot isi tanah dilakukan pada akhir percobaan. Persamaan bobot isi tanah adalah:
........................................................................................(10) dimana: pb: bobot isi (bulk density) dalam g cm-3, Bp: berat tanah kering mutlak, vt: volume tanah dalam ring 1.4. Porositas tanah (%); Total porositas tanah (soil porosity) dihitung dengan persamaan: (
)
.................................................(11)
dimana: Bv : berat volume tanah (g cm-3) Bj : berat jenis (particel density)
56
2. Sifat kimia tanah Pengamatan sifat kimia tanah dilakukan pada akhir percobaan. Parameter sifat kimia tanah yang diukur meliputi: pH (H2O 1:1 ) larutan tanah, metode potensiometer, C-organik (Walkey & Black), N total (matode Kjeldahl), C/N rasio, P tersedia (Bray II), K tersedia (ekstrak HCL dan dibaca dengan Flamephotometer), Ca dan Mg (titrasi)
dan KTK (NH4OAc 1 N pH 7)
(Sulaeman et al., 2005) 3. Sifat biologi tanah: Sifat biologi tanah diamati pada akhir percobaan. Sifat biologi
yang diamati adalah: (1) total koloni mikroba (plate count), (2)
inveksi mikorisa (metode pewarnaan). 4.3.5 Percobaan 4: Pengaruh pengelolaan biomasa LPT pasca bera terhadap simpanan C-organik dan kualitas tanah serta hasil jagung di lahan kering 4.3.5.1 Tujuan percobaan Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pengelolaan biomasa LPT in situ pasca pemberaan terhadap simpanan C-organik, kualitas tanah dan hasil jagung di lahan kering. Percobaan ini juga ditujukan untuk menjawab hipotesis penelitian ke-4 dan 5 dari kerangka berpikir. 4.3.5.2 Rancangan percobaan Percobaan ke-4 (empat) ini merupakan lanjutan dari percobaan ke-3 (tiga) pasca pemberaan dengan LPT. Percobaan ini
menggunakan pola
Rancangan Petak Terpisah (Split Plot Design), dengan dua faktor yaitu:
57
Faktor petak utama adalah jenis biomasa LPT yang merupakan lahan bekas LPT dengan biomasa insitu (L): L0 : lahan tanpa legum penutup tanah L1 : Lahan bekas CP, biomasanya dikembalikan L2 : Lahan bekas MP, biomasanya dikembalikan L3 : Lahan bekas CU, biomasanya dikembalikan L4 : Lahan bekas PL, biomasanya dikembalikan Faktor anak petak, ditempatkan masa inkubasi (pembenaman) legum penutup tanah (I), dengan 3 taraf, yaitu: I10 : biomasa diinkubasi 10 hari sebelum penanaman jagung I20 : biomasa diinkubasi 20 hari sebelum penanaman jagung I30 : biomasa diinkubasi 30 hari sebelum penanaman jagung Kombinasi perlakuan disusun dalam Rancangan Petak Terpisah (RPT), dengan tiga (tiga) kelompok sebagai ulangan untuk masing-masing perlakuan, sehingga secara keseluruhan terdapat 45 unit percobaan (denah percobaan hasil pengacakan, Lampiran 5.a dan 5.b). 4.3.5.3 Pelaksanaan percobaan Percobaan ke empat ini menggunakan lahan bekas percobaan ketiga yang terdiri dari 5 (lima) perlakuan jenis biomasa legum penutup tanah (L0, L1, L2, L3 dan L4) yang ditempatkan sebagai petak utama. Selanjutnya masing-masing perlakuan pada petak utama ini dibagi menjadi tiga anak petak sesuai dengan perlakuan masa inkubasi biomasa LPT (I10, I20 dan I30). Cara aplikasi perlakuan di lapangan adalah sebagai berikut:
58
a.
Masing-masing petak utama (18 x 4 m2) di bagi menjadi tiga anak petak sesuai jumlah perlakuan masa inkubasi. Ukuran anak petak adalah 5 x 4 m2. Jarak antar anak petak adalah 1 m. LPT pada masing-masing anak petak dipanen dengan cara mencabut. Biomasa LPT di potong-potong sepanjang 35 cm, ditebarkan kembali secara merata di atas masing-masing petak. Selanjutnya
biomasa
dibenamkan
dalam
tanah
bersamaan
dengan
pengolahan tanah. b.
Penerapan perlakuan pada anak petak; agar waktu tanam jagung serempak (bersamaan), maka penerapan perlakuan inkubasi pertama dilakukan pada plot/petak yang mendapat perlakuan I30, setelah 10 hari kemudian perlakuan I20 dan 10 hari kemudian perlakuan I10, pada saat bersamaan dilakukan penanaman jagung pada seluruh anak petak.
c.
Setelah penerapan perlakuan masa inkubasi (30, 20, dan 10 hari), masingmasing anak petak di tanami benih jagung. Penanaman dilakukan secara tugal dengan jarak antar baris 80 cm dan dalam baris 40 (80 x 40 cm). Jumlah lubang tanam tiap anak petak yang berukuran 5 x 4 m2 adalah 60 lubang tanam (31.250 lubang tanam ha-1).
d.
Setelah umur tanaman jagung 2 minggu dilakukan penjarangan dan dibiarkan 2 tanaman untuk setiap lubang tanam, sehingga populasi tanaman tiap anak petak adalah 120 tanaman (62.500 tanaman ha-1). jagung dipelihara sampai panen.
59
Selanjutnya tanaman
4.3.5.4 Pengamatan Variabel yang diamati dalam penelitian keempat ini terdiri dari: 1.
Simpanan C-organik tanah: Pengamatan terhadap simpanan C-organik (Komatsuzaki dan Syaib, 2010) dilakukan pada akhir percobaan (saat panen jagung), prinsip pengukuran sama seperti pada pengamatan pada percobaan terdahulu.
2.
Kualitas tanah, yang diamati adalah: 2.1. Sifat fisik tanah: Pengamatan dilakukan pada akhir percobaan (saat panen jagung). Variabel sifat fisik yang yang diamati meliputi: (1) bobot isi tanah (g cm-3), dan (2) Porositas tanah (%). Cara perhitungan sama seperti percobaan terdahulu. 2.2. Sifat kimia tanah: Pengamatan sifat kimia tanah dilakukan pada akhir percobaan (saat panen jagung). Parameter sifat kimia tanah yang diukur, meliputi: pH H2O, N total, P-tersedia, K tersedia, Ca, Mg dan KTK. Prosedur pengambilan sampel dan metode analisis sama seperti percobaan 3. 2.3. Sifat biologi tanah: Sifat biologi diamati pada akhir percobaan, yaitu (1) total koloni mikroba (metode plate count), (2) respirasi tanah (Metode titrasi, Widati, 2007)
60
3. Komponen hasil jagung: Komponen hasil tanaman jagung yang diamati dalam penelitian ini mencakup: 3.1. panjang tongkol (cm); pengamatan panjang tongkol dilakukan pada plot ubinan, dengan cara mengukur panjang tongkol dari 5 tongkol jagung yang diambil secara acak pada plot ubinan. 3.2. diameter tongkol (cm); pengamatan diameter tongkol dilakukan pada plot ubinan, dengan cara mengukur diameter tongkol dari 5 tongkol jagung yang diambil secara acak pada bagian tengah dan kedua bagian ujung, dengan jangka sorong dan hasilnya dirata-ratakan. 3.3. bobot biji per tongkol (g tongkol-1), pengukuran dilakukan pada 5 tongkol sampel dan ditimbang untuk mendapatkan bobot rata-rata pertongkol 3.4. bobot 100 biji (g 100 biji-1); yaitu dengan menimbang 100 biji pada tongkol sampel. 4. Hasil jagung pipilan kering (t ha-1) Pengukuran hasil biji pipilan kering (k.a.15%) tiap petak dilakukan pada petak ubinan. Hasil biji pipilan kering (t ha-1) dihitung dengan persamaan (Arifuddin dan Yasin, 2002), sebagai berikut ,*
dimana: LP BTK R=0,8 k.a.
: : : :
+
*
+- ................. (12)
luas petak ubinan 2 m x 2 m berat tongkol kupasan per plot ubinan (kg) konstanta rendemen biji kadar air biji saat panen (%)
61
5. Bobot kering tanaman (brangkasan) jagung (t ha-1); pengukuran dilakukan pada petak ubinan dengan menimbang brangkasan tanaman bagian atas. 6. Bobot kering gulma (g m-2); diamati dua kali yaitu pada penyiangan I (20 hst) dan penyiangan ke II (40 hst). Pengamatan dilakukan pada setiap petak ubinan.
4.4 Analisis Data Penelitian Data hasil pengamatan dianalisis dengan menggunakan analisis ragam (Anova) sesuai dengan model dari rancangan yang digunakan untuk masingmasing percobaan. Kemudian dilanjutkan dengan uji jarak berganda Duncan pada taraf uji 5% untuk membandingkan rata-rata antar perlakuan yang dicoba (Gomez dan Gomez, 2007). Untuk mengetahui hubungan diantara parameter-parameter pengamatan dilakukan dengan analisa korelasi dan regresi. dilakukan dengan program statistik Costat.
62
Pengolahan data
V HASIL PENELITIAN Bab ini menyampaikan uraian dari hasil penelitian yang telah diperoleh dalam beberapa rangkaian percobaan. Bagian pertama, menguraikan hasil kajian tentang kualitas dari legum penutup tanah (LPT) tropis yang merupakan materi utama dalam penelitian ini. Bagian kedua, menyajikan hasil percobaan litter bag tentang pengelolaan biomasa LPT yang ditujukan untuk mengetahui laju dekomposisi dan pelepasan hara selama masa dekomposisi. Bagian ke tiga, menampilkan hasil percobaan pot tentang pengaruh masa inkubasi biomasa LPT yang ditujukan untuk mengetahui tingkat sinkronisasi hara pada tanaman jagung selama fase vegetatif. Selanjutnya bagian ke empat dan ke lima, menampilkan hasil percobaan di lapangan yang menguraikan secara mendalam tentang potensi dari LPT sebagai tanaman bera dan cara pengelolaan biomasa in situ pasca bera dalam meningkatkan simpanan C-organik dan kualitas tanah serta hasil jagung di lahan kering. Bagian terakhir dari bab hasil penelitian ini akan menguraikan
63
hubungan antara simpanan C-organik dengan kualitas tanah dan hasil jagung. Secara lengkap uraian hasil penelitian adalah sebagai berikut: 5.1 Kualitas Biomasa LPT Hasil analisis laboratorium menunjukkan kadar air berbeda antar jenis LPT. Kadar air biomasa tertinggi ditunjukkan pada jenis C. usaramoensis L. (CU) sebesar 72,06% diikuti oleh P. lunatus L. (PL) sebesar 70,35%, M. pruriens L. (MP) 70,28% dan yang paling rendah adalah C. pubescens Benth (CP) dengan kadar air sebesar 56,43%. Hasil analisis terhadap kualitas biomasa LPT menunjukkan adanya perbedaan nilai kandungan sifat kimia antar jenis LPT (Tabel 5.1). Kadar C total yang paling tinggi ditunjukkan berturut-turut pada jenis MP, diikuti CP, PL dan CU. Demikian pula dengan kadar N, menunjukkan jenis CU dan PL memiliki kadar N yang lebih tinggi, diikuti oleh MP dan CP. Sementara kadar P tertinggi ditunjukkan pada jenis PL diikuti CU, MP dan CP yang lebih rendah. Tabel 5.1 Rata-rata kualitas kimia dari empat jenis LPT tropis yang dicoba di lahan kering Jenis LPT MP CU
PL
56,43
70,28
72,06
70,35
b. N total (%)
2,14
3,21
4,19
3,48
c. P total (%)
0,12
0,15
0,25
0,37
d. C total (%)
43,28
46,06
39,22
42,72
e. C/N
20,22
14,35
9,36
10,73
f. C/P
360,67
307,94
156,88
115,46
g. K (%)
0,96
0,98
0,39
1,37
h. Ca (%)
2,67
2,46
3,58
3,56
Komposisi sifat kimia biomasa LPT*)
CP
a. Kadar air biomasa (%)
64
i. Mg (%)
0,11
0,14
0,03
0,42
j. Lignin (%)
17,64
11,52
9,64
11,36
k. Polifenol (%)
10,32
7,86
3,76
4,01
*) Hasil analisis laboratorium, disajikan pada Lampiran 6 .
Selain kadar C, N dan P jaringan LPT, kualitas biomasa LPT
juga
ditentukan oleh nisbah C/N, nisbah C/P, lignin dan polifenol yang merupakan indikator kualitas yang menentukan kecepatan dekomposisi biomasa dan mineralisasi hara (Tabel 5.1). Nisbah C/N dan C/P yang diukur pada penelitian ini, menunjukkan jenis CU dan PL memiliki nisbah C/N dan C/P yang lebih rendah dibanding jenis MP dan CP (Tabel 5.1). Kandungan lignin yang paling rendah ditunjukkan pada jenis CU diikuti kandungan lignin pada jenis PL, MP dan CP. Sementara kandungan polifenol yang dianalisis dalam penelitian ini, menunjukkan jenis LPT CU dan PL menampilkan kandungan polifenol yang lebih rendah dibanding kandungan polifenol pada jenis MP
dan CP.
Selanjutnya kadar K, Ca dan Mg juga
memperlihatkan perbedaan kandungan antara jenis LPT. Kadar K, Ca dan Mg yang paling tinggi ditunjukkan pada jenis PL dan diikuti oleh jenis lainnya (Tabel 5.1). Kualitas kimia LPT yang diuraikan di atas merupakan indikator penting dan penentu dari laju dekomposisi dan pelepasan hara dari biomasa LPT. 5.2 Pengaruh Pengelolaan Biomasa LPT terhadap Laju Dekomposisi dan Besarnya Pelepasan Hara 5.2.1 Kadar air biomasa LPT
65
Hasil analisis ragam terhadap kadar air biomasa LPT selama masa dekomposisi menunjukkan tidak terjadi interaksi yang nyata (p>0,01), namun terhadap masing-masing faktor tunggal menunjukkan pengaruh yang sangat nyata (p
