PERAN BAHAN ORGANIK dalam PERBAIKAN KARAKTERISTIK

SUSTAINABLE AGRICULTURE
(PERTANIAN BERKELANJUTAN)
PERAN BAHAN ORGANIK
dalam PERBAIKAN
KARAKTERISTIK TANAH
Oleh
Rossyda Priyadarshini
Pertanian Berkelanjutan ( Sustainable
Agriculture) ?
• Sistem pertanian yang meniru sedekat
mungkin kekompleksan sistem pertanian
alami yang sehat.
• Tujuan :
– pendapatan petani lebih menguntungkan.
– Pelestarian lingkungan
– Pertanian yang stabil, serta keluarga dan
masyarakat yang makmur.
Sustainable agriculture
• Berkelanjutan menggambarkan
sistem pertanian yang "mampu
mempertahankan produktivitas dan
kegunaan bagi masyarakat
tanpa batas.
• Sistem ini
mengkonservasi
sumber daya, mendukung sosial,
kompetitif secara komersial,
dan ramah lingkungan.
Bentuk Pertanian Berkelanjutan
• Pertanian
Organik
• Bio –Dinamik
• Permakultur
• Sistem
agroekologi
• Masukan
rendah
Kenapa Pertanian Berkelanjutan?
• Kerusakan Lingkungan
Mengapa Pertanian Berkelanjutan?
• Petani tidak memiliki
kemampuan untuk mengatur
kelebihan produksi, pemasaran
maupun distribusi
• Luas lahan pertanian semakin
sempit
Keberlanjutan Lingkungan
• Pertanian berkelanjutan dipandang sebagai
manajemen sistem produksi dari berbagai interaksi
kompleks antara tanah, air, tanaman, hewan, iklim
dan manusia.
• TUJUAN : mengintegrasikan semua komponen
dalam sistem produksi yang menguntungkan semua
pihak.
• Pertanian akan menguntungkan bagi keberlanjutan
lingkungan dengan cara meniru proses di alam dan
fungsi ekosistem.
• Diversifikasi pertanian dengan berbagai hewan dan
tanaman, akan memperkecil resiko
Apa solusinya?
• Bahan Organik...
Soil Components
The 4 parts of soil
About ½ of the
soil volume is
solid particles
Mineral
Matter
45%
Organic
Matter
5%
Soil
Air
25%
Soil
Water
25%
About ½ of the
soil volume is
pore space
Mengapa membicarakan BOT?
• BOT berkontribusi bagi agregasi tanah, drainase,
aerasi, struktur.
• BOT merupakan substrat utama bagi pertumbuhan
mikrobia dalam tanah.
• BOT merupakan kunci dari kualitas tanah yang baik
• BOT merupakan cadangan utama N dalam tanah
• BOT adalah cadangan penyimpanan utama C di
lingkungan
Mengapa kita harus
memperhatikan BOT (Bahan
Organik Tanah) ?
Jika Tanah Nampak Seperti ini…
BOT memperbaiki karakteristik
sifat fisik tanah
– Meningkatkan granulasi dan
kestabilan agregat
– Membuat tanah berat menjadi
lebih mudah diolah
– Meningkatkan laju infiltrasi air
– Meningkatkan kapasitas menahan
air tanah
– Mengurangi erosi
Hindari yang seperti ini!
Mengapa kita harus
memperthatikan BOT ?
BOT memperbaiki
karakteristik kimia tanah
– Meningkatkan KTK tanah
sehingga lebih mampu
menyimpan dan
menyediakan hara untuk
tanaman.
– Meningkatkan
kemampuan tanah
menyangga pH
– Mengurangi tingkat
keracunan Al, Fe, dan Mn
pada tanah masam
Mengapa kita harus memperhatikan BOT?
• BOT memperbaiki karakteristik biologi tanah
– Memperbesar jumlah, keanekaragaman, dan
aktivitas mikroba tanah
– Meningkatkan siklus hara
– Meningkatkan jumlah dan panjang akar
– Meningkatkan ketersediaan air dan hara
Apa itu BOT?
Crop residue
• Semua bahan dalam tanah
yang mengandung karbon.
• BOT berasal dari
– Sisa tanaman ( baik seresah
maupun akar)
– Fauna tanah yang telah mati dan
kotorannya
– Mikroba tanah yang hidup
(biomassa mikrobial)
• Setiap saat mikroba
mentransformasi bahan
organik segar menjadi BOT
yang stabil.
Bacteria
Fungi
SOM
Actinomycetes
Bahan Organik Tanah
• Bahan organik tanah: semua bahan organik
dalam tanah termasuk humus, biomassa
mikrobial, dan sisa-sisa flora dan fauna
tanah pada berbagai tahap dekomposisi.
– Terdiri dari sejumlah besar bahan organik, dari
mudah terdekomposisi hingga yang susah
terdekomposisi.
Peran BOT
•
•
•
•
•
Substrat bagi mikrobia
Penyimpan hara (esp. N, P, S)
KTK
Kapasitas menahan air
Struktur tanah
Dekomposisi Bahan Organik
• Bahan organik didekomposisikan oleh
mikrobia heterotropik. Bahan organik
merupakan sumber karbon, dan hara bagi
dekomposer
Dekomposisi Sisa Tanaman (Kondisi Aerobik)
Sisa Tanaman
+
Mikroorganisme mati
CO2
Mikrobial biomassa
NH4+, SO42-, etc. (inorganic waste)
Humus (organic waste)
Apa yang terjadi pada Sisa Tanaman?
Chemically simple
residues
Chemically complex
residues
CO2
CO2
Biomass
Biomass
Waste
Waste
Dekomposisi Bahan Tanaman
• Laju dekomposisi sisa tanaman tergantung
pada:
– Karakteristik kimia sisa tanaman
– Nisbah C:N
– N tanah tersedia
– Suhu, kelembaban, oksigen, dan kondisi
lingkungan lain yang mempengaruhi
pertumbuhan mikrobia.
Komposisi Kimia Sisa Tanaman
Gula
Protein sederhana
Pati
Protein kompleks Hemiselulosa
Selulosa
Kekompleksan sifat kimia meningkat
Laju dekomposisi meningkat
Lignin
Waxes
Nisbah C:N
• Mengapa nisbah C/N penting?
– Mikroorganisme membutuhkan C dan N dalam nisbah
yang tetap, karena C dan N dipakai untuk mensintesa
protein, asam nukleat, dll.
– Sel Bakteri memiliki nisbah C:N 5 :1 hingga 8:1. Karena
lebih dari 50% dari C dalam bahan organik dikonversi
menjadi CO2, bakteri membutuhkan nisbah C:N dengan
kisaran 10:1 hingga 16:1 dalam sisa tanaman yang
dikonsumsinya.
– Fungi membutuhkan nisbah C: N kira-kira 40:1 dalam
makanannya.
Nisbah C:N
50 g C
decomposition
20 g as CO2
10 g as waste
20 g as biomass
Oleh karena itu, jika residue
mengandung 50 g of C
mengandung < 2 g of N
(C:N>25:1), N yang ada
tidak mencukupi kebutuhan
mikrobia. Bagaimana jika
>2 g N (C:N <25:1)
Mikrobial biomassa memiliki rata-rata
C:N of 10:1, sehingga berapa banyak N
Dibutuhkan untuk to mengimbangi
C biomasa yang baru?
2g
Nisbah C:N
• Bahan C:N tinggi:
– Berkayu
– Sisa tanaman biji-bijian
– Jaringan tanaman yang
tua
• Bahan C:N rendah:
–
–
–
–
–
Hijau
Jaringan tanaman muda
Residu legum
Kompos
Pupuk kandang
Nisbah C:N and Pengelolaan Residu.
• Apa implikasi dari nisbah C:N sisa tanaman
terhadap pengelolaan hara ?
Immobilisasi
Konversi N anorganik (tersedia
tersedia)) (NH4+, NO3-)
to biomassa mikrobial N . Hasil dari...
dari...
CO2 release
NH4+ and NO3-)
C:N ratio of residues
Time
Mineralisasi
Konversi N organik (tidak tersedia)
tersedia) menjadi NH4+ .
Hasil dari ...
C:N ratio of residues
NH4+
CO2 release
Time
Kandungan BOT
• Pada tanah tidak terganggu:
BOT = f (I, O)
– Inputs = sisa tanaman
– Outputs = decomposisi, erosi
• Pada tanah dikelola:
BOT = f (I, O, M)
– M = pola pengelolaan seperti pengolahan,
pembajakan, pengelolaan residu tanaman, dll.
Dekomposisi Bahan Organik
Everyone is involved
• Cacing Tanah
– Mencampur bahan organik segar
ke dalam tanah
– Membawa bahan organik
berinteraksi dengan
mikroorganisme
Millepede
Corn leaf pulled into
nightcrawler burrow
• Serangga dan Arthropoda
Tanah
– Memotong bahan organik segar
sehingga berukuran lebih kecil
Ants
– Membiarkan mikroba tanah untuk
mengakses berbagai bagian residue
tanaman.
Dekomposisi Bahan Organik
Everyone is involved
• Bakteri
– Jika bahan organik
ditambahkan maka populasi
akan meningkat dengan cepat
– Dengan cepat
mendekomposisikan senyawa
sederhana, gula-protein, asam
amino.
– Membutuhkan lebih banyak
waktu untuk mendegradasikan
lignin, selulosa, pati
– Tidak dapat dengan mudah
mendegrasikan molekul yang
diproteksi.
Bacteria on fungal strands
Spiral bacteria
Rod bacteria
Dekomposisi Bahan Organik
Everyone is involved
• Fungi
– Tumbuh lebih lambat dan efisien
dibanding bakteri jika bahan
organik ditambahkan ke tanah.
– Mampu mendegradasikan molekul Tree trunk
organik yang lebih kompleks
rotted by fungi
seperti hemiselulosa, pati, dan
selulosa
– Membiarkan mikroorganisme lain
mengakses molekul yang lebih
sederhana yang diproteksi oleh
senyawa yang lebih kompleks.
Fungus on poplar leaf
Fairy ring
Soil fungus
Fungi and Soil Structure
• Fungal hyphae (threads) help hold soil granules together
• Fungal exudates (goo) help cement soil particles together
Active Fungi Present –
Soil structure is maintained when
immersed in water
Fungi absent Soil structure is not maintained
when immersed in water
Organic matter decomposition
Everyone is involved
• Actinomycetes
– The cleanup crew
– Become dominant in the final
stages of decomposition
– Attack the highly complex and
decay resistant compounds
•
•
•
•
Cellulose
Chitin (insect shells)
Lignin
Waxes
Organic matter decomposition
Everyone is involved
• Protists and nematodes, the
predators
– Feed on the primary decomposers
(bacteria, fungi, actinomycetes)
– Release nutrients (nitrogen)
contained in the bodies of the
primary decomposers
Rotifer
Amoeba
Bacteria-feeding nematode
Predatory nematode
Dekomposisi Bahan Organik
Daur Ulang Karbon dan Nitrogen
Selama tiap siklus degradasi,
kira-kira 2/3 karbon organik
dipakai untuk energi dan
dilepas dalam bentuk CO2
CO2
Selama tiap siklus degradari
1/3 C organik dipakai untuk
membangun sel mikrobia
atau menjadi bagian BOT
Plant litter
CO2
Bacteria, Fungi
Soil organic matter
Nematodes, protists, humus
Dekomposisi Bahan Organik :
Nisbah Carbon and Nitrogen
Litter
C/N ratio
around
24:1
CO2
C/N
ratio
8:1
Average C/N ratio
of bacteria and
fungi is 8:1
2/3 of carbon
released as CO2
Microbial C/N ratio is
maintained at 8:1 with no
uptake or release of N
Dekomposisi Bahan Organik
Carbon and Nitrogen Ratios
Litter
C/N ratio
around
90:1
Soil N
CO2
C/N
ratio
30:1
2/3 of carbon
released as CO2
Average C/N ratio
of bacteria and
fungi is 8:1
Immobilization
Microbial C/N ratio is
maintained at 8:1 by taking
up N from soil
Dekomposisi Bahan ORganik
Carbon and Nitrogen Ratios
Litter
C/N ratio
around
9:1
CO2
C/N
ratio
3:1
Average C/N ratio
of bacteria and
fungi is 8:1
Mineralization
2/3 of carbon
released as CO2
Microbial C/N ratio is
maintained at 8:1 by
releasing N to the soil
Soil N
All organic matter in soil is not equal
Scientists describe 3 pools of soil organic matter
Active SOM
1 – 2 yrs
C/N ratio 15 – 30
• Recently deposited organic material
• Rapid decomposition
• 10 – 20% of SOM
Slow SOM
15 – 100 yrs
C/N ratio 10 – 25
Passive SOM
500 – 5000 yrs
C/N ratio 7 – 10
• Intermediate age organic material
• Slow decomposition
• 10 – 20% of SOM
• Very stable organic material
• Extremely slow decomposition
• 60 – 80% of SOM
• There is a constant turnover of organic material in soil.
• The quantity of SOM depends on the balance between inputs
and losses of organic material
Crop Residues
Crop Roots
Manure
Compost
Inputs
Decomposition
(CO2)
Soil Organic Matter
Losses
Erosion
If losses increase and inputs remain constant, SOM
will decrease
Crop Residues
Crop Roots
Manure
Compost
Inputs
Soil Organic Matter
Decomposition
(CO2)
Losses
Erosion
If inputs increase and losses remain the same, SOM
will increase
Crop Residues
Crop Roots
Manure
Compost
Inputs
Decomposition
(CO2)
Soil Organic Matter
Losses
Erosion
Dinamika BOT
Laju dekomposisi dipengaruhi oleh:
1.
Kondisi Lingkungan
•
•
•
•
•
•
Temperature
Moisture
Aeration (oxygen)
Soil texture
Soil pH
Soil fertility
2.
Kualitas Bahan Organik
•
•
•
•
C/N ratio
Composition/Age
Physical properties and placement
Fresh vs. “processed”
Which of these factors can you control??
Pola Pengelolaan yang bagaimana yang dapat
meningkatkan masukan bahan organik?
Return more crop residues
Add cover crops
Diversify crop rotations
Add other sources of organic
material
What management changes can be made to
decrease SOM losses?
Decrease erosion
Decrease tillage
How does tillage affect SOM decomposition?
• Residues are mixed with soil
– Physically breaks residue into smaller pieces
– Intimate contact between soil and residue
• Aerates soil
• Breaks apart soil aggregates, exposes
protected SOM to decomposition
• Promotes erosion losses
How much does tillage impact SOM?
Tillage Effects on Continuous Corn and Corn/Soybean Rotations in 4
Midwestern States
Rate of Organic Matter Change (lbs/ac/yr)
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
Moldboard Plow
Chisel Plow
No-Till
30 year study in Connecticut
Tillage and residue management
70
Total C (Mg/ha)
60
a
a
b
c
50
40
30
20
10
0
NT+
residue
NT-
residue
CT+
residue
CT-
residue
Data from B. Hooker, T. Morris, and Z. Cardon.
Department of Ecology and Evolutionary Biology
University of Connecticut
Distribution of organic matter in soil under conventional and
no tillage
0
No-till
5
Depth (cm)
10
Conventional
Tillage
15
20
25
30
35
5
10
15
20
Soil Organic Carbon (g/kg)
25
Managing to Improve Soil Organic Matter
Take-home points
• Soil Organic Matter is dynamic.
• The amount of SOM depends on the balance between inputs of
organic material and losses of SOM from decomposition and
erosion.
• Both the quantity and quality of organic material inputs can be
managed to increase SOM levels.
• Losses of SOM can be reduced by decreasing erosion and
decreasing tillage.
• Most change in SOM occurs in the active SOM pool.
• Many soil quality benefits accrue from the active pool.
• Maintaining the size and rapid turnover in the active pool may
be more important for soil quality than actually increasing the
overall SOM level.