Manajemen Agroekosistem: ASPEK TANAH

Presentasi berjudul: "Manajemen Agroekosistem: ASPEK TANAH"— Transcript presentasi:

1 Manajemen Agroekosistem: ASPEK TANAH
Eko Handayanto & Nurul Muddarisna 9 Maret 2011

2 Pengajar Eko Handayanto, Ir (UB), MSc (Adelaide), PhD (London), Prof.
Nurul Muddarisna, Ir (UB), MP (UB), studi S3 UB

3 Landasan TANAH adalah pondasi seluruh biosfer
MATAHARI adalah dasar sebagian besar kehidupan di bumi  memasok energi radiasi untuk pemanasan biosfer dan konversi CO2 dan air secara fotosintetik oleh tanaman hijauan menjadi sumber makanan dan oksigen untuk konsumsi hewan dan organisme lain. Sebagian besar organisme hidup menggunakan oksigen untuk memetabolis sumber makanan tersebut, menangkap energinya, dan mendaur panas, CO2 dan air ke lingkungan untuk memulai siklus hidup.

4 Landasan Proses dekomposisi, yang di mediasi oleh organisme tanah, berperan penting dalam siklus kehidupan, dalam ham mendaur ulang hara untuk tanaman dan C dalam bentuk CO2 ke atmosfer. JADI, tanah yang melapisi kulit bumi merupakan interface utama antara pertanian dan lingkungan dan menyebabkan terjadinya perbedaan antara kelangsungan hidup (survival) dan kepunahan (extinction) sebanian besar kehidupan di daratan.

5 Agricultural Development

6 Tanah vs Agroekosistem
Tanah sbg salah satu komponen penting Agroekosistem, karena merupakan salah satu rantai ekosistem Masalah Global: Prediksi FAO, tanah yang tersedia pada th 2020 mungkin tidak akan dapat lagi menyediakan kebutuhan pangan penduduk dunia yang pada th 2020 akan melebih 7,5 milyar!!!

7 Tanah Sebagai Komponen Ekosistem
CO2 Atmosfer Organisme Perombak (mikro-organisme, Herbivora, Karnivora) Produsen Primer (tanaman) Sisa Organik (tanaman, hewan, TANAH) Tanah merupakan bagian dari Ekosistem, tetapi tanah juga merupakan suatu Ekosistem

8 FUNGSI TANAH Fungsi Tanah Manfaat untuk Manusia Di dalam lokasi
Di luar lokasi Siklus Hara Menghantar hara untuk tanaman Memperbaiki kualitas tanah dan air Cadangan karbon untuk memperbaiki variasi fungsi tanah Cadangan N dan C dapat mengurangi emisi gas rumah kaca Mempertahankan biodiversitas dan habitat Menyangga pertumbuhan tanaman Membantu mempertahankan diversitas genetik Dapat meningkatkan resistensi dan resiliensi terhadap cekaman Menyangga spesies liar dan mengurangi laju kepunahan Mengurangi resistensi pestisida Memperbaiki estetika lanskap

9 FUNGSI TANAH Fungsi Tanah Manfaat bagi Manusia Di dalam lokasi
Di luar lokasi Hubungan air Pengendalian erosi Pengendalian banjir dan sedimentasi Pengisian air sungai dan embung setempat Pengisian air tanah Menjadikan air tersedia bagi tanaman dan hewan Penyaringan (filltering) dan Penyanggaan (buffering) Dapat mempertahankan kandungan garam, logam dan hara mikro dalam kisaran yang dapat ditolerasi oleh tanaman dan hewan Memperbaiki kualitas air dan udara

10 FUNGSI TANAH Fungsi Tanah Manfaat Bagi Manusia Di dalam lokasi
Di luar lokasi Stablitas dan Penyangga Fisik Sebagai media pertumbuhan tanaman Menyimpan nilai arkeologi Menyangga bangunan dan jalan Menyimpan sampah Fungsi Ganda Melestarikan produktivitas Mempertahankan atau memperbaiki kualitas udara dan/atau air

11 Kualitas Tanah & Kesehatan Tanah
Fungsi Tanah TIDAK BISA diamati secara langsung diamati melalui INDIKATOR Kualitas Tanah atau Kesehatan Tanah Kualitas Tanah (soil quality) didefinisikan sebagai kemampuan suatu tanah untuk memerankan fungsinya, di dalam batasan ekosistem alam maupuan buatan, untuk melestarikan produktitas tanaman dan hewan, memperbaiki atau meningkatkan qualitas air dan udara, dan menunjang kesehatan dan manusia dan habitat Kualitas tanah bisa kualitatif (misal drainase cepat); bisa juga kuantitatif (misal infiltrasi air 5cm/jam)

12 Kualitas Tanah & Kesehatan Tanah
Kesehatan Tanah (soil health) difenisikan sebagai kemampuan tanah memarankan fungsinya secara berkesinambungan sebagai sistem kehidupan utama, ditandai dengan kandungan unsur biologi yang merupakan kunci fungsi ekosistem di dalam batasan penggunaan lahan. Fungsi tersebut mampu melestarikan produktivitas biologi tanah, mempertahankan kualitas lingkungan air dan udara disekitarnya, serta meningkatkan kesehatan manusia, tanaman dan hewan

13 Kualitas Tanah & Kesehatan Tanah
Dua istilah tersebut sulit seringkali digunakan bersama; walau sebenarnya dapat dibedakan bahwa, kualitas tanah terkait dengan fungsi tanah, kesehatan tanah menunjukkan tanah sebagai sumberdaya kehidupan yang dinamis Banyak sekali alternatif penggunaan tanah sebagai sumberdaya yang hidup (living resource) , pengertian istilah Kesehatan Tanah dan Kualitas Tanah bergantung pada tujuan penggunaan tanah, termasuk untuk pertanian dan non pertanian. Istilah Kesehatan Tanah sebenarnya lebih tepat karena langsung mencakup interaksi antara input tanaman dan tanah untuk menhasilkan lingkungan yang sehat

14 Keberlanjutan Agroekosistem
Kesehatan Tanah (soil health) menentukan keberlanjutan sistem pertanian dan kualitas lingkungan yang secara bersama-sama menentukan kesehatan tanaman, hewan dan manusia

15 Indikator BIOLOGI Indikator Biologi yang umumnya diamati meliputi:
Kesehatan Tanah sangat dipengaruhi oleh proses mikrobiologis (siklus hara, kandungan hara, stabilitas agregat tanah). Indikator Biologi yang umumnya diamati meliputi: Bahan organik tanah, respirasi, biomasa mikrobia (total bakteri dan fungi) dan nitrogen dapat dimineralisasi Bahan organik berperan penting sebagai KUNCI fungsi tanah, menentukan kualitas tanah , kapasitas menahan air, kepekaan tanah terhadap degradasi. Bahan organik juga berperan sebagai sumber (source) atau pengikat (sink) CO2 atmosfer dan meningkatkan kandungan C dalam tanah Bahan organik juga sebagai cadangan utama unsur hara seperti N dalam tanah.

16 Indikator KIMIA (pH) Untuk memperoleh produksi tinggi, petani harus memasok Unsur Hara ke dalam tanah; dapat dilakukan dengan penambahan pupuk anorganik, pembenaman sisa tanaman penutup tanah, dan menggunakan berbagai bahan organik dalam bentuk pupuk kandang dan kompos. Hasil uji kima adalah indikator kualitas tanah yang memberikan informasi tentang kemampuan tanah menyediakan unsur hara untuk tanaman yang bergantung pada pH. pH tanah adalah estimasi aktivitas ion H dalam larutan tanah. pH juga sebagai indikator ketersediaan unsur hara tanaman.

17 Indikator FISIK Indikator Tanah meliputi tekstur, berat isi (pengamatan pemadatan), porositas, kapasitas menahan air. Keberadaan lapisan kedap menghambat kedalaman perakaran tanaman. Kondisi ini dapat diperbaiki dengan penbambahan organik. Maka, kesesuaian tanah untuk kelestarian pertumbuhan tanaman dan aktivitas biologi merupakan fungsi dari sifat fisik tanah tersebut (porositas, kapasitas menahan air, struktgur, dan pengolahan tanah).

18 Ringkasan Indikator Kesehatan Tanah yang digunakan untuk mengamati Fungsi Tanah
Bahan Organik Tanah (BOT) Struktur, stabilitas, retensi hara, erosi Biologi: biomasa mikrobia C dan N, potensi N yang dapat dimineralisasi Potensi katalistik dan respirasi untuk C dan N; produktivitas tanah dan potensi penyediaan N Kimia: pH, unsur hara dapat diekstrak, N-P-K dan kation basa Ca Mg & K Aktivitas kimia dan biologi tanah; hara tersedia untuk tanaman dan potensi N dan P serta kehilangan Ca, Mg & K Fisik: stabilitas agregat, infiltrasi dan berat isi Retensi dan mobilitas air dan hara; habitat untuk makro dan mikrofauna

19 Aplikasi & Konsep: Minimum Data Set (MDS)
MDS dapat digunakan untuk mengamati kualitas tanah dan perubahannya akibat praktek manajemen, melalui pemilihan indikator kunci, seperti tesktur, bahan organik, pH unsur hara, berat isi, konduktivitas listrik, dan kedalaman perakaran MDS membantu indentifikasi indikator tanah yang relevan dan mengevaluasi kaitan antara indikator terpilih dan sifat tanah dan tanaman yang menonjol MDS adalah data minimum yang diperlukan untuk memperoleh pemahaman komprehensif terhadap sifat tanah yang dievaluasi (lihat Gambar berikut).

20

21 Indikator Diagnostik Karena sifat tanah yang sangat kompleks, maka diperlukan Indikator Diagnostik kesehatan dan kualitas tanah agar dari MDS dapat dibuat suatu klasifikasi yang dapat membantu petani dan memberikan informasi untuk target solusi riset dan penyuluhan pada tingkat lahan usaha

22 MDS indikator fisik, kimia, biologi untuk mengukur kualitas tanah

23 Indikator Rasional pengukuran BIOLOGI Biomasa mikrobia C dan N Menunjukkan potensi katalistik dan respirasi untuk C dan N Memberikan perinagatan dini tentang pengaruh manajemen terhadap bahan organik Potensi N yang dapat dimineralisasi Menggambarkan produktivitas tanah dan potensi penyediaan Nitrogen Informasi estimasi biomasa Respirasi Tanah Menentukan tingkatan aktivitas mikrobia Informasi estimasi aktivitas biomasa

24 Indikator Rasional pengukuran KIMIA Bahan Organik Tanah Kunci kesuburan tanah dan ketersediaan hara tanaman pH Informasi aktivitas kimia dan kimia tanah Konduktivitas listrik Informasi aktivitas mikrobia dan tanaman N, P dan K yang dapat diekstrak Menggambarkan ketersediaan hara tanaman dan potensi kehilangan N Menunjukkan produktivitas dan kualitas lingkungan

25 Indikator Rasional pengukuran FISIK Tekstur Menunjukkan tingkatan kemampuan retensi dan pergerakan air dan senyawa kimia Estimasi variabilitas dan erosi tanah Kedalaman tanah dan perakaran Menggambarkan potensi produktivitas Variabilitas dan stabilitas geografi dan lanskap Infiltrasi dan berat isi tanah Menggambarkan potensi pelindian (leaching), produktivitgas dan erosi Kapasitas menahan air Menggambarkan retensi, transpor dan erosi air Air tersedia digunakan untuk perhitungan berat isi tanah dan bahan organik

26 Pendugaan Kesehatan Tanah di Lah Pertanian (contoh kasus)
Pendugaan kualitas dan kesehatan tanah di lahan (on-farm) disarankan untuk membantu petani mengevaluasi pengaruh praktek manajemen mereka terhadap produktivitas tanah Kegiatan ini dapat menjalin interaksi yang erat antara peneliti, penyuluh, dan pembuat kebijakan dalam hal kesehatan tanah dan produksi pertanian.

27 Contoh kerangka intreperetasi indikator kesehatan tanah pada lahan pertanian

28 Indikator Ranking Rendah Sedang Tinggi Kandungan bahan organic total (% C organik x 1.7) Struktur pori jelek, pengolahan sangat berat (<1.7%) Remah, tetapi pengolahan tanah berat ( %) Sangat remah dan mudah diolah (>2,6%) Bahan organik fraksi ringan Ada sedikit fragmen akar halus dan biji gulma Campuran fragmen akar dan seresah daun Didominasi oleh fragmen seresah daun besar Bahan organic fraksi organon-mineral Merah tua dengan partikel liat warna coklat muda Merah tua dengan lempeng partikel liat warna coklat Organik warna gelap dengan campuran lempeng mineral warna merah pH tanah Sangat masam < 5.5 Agak masam sampai netral Netral sampai basa KTK tanah < 10 mmolc kg-1 mmolc kg-1 > 20 mmolc kg-1 Stabilitas agregat Agregasi stabil dalam air % menunjukkan struktur lemah dan sangat dan mudah tererosi Agregasi stabil dalam air % menunjukkan struktur stabil tetapi masih peka terhadap erosin Agregasi stabil dalam air >80% menunjukkan struktur sangat stabil / mantap dan kurang peka terhadap erosi

29 TUTORIAL

30 Aspek Tanah (kualitas tanah) dalam Manajemen Agroekosistem
Pertimbangan mengenai kualitas dan kesehatan tanah bermula dari 3 isu utama dalam bidang pertanian: Apakah sumberdaya lahan yang diperlukan untuk produksi pertanian yang berkelanjutan dapat dipertahankan kecukupannya? Apakah lahan pertganian merusah lingkungan (kualitas air, kualitas udara, biodiversitas)? Apakah produk pertanian aman dan bergizi?

31 Kualitas Tanah Sifat tanah berperan penting dalam pencapaian tujuan agroekosistem, misalnya, kandungan unsur hara dalam tanah mempengaruhi produksi tanaman, pelindian hara, dan komposisi tanaman Peran ganda tanah menurunkan berbagai definisi tentang kualitas tanah, berikut ini.

32 Definisi Acton & Gregorich (1995): defined soil quality as "the soil’s fitness to support crop growth without resulting in soil degradation or otherwise harming the environment". Larson and Pierce (1994) stated that "soil quality describes how effectively soils: 1) accept, hold, and release nutrients and other chemical constituents; 2) accept, hold, and release water to plants, streams and groundwater; 3) promote and sustain root growth; 4) maintain suitable biotic habitat; and 5) respond to management and resist degradation". Karlen et al. (1997) defined soil quality as"the capacity of a specific kind of soil to function, within natural or managed ecosystem boundaries, to sustain plant and animal productivity, maintain or enhance water and air quality, and support human health and habitation."

33 Kategorisasi Tujuan Umum Agroekosistem

34 Key controlling variables Economic viability High productivity
Goal type General goal Key controlling variables Economic viability High productivity Genetic potential, weather, soil, management, economics Low cost of production Yield potential*, input requirements*, input costs Low production risk Market variation, production variation* Stewardship Preservation of productive land Soil, climate, management Healthy animals Feed quantity and quality*, disease High quality food and fiber Chemical or microbial contamination*, composition* Social Viable local communities Population size, economic viability, economic diversification Viable industry, institutions, and infrastructure Profitability, size and resilience of industry Environment Clean water Climate, soil, management Clean air Wildlife habitat *Variables also influenced by soil properties

35 Water Quality Goals Water quality is a measure of the fitness of water for desired uses, such as drinking water or the health of aquatic ecosystems. The main contaminants reducing water quality in runoff and drainage from agricultural lands are nutrients, suspended solids, fecal coliform bacteria, and pesticides. Contaminant levels in water leaving agricultural soils depend on the ability of the soil to modify water flow and to either retain contaminants or support their removal by the crop. These functions of soil depend on soil properties, soil position in the landscape, land management, weather, and interactions among these factors.

36 Crop Productivity Goals
The four A’s of crop productivity (modified from Cook and Veseth 1991)

37 Crop Productivity Goals
The absolute yield is the yield possible with no limiting factors except the genetic potential of the crop. This would be equivalent to at least the maximum yields ever recorded The attainable yield is the highest yield possible in any given soil in any given year, i.e., yield is limited by factors that cannot be altered within the given year. These include factors such as water availability, growing-degree days, depth of topsoil, and total radiation.

38 Crop Productivity Goals
The affordable yield is limited by factors that cannot be ameliorated because management solutions are not affordable to the crop producer (value of potential yield gain is less than its cost) or to the larger society (ecological costs are too high). The actual yield is the yield harvested in any given field and is limited by factors that were not ameliorated because they were unforeseen or effective solutions were not known or not implemented.

39 Air Quality Goals Air quality is primarily a measure of the purity of air. The main issues in air quality from agricultural lands are particulates and pesticides. Contaminant levels in air leaving agricultural soils depend on the ability of soil to retain soil particles and associated constituents. This function of soil depends on soil characteristics, soil position in the landscape, land management, weather, and interactions among these factors

40 Gas Emission Goals Kyoto Protocol is to reduce its average annual emissions of greenhouse gases (GHG) (nitrous oxide, methane and carbon dioxide) for the period to a level 6% below its gas emissions in 1990. Soil is a source and a sink of all of these gases

41 Natural Habitat/Biodiversity Goals
Loss of habitat is among the leading causes of decline in the number and diversity of natural organisms. In general, habitat quality is inversely related to the intensity of land management. For example, cropland generally provides better habitat than developed land, but poorer habitat than native pastures

42 Food Quality Goals There are two sides to food quality.
One side is avoidance of harmful constituents in food, such as heavy metals or pathogenic microorganisms. The other side is the achievement of constituents that promote human and animal health, such as desirable levels of micronutrients, protein and energy. Many factors affect food quality. Soil has an impact on food quality through its effects on the availability or mobility of undesirable constituents and through its effects on crop growth

43 Soil Quality & agroecosystem
Soil quality information contributes to the investigation of several key agroecosystem concerns: the productivity and sustainability of agroecosystems, the conservation of soil and water resources, the accumulation of persistent toxic substances, and the contribution of agricultural systems to the global carbon cycle.

44 How are Soil Physical Properties Measured in the Field?
Field measurements and observations are divided into the following three categories: Soil Sampling – samples of the soil surface collected from each plot and submitted to a laboratory for chemical and physical analysis. Soil Compaction – the percentage of the soil surface exhibiting evidence of soil compaction and the types of compaction observed. Soil Erosion –factors related to the accelerated loss of soil due to water erosion (e.g., bare soil, soil surface thickness, slope, soil texture).

45 What Types of Analyses are Done on Soil Samples in the Laboratory?
Bulk density, water content, and coarse fragment (>2-mm) content pH (water and 0.01 M CaCl 2 ) Total carbon Total organic carbon Total inorganic carbon (carbonates) (pH>7.5 soils only) Total nitrogen Exchangeable cations (Na, K, Mg, Ca, Al, Mn) Extractable sulfur and trace metals (Sr, Ba, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb). Extractable phosphorus (Bray 1 method for pH < 6 soils, Olsen method for pH > 6 soils)

46 PRAKTIKUM: pendugaan kualitas dan kesehatan tanah akibat manajemen agroekosistem
Memilih lahan pertanian: berbagai penggunaan lahan (tanaman pangan, tanaman hortikultura) Mengambil sampel tanah, untuk analisis beberapa indikator penting Biologi, Fisik, Kimia. Beberapa indikator diamati di lapangan, dan indikator lainnya diamati di laboratorium (yang tidak bisa diamati di lapangan) Berdasar hasil analisis (lapangan dan Lab), dilakukan evaluasi kualitas tanah, dan rekomendasi perbaikan manajemen.