PERAN BAHAN ORGANIK dalam PERBAIKAN KARAKTERISTIK...

SUSTAINABLE AGRICULTURE(PERTANIAN BERKELANJUTAN)

PERAN BAHAN ORGANIKdalam PERBAIKAN

KARAKTERISTIK TANAH

OlehRossyda Priyadarshini

PERAN BAHAN ORGANIKdalam PERBAIKAN

KARAKTERISTIK TANAH

OlehRossyda Priyadarshini

Pertanian Berkelanjutan ( SustainableAgriculture) ?

• Sistem pertanian yang meniru sedekatmungkin kekompleksan sistem pertanianalami yang sehat.

• Tujuan :– pendapatan petani lebih menguntungkan.– Pelestarian lingkungan– Pertanian yang stabil, serta keluarga dan

masyarakat yang makmur.

• Sistem pertanian yang meniru sedekatmungkin kekompleksan sistem pertanianalami 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 "mampumempertahankan produktivitas dankegunaan bagi masyarakattanpa batas.

• Sistem ini mengkonservasisumber daya, mendukung sosial,kompetitif secara komersial,dan ramah lingkungan.

• Berkelanjutan menggambarkansistem pertanian yang "mampumempertahankan produktivitas dankegunaan bagi masyarakattanpa batas.

• Sistem ini mengkonservasisumber daya, mendukung sosial,kompetitif secara komersial,dan ramah lingkungan.

Bentuk Pertanian Berkelanjutan• Pertanian

Organik• Bio –Dinamik• Permakultur• Sistem

agroekologi• Masukan

rendah

• PertanianOrganik

• Bio –Dinamik• Permakultur• Sistem

agroekologi• Masukan

rendah

Kenapa Pertanian Berkelanjutan?

• Kerusakan Lingkungan

Mengapa Pertanian Berkelanjutan?

• Petani tidak memilikikemampuan untuk mengaturkelebihan produksi, pemasaranmaupun distribusi

• Luas lahan pertanian semakinsempit

• Petani tidak memilikikemampuan untuk mengaturkelebihan produksi, pemasaranmaupun distribusi

• Luas lahan pertanian semakinsempit

Keberlanjutan Lingkungan• Pertanian berkelanjutan dipandang sebagai

manajemen sistem produksi dari berbagai interaksikompleks antara tanah, air, tanaman, hewan, iklimdan manusia.

• TUJUAN : mengintegrasikan semua komponendalam sistem produksi yang menguntungkan semuapihak.

• Pertanian akan menguntungkan bagi keberlanjutanlingkungan dengan cara meniru proses di alam danfungsi ekosistem.

• Diversifikasi pertanian dengan berbagai hewan dantanaman, akan memperkecil resiko

• Pertanian berkelanjutan dipandang sebagaimanajemen sistem produksi dari berbagai interaksikompleks antara tanah, air, tanaman, hewan, iklimdan manusia.

• TUJUAN : mengintegrasikan semua komponendalam sistem produksi yang menguntungkan semuapihak.

• Pertanian akan menguntungkan bagi keberlanjutanlingkungan dengan cara meniru proses di alam danfungsi ekosistem.

• Diversifikasi pertanian dengan berbagai hewan dantanaman, akan memperkecil resiko

Apa solusinya?

• Bahan Organik...

Soil ComponentsThe 4 parts of soil

MineralMatter45%

SoilWater25%

SoilAir25%

OrganicMatter

5%

About ½ of thesoil volume is

solid particles

About ½ of thesoil volume ispore space

MineralMatter45%

SoilWater25%

SoilAir25%

OrganicMatter

5%

About ½ of thesoil volume is

solid particles

About ½ of thesoil volume ispore space

Mengapa membicarakan BOT?

• BOT berkontribusi bagi agregasi tanah, drainase,aerasi, struktur.

• BOT merupakan substrat utama bagi pertumbuhanmikrobia 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

• BOT berkontribusi bagi agregasi tanah, drainase,aerasi, struktur.

• BOT merupakan substrat utama bagi pertumbuhanmikrobia 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 harusmemperhatikan BOT (Bahan

Organik Tanah) ?

BOT memperbaiki karakteristiksifat fisik tanah

– Meningkatkan granulasi dankestabilan agregat

– Membuat tanah berat menjadilebih mudah diolah

– Meningkatkan laju infiltrasi air– Meningkatkan kapasitas menahan

air tanah– Mengurangi erosi

Jika Tanah Nampak Seperti ini…Jika Tanah Nampak Seperti ini…

Hindari yang seperti ini!Hindari yang seperti ini!

BOT memperbaiki karakteristiksifat fisik tanah

– Meningkatkan granulasi dankestabilan agregat

– Membuat tanah berat menjadilebih mudah diolah

– Meningkatkan laju infiltrasi air– Meningkatkan kapasitas menahan

air tanah– Mengurangi erosi

Hindari yang seperti ini!Hindari yang seperti ini!

BOT memperbaikikarakteristik kimia tanah

– Meningkatkan KTK tanahsehingga lebih mampumenyimpan danmenyediakan hara untuktanaman.

– Meningkatkankemampuan tanahmenyangga pH

– Mengurangi tingkatkeracunan Al, Fe, dan Mnpada tanah masam

Mengapa kita harusmemperthatikan BOT ?

BOT memperbaikikarakteristik kimia tanah

– Meningkatkan KTK tanahsehingga lebih mampumenyimpan danmenyediakan hara untuktanaman.

– Meningkatkankemampuan tanahmenyangga pH

– Mengurangi tingkatkeracunan Al, Fe, dan Mnpada tanah masam

• 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



Mengapa kita harus memperhatikan BOT?Mengapa kita harus memperhatikan BOT?





Apa itu BOT?

• Semua bahan dalam tanahyang 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 mikrobamentransformasi bahanorganik segar menjadi BOTyang stabil.

Crop residueCrop residue

BacteriaBacteria

• Semua bahan dalam tanahyang 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 mikrobamentransformasi bahanorganik segar menjadi BOTyang stabil.

BacteriaBacteria

FungiFungiActinomycetesActinomycetes

SOMSOM

Bahan Organik Tanah• Bahan organik tanah: semua bahan organik

dalam tanah termasuk humus, biomassamikrobial, dan sisa-sisa flora dan faunatanah pada berbagai tahap dekomposisi.– Terdiri dari sejumlah besar bahan organik, dari

mudah terdekomposisi hingga yang susahterdekomposisi.

• Bahan organik tanah: semua bahan organikdalam tanah termasuk humus, biomassamikrobial, dan sisa-sisa flora dan faunatanah pada berbagai tahap dekomposisi.– Terdiri dari sejumlah besar bahan organik, dari

mudah terdekomposisi hingga yang susahterdekomposisi.

Peran BOT

• Substrat bagi mikrobia• Penyimpan hara (esp. N, P, S)• KTK• Kapasitas menahan air• Struktur tanah

• Substrat bagi mikrobia• Penyimpan hara (esp. N, P, S)• KTK• Kapasitas menahan air• Struktur tanah

Dekomposisi Bahan Organik

• Bahan organik didekomposisikan olehmikrobia heterotropik. Bahan organikmerupakan sumber karbon, dan hara bagidekomposer

• Bahan organik didekomposisikan olehmikrobia heterotropik. Bahan organikmerupakan sumber karbon, dan hara bagidekomposer

Dekomposisi Sisa Tanaman (Kondisi Aerobik)

Sisa TanamanCO2

NH4+, SO4

2-, etc. (inorganic waste)

Mikrobial biomassa

NH4+, SO4

2-, etc. (inorganic waste)

Humus (organic waste)

+Mikroorganisme mati

Apa yang terjadi pada Sisa Tanaman?

CO2BiomassWaste

CO2BiomassWaste

Chemically simpleresidues

Chemically complexresidues

CO2BiomassWaste

CO2BiomassWaste

Dekomposisi Bahan Tanaman

• Laju dekomposisi sisa tanaman tergantungpada:– Karakteristik kimia sisa tanaman– Nisbah C:N– N tanah tersedia– Suhu, kelembaban, oksigen, dan kondisi

lingkungan lain yang mempengaruhipertumbuhan mikrobia.

• Laju dekomposisi sisa tanaman tergantungpada:– Karakteristik kimia sisa tanaman– Nisbah C:N– N tanah tersedia– Suhu, kelembaban, oksigen, dan kondisi

lingkungan lain yang mempengaruhipertumbuhan mikrobia.

Komposisi Kimia Sisa Tanaman

Gula Protein kompleks Hemiselulosa Selulosa LigninProtein sederhana WaxesPati

Kekompleksan sifat kimia meningkatKekompleksan sifat kimia meningkat

Laju dekomposisi meningkat

Nisbah C:N

• Mengapa nisbah C/N penting?– Mikroorganisme membutuhkan C dan N dalam nisbah

yang tetap, karena C dan N dipakai untuk mensintesaprotein, asam nukleat, dll.

– Sel Bakteri memiliki nisbah C:N 5 :1 hingga 8:1. Karenalebih dari 50% dari C dalam bahan organik dikonversimenjadi CO2, bakteri membutuhkan nisbah C:N dengankisaran 10:1 hingga 16:1 dalam sisa tanaman yangdikonsumsinya.

– Fungi membutuhkan nisbah C: N kira-kira 40:1 dalammakanannya.

• Mengapa nisbah C/N penting?– Mikroorganisme membutuhkan C dan N dalam nisbah

yang tetap, karena C dan N dipakai untuk mensintesaprotein, asam nukleat, dll.

– Sel Bakteri memiliki nisbah C:N 5 :1 hingga 8:1. Karenalebih dari 50% dari C dalam bahan organik dikonversimenjadi CO2, bakteri membutuhkan nisbah C:N dengankisaran 10:1 hingga 16:1 dalam sisa tanaman yangdikonsumsinya.

– Fungi membutuhkan nisbah C: N kira-kira 40:1 dalammakanannya.

decomposition

Nisbah C:N

50 g C20 g as CO2

20 g as biomass

10 g as waste

Mikrobial biomassa memiliki rata-rataC:N of 10:1, sehingga berapa banyak NDibutuhkan untuk to mengimbangiC biomasa yang baru?

2 g

Oleh karena itu, jika residuemengandung 50 g of Cmengandung < 2 g of N(C:N>25:1), N yang adatidak mencukupi kebutuhanmikrobia. Bagaimana jika>2 g N (C:N <25:1)

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

• 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 tanamanterhadap pengelolaan hara ?

Immobilisasi

Konversi N anorganikKonversi N anorganik ((tersediatersedia)) (NH(NH44++, NO, NO33

--))toto biomassa mikrobial Nbiomassa mikrobial N .. Hasil dariHasil dari......

NH

NH

44++an

d N

Oan

d N

O33-- ))

C:N ratio of residues

NH

NH

44++an

d N

Oan

d N

O33-- ))

TimeTime

CO2

release


Mineralisasi

Konversi N organikKonversi N organik ((tidak tersediatidak tersedia)) menjadimenjadi NHNH44++ ..

Hasil dariHasil dari ......


NH

NH

44++

TimeTime

CO2

release


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.

• 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 OrganikEveryone is involved

• Cacing Tanah– Mencampur bahan organik segar

ke dalam tanah– Membawa bahan organik

berinteraksi denganmikroorganisme

Corn leaf pulled intonightcrawler burrowCorn leaf pulled intonightcrawler burrow

• Cacing Tanah– Mencampur bahan organik segar

ke dalam tanah– Membawa bahan organik

berinteraksi denganmikroorganisme

MillepedeMillepede

AntsAnts

• Serangga dan ArthropodaTanah

– Memotong bahan organik segarsehingga berukuran lebih kecil

– Membiarkan mikroba tanah untukmengakses berbagai bagian residuetanaman.


• Bakteri– Jika bahan organik

ditambahkan maka populasiakan meningkat dengan cepat

– Dengan cepatmendekomposisikan senyawasederhana, gula-protein, asamamino.

– Membutuhkan lebih banyakwaktu untuk mendegradasikanlignin, selulosa, pati

– Tidak dapat dengan mudahmendegrasikan molekul yangdiproteksi.

Bacteria on fungal strandsBacteria on fungal strands• Bakteri

– Jika bahan organikditambahkan maka populasiakan meningkat dengan cepat

– Dengan cepatmendekomposisikan senyawasederhana, gula-protein, asamamino.

– Membutuhkan lebih banyakwaktu untuk mendegradasikanlignin, selulosa, pati

– Tidak dapat dengan mudahmendegrasikan molekul yangdiproteksi.

Spiral bacteriaSpiral bacteria

Rod bacteriaRod bacteria


• Fungi–Tumbuh lebih lambat dan efisien

dibanding bakteri jika bahanorganik ditambahkan ke tanah.

–Mampu mendegradasikan molekulorganik yang lebih kompleksseperti hemiselulosa, pati, danselulosa

–Membiarkan mikroorganisme lainmengakses molekul yang lebihsederhana yang diproteksi olehsenyawa yang lebih kompleks.

Fungus on poplar leafFungus on poplar leaf

Tree trunkrotted by fungiTree trunkrotted by fungi

• Fungi–Tumbuh lebih lambat dan efisien

dibanding bakteri jika bahanorganik ditambahkan ke tanah.

–Mampu mendegradasikan molekulorganik yang lebih kompleksseperti hemiselulosa, pati, danselulosa

–Membiarkan mikroorganisme lainmengakses molekul yang lebihsederhana yang diproteksi olehsenyawa yang lebih kompleks.

Soil fungusSoil fungus

Fairy ringFairy ring

Fungi and Soil Structure• Fungal hyphae (threads) help hold soil granules together• Fungal exudates (goo) help cement soil particles together

Fungi absent -Soil structure is not maintainedwhen immersed in water

Active Fungi Present –Soil structure is maintained whenimmersed in water

Organic matter decompositionEveryone 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

• 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 decompositionEveryone is involved

• Protists and nematodes, thepredators– Feed on the primary decomposers

(bacteria, fungi, actinomycetes)– Release nutrients (nitrogen)

contained in the bodies of theprimary decomposers

AmoebaAmoeba

Bacteria-feeding nematodeBacteria-feeding nematode

• Protists and nematodes, thepredators– Feed on the primary decomposers

(bacteria, fungi, actinomycetes)– Release nutrients (nitrogen)

contained in the bodies of theprimary decomposers Bacteria-feeding nematodeBacteria-feeding nematode

Predatory nematodePredatory nematodeRotiferRotifer

Dekomposisi Bahan OrganikDaur Ulang Karbon dan Nitrogen

Selama tiap siklus degradasi,kira-kira 2/3 karbon organikdipakai untuk energi dandilepas dalam bentuk CO2

CO2CO2

Selama tiap siklus degradari1/3 C organik dipakai untukmembangun sel mikrobiaatau menjadi bagian BOT

Bacteria, FungiSoil organic matterBacteria, FungiSoil organic matter Nematodes, protists, humusNematodes, protists, humus

CO2CO2

Plant litterPlant litter

Selama tiap siklus degradari1/3 C organik dipakai untukmembangun sel mikrobiaatau menjadi bagian BOT

Dekomposisi Bahan Organik :Nisbah Carbon and Nitrogen

Dekomposisi Bahan Organik :Nisbah Carbon and Nitrogen

LitterC/N ratio

around24:1

CO2

C/Nratio8:1

2/3 of carbonreleased as CO2

Average C/N ratioof bacteria and

fungi is 8:1

Microbial C/N ratio ismaintained at 8:1 with nouptake or release of N

Dekomposisi Bahan OrganikCarbon and Nitrogen Ratios

Dekomposisi Bahan OrganikCarbon and Nitrogen Ratios


LitterC/N ratio

around90:1

CO2

C/Nratio30:1


fungi is 8:1

Immobilization

Soil N

Microbial C/N ratio ismaintained at 8:1 by takingup N from soil

Dekomposisi Bahan ORganikCarbon and Nitrogen Ratios

Dekomposisi Bahan ORganikCarbon and Nitrogen Ratios

LitterC/N ratio

around9:1

LitterC/N ratio

around9:1

CO2

C/Nratio3:1



fungi is 8:1

Mineralization Soil N

Microbial C/N ratio ismaintained at 8:1 byreleasing N to the soil

All organic matter in soil is not equalScientists describe 3 pools of soil organic matter

Active SOM1 – 2 yrs

C/N ratio 15 – 30

Slow SOM15 – 100 yrs

C/N ratio 10 – 25

• Recently deposited organic material• Rapid decomposition• 10 – 20% of SOM

• Intermediate age organic material• Slow decomposition• 10 – 20% of SOM

Passive SOM500 – 5000 yrs

C/N ratio 7 – 10

Slow SOM15 – 100 yrs

C/N ratio 10 – 25

• Intermediate age organic material• Slow decomposition• 10 – 20% of SOM

• Very stable organic material• Extremely slow decomposition• 60 – 80% of SOM

Decomposition(CO2)

Inputs

Crop ResiduesCrop Roots

ManureCompost

• 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

Erosion

Soil Organic Matter

Losses

If losses increase and inputs remain constant, SOMwill decrease

Decomposition(CO2)

Inputs

Crop ResiduesCrop Roots

ManureCompost

Soil Organic Matter

Erosion

Losses

Decomposition(CO2)

If inputs increase and losses remain the same, SOMwill increase

InputsCrop Residues

Crop RootsManureCompost

Erosion

Soil Organic MatterLosses

Dinamika BOTLaju 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”

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 dapatmeningkatkan masukan bahan organik?

Return more crop residues

Add cover crops

Add other sources of organicmaterial

Diversify crop rotations

What management changes can be made todecrease 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

• 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

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

Moldboard Plow Chisel Plow No-Till

Rat

e of

Org

anic

Mat

ter C

hang

e (lb

s/ac

/yr)

Tillage Effects on Continuous Corn and Corn/Soybean Rotations in 4Midwestern States

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

Moldboard Plow Chisel Plow No-Till

Rat

e of

Org

anic

Mat

ter C

hang

e (lb

s/ac

/yr)

0

10

20

30

40

50

60

70

NT+ NT- CT+ CT-

Tota

l C (M

g/ha

)

ab

c

a

30 year study in ConnecticutTillage and residue management

0

10

20

30

40

50

60

70

NT+ NT- CT+ CT-

Tota

l C (M

g/ha

)

ab

c

a

Data from B. Hooker, T. Morris, and Z. Cardon.Department of Ecology and Evolutionary BiologyUniversity of Connecticut

residue residueresidue residue

Distribution of organic matter in soil under conventional andno tillage

Soil Organic Carbon (g/kg)5 10 15 20 25

Dep

th (c

m)

0

5

10

15

20

25

30

35

No-till

ConventionalTillage

Soil Organic Carbon (g/kg)5 10 15 20 25

Dep

th (c

m)

0

5

10

15

20

25

30

35

ConventionalTillage

Managing to Improve Soil Organic MatterTake-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 anderosion.

• Both the quantity and quality of organic material inputs can bemanaged to increase SOM levels.

• Losses of SOM can be reduced by decreasing erosion anddecreasing 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 theoverall SOM level.

• Soil Organic Matter is dynamic.• The amount of SOM depends on the balance between inputs of

organic material and losses of SOM from decomposition anderosion.

• Both the quantity and quality of organic material inputs can bemanaged to increase SOM levels.

• Losses of SOM can be reduced by decreasing erosion anddecreasing 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 theoverall SOM level.

PERAN BAHAN ORGANIK dalam PERBAIKAN KARAKTERISTIK...

Documents

Transcript of PERAN BAHAN ORGANIK dalam PERBAIKAN KARAKTERISTIK...