i

SKRIPSI

untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh derajat Sarjana Pertanian

di Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret

Oleh Reza Woro Prasasty

H0713153

PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

Juli 2017

ii

iii

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya Nama: Reza Woro Prasasty NIM: H0713153 Program Studi: Agroteknologi menyatakan bahwa dalam skripsi saya yang berjudul “BAKTERI PENAMBAT NITROGEN, N TOTAL TANAH DAN SERAPAN N PADA PADI HITAM DENGAN APLIKASI AZOLLA DAN BIOCHAR” ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar akademik dan sepanjang pengetahuan penulis juga tidak ada unsur plagiarisme, falsifikasi, fabrikasi karya, data, atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh penulis lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila dikemudian hari terbukti ada penyimpangan dari pernyataan tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan yang berlaku.

Surakarta, 2017 Yang menyatakan

Reza Woro Prasasty NIM. H0713153

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas karunia dan

rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan

skripsi dengan judul BAKTERI PENAMBAT NITROGEN, N TOTAL TANAH DAN

SERAPAN N PADA PADI HITAM DENGAN APLIKASI AZOLLA DAN BIOCHAR.

Skripsi ini disusun dalam rangka memenuhi tugas akhir untuk memperorelah

gelar sarjana pertanian pada program studi Agroteknologi Fakultas Pertanian

Universitas Sebelas Maret (UNS).

Selama pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi ini penulis telah

banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Maka, pada

kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan

yang setinggi-tingginya kepada:

1. Prof. Dr. H. Ravik Karsidi, M.S., selaku Rektor Universitas Sebelas Maret

Surakarta

2. Prof. Dr. Ir. Bambang Pujiasmanto, M.S., selaku Dekan Fakultas Pertanian

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Prof. Dr. Ir. Hadiwiyono, M.Si., selaku Ketua Program Studi Agroteknologi

Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta.

4. Dr.Ir. Widyatmani Siih Dewi, M.P. selaku Pembimbing Utama yang selalu

membimbing dengan penuh kesabaran, memberikan dorongan semangat

dan doanya sampai terselesaikan skripsi ini.

5. Dr.Ir. Jauhari Syamsiah, M.S. selaku Pembimbing Pendamping I yang selalu

membimbing dengan penuh kesabaran, memberikan dorongan semangat

dan doanya sampai terselesaikan skripsi ini

6. Prof. Dr. Ir. Slamet Minardi, M.P. selaku Dosen Pembahas yang selalu

membimbing dengan penuh kesabaran, memberikan dorongan semangat

dan doanya sampai terselesaikan skripsi ini

7. Dr. Sc.agr Rahayu,S.P M.P. selaku Pembimbing Akademik yang selalu

membimbing dan mengontrol khusus bagi saya selaku mahasiswa didik

program studi Agroteknologi minat Ilmu Tanah.

8. Tim penguji Skripsi dan segenap Dosen Program Studi Agroteknologi.

9. Orang tua (Bp.Rusmanto dan Ibu Sutri), kakak-kakak (Mb. Dona & Mas

Rian), keponakan serta segenap keluarga yang tulus ikhlas telah

vi

memberikan bantuan material dan spiritual dengan doa-doanya yang tiada

hentinya.

10. Sahabat sahabat (Ria Ayudya, Nuri Estiy Fadho, Nurul Hasanah) dan rekan

penelitian (Avie Eldeka Putri & Yofa Odi Pratama) yang secara tulus

memberikan dukungan tenaga dan motivasi demi terselesainya skripsi ini.

11. Teman-teman MARMUT (2013) dan KLOROPLAS program studi

Agroteknologi untuk pembelajaran, bantuan, dan dukungannya.

12. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat penulis sebutkan satu

persatu, sampai terselesaikannya skripsi ini.

Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan Bapak, Ibu dan teman-

teman dengan berlipat ganda. Amin. Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan

ini masih belum sempurna, namun demikian penulis berharap semoga karya

ilmiah yang sederhana ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan

dan semua pihak yang memerlukan.

Surakarta, Juli 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL......................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................................... iii

PERNYATAAN ............................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ...................................................................................... v

DAFTAR ISI ................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ ix

DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... x

RINGKASAN .................................................................................................. xi

SUMMARY ..................................................................................................... xii

I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 A. Latar Belakang .................................................................................. 1 B. Perumusan Masalah ......................................................................... 3 C. Tujuan dan Manfaat Penelitian .......................................................... 3

II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 4 A. Padi Hitam ........................................................................................ 4 B. Unsur Hara Nitrogen ......................................................................... 5 C. Bakteri Penambat Nitrogen ............................................................... 6 D. Azolla ................................................................................................ 8 E. Biochar ............................................................................................. 10 F. Kerangka Berpikir ............................................................................. 12 G. Hipotesis ........................................................................................... 13

III. BAHAN DAN METODE PENELITIAN ..................................................... 14 A. Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................... 14 B. Bahan dan Alat Penelitian 14 C. Perancangan Penelitian .................................................................... 14 D. Pelaksanaan Penelitian ..................................................................... 15

1. Analisa Awal di Laboratorium ....................................................... 15 2. Persiapan Media Tanam .............................................................. 15 3. Penyemaian Benih ....................................................................... 15 4. Penanaman Benih Padi Hitam ...................................................... 15 5. Pengaturan Pengairan dan Pemupukan ....................................... 15 6. Pemeliharaan ............................................................................... 16 7. Pengambilan Sampel Tanah dan Jaringan Tanaman ................... 16

E. Pengamatan Peubah ........................................................................ 16 1. Variabel Utama ............................................................................. 16 2. Variabel Pendukung ..................................................................... 17

F. Analisis Data ..................................................................................... 17

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................... 18 A. Kondisi Umum Penelitian .................................................................. 18

1. Karakteristik Tanah Awal .............................................................. 18 2. Karakteristik Azolla ....................................................................... 19 3. Karakteristik Biochar ..................................................................... 20

viii

B. Pengaruh Perlakuan Terhadap Biologi Tanah .................................. 21 1. Populasi Bakteri Penambat Nitrogen ............................................ 21

C. Pengaruh Perlakuan Terhadap Sifat Kimia Tanah ............................ 25 1. N Total Tanah ............................................................................... 25 2. C-organik Tanah ........................................................................... 26 3. pH Tanah ..................................................................................... 27

D. Pengaruh Perlakuan Terhadap Parameter Tanaman Padi Hitam ..... 28 1. Serapan Nitrogen (N) .................................................................. 28 2. Tinggi Tanaman ........................................................................... 29 3. Jumlah Anakan Produktif .............................................................. 30 4. Berat Biomassa Kering ................................................................. 31 5. Berat Gabah Bernas ..................................................................... 33 6. Berat Beras .................................................................................. 34

V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 36 A. Kesimpulan ....................................................................................... 36 B. Saran ................................................................................................ 36

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 37

LAMPIRAN .................................................................................................... 43

ix

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1. Sifat Tanah Alfisol dari Jumantono......................................................... 18

2. Karakteristik Biomassa Azolla dan Azolla Kompos ............................... 19

3. Karakteristik Biochar .............................................................................. 20

4. Populasi Bakteri Penambat Nitrogen Simbiotik Tanah Pertanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla dan Biochar ................................................................................................. 21

5. Populasi Bakteri Penambat Nitrogen Non Simbiotik Tanah Pertanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla dan Biochar .................................................................................................. 23

6. N Total Tanah Pertanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla pada 45 & 105 Hari Setelah Tanam............................ 25

7. C-organik Tanah Pertanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Biochar pada 105 Hari Setelah Tanam ..................... 26

8. pH Tanah Pertanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla dan Biochar pada 105 Hari Setelah Tanam ................ 27

9. Serapan Nitrogen (N) Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla pada 105 Hari Setelah Tanam .................................... 28

10. Tinggi Tanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla pada 105 Hari Setelah Tanam ..................................................... 29

11. Jumlah Anakan Produktif Padi Hitam varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla .................................................................................... 30

12. Berat Biomassa Kering Tanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla ....................................................................... 31

13. Berat Biomassa Kering Tanaman Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Biochar ..................................................................... 32

14. Berat Gabah Bernas Padi Hitam Varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla dan Biochar ................................................................ 33

15. Berat Beras Padi Hitam varietas Cempo Ireng dengan Perlakuan Azolla dan Biochar ................................................................................. 34

x

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1. Denah Penelitian ................................................................................... 44

2. Hasil Uji Anova ...................................................................................... 45

3. Hasil Analisis Korelasi............................................................................ 50

4. Persiapan Media Persemaian Metode System of Rice Intensification (SRI) ...................................................................................................... 54

5. Prosedur Enumerasi Total Bakteri Metode Sebar (Spread Plate Count) 55

6. Pembuatan Azolla dan Biochar .............................................................. 58

7. Foto Kegiatan ........................................................................................ 60

xi

RINGKASAN

BAKTERI PENAMBAT NITROGEN, N TOTAL TANAH DAN SERAPAN N PADA PADI HITAM DENGAN APLIKASI AZOLLA DAN BIOCHAR. Skripsi: Reza Woro Prasasty (H0713153). Pembimbing: Widyatmani Sih Dewi, Jauhari Syamsiah. Program Studi: Agroteknologi, Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta.

Padi hitam merupakan varietas lokal dengan potensi pengembangan yang tinggi karena manfaatnya yang tinggi, namun produksinya relatif rendah. Ketersediaan unsur hara nitrogen dalam tanah adalah salah satu faktor pembatas untuk mendukung pertumbuhan dan produktivitas tanaman padi. Penambatan N secara biologi adalah alternatif meningkatkan ketersediaan unsur N di lahan sawah. Azolla merupakan tanaman jenis paku air yang yang hidupnya bersimbiosis dengan Cyanobacteria dimana simbiosis keduanya mampu memfiksasi N2 dari udara kemudian mengubahnya menjadi NH4

+ yang tersedia bagi tanaman. Azolla berperan penting dalam peningkatan ketersediaan N dan sebagai sumber C dan energi bagi mikroba. Biochar merupakan arang hayati yang berasal dari pembakaran tidak sempurna (pirolisis) bahan organik sisa sisa hasil pertanian yang berperan dalam penyimpanan C (C-sequestration) dalam waktu yang lama sehingga dapat memperbaiki sifat fisika, kimia dan biologi tanah. Biochar berperan dalam meningkatkan C-Organik tanah, sebagai sumber C dan energi serta habitat yang sesuai bagi bakteri penambat N. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh azolla dan biochar terhadap populasi bakteri penambat nitrogen, N Total Tanah, Serapan N, serta hubungannya dengan pertumbuhan dan hasil padi hitam.

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April Desember 2015 hingga Mei 2016 di Kebun Percobaan Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret di Jumantono. Penelitian ini menggunakan rancangan lingkungan RAL (Rancangan Acak Lengkap) yang terdiri dari 2 faktor perlakuan. Pertama, pemberian iazolla yang terdiri atas 3 taraf yaitu tanpa azolla (A0), biomassa azolla 10 ton ha-1(A1) dan Azolla Kompos 6 ton ha-1(A2) Kedua, pemberian biochar yang terdiri atas 2 taraf yaitu tanpa biochar (B0), dan biochar 10 ton ha-1 (B1) . Sehingga diperoleh 6 kombinasi perlakuan dan tiap kombinasi perlakuan diulang 4 kali sehingga terdapat 24 unit percobaan, dan setiap ulangan terdapat 4 tanaman. Hasil penelitian dianalisis dengan analisis ragam berdasarkan uji F 5 % dan analisis lanjut Duncan’s Multiple Range Test (DMRT). Peubah yang diamati meliputi kondisi umum (analisis tanah awal dan karakteristik azolla serta biochar), biologi tanah (populasi bakteri penambat nitrogen simbiotik dan non simbiotik), sifat kimia tanah (N Total, C-organik dan pH tanah), pertumbuhan (Serapan N, tinggi tanaman, jumlah anakan produktif) dan hasil (Berat biomassa kering, berat gabah bernas dan berat beras).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kombinasi antara biomassa azolla (10 ton ha-1) dan biochar (10 ton ha-1) menunjukkan populasi bakteri penambat nitrogen simbiotik tertinggi sebesar 45,8 x106 CFU g tanah-1, dan pemberian biochar menunjukkan populasi bakteri penambat nitrogen non simbiotik tertinggi sebesar 34,71 x106 CFU g tanah-1. Pemberian biomassa azolla menunjukkan N total tanah tertinggi sebesar 0,41% dan serapan N 122 gram/rumpun. Peningkatan N total tanah diikuti peningkatan serapan N, tinggi tanaman, anakan produktif, berat brangkasan, berat gabah bernas, dan berat beras.

xii

SUMMARY

N FIXING BACTERIA, SOIL TOTAL N, AND N UPTAKE OF BLACK RICE BY AZOLLA AND BIOCHAR APPLICATION. Thesis-S1: Reza Woro Prasasty (H0713153). Advisers: Widyatmani Sih Dewi, Jauhari Syamsiah. Program: Agrotechnology, Faculty of Agriculture, Sebelas Maret University (UNS) Surakarta.

Black rice is a local variety with high development potential because of the high benefits, but the organic production of black rice is low. The availability of nutrient nitrogen in the soil is one of the limiting factors to support the growth and productivity of rice plants, The biological N fixation is a alternative for increasing the available nitrogen in paddy fields. Azolla is a water fern that lives in symbiosis with cyanobacteria which are their symbiosis capable of fixing symbiotic N2 from air and convert it to NH4 + which is available to plants. Azolla have an important role for increasing available N and as a source of C and energy for microbes Biochar is a biologic charcoal l derived from incomplete combustion (pyrolysis) of organic material remains of crops which have a role in C-sequestration in a long period so that fixing the soil’s physical, chemical, and biological character. This research was conducted to study the effect of Azolla pinnata and biochar application to nitrogen-fixing bacteria population, Soil Total N, N uptake, and its relation to growth and black rice production.

This research was held December 2015-May 2016 in the Agriculture Faculty’s Experimental Field of Sebelas Maret University in Jumantono. This research used a Complete Random Design (CRD) with two treatment factors. First, the aplication of azolla which consist of three levels which are without Azolla (A0), azolla biomass 10 tons ha-1 (A1) and compost azolla 6 tons ha-1 (A2) Second, the aplication of biochar consists of two levels, which are without biochar (B0) and biochar 10 tons ha-1(B1). Thus obtained 6 combination treatment and each treatment combination was repeated four times so that there are 24 experimental units, and there are 4 plant in each repetation. The result were analyzed by analysis of variance by F test 5 % and further analysis of Duncan's Multiple Range Test (DMRT). The parameters observed were general conditions (analysis of initial soil and characteristics of Azolla and biochar), soil biological (bacterial populations of nitrogen-fixing symbiotic and non-symbiotic), soil chemical properties (total N, organic C, and the pH of the soil), growth (N uptake, plant height, number of productive tillers) and production (dry biomass weight, filled-out grain weight and the black rice weight).

The results showed that combination of azolla biomass (10 ton ha-1) and biochar (10 ton ha-1) treatment showed the highest symbiotic nitrogen-fixing bacterial population in aount of 45,8 x106 CFU g tanah-1, whereas biochar showed the highest populations of non-symbiotic nitrogen-fixing bacteria in amount of 34,71 x106 CFU g tanah-1. The azolla biomass treatment also showed the highest soil total N in 0,41% and N uptake in 122 g/clump. The increasing of nitrogen-fixing bacteria was followed by increasing of soil total N. The increasing of soil total N was followed by increasing of N uptake, plant height, productive tillers, dry biomass weight, pithy grain weight and rice weight.