i

Kode/Nama Rumpun Ilmu* :151/ILMU TANAH Tema** : IV Ketahanan Pangan

LAPORAN AKHIRPENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

LAND HUSBANDRY:

PENGGUNAAN BIOCHAR UNTUK PENGENDALIAN LAHAN TERDEGRADASI

DAN MENINGKATKAN HASIL TANAMAN UBIKAYU

TIM PENGUSULDr. Eny Dyah Yuniwati, SP.MP. 0721067001Prof. Ir. Wani Hadi Utomo, PhD 0004124906

Ir. Karyanto, MP. 0714096803

Dibiayai oleh :Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat

Kementerian Riset Teknologi dan Pendidikan Tinggi, No Kontrak : SP DIPA-042.06.1.401516/2017, tertanggal 7 Desember 2016

UNIVERSITAS WISNUWARDHANA MALANG

Oktober, 2017

ii

iii

DAFTAR ISI

Halaman Pengesahan iRancangan Penelitian iiDaftar Isi iiiDaftar Tabel ivDaftar Gambar vDaftar Lampiran viRingkasan vii

BAB I. PENDAHULUAN 11.1. Latar Belakang Penelitian 11.2. Permasalahan Penelitian 31.3. Tujuan Khusus Penelitian 31.4. Manfaat Penelitian 41.5. Urgensi Penelitian 41.6. Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana 41.7. Luaran Penelitian 7

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 82.1. Permasalahan Degradasi Lahan 82.2. Pengaruh Biochar Untuk perbaikan kualitas tanah dan pengendalian erosi 102.3. Hasil Penelitian Awal 13

BAB 3. METODE PENELITIAN 143.1. Bagan Alir ( Rekam Jejak ) Penelitian 143.2. Roadmap Peneliti 163.3. Lokasi Dan Waktu Penelitian 17

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 174.1. Aplikasi Biochar Memperbaiki Sifat tanah 174.2. Aplikasi Biochar Meningkatkan Produksi Tanaman ubikayu dan Jagung 18

DAFTAR PUSTAKA 21

iv

RINGKASAN

Pada tahun I penelitian PUPT ini, melakukan penelitian tentang penggunaan Biochar dapat meningkatkan kesuburan tanah, sehingga mampu menurunkan degradasi lahan karena erosi, dan meningkatkan hasil tanaman. Percobaan juga bertujuan untuk menunjukkan bahwa dengan kesuburan tanah yang tepat, penambah tanah penanaman sistem tanam singkong

Percobaan dilakukan di ladang petani di Batu, sekitar 15 km sebelah tenggara Malang, Jawa Timur, Indonesia. Tanahnya Alfisol dengan kemiringan permukaan sekitar 8%. Metode yang di gunakan adalah 1) percobaan lapangan dengan Rancangan Acak Kelompok (RAK) dengan perlakuan : 1. Monokultur (tanpa pembenah tanah, M). 2) Monokultur dengan Biochar Kotoran ayam (MFB), 3. Monokultur dengan Biochar Tongkol jagung (MFCc), 4. Tumpangsari ubikayu dan jagung (CS), 5. Tumpangsari ubikayu dan jagung dengan biochar kotoran ayam (CSFB), 6. Tumpangsari ubikayu dan jagung dengan biochar Tongkol Jagung (CSCcB). Pengukuran erosi dan limpasan permukan dilakukan dengan menggunakan drum erosi, pengukuran tinggi tanaman, pengambilan sampel tanah untuk pengamatan sifat fisik tanah, kimia dan pengamatan akar tanaman

Hasil penelitian menunjukkan bahwa aplikasi biochar dapat memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah dalam budidaya tumpang sari singkong dan jagung. Pada permulaan aplikasi menunjukkan serapan yang berbeda, serapan jagung yang lebih tinggi, juga mengamati bahwa serapan hara pada singkong lebih rendah dari pada jagung. Dalam hasil tinggi, hanya serapan K dari singkong yang lebih tinggi dari jagung, sedangkan serapan N dan P kurang lebih sama. Pengelolaan tanaman bisa menjadi simbiosis mutualisme antara singkong dan jagung. Namun, ini hanya terjadi bila ada pengelolaan tanaman yang tepat. Pengelolaan tanaman, seperti aplikasi biochar, secara signifikan dapat memperbaiki sifat tanah, sifat fisik dan sifat kimia tanah, bahkan serapan akar. Hasil penelitian ini mengungkapkan bahwa pengelolaan yang tepat dapat meningkatkan C organik tanah, bobot kandungan tanah dan stabilitas agregat tanah. Selain itu, peran perbaikan kesuburan tanah, peningkatan serapan hara N, P, K, Ca, Mg dan kapasitas pertukaran kation.

Penerapan nitrat dan biochar meningkatkan pertumbuhan jagung dan menghasilkan keduanya dalam sistem monokultur jagung dan tumpang sari. Jagung yang tumbuh di tanah yang diberi biochar lebih tinggi, dan tumbuh lebih cepat daripada tumbuh di tanah non biochar. Jagung ini memiliki bahan kering dan hasil gabah yang lebih tinggi. Hasil jagung yang ditanam pada sistem tumpangsari di lahan non biochar lebih rendah daripada yang ditanam pada sistem monokultur. Hasil gabah tertinggi diperoleh dengan monokultur jagung yang ditanam di tanah dengan perlakuan biochar 4,97 ton / ha) namun tidak berbeda nyata dengan jagung intrrokroproba yang diolah dengan biochar (4,85 ton / ha). Produksi jagung kontrol hanya menghasilkan 2.94 ton / ha gabah. Setelah panen jagung, tanah yang diaplikasikan dengan biochar memiliki pH tanah yang lebih tinggi, bahan organik tanah, kapasitas pertukaran kation tanah, dan kandungan nitrogen tanah. Aplikasi biochar meningkatkan efisiensi pemupukan nitrogen, baik pada penanaman jagung monokultur maupun jagung.

Luaran dari penelitian ini telah publish jurnal Internasional pada jurnal : International Journal of Agriculture and Environmental research (IJAER) Terbit sept-Oktober 2017. Melakukan Seminar Internasional sebagai pemakalah di 3 forum yaitu :

v

1. Seminar Internasional Icetech Universitas Lancang Kuning Pekan Baru tgl 25-26 Juli 2017

2. International Crop and Food Conference di Universitas Brawijaya alang, tgl 22 Agustus 2017

3. Sea Tvet Symposium Young Smart Farmer-, Chonburi, Pattaya Thailand Tgl 29-2 September 2017

. Kata Kunci: Land Husbandry, Biochar, Pengendalian, Lahan, Terdegradasi, Hasil,

Ubikayu.

vi

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Simposium International Society for Tuber and Root Crops (ISTRC) yang

diselenggarakan di India bulan Nopember 2006 menyimpulkan bahwa tanaman ubi-

ubian adalah tanaman masa depan bagi bangsa Indonesia. Kesimpulan ini didasarkan

pada berbagai keunggulan komparatif tanaman ubi-ubian dibandingkan tanaman

lainnya, baik ditinjau dari pengunaan, persyaratan tumbuh, maupun kemungkinan

peningkatan produksinya..

Tanaman ubi-ubian, khususnya ubikayu, merupakan tanaman yang dapat

dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.Dibandingkan dengan tanaman biji-bijian,

dimana peningkatan produksi sudah sangat sulit dilakukan, peningkatan produksi

tanaman ubikayu masih sangat terbuka peluangnya, baik ditinjau dari segi peningkatan

hasil persatuan luas, maupun perluasan tanaman. Ditinjau dari hasil persatuan luas,

rata-rata hasil saat ini sekitar 16 t/ha, masih jauh dibawah hasil yang dicapai oleh

beberapa petani ( 30 – 40 t/ha), apalagi dibandingkan potensi produksi yang dapat

mencapai lebih dari 60 t/ha. Tetapi pengembangan tanaman ubikayu sering mengalami

hambatan karena dianggap tanaman ubikayu merupakan tanaman yang menyebabkan

degradasi tanah. Yuniwati et al. (2012) telah membuktikan bahwa anggapan ini tidak

sepenuhnya benar. Yang benar adalah, biasanya tanaman ubikayu ditanam pada lahan

marjinal atau lahan terdegradasi di mana tanaman lain sudah tidak dapat ditanam secara

ekonomis. Jadi yang diperlukan disini adalah meningkatkan dan memelihara

produktivitas lahan.

Memperhatikan phenomena pertanian di daerah Amazon, dan cepatnya proses

dekomposisi bahan organik di daerah tropis, para pakar pertanian tertarik untuk

menggunakan bahan organik tahan dekomposisi untuk pengelolaan bahan organik

tanah pertanian (Lehman et al., 2003). Bahan ini kemudian dikenal sebagai “biochar”

atau sering juga diebut “agri char”. Biochar, atau jika diterjemahkan secara bebas

kedalam bahasa Indonesia sebagai “arang organik” yaitu bahan padatan hasil

pembakaran biomassa pada kondisi tanpa atau oksigen terbatas.

1

Adanya senyawa karbon tahan dekomposisi inilah yang menarik minat para

pakar pertanian, karena dengan adanya senyawa karbon tahan dekomposisi maka

pemberian bahan organik tidak perlu dilakukan secara rutin. Bahkan dengan mengacu

sifat “terra pretta” diharapkan sekali pemberian dapat untuk puluhan atau bahkan

ratusan tahun. Beberapa penelitian (a.l. Islami et al., 2013; Sukartono et al., 2011)

telah membuktikan bahwa, walaupun belum mencapai puluhan tahun, pengaruh positif

biochar dapat bertahan beberapa tahun setelah penambahannya. Kenyataan ini akan

membawa prospek yang sangat menguntungkan bagi petani dalam melakukan

pengelolaan bahan organik tanah karena mereka tidak lagi perlu melakukan

penambahan bahan organik stiap musim tanam. Hal ini berarti akan meningkatkan

efisiensi dan keuntungan usaha taninya.

Terlepas dari kontroversi yang muncul (Yuniwati, 2011) banyak penelitian

telah membuktikan bahwa pemberian biochar dapat memperbaiki kualitas tanah (Chan

et al., 2007; Islami et al., 2011; Liang et al., 2006; Yamato et al., 2006) dan

meningkatkan hasil berbagai tanaman pertanian, antara lain padi(Asai et al., 2009;

Masulili et al., 2010), jagung (Nur et al.,2014; Sukartono et al., 2011; Yamato et al.,

2006), ubikayu (Islami et al., 2011), kedelai (Tagoe et al., 2008). Dalam hal perbaikan

kualitas tanah, disamping terjadinya perbaikan sifat kimia, sifat fisik tanah dan biologi

tanah, biochar juga mampu mempengaruhi ketersediaan unsur hara (Widowati et al.,

2011; Islami dan Utomo, 2013).

Dalam hubungannya dengan perbaikan sifat fisik, Chan et al., (2007)

menunjukkan bahwa penggunaan biochar mampu menurunkan kekuatan tanah. Islami

et al. (2011) dan Sukartono et al. (2011) membuktikan bahwa biochar mampu

menurunkan Berat Isi tanah dan meningkatkan kemampuan tanah untuk menyimpan air

tersedia. Perbaikan struktur tanah dengan penggunaan biochar juga telah dibuktikan

oleh Islami et al. (2013).

Adanya penurunan Berat Isi tanah, perbaikan struktur tanah, akan menyebabkan

peningkatan infiltrasi dan perkolasi serta meningkatkan ketahanan tanah terhadap

energi perusak, dan pada gilirannya akan menurunkan erodibilitas tanah (Yuniwati,

2011). Pada fihak lain, peningkatan kapasitas penyimpanan air bersama sama dengan

penurunan Berat Isi Tanah akan menurunkan limpasan permukaan. Dengan demikian,

2

sangat logis jika dalam penelitian ini dikembangkan bahwa disamping meningkatkan

hasil tanaman, penggunaan biochar akan menurunkan laju erosi.

1.2. Permasalahan

Dari uraian di atas dapat di simpulkan bahwa permasalahan penelitian ini adalah :

1. . Apakah penggunaan biochar dapat memperbaiki sifat fisik, kimia dan biologi tanah?

2. Apakah pengaruh penggunaan biochar terhadap hasil tanaman ubikayu dan erosi

tanah

3. Apakah ada paket teknologi yang dapat memperkecil erosi, sehingga menurunkan lahan

yang terdegradasi

1.3. Tujuan Khusus Penelitian

Tujuan khusus penelitian yang diusulkan adalah untuk mempelajari pengaruh

penggunaan biochar terhadap hasil tanaman ubikayu dan erosi tanah. Jika hasil yang

diperoleh positif, maka akan dapat dikembangkan teknologi konservasi tanah yang

sangat mungkin diadopsi oleh petani karena teknologi yang ditawarkan bukan saja

dapat mengendalikan laju erosi, tetapi dapat meningkatkan hasil tanaman.

Tahun 1 (tahun 2017 )

a. Untuk mengetahui pemetaan degradasi lahan, penurunan kesuburan tanah, erosi

tanah, dan hasil tanaman ubikayu.

b. Untuk mengetahui tingkat pemahaman petani terhadap degradasi lahan (erosi)

penggunaan biochar, dan hasil ubikayu

Tahun II (tahun 2018)

a. Untuk mengetahui penggunaan biochar yang mampu meningkatkan sifat sifat

tanah, dan hasil tanaman ubikayu

b. Merakit paket teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang

mampu meningkatkan kesuburan tanah pada lahan yang terdegradasi.

Tahun III (tahun 2019)

a. Diseminasi paket teknologi land husbandry pada lahan pengembangan tanaman

ubikayu

b. Penyusunan modul mengenai teknologi land husbandry pada lahan

pengembangan ubikayu

3

1.4. Manfaat khusus

Manfaat utama dari penelitian ini adalah adanya peningkatan lahan yang

terdegradasi dan hasil tanaman ubikayu di tingkat petani. Bila teknologi hasil

penelitian ini diterapkan oleh semua petani ubikayu, maka kebutuhan ubikayu nasional

akan meningkat. Teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang

dihasilkan mampu mempunyai pengaruh terhadap kualitas dan kesuburan lahan dalam

jangka panjang. Mengingat penanaman ubikayu rentan terjadi erosi dan degradasi

lahan, oleh karena itu perbaikan kualitas dan kesuburan lahan akan berpengaruh positif

terhadap hasil yang diperoleh. Dengan demikian manfaat lain dari penelitian ini adalah

meningkatkan hasil ubikayu.

1.5. Urgensi (keutamaan ) penelitian

Masalah degradasi lahan terutama erosi hampir terjadi di setiap pengelolaan

lahan, sehingga mengakibatkan lahan yang marginal, dan kesuburan tanahnya menurun

dan hasil tanaman akan rendah. Hampir semua tanaman tidak bisa tumbuh dengan baik

di lahan yang terdegradasi atau lahan marginal, hanya tanaman ubikayu yang bisa

tumbuh dengan baik, tetapi dalam pengembangan tanaman ubikayu sering mengalami

hambatan karena dianggap tanaman ubikayu merupakan tanaman yang menyebabkan

degradasi tanah. Anggapan ini tidak sepenuhnya benar. Yang benar adalah, biasanya

tanaman ubikayu ditanam pada lahan marjinal atau lahan terdegradasi di mana tanaman

lain sudah tidak dapat ditanam secara ekonomis. Jadi yang diperlukan disini adalah

meningkatkan dan memelihara produktivitas lahan

Untuk meningkatkan dan memelihara produktivitas lahan diperlukan perbaikan

lahan, penambahan bahan organik, bahan pembenah tanah dan pengelolaanya.

Penambahan bahan organic tidak bertahan lama sehingga di cari bahan organic yang

tersedia dan bertahan lama (5 tahun). Biochar mampu merubah sifat fisik, kimia dan

biologi tanah, sehingga dapat memperbaiki degradasi tanah (erosi) dan mampu

meningkatkan hasil tanaman. Ubikayu sebagai tanaman indicator yang tahan pada kondisi

lahan marginal. Jika terbukti dapat diadopsi sebagai Teknologi “Land Husbandry” .

1.6. Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana

Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana adalah mengembangkan ilmu

pengetahuan dan seni, social ekonomi yang berkualitas, berkarakter dan bermatabat.

Bidang unggulan penelitian pertanian adalah Sistem Agribisnis Hortikultura, yang

4

mencakup Penelitian dengan tema Manajemen Sumberdaya Lahan. Sejalan dengan

penelitian yang diusulkan yaitu Land Husbandry : Penggunaan Biochar Untuk

Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman

Ubikayu, merupakan bagian dari tema Manajemen Sumberdaya Lahan. Temuan dan

luaran dari penelitian ini adalah Teknologi Land Husbandry, yaitu pengelolaan lahan

yang berbasis pemeliharaan lahan dengan menambahkan bioenergi dari bahan biomassa

penghasil biochar (arang organic), pengembangan teknologi konservasi lahan, erosi dan

peningkatan hasil tanaman ubikayu. Teknologi konservasi lahan yang selama ini di

lakukan (Metode KTA) belum menunjukkan hasil yang menggembirakan, karena erosi dan

lahan yang terdegradasi semakin banyak prosentasinya, maka diperlukan teknologi yang

lebih sesuai untuk mengatur dan merencanakan pengelolaan sumberdaya lahan menuju

pertanian yang berkelanjutan.

5

Penelitian tentang Hukum PidanaPenelitian tentang Hukum Cyber CrimePenelitian tentang Hukum Tata NegaraPenelitian tentang Hak Azazi ManusiaPenelitian tentang Sosiologi HukumPenelitian tentang Administrasi NegaraPenelitian tentang hokum bisnis

Penelitian hokum pidana, perdata, tata Negara dan administrasi negara

Penelitiandanpengembanganipteks, social ekonomi, yang berkualitas, berkarakterdanbermatabat.

Penelitian tentang Manajemen Sumberdaya ManusiaPenelitian tentang Koperasi dan UMKMPenelitian tentang PerpajakanPenelitian tentang Perubahan Sosial Ekonomi ManusiaPenelitian tentang CSR

Perilaku pelaku ekonomi dilihat dari studilogi

Penelitian terkait dengan Rekayasa Teknologi yang Ramah LingkunganPenelitian terkait dengan Teknologi Tepat GunaPenelitian terkait dengan Teknologi Tepat Guna

Rekayasa teknologi

Penelitian tentang Tenaga kerjaPenelitian tentang Perkembangan Anak dan RemajaPenelitian tentang Psikologi KesehatanPenelitian tentang Psikologi PendidikanPenelitian tentang Psikologi SosialPenelitian tentang Psikologi Klinis7. Penelitian tentang Psikologi Industri

Psikologi pendidikan dan komunitas

Penelitian tentang Menajemen Sumberdaya LahanPenelitian tentang teknologi budidaya hortikultura (sayur, buah, tanaman hias, obat, rempah dan aromatik)Penelitian tentang teknologi proteksi tanaman hortikulturaPenelitian tentang ketahanan pangan hortikulturaPenelitian tentang pasca panen hortikultura

Sistem agribisnis hortikultura

Pendidikan dan Pembelajaran berkarakterPengembangan perangka tpembelajaranKajian politik dan hukumKajian kebahasaan dan kesusastraanKajian matematika dan IPA

Pendidikan dan pembelajaran inovatif yang berkarakte rdalam bidang politik & hukum, kebahasaan & kesusastraan, matematika dan IPA

RENSTRA PENELITIAN UNGGULAN UNIERSITAS WISNUWARDHANA MALANG

6

1.7. Luaran Penelitian

Tabel 1. Luaran penelitian

Output tahun2017 2018 2019

Hasil pemetaan degradasi lahan, penurunan kesuburan tanah, erosi tanah, dan hasil tanaman ubikayu

Penggunaan biochar yang mampu meningkatkan sifat sifat tanah, dan hasil tanaman ubikayu

Diseminasi paket teknologi land husbandry pada lahan pengembangan tanaman ubikayu

Hasil tingkat pemahaman petani terhadap degradasi lahan (erosi) penggunaan biochar, dan hasil ubikayu

Paket teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang mampu meningkatkan kesuburan tanah pada lahan yang terdegradasi.

Penyusunan modul mengenai teknologi land husbandry pada lahan pengembangan ubikayu

No Jenis Luaran Indikator CapaianTS1) TS+1 TS+2

1 Publikasi ilmiah2) 1 Internasional submitted publish publish

Nasional terakreditasi

2 Pemakalah dalam temu ilmiah3)

Internasional terdaftar terdaftar

Nasional terdaftar3 Invited speaker dalam temu

ilmiah4)Internasional terdaftar

Nasional terdaftar terdaftar4 4 Visiting Lecturer5) Internasional5 Hak Kekayaan Intelektual

(HKI)6)Paten terdaftar terdaftar

Paten sederhana terdaftarHak ciptaMerek dagangRahasia dagang

Desain produk industriIndikasi geografisPerlindungan varietas tanamanPerlindungan topografi sirkuitterpadu

7

6 Teknologi Tepat Guna7) draf terdaftar terdaftar7 Model/Purwarupa/Desain/

Karya seni/ Rekayasa Sosial8)8 Buku Ajar (ISBN)9) draf terdaftar terdaftar9 Tingkat Kesiapan Teknologi

(TKT)10)a. 1) TS = Tahun sekarang (tahun pertama penelitian)b. 2) Isi dengan tidak ada, draf, submitted, reviewed, accepted, atau publishedc. 3) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau sudah dilaksanakand. 4) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau sudah dilaksanakane. 5) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau sudah dilaksanakanf. 6) Isi dengan tidak ada, draf, terdaftar, atau grantedg. 7) Isi dengan tidak ada, draf, produk, atau penerapanh. 8) Isi dengan tidak ada, draf, produk, atau penerapani. 9) Isi dengan tidak ada, draf, proses editing, atau sudah terbitj. 10) Isi dengan skala 1-9 dengan mengacu pada Bab 2 Tabel 2.7

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Permasalahan Degradasi Lahan,

Karena adanya penggunaan dan pengelolaan lahan yang kurang tepat, maka

banyak tanah dan lahan di Indonesia telah mengalami degradasi. Di Daerah Aliran

Sungai Brantas, misalnya saat ini terdapat sekitar 271 ribu ha (dari total luasan 1,1 juta

ha) berada dalam kondisi terdegradasi ( BP DAS Brantas, 2006). Lahan di daerah ini

biasanya di dominasi oleh tanah Entisols dengan kedalaman kurang dari 30 cm, dan

merupakan tanah yang tidak produktif. Tanah mempunyaikandungan bahan organic

sangat rendah, serta kandungan N, P dan K rendah. Oleh karena itu, usaha pertanian di

lahan ini secara ekonomis tidak menguntungkan. Biasanya lahan dibiarkan bero, atau

kalau ada tanamannya biasanya pilihannya sangat terbatas; biasanya tanaman ubikayu

dengan pemeliharaan seadanya. Akibatnya kerusakan tanah yang disebabkan oleh erosi

makin cepat.

Karena rendahnya bahan organic menjadi penyebab utama rendahnya

produktivitas dan kerusakan tanah, maka pengelolaan bahan organik tanah

menjadikunci utama untuk meningkatkan dan memelihara lahan yang terdegradasi

karena erosi. Pemanfaatan tanaman untuk meningkatkan dan mempertahankan bahan

organik tanah telah dikenal sejak abad ke 18 (Nielsen & Vigil, 2005) yang dilakukan

dengan pola pergiliran tanaman (pada umumnya dengan tanaman kacang-kacangan;

misal crotalaria, mucuna dlsb(Utomo et al., 1992; Howeler et al., 1998). Tetapi dengan

makin berkurangnya luaslahan pertanian pada umumnya keberatan untuk

mempraktekkan pergiliran tanaman dengan tanaman yang tidak mempunyai

8

keuntungan ekonomis. Oleh karena itu para pakar mengembangkan sistim pola tanam

campuran dengan tanaman yang dapat memperkaya kandungan bahan organik tanah,

antara lain pola tanam tumpangsari dengan tanaman kacang-kacangan (Borin &

Linberg, 2005; Islami et al., 2011), atau sistim tanaman lorong pada lahan miring

(Kang, 1995; Juanda et al., 2003).

Praktek pengelolaan bahan organik tanah dengan penambahan bahan dari luar

juga bukan merupakan teknologi baru bagi petani. Petani telah lama memberikan

kotoran ternaknya, hasil pembakaran biomassa (abu dan arang), maupun biomassa

tanaman yang telah mengalami dekomposisi (yang kemudian dikenal dengan kompos

ke lahan pertaniannya (Hafif, 2011).

Di daerah tropis basah sepertihalnya di Indonesia, dekomposisi dan

demineralisasi bahan orgnik berjalan sangat cepat (Lehman et al., 2003; Sukartono et

al., 2011). Dengan demikian pemberian bahan organik harus diberikan secara berulang

setiap musim tanam (Islami et al., 1011b; Sukartono et al., 2011). Pada fihak lain,

ketersediaan dan akses petani terhadap sumber bahan organik sangat terbatas.

Disamping itu kompetisi penggunaan bahan organik untuk keperluan lain (a.l. industri,

energi) sangat tinggi. Hal ini menyebabkan pemberian bahan organik sering kali tidak

ekonomis dan petani kesulitan untuk melakukannnya.

Sejak akhir bad ke 20, dengan memperhatikan phenomena pertanian di daeah

Amazon, Amerika selatan, perhatian para pakar tertarik untuk mencoba memanfaatkan

bahan organik tahan dekomposisi, yang kemudian dikenal dengan nama ”biochar”

sebagai sumber bahan organik untuk pertanian (Lehman et al., 2003). Biochar, atau

jika diterjemahkan kedalam bahasa Indonesia “arang organik” sementara ini

didefinisikan sebagai bahan yang dihasilkan dari pembakaran biomassa pada kondisi

tanpa atau oksigen terbatas. Teknik pembakaran semacam ini dengan teknologi

”Pyrolisis”, dan menghasilkan bahan berwarna hitam yang disebut “char” dan karena

berasal dari biomassa, maka disebut “biochar”.

Sifat biochar sangat beragam tergantung dari vahan baku, dan proses

pembuatannya. Secara umum biochar kaya senyawa karbon, bersifat agak basa, dan

mengandung beberapa unsur hara essensial, terutama K, dan P , serta mempunyai

Kapasitas Tukar Kation yang relatif tinggi (Tabel 2).

9

Tabel 2. Pengaruh bahan baku terhadap beberapa sifat “biochar”

Peneliti Bahan baku pH C (%) N (%) P (%) K (%) KTK cmol/kg

Chan et al.,(2007b) Kotoran ayam 9,9 38 2 2,5 2.2 -

Islami et al. (2011b) Pupuk kandang 7.9 25.5 0.78 0.82 0.79 17.7

Masulili et al. (2010) Jerami padi 8,7 38,7 0,0 0,12 0,20 17,7

Sukartono et al. (2011b)

Tempurung kelapa

9,9 80 0,34 0,10 0,84 11,7

Rondon et al., (2007) Eucalyptus 7,0 82,4 0,5 1,4 0,6 -

Widowati et al., (2011) Sampah kota 7,9 21,4 1,8 0,35 0,82 23,3

Dalam bahan organik yang belum di”arang”kan, senyawa karbon didalamnya

berbentuk alifatik dan bersifat terbuka, sedangkan senyara karbon dalam biochar

sebagin besar berbentuk “aromatik“ yang bersifat tertutup (Gambar 1). Dengan adanya

senyawa karbon tertutup ini menyebabkan biochar resistent terhadap dekomposisi dan

demineralisasi.

Gambar 1. Bentuk senyawa karbon di dalam bahan organik yang belum di”arang”kan (kiri) dan di dalam biochar (kanan)

Dengan adanya sifat tahan terhadap dekomposisi dan demineralisasi, para

pakar berpendapat bahwa pemberian biochar cukup dilakukan sekali untuk beberapa

musim tanam, bahkan untuk selamanya. Jika anggapan ini benar, maka biochar dapat

mendorong terwjudnya pertanian berlanjut, karena dengan fakta tersebut maka 3 kunci

utama pertanian berlanjut, yaitu; (1) keberlanjutan hasil, (2) pemanfaatan sumberdaya

terbarukan, dan (3) keuntungan ekonomis dapat diwujudkan.

10

2.2. Penggunaan Biochar Untuk Perbaikan Kualitas Tanah Dan Pengendalian

Erosi

Pemanfaatan biochar diilhami dangan adanya kenyataan adanya fenomena

produksi berlanjut pada tanah ”terra preta” di lembah Amazon (Glasser et al., 2002).

Biochar merupakan bahan yang kaya karbon organik, berwarna hitam dan mempunyai

rumus kimia C12.91H6.05NO3.53 dengan kepadatan sekitar 467 kg/m3, rasio H/C

0,47 serta O/C < 0,0,30, dan nilai pemaasan 25,3 MJ/kg (O¨zcimen &

Karaosmanog˘lu, 2003). Sebagian besar senyawa karbon berbentuk senyawa aromatik

di mana 6 atom oksigen terikat dalam bentuk cincin tanpa oksigen atau hidrogen

sehingga relatif tahan terhadap dekompoisi dan demineralisasi (Schmidt et al., 2001).

Semula biochar merupakan produk samping yang berupa carbon hitam yang

diperoleh dari pirolisis biomassa untuk menghasilkan energi bahan bakar.

Pirolisis adalah proses thermokimia dimana biomasa dikonversi melalui pemanasan

dengan oksigen terbatas atau bahkan tanpa oksigen. Di samping karena adanya

senyawa karbon aromatik, resistensi biochar terhadap dekomposisi dan demineralisasi

juga disebabkan terbentuknya senyawa “organo-mineral” di dalam biochar, serta

struktur amorf (Lehman et al., 2003).

Di samping itu merupakan senyawa carbon yang relatif stabil, biochar

mempunyai afinitas yang tinggi terhadap kation (Lehman et al., 2003). Kedua

kharakteristik ini kemudian melahirkan gagasan penggunaan biochar untuk

mengurangi laju degradasi tanah sekaligus memperbaiki kesuburan dan produktivitas

tanah, sehingga dapat diperoleh produksi berlanjut. Adanya afinitas yang tinggi pada

biochar juga sangat membantu menyelesaikan permasalahan pencemaran tanah dan air

karena penggunaan pupuk dan pestisida yang berlebihan. Potensi penggunaan biocahar

sebagai bahan pembenah tanah untuk perbaikan kesuburan dan produkstivitas tanah

telah dilaporkan oleh Yuniwati et al. (2011).

Banyak penelitian yang telah membuktikan bahwa penggunaan biochar dapat

meningkatkan hasil tanaman, antara lain Yamato et al. (2006) menunjukkan bahwa

penggunaan biochar dari kayu accasia dapat meningkatkan hasil tanaman jagung,

kacang tunggak dan kacang tanah. Penggunaan biochar dari bahan limbah hasil

11

pertanian telah terbukti, disamping meningkatkan hasil tanaman wortel, juga

meningkatkan kandungan N (Chan et al., 2007). Chan et al. (2008) dan Tagoe et al.

(2008) menggunakan biochar berbahan baku kotoran ayam untuk memperbaiki

pertumbuhan dan meningkatkan hasil tanaman. Masulili et al. (2010) meunjukkan

bahwa penggunaan biochar dari sekam padi dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman

padi. Perbaikan pertmbuhan tanaman jagung karena pemberian biochar juga telah

dibuktikan oleh Widowati et al. (2011).

Walau pemberian biochar telah terbukti dapat memperbaiki pertumbuhan dan

meningkatkan hasil tanaman, mekanisme bagaimana perbaikan pertumbuhan dan

peningkatan hasil masih diperlukan banyak penjelasan. Beberapa peneliti menjelaskan

bahwa perbaikan pertumbuhan tanaman karena penggunaan biochar, karena biochar

dapat memperbaiki sifat fisik, kimia dan biologi tanah (Yuniwati , 2011; Lehmann et

al., 2003; Chan et al., 2007 ). Beberapa peneliti (a.l. Liang et al., 2006; Yamato et al.,

2006; Masulili et al., 2010) telah membuktikan bahwa penggunaan biochar dapat

meningkatkan pH tanah, dan meningkatkan KTK tanah.

Sebagaimana telah dibahas di muka, penggunaan biochar dapat memperbaiki

sifat fisik tanah, dalam hal ini meurunkan brat isi tanah dan meningkatkan kapasitas

penyimpanan air (Chan et al., 2007; Islami et al., 2011; Sukartono et al., 2011).

Dengan adanya penurunan Berat isi tanah dan peningkatan kapasitas penyimpanan air

maka kapasitas infiltrasidan perkolasi akan meningkat, dan pada giliran selanjutnya

akan meurunkan laju limpasan permukaan. Disamping itu, adanya peningatan

pembentukan dan pemantapan struktur tanah telah ditunjukkan oleh Chan et al. (2007)

dan Islami et al., (2011). Bersamaan dengan peningkatan bahan organic dan

peningkatan permeabilitas, perbaikan struktur tanah akan menurunkan erodibilitas

tanah (Utomo, 1989).

Beberapa pakar (Auerswald et al., 2003; Tejada & Gonzalez, 2007) telah

menujukkan bahwa penggunaan biochar dapat menurunkan kepekaan tanah terhadap

erosi Shih & Chien (2013) menunjukkan bahwa penggunaan biochar dapat

menurunkan erosi tanah sampai 50%. Duan et al. (2015)juga menujukkan

bahwapenggunaan biochar menurunkan limpasan permukaan pada pertanaman jagung.

12

Berbeda dengan di negara lain, perhatian peneliti di Indonesia terhadap biochar,

termasuk pemanfaatannya untuk pertanian, masih terbatas. Yamato et al. (2006)

menggunakan biochar dari cassia untuk tanaman jagung di Sumatra. Masulili et al.

(2010) menunjukkan bahwa penggunaan biochar dari sekam padi dapat memperbaiki

sifat tanah masam di Kalimantan Barat, sekaligus memperbaiki pertumbuhan tanaman.

Nampaknya, penelitian penggunaan biochar pada tanaman ubikayu belum pernah

dilakukan. Oleh karena itu sejak tahun 2009 Pusat Studi Tanaman Ubi-ubian

Universitas Brawijaya melakukan penelitian untuk mempelajari kemungkinan

penggunaan biochar untuk memperoleh produksi berlanjut pada tanaman ubikayu, baik

yang ditanam secara tunggal (Islami et al., 2011d), maupun dalam pola tanam tumpang

sari (Islami et al., 2011b).

2.3. Hasil Penelitian Awal

Peneliti telah melakukan beberapa penelitian awal yang mendukung penelitian ini

antara lahan seperti di gambarkan pada tabel di bawah ini :

Tabel 3.Hasil Penelitian Awal Peneliti

Tahun Penelitian dan pengembangan Hasil

2010

Teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) Berbasis Prakarsa Petani Untuk Produksi Ubikayu

Secara Berkelanjutan (2010|)

Penyusunan teknologi konservasi baru, karena tingginya kerusakan lahan, dengan melibatkan petani sebagai pelaku, dengan tanaman indicator ubikayu, dibiayai oleh

Hibah Disertasi Doktor 2010

2012

Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan

Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem

Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry)

Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan mutu tanah

dengan peningkatan bahan organic tanah,dengan tanaman indicator ubikayu

Di biayai Dikti, Skim PHB tahun 1 sebagai ketua.

2013

Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan

Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem

Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry)

Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan mutu tanah

dengan peningkatan bahan organic tanah,dengan tanaman indicator ubikayu

Di biayai Dikti, Skim PHB tahun 2 sebagai ketua.

2014 Perbaikan Lahan Dengan Penerapan Metode Konservasi Land

13

Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah

Padi

Husbandry, untuk meningkatkan kualitas tanah dengan pemberian biochar ,dengan

tanaman indicator wijenDi biayai Ristek Dikti, Skim Stranas tahun 1

sebagai ketua.

2015

Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry

Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah

Padi

Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan kualitas tanah dengan pemberian biochar ,dengan

tanaman indicator wijenDi biayai Ristek Dikti, Skim Stranas tahun 2

sebagai ketua.

2016

Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry

Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah

Padi

Penerapan Metode Konservasi Land Husbandry, untuk meningkatkan kualitas tanah dengan pemberian biochar ,dengan

tanaman indicator wijenDi biayai Ristek Dikti, Skim Stranas tahun 3

sebagai ketua.

14

Lahan terdegradasiFakta dan kendala yang ada :produksi rendahlahan terdegradasiteknologi konservasi tidak diadopsikesalahan konsep. Konsep Land husbandry Pemeliharaan lahan

Penambahan biochar sbg sumber pupuk organik dan Pengujian lahan terdegradasi (erosi)

Hasil tingkat pemahaman petani terhadap degradasi lahan (erosi) penggunaan biochar, dan hasil ubikayu

Peningkatan produksi dan monitoring

Pemetaan degradasi lahan, penurunan kesuburan tanah, erosi, dan hasil ubikayu

Tahun 1

Metode land husbandry Penambahan biochar sbg sumber pupuk organik dan Pengujian lahan terdegradasi (erosi)

Paket teknologi land husbandry dengan penggunaan biochar yang mampu meningkatkan kesuburan tanah pada lahan yang terdegradasi.

Tahun ke 2

BAB 3. METODE PENELITIAN3.1. Bagan Alir Penelitian

15

Metode land husbandry Diseminasi paket teknologi land husbandry pada lahan pengembangan tanaman ubikayu

Penyusunan modul mengenai teknologi land husbandry pada lahan pengembangan ubikayu

Tahun ke 3

16

Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) PHB 1 (2012)Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah Padi. Stranas 1 (2014)Teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) Berbasis Prakarsa Petani Untuk Produksi Ubikayu Secara Berkelanjutan (2010|)

Perakitan Teknologi Produksi Ubikayu dan Pendugaan Indeks Mutu Tanah Dengan sistem Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) PHB 2 (2013)

Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah Padi. Stranas 2 (2015)

Perbaikan Lahan Dengan Teknologi Land Husbandry Untuk Meningkatkan Produktifitas Wijen Di Lahan Sawah Sesudah Padi. Stranas 3 (2016)

Land Husbandry: Penggunaan Biochar Untuk Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman Ubikayu. PUPT 1 (2017)

Teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry) Berbasis Prakarsa Petani Untuk Produksi Ubikayu Secara Berkelanjutan (2010|)

Teknologi Konservasi Tanah dan AAir (KTA) Teknologi Land Husbandry Untuk Pertanian Berkelanjutan

Land Husbandry: Penggunaan Biochar Untuk Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman Ubikayu. PUPT 2 (2018)

Land Husbandry: Penggunaan Biochar Untuk Pengendalian Lahan Terdegradasi Dan Meningkatkan Hasil Pada Tanaman Ubikayu. PUPT 3 (2019)

Roadmap Peneliti Sejalan dengan Renstra Penelitian Universitas Wisnuwardhana Malang

17

3.3. Lokasi dan Waktu Penelitian

Penelitian akan dilakukan di lokasi lahan petani di daerah Dampit, Malang

Selatan. Penelitian akan dilaksanakan selama 3 tahun, mulai tahun 2017 -2019.

Perlakuan Percobaan

Perlakuan percobaan yang dilakukan dalampenelitian ini adalah 2 faktor yaitu

pola tanam (ubikayu tunggal dan tumpangsari ubikayu dengan jagung) dan penggunaan

bahan pembenah (tanpa bahan pembenah, pupuk kandang, dan biochar yang dibuat dari

pupuk kandang). Pupuk kandang yang digunakan berasal dari petani setempat, dan

biochar dibuat dengan metoda yang dikembangkan oleh Sukartono et al. (2011).

Tanaman akan ditanam pada petak erosi yang berukuran 6 x 15 m dengan kemiringan

sekitar 9%. Pada bagian ujung bawah petak erosi dipasang drum untuk mengumpulkan

limpasan permukaan dan erosi. Tanaman ubikayu ditanam dengan jarak tanam 1,0 x

1,0 m dan tanaman jagung diantara barisan ubikayu dengan jarak tanam 30 cm.

Limpasan permukaan dan erosi diamati setiap setelah hari hujan. Sifat tanah

yang diamati meliputi kandungan C, N, P, K sebelum percobaan, setelah panen tahun

pertama dan tahun ke dua. Kandungan N, P, dan K dalam air limpasan permukaan dan

tanah tererosi juga di amati.

Variabel tanaman yang diamati meliputi berat kering tanaman (saat panen) dan

hasil tanaman. Pengambilan sampel sifat fisik tanah dalam bentuk sampel ring tanah,

sifat kimia tanah dalam bentuk sampel agregat tanah komposit. Pengamatan erosi

tanah dalam drum penampung erosi tanah

18

Analisis yang di lakukan adalah analisis hasil tanaman,analisis sifat tanah dan erosi dan analisis statistik Uji beda Nyata (BNT 5 %)

Beberapa sifat tanah dari tanah dan biochar yang digunakan dalam percobaan ini disajikan pada Tabel 1 .

Table 1. Beberapa sifat tanah dari tanah dan biochar yang digunakan dalam percobaan

ini

Tabel 1 : Karakteristik biochar dari biochar pupuk kandang dan biochar tongkol jagung, setelah percobaan

Karakteristik biochar Biochar pupuk kandang

Biochar Tongkol Jagung

Water content (%) 10.10 9.65Ph H2O 6.0 7.0Sand (%) 6.28 6.35C (%) 10.24 50.26N (%) 0.94 1.0P (%) 0.62 0.75C/N 10.89 40.23K (%) 0.23 0.35Ca (%) 0.65 0.85Na (%) 0.35 0.54Mg (%) 0.41 0.45CEC (cmol/kg) 12.3 14.78

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Aplikasi Biochar Memperbaiki Sifat tanah

Hasil percobaan menunjukkan bahwa aplikasi biochar dapat memperbaiki sifat fisik

dan kimia tanah dalam budidaya tumpang sari singkong dan jagung. Pada permulaan

aplikasi menunjukkan serapan yang berbeda, serapan jagung yang lebih tinggi, juga

mengamati bahwa serapan hara pada singkong lebih rendah dari pada jagung. Dalam

hasil tinggi, hanya serapan K dari singkong yang lebih tinggi dari jagung, sedangkan

serapan N dan P kurang lebih sama. Pengelolaan tanaman bisa menjadi simbiosis

19

mutualisme antara singkong dan jagung. Namun, ini hanya terjadi bila ada pengelolaan

tanaman yang tepat. Pengelolaan tanaman, seperti aplikasi biochar, secara signifikan

dapat memperbaiki sifat tanah, sifat fisik dan sifat kimia tanah, bahkan serapan akar.

Hasil penelitian ini mengungkapkan bahwa pengelolaan yang tepat dapat meningkatkan

C organik tanah, bobot kandungan tanah dan stabilitas agregat tanah. Selain itu, peran

perbaikan kesuburan tanah, peningkatan serapan hara N, P, K, Ca, Mg dan pertukaran

kation

Table 2. Sifat sifat tanah sebelum dan sesudah percobaan

Treatment C N P K CEC BV MWD 0-33 kPa

0-15MPa

% % ppm Me/100g Me/100g Mg/m3 mm % %before 1.14 0.09 11.61 1.61 12.5 1.31 2.04 32.32 21.25M 0.78 0.06 10.97 1.63 12.3 1.30 1.46 25.46 20.78MFB 0.87 0.07 10.85 1.70 12.7 1.29 1.56 24.40 20.19MCcB 1.05 0.08 11.45 1.54 13.9 1.34 2.06 31.25 21.46CS 1.25 0.08 9.76 1.60 13.8 1.32 1.98 32.54 20.96CSFB 2.20 0.14 11.71 1.41 14.1 1.08 2.19 35.12 21.18CSCcB 2.26 0.15 12.70 1.58 14.8 1.19 2.58 36.16 21.07

Pada gambar di bawah, kandungan C organik meningkat dalam pemberian biochar, dan

diikuti oleh kenaikan berat kandungan tanah. Biochar sebagai penambah tanah

berfungsi sebagai pemasok C organik, memperbaiki status gizi dan meningkatkan

bobot kandungan tanah (Utomo et al, 2006).

20

M MFB MCcB CS CSFB CSCcB0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0.780.870000000000002

1.05

1.25

1.6

1.75

0.7400000000000020.8400000000000010.88 0.92 0.9400000000000010.960000000000001C

BV (g/cm3)

Treatment

Grafik pengaruh aplikasi biochar terhadap status organic C dan Berat isi tanah

Tabel 3. Pengaruh aplikasi biochar terhadap sifat fisik tanah dalam pola tanam monoculture dan cropping system

Treatment BV (g/cm3) Total pore space (%)

Drainase pore (%)

Water pore available (%)

M 0.74 c 55.54 c 28.94 cd 6.52 cdMFB 0.84 bc 59.32 cd 30.08 c 7.61 cMCcB 0.88 c 60.31 bc 35.09 b 8.91 bCS 0.92 ab 58.43 c 33.22 bc 8.25 bcCSFB 0.91 ab 63.21 b 35.41 b 9.15 abCSCcB 0.95 a 65.62 a 37.61 a 9.36 a

Hasil percobaan yang disajikan pada Tabel 3 menunjukkan bahwa aplikasi biochar

sangat berpengaruh terhadap sifat fisik tanah, bobot kandungan tanah pada perlakuan

jagung tebu biochar 0,95 g / cm3 dan farmyard biochar 0,91 g / cm3 pada pola

croppingsystem. Hal yang sama untuk monokultur jagung jagung biochar lebih tinggi

dari biochar pertanian. Hal ini sesuai dengan Sukartono dkk, 2011, aplikasi farmyard

21

biochar akan meningkatkan kandungan bahan organik tanah dan tanah, sehingga tanah

lebih longgar. Pengaruh aplikasi biofuel jagung jagung, peningkatan kapasitas pori

tanah, luas pori total 65,62% pada sistem tanam, 60,31% pada monokultur.

Hal ini menunjukkan bahwa biochar dapat memperbaiki struktur tanah sehingga ruang

pori lebih banyak dan kapasitas ruang meningkat, dan mempengaruhi ketersediaan air

tanah. Pada sistem tanam singkong, peningkatan sifat fisik tanah dapat mengurangi

degradasi lahan dan memperbaiki kesuburan tanah (Yuniwati, ED, 2012)

Tabel 4. Pengaruh aplikasi biochar terhadap sifat kimia tanah pada pola tanam monoculture dan tumpangsari ubikayu dan jagung

Treatment pH N (%) P (ppm) K (me/100 g)

KTK Ca (cmol/100 g

Mg (cmol/100 g

M 5.80 0.11 5.59 0.20 12.3 2.22 1.37MFB 6.26 0.14 6.13 0.26 12.7 2.38 1.40MCcB 6.18 0.12 6.56 0.7 13.9 2.44 1.42CS 6.01 0.12 5.04 0.25 13.8 2.31 1.38CSFB 6.21 0.14 6.47 0.31 14.1 2.39 1.42CSCcB 6.30 0.15 6.76 0.34 14.8 2.40 1.45

Selain meningkatkan C organik tanah, aplikasi biochar juga menyebabkan peningkatan

beberapa sifat tanah (Tabel 4). PH tinggi CSCcB (6,30) dan MFB (6,26) disebabkan

oleh penambahan nutrisi organik dan tanah, seperti yang terlihat dari perubahan

pengamatan N, P, K, Ca dan Mg. Masing-masing menunjukkan peningkatan daya tarik

kontrol, baik pada Monokultur atau pada sistem Tanam. Ketersediaan hara yang tinggi,

CEC dalam setiap aplikasi biochar juga meningkat. Peningkatan pH tanah setelah

aplikasi biochar erat kaitannya dengan sifat alkali bahan biochar. Konsentrasi nutrisi

yang lebih tinggi pada biochar jagung dan pupuk kandang berkontribusi positif sebagai

penambah tanah terhadap ketersediaan hara tanah yang lebih baik. Namun, untuk

22

menjaga efek biochar yang baik, aplikasi biochar harus diberikan pada awal musim dan

penanaman pertengahan musim untuk efek yang lebih lama. Meningkatkan nilai KTK

tanah dengan penambahan corncob dan manure biochar akan meminimalkan risiko

pelindian kation seperti K + dan NH4 +. Meningkatnya ketersediaan nutrisi dan KTK

dalam penelitian ini konsisten dengan hasil penelitian sebelumnya Sukartono dan

Utomo, WH (2012), Yamato et al. 2016, Novak dkk. 2009). Kadar permukaan negatif

yang tinggi yang dihasilkan oleh oksidasi gugus karboksilat dan fenolik pada

permukaan luar partikel dan luas permukaan biochar adalah penyebab utama kapasitas

adsorpsi kation tinggi biochar (Cheng et al., 2006). Properti inilah yang berkontribusi

untuk menurunkan pelindian kation (Lehmann et al 2009)

Figure 2

M MFB MccB CS CSFB CSCcB0

1

2

3

4

5

6

7

NPKCaMg

Figure 2. Effect of biochar monoculture treatment and cropping system on various soil

nutrient status (N, P, K, Ca, Mg)

23

Pengaruh biochar pada perlakuan monoculture dan tumpangsari pada beberapa status hara

makro

Biochar sebagai bahan amandemen tanah, sudah lama tinggal di tanah, jadi penggunaan

biochar sebagai penambah tanah selain memperbaiki sifat fisiko-kimia tanah juga bisa

menjadi toko karbon yang baik. Pengayaan tanah karbon melalui penambahan biochar

memiliki efek positif pada sifat kimia tanah seperti status hara tanah, N, P, K, Ca, Mg,

CEC, kandungan C-organik, air dan retensi nutrien (Massulili et al, 2010). Dengan

meningkatnya status gizi dalam mengharapkan produksi ubi kayu dan jagung pada pola

tanam sistem tanam dapat meningkat seperti pada percobaan Yuniwati dkk (2015).

4.2. Aplikasi Biochar Meningkatkan Produksi Tanaman Ubikayu dan Jagung

Tidak ada pengaruh interaksi singnifikan dari sistem tanam dan aplikasi biochar

terhadap tinggi tanaman dan hasil panen (Tabel 1 dan 2). Tinggi tanaman dan biomassa

kering hanya dipengaruhi secara signifikan oleh perlakuan biochar

Dari hasil percobaan di tabel 1 menunjukkan bahwa pegamatan 15 hari setelah tanam,

tidak berpengaruh signifikan terhadap berat jagung, Namun, mulai 30 hari pengamatan,

aplikasi nitrogen berpengaruh signifikan meningkatkan pertumbuhan jagung. Aplikasi

biochar saja akan menurunkan tinggi tanaman pada umur pengamatan 30 dan 45 hari

setelah tanam. Tetapi penggunaan biochar dan nitrogen secara bersama sama akan

meningkatkan tinggi tanaman.

Tabel 2. Pengaruh penggunaan biochar pada tinggi tanaman

Perlakuan Tinggi tanaman beberapa hari setelah tanam (cm)

15 30 45 60 75

Control 31.5 a 54.6 ab 118.4ab 145.2 a 163.2 a

Nitrogen 29.7 a 65.6 b 129.4 b 188.6 b 205.4 b

24

biochar 30.4 a 48.6 a 110.7 a 140.6 a 165.2 a

biochar + N 31.4 a 67.6 b 146.7 c 206.7 c 220.6 c*) notasi yang sama pada kolom yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada (p=0.05)

Penggunaan nitrogen meningkatkan berat kering biomass (Tabel 3). Hal ini juga

berpengaruh terhadap pengaruh tinggi tanaman (Tabel 2). Pemahaman ini

menunjukkan bahwa penggunaan nitrogen dalam tanah tidak cukup berpengaruh

terhadap pertumbuhan jagung. Sama dengan pengaruh pada tinggi tanaman(Tabel 2),

aplikasi biochar menurunkan tinggi tanaman pada umur pengamatan 30 dan 45 hari

setelah tanam. Seperti yang di kemukakan oleh Khan dan Huq (2014), mengatakan

bahwa aplikasi biochar meningkatkan populasi bacteria tanah dan aktivitasnya.

Peningkatan populasi bakteri dan aktivitas akan meningkatkan kompetisi nitrogen

antara jagung dan bakteri. Di bawah nitrogen tanah yang terbatas seperti di dalam tanah

yang digunakan untuk percobaan, persaingan ini akan memiliki efek negatif pada

pertumbuhan jagung, terutama pada fase pertumbuhan awal

Table 3. Pengaruh biochar terhadap produksi berat kering tanaman

Perlakuan Produksi Biomass beberapa hari setelah tanam (cm)

15 30 45 60 75

Control 0.03 a 0.35 a 1.05 b 2.30 a 2.34 a

Nitrogen 0.05 a 0.54 b 1.46 c 3.46 b 3.96 b

PLbiochar + N 0.03 a 0.28 a 0.90 a 2.35 a 2.40 a

CCbiochar + N 0.04 a 0.58 b 1.58 d 3.70 c 4.85 c*) notasi yang sama pada kolom yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada (p=0.05)

Bila ada cukup nitrogen tanah, penambahan biochar lebih jauh meningkatkan efek

positif pemupukan nitrogen. Fenomena ini menunjukkan bahwa penambahan biochar

dalam perlakuan nitrogen membuktikan bahwa biochar meningkatkan efek pemupukan

25

nitrogen. Dengan kapasitas penularan kation yang tinggi, biochar akan membantu

retensi nitrogen (Dong et al., 2015), dan ini akan meningkatkan kemungkinan nitrogen

yang diterapkan dapat dimanfaatkan oleh jagung. Fenomena ini dapat dilihat pada

treatmen + nitrogen yang menghasilkan yang lebih tinggi. tinggi tanaman (tabel 2) dan

biomassa kering (Tabel 3) dibandingkan dengan perlakuan nitrogen saja. Selanjutnya,

hasil pada Tabel 2 dan 3 juga menunjukkan bahwa pengembangan tinggi tanaman dan

biomassa kering di tanah berbasis biochar + nitrogen terjadi lebih cepat daripada

perlakuan lainnya.

Hasil penerapan nitrogen, biochar dan biochar + N pada pertumbuhan jagung

lebih banyak diucapkan jika dilihat dari sudut pandang Tanaman Rentang Pertumbuhan

(CGR) (Tabel 4). Semua perlakuan jagung menunjukkan pola pertumbuhan similir,

namun dengan magninute berbeda. Kecepatan pengembangan tanaman meningkat

hingga 75 hari setelah tanam dan kemudian menurun karena jagung akan menjadi lebih

tua. Kenaikan biomassa kering tertinggi diperoleh jagung dengan perlakuan biochar +

nitrogen pada 45 sampai 60 hari setelah tanam (160,0 kg / ha / hari), dan yang terendah

diperoleh dengan kontrol jagung (90 g / ha / hari

Table 4. Pengaruh applikasi biochar pada Rerata pertumbuhan jagung

Treatments CGR (kg/ha/day

15 – 30 30 -45 45 -60 60-75

Control 21.3 b 40.0 b 90.0 a 2.7 a

Nitrogen 32.6 c 61.3 c 133.5 b 33.5 b

Biochar 16.6 a 9.3 a 96.7 a 3.3 a

Biochar + N 36.0 c 66.7 c 142.5 c 76.7 c

26

Pengaruh aplikasi biochar terhadap hasil gabah dan indeks panen disajikan pada Tabel

5. Sebagai hasil dari pertumbuhan yang lebih baik, jagung yang diaplikasikan dengan

nitrogen biochar + menghasilkan biomassa kering dan hasil gabah yang lebih tinggi.

Namun, berbeda dengan tinggi tanaman dan biomassa kering sampai 75 hari setelah

tanam, interaksi antara sistem crooping dan aplikasi biochar secara signifikan

mempengaruhi biomassa kering pada panen dan hasil gabah. Jika tidak ada aplikasi

biochar (perlakuan kontrol dan nitrogen), jagung hasil gabah menurunkan hasil gabah.

Penambahan biochar, terutama pada jagung yang diaplikasikan dengan nitrogen,

memperkecil penurunan ini.

Hasil yang disajikan pada Tabel 5 juga menunjukkan bahwa aplikasi biochar

meningkatkan pembentukan hasil gabah, seperti ditunjukkan oleh indeks panen yang

lebih tinggi. Indeks panen jagung perlakuan non biochar bervariasi dari 0,41 sampai

0,45, sedangkan indeks panen jagung biochar adalah 0,48. Peningkatan hasil gabah

dengan aplikasi nitrogen atau biochar adalah konsekuensi dari pertumbuhan jagung

yang lebih baik. Hasil jagung nitrogen + biocahar yang lebih tinggi, sekali lagi

menunjukkan efek signifikan dari kapasitas pertukaran kation tinggi seperti yang telah

disarankan oleh Liang dkk (2006.

Table 5. Pengaruh aplikasi biochar terhadap berat kering biomass dan hasil biji jagung.

Treatments Dry biomass (Stem,

leaves and cobs)

Grain yield

(ton/ha)

Harvst Index

Cropping system Biochar

27

(ton/ha)

Maize

monoculture

Control 3.34 a 2.76 b 0.45 ab

Nitrogen 5.26 c 4.18 c 0.44 ab

Biochar 3.40 a 2.87 b 0.46b

Biochar + N 5.25 c 4.97 c 0.48 b

Maize intercrops Nil 3.34 a 2.40 a 0.41 a

Nitrogen 4.96 b 3.60 b 0.42 a

Biochar 3.40 b 2.75 b 0.45 ab

Biochar + N 5.22 c 4.85 c 0.48 b

Hasil percobaan yang disajikan pada Tabel 6 menunjukkan bahwa setelah panen

jagung, aplikasi biochar memperbaiki status kesuburan tanah yang digunakan untuk

percobaan. Aplikasi biochar meningkatkan pH tanah, bahan organik tanah, nitrogen

tanah, dan kapasitas tukar kation.

Table 6. Pengaruh aplikasi biochar terhadap sifat tanah setelah panen jagung

Treatments Soil properties

Cropping system Biochar pH C-organik

(%)

Nitrogen

(%)

CEC

(m mol )

Maize

monoculture

Control 6.40 a 0.90 a 0.08 a 14.95 ab

Nitrogen 6.36 a 0.89 a 0.11 b 14.85 ab

PLbiochar + N 6.90 b 1.45 c 0.19 c 17.46 c

Ccbiochar + N 6.84 b 1.46 c 0.18 c 17.80 c

Maize

intercropping

Nil 6.45 b 0.95 a 0.09 ab 14.16 a

Nitrogen 6.46 b 1.15 b 0.09 ab 15.80 b

PLbiochar + N 6.83 b 1.56 c 0.18 c 18.45 c

Ccbiochar + N 6.85 b 1.49 c 0.19 c 18.27 c

28

Kenaikan C organik dalam tanah yang diolah dengan biochar adalah konsonan logika

kandungan karbon organik tinggi dalam biochar (Tabel 1). Fenomena yang sama terjadi

pada pH tanah dan kapasitas pertukaran kation. Peningkatan kapasitas tukar kation

dengan biochar allpication telah ditunjukkan oleh Liang dkk., (2006). Kapasitas

pertukaran kation tinggi ini menghasilkan efisiensi penggunaan nitrogen yang lebih

efisien, sehingga jagung di lahan yang diberi biochar tumbuh lebih baik (Tabel 2 dan 3)

dan menghasilkan yield yang sama (Tabel 5).

Kesimpulan

Penerapan biochar memperbaiki sifat tanah baik pada sistem monokultur singkong dan

tumpangsari. Aplikasi biochar memperbaiki sifat tanah: C-organik, kandungan tanah

yang berat, dan stabilitas agregat. Efek tertinggi untuk sifat fisik tanah pada sistem

tanam (CSCcB) C (%) 2,26, BV 1,19 Mg / m3, CEC 14,8 me / 100 g dan luas pori total

65,62%. Untuk sifat kimia tanah, aplikasi biochar secara signifikan mempengaruhi pH

6,30, status gizi N (0,15%), P (6,76 ppm), K (0,34 i / 100g), Ca (2,44 cmol / 100) dan

Mg (1,45 Cmol / 100). Biochar berperan penting dalam tanah sebagai zat penguat untuk

memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah.

Penerapan nitrat dan biochar meningkatkan pertumbuhan jagung dan menghasilkan

keduanya dalam sistem monokultur jagung dan tumpangsari. Jagung yang ditanam di

tanah yang diberi biochar lebih tinggi daripada yang ditanam di tanah non biochar.

Jagung ini memiliki bahan kering dan hasil gabah yang lebih tinggi. Hasil jagung yang

ditanam pada sistem tumpangsari di lahan non biochar lebih rendah daripada yang

ditanam pada sistem monokultur. Penerapan biocharcould meminimalkan penurunan

hasil ini. Jagung monokultur yang ditanam pada tanah ternak hasil biochar yang diolah

29

menghasilkan hasil gabah tertinggi (5,02 ton / ha), kemudian diikuti oleh monokultur

jagung yang ditanam di tanah jagung dengan perlakuan jagung (4,87 t / ha). Setelah

panen jagung, tanah yang diaplikasikan dengan biochar memiliki pH tanah yang lebih

tinggi, bahan organik tanah, kapasitas pertukaran kation tanah, dan kandungan nitrogen

tanah. Aplikasi biochar meningkatkan efisiensi pemupukan nitrogen, baik pada

penanaman jagung monokultur maupun jagung

DAFTAR PUSTAKA

Amanullah, M.M., Vaiyapuri, K., Sathyamoorthi, K., Pazhanivelan, S. and Alagesan A. 2007. Nutrient uptake, tuber yield of cassava (Manihot esculesnta Cranzt) and soil fertility as influenced by organic manure. Journal of Agronomy 6: 183-187

American Society of Agronomy, 1989. "Decision reached on sustainable ag." Agronomy News. January, pg 15, Madison, Wisconsin.

Asai, H., Samson, B.K., Stephan, H.M., Songyikhangsuthor, K., Homma, K., Kiyono, Y., Inoue, Y., Shiraiwa, T. & Horie, T. 2009. Biochar amendment techniques for upland rice production in Northern Laos 1. Soil physical properties, leaf SPAD and grain yield. Field Crops Research,111: 81–84

Auerswald, K., Kainz, M. & Fiener, P. 2003.Soil erosion potential of organic versus conventional farming evaluated by USEL modeling of cropping statistics for agricultural districts in Bavaria. Soil Use and Management, 19: 305–311

Chan, K.Y, van Zwieten, L., Meszaros, I., Downie, A., & Joseph S. 2007a. Agronomic values of green waste biochar as a soil amendment. Australian Journal of Soil Research 45: 629–634

Chan, K.Y, van Zwieten, L., Meszaros, I., Downie, A.&Joseph S. 2007b. Assessing the agronomic values of contrasting materials on hardsettling soil. Proc. Conf. Agricahr Initiative. 30 April – 2 May 2007. Terrigal, NSW, Australia.

Chan, K.Y., Van Zwieten, B.L., Meszaros, I., Downie, D.&Joseph, S. 2008. Using poultry litter biochars as soil amendments. Australian Journal of Soil Research, 46: 437–444

30

Islami, T., Guritno, B., Nurbasuki & Sutryanto, A. 2011a. Biochar for Cassava Based Cropping System in the degraded lands of East Java, Indonesia. Journal of Tropical Agriculture 49: 40-46

Ding, Y., Liu, Y.X., Wu, W. X., Shi, D. Z. & Khong, Z.K. 2010. Evaluation of biochar effects on nitrogen retentionand leaching in multi-layered soil columns. Water Air Soil Pollu t DOI 10.1007/s11270-010-0366-4

Doan, T.T., des-Tureaux, T.H., Rumpel, C., Janeau, J.L. & Jouquet, P. 2015., Impact of compost, vermicompost and biochar on soil fertility, maize yield and soil erosion in Northern Vietnam: A three year mesocosm experiment. Science of the Total Environtment 514: 147-154.

Islami,T., Guritno, B., Nurbasuki & Suryanto, A. 2011a. Biochar for Cassava Based Cropping System in the degraded Lands of East Java, Indonesia. Journal of Tropical Agriculture 49: 40-46

Howeler, R.H., Tonggglum, S.J., Jantawat, S. & Utomo, W.H. 1998. The use of forages for soil fertility maintenance and erosion control in cassava in Asia. Proc. 3rd Meeting of the Forages for the Smallholder Project. Samarinda, Indonesia. P. 196-211

Islami, T. Guritno, B. Nur Basuki , N. & Suryanto,, A. 2011b. Maize yield and associated soil quality changes in Cassava + Maize intercropping System after 3 years of biochar application. J. Agric. Food. Tech.1: 112-115

Iswaran. V., Jalihri, K. S. & A. Sen, A. 1980. Effect of charcoal, coal and peat on the yield of moong, soybean and pea Soil Biol. Biochem. 12: 191-192

Lehman,., da Silva Jr.,J. P.,Steiner,C., Nehls, T., Zech,W.& Glaser, B. 2003. Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments. Plant Soil249: 343-357

Liang, B., Lehmann, J., Kinyangi, D., Grossman, J., O’Neill, B., Skjemstad, J.O., Thies, J., Luizao, F.J., Peterson, J. & Neves, E.G. 2006. Black carbon increases cation exchange capacity in soils.Soil Sci. Soc. Am. J., 70: 1719–1730

Masulili, A., Utomo, W.H. & Syekhfani, Ms. 2010. Rice Husk Biochar for Rice Based Cropping System in Acid Soil 1. The Characteristics of Rice Husk Biochar and Its Influence on the Properties of Acid Sulfate Soils and Rice Growth in West Kalimantan, Indonesia.J. Agric. Sci. (Canada), 3: 25-33

Oguntunde, P.G., Fosu, M., Ajayi, A.E. & de Giesen, N.V. 2004. Effects of charcoal production on maize yield, chemical properties and texture of soil. Biol Fertil Soils 39:295–299

31

Rondon, M. A., Lehmann, J., Ramirez, J., & Hurtado, M. (2007). Biological nitrogen fixation by common beans(Phaseolus vulgaris L.) increases with bio-char additions. Biology and Fertility of Soils, 43, 699 -708.

Shih, H.J.& Chien, C.W. 2013. Effects of biochar on soil properties and erosion potential in a highly weathered soil. Catena 110: 225-233

Sukartono,Utomo,W.H., Kusuma, Z.&Nugroho, W.H. 2011a. Soil fertility status, nutrient uptake, and maize (Zea mays L.) yield following biochar application on sandy soils of Lombok, Indonesia. Journal of Tropical Agriculture 49: 47-52

Sukartono,Utomo,W.H., Kusuma, Z.&Nugroho, W.H. 2011b. Simple biochar production generated from cattle dung and coconut shell. J. Basic. Appl. Sci. Res. 1:1680-1685

Tejada, M. &Gonzalez, J.L. 2007. Influence of organic amendments on soil structure and soil loss under simulated rain. Soil and Tillage Research, 93:197–205

Tagoe, S.O., Takatsugu Horiuchi, T. & Matsui, T. 2008. Effects of carbonized and dried chicken manures on the growth, yield, and N content of soybean. Plant Soil, 306: 211–220

United States Congress, 1990. Food, Agriculture, Conservation, and Trade Act of 1990, Public Law 101-624. Title XVI, Subtitle A, Section 1603. Washington, DC: US Government.Warnock, D.D., Lehmann, J., Kuyper, T.W. &. Rillig, M.C. 2007. Mycorrhizal responses to biochar in soil – concepts and mechanisms. Plant and Soil 300:9–20

Utomo, W.H. 1989. Konservasi Tanah di Indonesia: Rekaman dan Analisis. Jakarta: Rajawali Pers

Utomo, W.H., Sitompul, S.M. & van Noorddwijk, M. 1992. Effect of leguminous cover crops on an Ultisols, Lampung. Agrivita 15: 29-44

Widowati, Utomo, W.H., Soehono, L.A. & Guritno, B. (2011a). Effect of biochar on the release and loss of nitrogen from urea fertilization. Journal of Agric. and Food. Tech. 1: 127-132

Widowati, W. H. Utomo, W.H., Soehono, L.A. & Guritno, b. 2011b. Effect of biochar on the Release and Loss of Nitrogen from Urea. J. Agric. Food. Tech., 1: 127-132

Yamato, M., Okimori,Y., Wibowo, I.F., Anshori, S. & Ogawa, M. 2006. Effects of the application of charred bark of Acacia mangium on the yield of maize, cowpea and peanut, and soil chemical properties in South Sumatra, Indonesia. Journal Soil Science and Plant Nutrition, 52: 489–495

32

Yuniwati, E.D. 2011. Penentuan Indeks Mutu tanah pada ubikayu sebagai kunci teknologi Pemeliharaan Lahan (Land Husbandry). Jurnal Hayati Terakreditasi SK No 43/DIKTI/Kep/2008. Edisi khusus no 7F tahun 2011.

Yuniwati, E.D. 2011. Land Husbandry: Manajemen lahan berkelanjutan. Berkala ilmiah Agroteknologi “Plumula” ISSN: 2089-8010. Volume 2 No.1 Januari 2013.

Yuniwati, ED, W.H. Utomo, 2012. Combating Land Degradation in Cassava Field by Crop yield Improvement, Journal of Basic and applied Scientific Research (JABSR) Vol 2, Number 5, May 2012, Part IV, page 4975-4982.

Yuniwati, ED, W.H. Utomo, and R.H. Howeler. 2015 Farmers Based Technology Development for Sustainable Cassava Production System. International Journal Agriculture Research (IJAR) eISSN: 2152-2553pISSN: 1816-489 Publisher: Academic Journals Inc., USA http://scialert.net/archivedetails.php?issn=1816-4897&issueno=84 . Vol. 10 No.02 Juni 2015. page: 54-64.

33