manajemen kesuburan tanah bahan organik tanah prod dr ir soemarno ms 2 oktober 2013

MANAJEMEN KESUBURAN TANAH

BAHAN ORGANIK TANAH

Prod Dr Ir Soemarno MS

2 OKTOBER 2013

Selengkapnya di marno.lecture.ub.ac.id

No.1 - 254

CADANGAN HARA DALAM TANAH

Larutan Tanah

Bahan Organik

Organisme Tanah

Mineral Tanah

Kation Tukar

Jerapan Permukaan

KAPASITAS TUKAR KATION (KTK)

Bahan Organik Pertikel Liat

PERANAN TANAMAN DAN TERNAK DALAM SIKLUS HARA NITROGEN

Pupuk Nitrogen

Dijual Ke luar Lahan

Dimakan ternak

Nitrogen Bahan Organik

Organisme Tanah

Pencucian Nitrat

Denitrifikasi

NO3- Nitrat

Ammonium NH4+

PERANAN TANAMAN DAN TERNAK DALAM SIKLUS BAHAN ORGANIK

Bahan Organik Tanah

Mineral & Endapan

Unsur Hara Tersedia

Residu Tanaman

Serapan Hara

Dimakan ternak

Rabuk kandang ke tanah Panen

Diangkut ke luar lahan

DINAMIKA BAHAN ORGANIK TANAH dalam jangka Panjang

Sejarah Pengelolaan

Prediksi masa depqan

Bah

an O

rgan

ik T

anah

(m

t/h

a)

Hanya pupuk kimia

Pengolahan konvensionqal tanpa pupuk

Pupuk kimia dan kompos

Tahun

SIKLUS BAHAN ORGANIK TANAH DAN UNSUR HARA

Akumulasi unsur hara

Tanaman dan ternak tumbuh dan mati Residu organik masuk ke

tanah

Residu berubah menjadi BOT, mel;epaskan CO2 dan hara mineral ,

termasuk nitrogen. BOT juga mengalami dekomposisi

Unsur hara tersedia diserap akar tanaman dan flora tanah

… dan mengalami dekomposisi oleh fauna dan

mikroba tanah

KOMPOSISI BAHAN ORGANIK TANAH

Biomasa mikroba tanah Fraksi organik aktif

Tanah Bahan Organik Tanah

DISTRIBUSI BOT MENURUT KEDALAMAN

C-organik tanah (g/kg)

KETERKAITAN VEGETASI & BOT

CO2 respirasi tanaman

CO2 Fotosintesis

CO2 respirasi tanah

C-organik tanahBebas

C-organik tanahIntra-Agregat

Diangkut ke groundwater

Bahan organik

dan sedimen

C-organik dan C-anorganik yang larut

Seresah Bahan organik

Akar Tanaman

Mikroba Tanah

C-organik-tanah yang terlindung secara kimiawi

BOT ikut menentukan Kualitas Tanah

Organisme Tanah

Infiltrasi Struktur Tanah

Ketahanan kekeringan dan

penyakit

Kualitas Tanah

Pengelolaan Tanah

Kualitas UdaraKualitas Air

Produktivitas

Sedikit Sedimen

Sedikit Debu

Sedikit Polutan

Minimum olah tanah

Tanaman penutup

tanah

Rotasi yg kaya

biomasa

BOT WHC

SIKLUS NITROGEN

Pertanaman

Pupuk

TanamanTernak

Bahan Organik Tanah

Partikel Tanah

Hujan asam

Pencucian

Denitrifikasi

Pertukaran Kation

konsumsi

Rabuk kandang

PERANAN VEGETASI DALAM SIKLUS NITROGEN

Imobilisasi Serapan akar

Pupuk, rabuk, residu tanaman

Fiksasi biologis Nitrogen

Biomasa Mikroba

Bahan organik tanah

Pencucian NO3-Nitrifikasi

Mineralisasi

KETERKAITAN BAHAN ORGANIK TANAH DG KOMPONEN LAINNYA

Peranan BOT dalam mitigasi pencemaran tanah oleh logam berat

Banyak Cd Sedikit Cd

Pengelolaan JelekLebih Banyak Cd dalam tanaman

Pengelolaan BagusLebih Sedikit Cd dalam tanaman

Pupuk kaya Cd

Pupuk miskin Cd

Khlorida dalam air

irigasi

Kultivar yang sesuai

Pupuk Zn

Air irigasi yang bagus

kualitasnya

Kapur

Kaya BOT

MiskinBOT

Tanah berpasir masam

Tanah liat

netral

Defisiensi Zn

Bahan organik tanah sebagai sumber makanan dan energi bagi mikroorganisme

PENGARUH BOT terhadap CIRI-CIRI TANAH

FISIKA - stabilizes soil structure, improves water holding characteristics, lowers bulk density, dark color may alter thermal

properties

KIMIA - higher CEC, acts as a pH buffer, ties up metals, interacts with xenobiotics

BIOLOGI - supplies energy and body-building constituents for soil organisms, increases microbial populations and their activities, source and sink for

nutrients, ecosystem resilience, affects soil enzymes Each year, about 1 to 4% of nutrients in the soil organic matter are released

through microbial transformations to become available to plants. Release is highest under warm, moist conditions and slowest in cool dry climates.

Microorganisms are the driving force for nutrient release to plants.

KETERKAITAN DEKOMPOSISI BOT

Ahan organik tanahAsam HumatAsam Fulvat

Humin

Eluviasi; PodsolisasiIluviasi

Pedoturbasi:Pohon

Cacing-tanahHewan berliang

Dekomposisi BO:Fungi; Bakteri; Aktinomisetes, Fauna tanah

Humifikasi

Akar/ Mikorhiza

Mineralisasi

TEMPERATUR vs AKUMULASI BOT

Struktur Model MAGIC untuk men-simulasi Dinamika Nitrogen Organik dan An-organik dalam Tanah

Atmosfir Deposisi

Lengas Tanah

Air sungai

Bahan organik

Peranan BOT dalam penyediaan fosfat tanah

Pencucian

Fosfat tidak larut

Pupuk Fosfat

Hewan Ternak

Panen hasil tanaman dan ternak

Tanaman

Pelapukan batuan fosfat

Runoff dari permukaan tanah

BOT dan Kemasaman tanah

H+ tanah

Anion organik tanah

Bahan organik netralAnion organik tanaman

Pengaruh pembakaran terhadap kadar BOT

Produksi Bahan Organik dalam Sistem Tanaman

Model dinamika bahan organik dalam tanah

Imobilisasi

Struktur Tanah

Hara

Mineralisasi

Protein &Polisakarida

Humus

Tanaman

Diagram Model The Forest CENTURY. Komponen BOT (SOM) mempunyai beberapa “pools”

Ketersediaan N

Produksi tanaman

Model Hutan

Model BOT

Keterkaitan C-organik dalam sistem tanaman

Curah Hujan

Tinggi tajuk

Seresah

N daun

Menjaga Respirasi

Neraca Karbon di

dasar tajuk

Tahunan

Harian

Akar halus

Akar Besar

Batang &

CabangFotosintesis

neto tajuk

Evaporasi Tajuk

Lengas Tanah

Transpirasi Tajuk

Fungsi & Peranan Bahan Organik Tanah (Soil Organic Matter)

Fungsi BOT

Pengelolaan Lahan vs Kandungan Bahan Organik Tanah

Lahan dikelola secara Holistik Lahan dikelola secara Konvensional

Lebih sedikit akar = lebih sedikit karbon yg disimpan, lebih banyak

karbon di atmosfir

Lebih banyak akar = lebih banyak karbon yg disimpan,

lebih sedikit karbon di atmosfir

Pengaruh C/N rasio Bahan organik terhadap laju Peng-komposan

Keterkaitan antara penambahan bahan organik, dekomposisi bahan organik dan akumulasi bahan organik tanah

TIMBUNAN KOMPOS

KOMPOS

Bahan baku kompos

Mikroba Tanah

PROFIL TANAH

Horison B : Zone akumulasi

Horison A : Zone pengolahan, kaya BO

Dekomposisi Bahan Organik dan Pembentukan

Methan (CH4) .

Pembentukan Methana

Biomasa Mikroba

Fermentasi Asam

Bahan Organik

Limbah OrganikResidu Tanaman

Oksidasi Methan

Oksidasi Sulfida

Sulfat

Zone II: Reduksi sulfatZone III: Pembentukan methan

Zone II & III Anaerobik

Zone I Aerobik

Asam aminoKarbohidratAsam lemak

Asam organik

APA YG TERJADI SELAMA PENG-KOMPOS-AN ?

Composting is the science of converting organic matter to useful products by the action of various organisms. Decomposition as a process occurs in nature

at various levels.

To attain the goal of having quality end products, various modifications have been applied to this natural process with a careful monitoring of the process.

The composting process mainly involves a battery of actions carried out by the interplay of various organisms that form a web of life.

Pengkomposan didefinisikan sebagai dekomposisi biologis oksidatif dari komponen organik dalam limbah pada kondisi

lingkungan yang terkendali. Dalam proses ini substansi organik direduksi dari volume besar bahan mentah menjadi volume kecil-

kecil yang terus mengalami dekomposisi secara lambat. Proses-proses ini mengakibatkan rasio karbon dengan unsur hara

lainnya menjadi lebih seimbang, sehingga unsur hara menjadi tersedia bagi tanaman.

SKEMATIK PROSES YANG TERJADI DALAM TIMBUNAN KOMPOS

Kompos akhir

Tumpukan kompos

Mikroba

Jalur dekomposisi bahan organik melalui respirasi aerobik .

Energi

Limbah organik residu tanaman

Bahanorganik

BiomasaMikroba

RespirasiHumifikasiPolimerisasi

Mudah dekomposisi

Lambat dekomposisi

Jalur dekomposisi bahan organik melalui respirasi Fakultatif .

Limbah organik residu tanaman

Asam aminoKarbohidratAsam lemak

Asam organik

Reduksi nitrat & nitrit

Reduksi Mn++

Reduksi Fe+++

Bahan Organik

Mikroba

Nitrifikasi

Lambat terdekomposisi

Mudah terdekomposisi

Skema Food-Web dalam Ekosistem Peng-komposan .

Organisme level trofik atas Substansi Humik

Uap air

Substansi

Mineral

Karbohidrat, Lemak, Protein Lignin

Selulose,

PektinHemi-

selulose

Bakteri Jamur akar

Aktino-misetes

Fungi busuk-coklat

Fase Air

Produk Metabolik

CO2

Material Kompos

Dekomposisi Bahan Organik dan Pembentukan Substansi Humik .

Residu tumbuhan & hewan

Humus

Asam amino, Protein, dll

Lignin termodifikasi & aromatik

Lignin, Tanin, dll

Dekomposisi mikrobiologis

Struktur Aromatik

H2O, CO2, NH3, dll

Dekomposisi & Modifikasi

DINAMIKA NITROGEN DALAM TANAH

Mineralisasi – FiksasiTranspor dan Transformasi N

Fiksasi (asimilasi)

Mineralisasi

Senyawa organik:

Skematik Siklus Nitrogen

Cadangan N-organik

Cadangan N-anorganik

NH4+ dan NO3-

pencucian

Pupuk NSisa tanaman & limbah hewan

Atmosfir

Fiksasi N

Simbiotik

Imobilisasi

Mineralisasi

Penyerapan hara dan air , serta pertukaran udara (gas) terjadi melalui perakaran, terutama bulu-bulu akar halus.

The size and arrangement of soil particles must allow for easy movement of nutrients, water, and air to and from roots. Loose, friable soils, depicted at

left, permit free exchange and promote root growth. Compacted soils restrict exchange and prevent root growth and penetration. As a result,

crops grown in compacted soils are weaker, less stress tolerant, and require greater inputs.

Tanah gembur Tanah padat

PRAKTEK BUDIDAYA TANAMAN vs BOT

Kandungan BOT di berbagai penjuru dunia telah mengalami penurunan 30% - 50% sebagai akibat dari intensifikasi

pertanian , terutama sistrem pertanian dnegan rotasi jangka pendek dan pengolahan tanah intensif.

Ada praktek budidaya tanah dan tanaman yang dapat meningkatkan kandungan BOT, memacu aktivitas biologis tanah, memperbaiki struktur tanah, dan mengurangi erosi.

Praktek budidaya ini adalah “Reducing tillage”. Hal ini dapat memperlambat dekomposisi bahan organik, dan

meminimumkan erosi tanah lapisan atas yg kaya BOT.

PRAKTEK BUDIDAYA TANAMAN vs BOT

Menghindari pengolahan tanah pada saat kondisi tanah masih basah, khususnya untuk pertanian lahan kering.

Mengolah tanah pada saat kondisi tanah basah akan mengakibatkan pemadatan tanah.

Working wet soil leads to a cascade of events, resulting in severely degraded soil structure and weak, input-demanding,

low-yielding crops.

Diversifying and lengthening rotations. Include legumes and deep-rooted and high-residue crops to

add nitrogen, recycle nutrients from the subsoil, disrupt plow pans, and stimulate soil biological diversity.

PRAKTEK BUDIDAYA TANAMAN vs BOT

Mengadopsi filosofi "no bare soil" .

Menanam tanaman penutup tanah (cover crops) dapat meningkatkan BOT, men-daur ulang hara, mengurangi runoff

dan erosi, menekan gangguan gulma , dan menambah nitrogen dari legume.

Practices such as intercropping, double-cropping, and using living or plant-residue mulches increase the time the soil is covered and provide many of the same bene-fits as cover

crops.

PRAKTEK BUDIDAYA TANAMAN vs BOT

Menggunakan bahan organik, seperti pupuk kandang, kompos, limbah padat, limbah makanan, sereah dedaunan, serpihan kayu,

dan residu organik lain yang kaya karbon , untuk memacu aktivitas biologis tanah dan menambah BO dan hara ke tanah.

Be careful to avoid crop nitrogen deficiency when applying material with a high carbon:nitrogen ratio (above 30:1).

Waktu aplikasi BO memungkinkan untuk berlangsungnya dekomposisi sebelum ada tanaman dan dukungan

pupuk N guna memaksimumkan manfaat bahan organik pembenah tanah.

INTERAKSI antara fauna

tanah dan struktur tanah,

dan bgm hal ini mempe-

ngaruhi siklus air dan hara ke arah

efisiensi pemupukan

Pengelolaan:Rotasi tanamanPengolahan tanahResidu/seresahPengelolaan Pupuk

Agroekosistem Lestari

Efisiensi AirEfisiensi N

Penangkapan Karbon

Proses

Jasa

Faktor

Fauna tanah Struktur tanah

Skematik Profil Tanah

Seresah daun

Humus

Batuan Induk

Keterkaitan antara BOT dan Nitrogen dalam tanah

Nitrit

Nitrat Ammonium

Kehilangan gas

Residu organik

Mineral liat

Hujan

Struktur Tanah

Mekanisme pembentukan substansi humik dalam tanah

Lignin Modifikasi

Residu Tanaman

Transformasi oleh mikroba

Senyawa Amino

Senyawa Humik

Hasil Dekomposisi

Lignin

Gula Polifenol

Quinone Quinone

SISTEM TANAMAN dalam memproduksi bahan organik melalui fotosintesis

Fotosintesis

Air dan Hara

Fotosintat organik

Hubungan antara C, N dan BOT

Cadangan Humus Tanah

Cadangan Rabuk Tanah

Cadangan Seresah Tanah

Oksidasi BOT yang menghasiulkan produk antara (IP).

IP mengurai menjadi CO2 , air dan energy (E) yang digunakan oleh organisme dekomposer BOT .

Komponen anorganik dilepaskan dan humus dibentuk .