Prediksi Potensi Emisi Karbon Pada Lapisan Gambut Akrotelmik Dan Katotelmik
PREDIKSI POTENSI EMISI KARBON PADA LAPISAN
GAMBUT AKROTELMIK DAN KATOTELMIK
SITI NURZAKIAH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Prediksi Potensi Emisi
Karbon pada Lapisan Gambut Akrotelmik dan Katotelmik adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2014
Siti Nurzakiah
NIM A151120041
____________________________
* Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak
luar IPB harus didasarkan pada perjanjian kerja sama yang terkait.
RINGKASAN
SITI NURZAKIAH. Prediksi Potensi Emisi Karbon pada Lapisan Gambut
Akrotelmik dan Katotelmik. Dibimbing oleh SUPIANDI SABIHAM, BUDI
NUGROHO dan DEDI NURSYAMSI.
Kemampuan gambut akrotelmik dan katotelmik dalam menyimpan karbon
sangat dipengaruhi oleh muka air tanah. Kedalaman muka air tanah penting
dalam menentukan intensitas proses dekomposisi gambut. Penurunan muka air
tanah dapat dijadikan indikasi besarnya potensi emisi. Dari beberapa review hasil
penelitian telah disimpulkan bahwa tiap 1 cm penurunan muka air
tanah/penambahan kedalaman drainase akan mengemisikan CO2 sebesar 0.91 t
ha-1 tahun-1. Data tersebut menghasilkan taksiran berlebih dan memungkinkan
terdapatnya ketidakpastian pengukuran. Oleh karena itu perlu dikaji metode
prediksi emisi karbon yang disesuaikan dengan kondisi lingkungan gambut agar
diperoleh data emisi karbon yang mendekati kondisi di lapang. Tujuan penelitian
ini adalah memprediksi potensi emisi karbon berdasarkan simpanan karbon pada
gambut akrotelmik dan katotelmik dengan acuan tinggi muka air tanah di lahan
gambut.
Penelitian dilakukan dengan metode survey. Penentuan areal lokasi
penelitian menggunakan metode purposive sampling, yaitu penentuan lokasi
secara sengaja yang dianggap representatif. Penelitian dilaksanakan di desa
Jabiren Kecamatan Jabiren Raya, Kabupaten Pulang Pisau, Kalimantan Tengah
pada koordinat 02o30’30‖ Lintang Selatan dan 114o09’30‖ Bujur Timur. Lahan di
lokasi penelitian merupakan endapan gambut yang mempunyai ketebalan antara 5
– 7 meter dengan substratum klei, tingkat kematangan hemik dan saprik. Waktu
penelitian dari bulan Januari sampai Desember 2013. Penggunaan lahan berupa
intercropping tanaman karet dan nenas. Pengambilan contoh tanah dan gas rumah
kaca (CO2 dan CH4) dilakukan berdasarkan transek tegak lurus dari saluran
drainase.
Pengamatan meliputi pengukuran mikrotofografi, fluks karbon (CO2 dan
CH4), tinggi muka air tanah, pH tanah, kadar serat dan penetapan simpanan
karbon. Parameter yang diperlukan untuk menetapkan simpanan karbon adalah
bobot isi (bulk density), persentase karbon dan ketebalan lapisan gambut.
Pengolahan data dilakukan dengan program MS Excel, untuk melihat variasi data
dianalisis dengan galat baku dan digambarkan dengan program sigma plot. Hasil
pengukuran aktual fluks CO2 dan CH4 dihubungkan dengan fluktuasi muka air
tanah untuk memperoleh nilai prediksi potensi emisi karbon.
Hasil penelitian menunjukan bahwa tinggi muka air tanah dipengaruhi
oleh permukaan lahan. Dari pengamatan yang telah dilakukan diketahui bahwa
zona gambut akrotelmik berada pada kedalaman 0 sampai 109 cm sedangkan zona
gambut katotelmik pada kedalaman >109 cm. Zona gambut akrotelmik dan
katotelmik mempengaruhi besaran nilai parameter pengamatan. Bobot isi dan
persentase karbon/kadar abu merupakan parameter yang sangat mempengaruhi
simpanan karbon pada gambut. Simpanan karbon pada gambut akrotemik sebesar
658.68 ± 22.99 t C ha-1. Besaran simpanan karbon akan mempengaruhi potensi
emisi karbon. Pada zona akrotelmik utamanya akan mengemisikan karbon
dioksida (CO2) yang dihasilkan melalui proses dekomposisi secara aerob
sedangkan zona katotelmik akan mengemisikan metan (CH4) melalui proses
dekomposisi secara anaerob. Selama periode pengamatan, gas CH4 berada pada
konsentrasi yang sangat rendah sehingga tidak terdeteksi oleh alat mikro GC type
CP 4900. Batas deteksi alat tersebut adalah 1 ppm, sehingga emisi yang terukur
hanya berasal dari gas CO2. Oleh karena itu, prediksi potensi emisi karbon hanya
dilakukan pada gambut akrotelmik. Nilai prediksi potensi emisi karbon (CO2)
diperoleh dengan meregresikan data fluks CO2 dengan tinggi muka air tanah,
sehingga untuk fluks CO2 antara 11.87 sampai 36.75 t ha-1 tahun-1 dan tinggi muka
air tanah antara 49.6 sampai 109 cm dibawah permukaan tanah, terjadi emisi CO2
sebesar 0.37 t ha-1 tahun-1 tiap penurunan muka air tanah sedalam 1 cm. Nilai
tersebut berdasarkan beberapa asumsi yaitu emisi CO2 hanya terjadi dari lapisan 0
sampai 109 cm tidak dari lapisan yang lebih dalam, semua emisi CO2 yang
terukur berasal dari respirasi heterotropik dan emisi CH4 diabaikan karena sangat
rendah.
Kata kunci: emisi karbon, gambut akrotelmik dan katotelmik, simpanan karbon,
tinggi muka air tanah
SUMMARY
SITI NURZAKIAH. Estimation of The Potential Carbon Emission from
Acrotelmic and Catotelmic Peats. Supervised by SUPIANDI SABIHAM, BUDI
NUGROHO, and DEDI NURSYAMSI.
Carbon stocks in acrotelmic and catotelmic peats are strongly influenced
by groundwater level. The depth of the groundwater level is important in
determining the intensity of the decomposition process of peat decomposition.
The decrease groundwater level can be used as an indication of potential carbon
emissions. Review the results of several studies have concluded that each 1cm
decrease in groundwater level will emit CO2 of 0.91 Mg ha-1 yr-1. The data
resulted in overestimated and allow the presence of uncertainty in measurement.
Therefore, necessary to study the other carbon emission prediction methods or to
improve the existing emission prediction methods adapted to the environmental
condition in order to obtain carbon emission data which are closer to the
conditions in the field. The purpose of this study was to predict the potential
carbon emissions based on carbon stocks in acrotelmic and catotelmic peats with
the reference of groundwater level of peatland.
The study was conducted by a survey method. The location of the study
area was determined by using the purposive sampling method. The study was
conducted in Jabiren Village, Jabiren Raya District, Central Kalimantan in the
coordinates of 02o30’30‖ S and 114o09’30‖ E. The thickness of peat was
between 5 to 7 meters with clay substratum, degree of maturity hemic and sapric
peats. Research time started from January until December 2013. Land use is in
the form of intercropping between rubber and pineapple. Soil and greenhouse
gases (CO2 dan CH4) sampling were conducted based on the perpendicular
transect of the drainage channel.
The observations were microtofografi measurements, the flux of carbon
(CO2 and CH4), groundwater level, soil pH, fiber content and determination of
carbon stocks. Parameters observed to determine the carbon stock were bulk
density, carbon content and peat thickness (directly observed in the field by using
a drill peat). The data processing was carried out using MS Excel program by
Systat Software Inc. The results of the actual measurements of CO2 and CH4
fluxes were linked with the fluctuations of groundwater level to obtain the
potential predictive value of carbon emissions.
The results showed that groundwater levels is influenced by the soil
surface. From the observation results it is known that acrotelmic peat is the depth
of 0 to 109 cm, while catotelmic peat is the depth of > 109 cm. The acrotelmic
and catotelmic peat affected by the values of observation parameters. Bulk density
and percentage of carbon/ash content are the parameters that influence the amount
of carbon stocks in peat. Carbon stocks in acrotemic peat is 658.68 ± 22.99 Mg C
ha-1. The amounts of carbon stocks influence the potential carbon emissions. The
acrotelmic zone will primarily emit carbon dioxide (CO2) generated through
aerobic decomposition process while catotelmic zone will emit methane (CH4)
through the an aerobic decomposition process. During the observation period,
CH4 was not detected by the micro GC type CP 4900, because of instrument
detection limit is 1 ppm, so that emissions measured were obtained only from
CO2. Therefore, the prediction of the carbon emission potential is only performed
on acrotelmic peat. The predicted value of potential carbon emissions (CO2)
obtained by regression between CO2 flux and groundwater level. Thus, for the
CO2 flux between 11.87 to 36.75 Mg ha-1 yr-1 and groundwater level between
49.6 to 109 cm below soil surface, CO2 emissions occur at 0.37 Mg ha-1 yr-1 of
each 1 cm decrease in groundwater level. These value with some assumptions that
is emissions only occur from the layer of 0 to 109 cm, not from the deeper layer,
that all CO2 emissions measured come from heterotrophic respiration, and CH4
emissions are ignored due to its emission was very low.
Keywords: acrotelmic and catotelmic peat, carbon emission, carbon stock,
groundwater level.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PREDIKSI POTENSI EMISI KARBON PADA
LAPISAN GAMBUT AKROTELMIK DAN KATOTELMIK
SITI NURZAKIAH
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Pada
Program Studi Ilmu Tanah
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Ir Muhammad Ardiansyah
Judul Tesis
Nama
NIM
: Prediksi Potensi Emisi Karbon pada Lapisan Gambut Akrotelmik
dan Katotelmik
: Siti Nurzakiah
: A151120041
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof Dr Ir Supiandi Sabiham, MAgr
Ketua
Dr Ir Budi Nugroho, MSi
Anggota
Dr Ir Dedi Nursyamsi, MAgr
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Tanah
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Atang Sutandi, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 20 Juni 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga penelitian dan penyusunan tesis dapat diselesaikan.
Tema yang dipilih dalam penelitian ini mengenai Prediksi Emisi Karbon dengan
judul Prediksi Potensi Emisi Karbon pada Lapisan Gambut Akrotelmik dan
Katotelmik yang dilaksanakan dari bulan Januari sampai dengan Desember 2013.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Prof Dr Ir Supiandi
Sabiham, MAgr, Bapak Dr Ir Budi Nugroho, MSi dan Bapak Dr Ir Dedi
Nursyamsi, MAgr selaku pembimbing yang telah banyak membantu,
mengarahkan dan membimbing dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan
tesis ini serta Bapak Prof Dr Ir Fahmuddin Agus, MSc atas diskusinya selama ini.
Terima kasih kepada Bapak Dr Ir Atang Sutandi, MSi sebagai ketua Program
Studi Ilmu Tanah dan Dr Ir Muhammad Ardiansyah sebagai penguji luar komisi
pada ujian tesis. Terima kasih kepada seluruh Staf Dosen Departemen Ilmu
Tanah dan Sumberdaya Lahan Fakultas Pertanian IPB yang telah memberikan
tambahan ilmu kepada penulis.
Penghargaan dan terima kasih penulis sampaikan kepada Kepala Balai
Penelitian Pertanian Lahan Rawa (Dr Ir Dedi Nursyamsi, MAgr) atas izin belajar,
dukungan dan segala bantuan yang telah diberikan untuk kelancaran penelitian
dan selama menempuh pendidikan di IPB. Terima kasih penulis sampaikan pula
kepada Bapak Dr Ir Muhrizal Sarwani, MSc (Kepala BBSDLP periode tahun
2010 – 2014), Bapak Dr Ir Trip Alihamsyah, MSc dan Bapak Dr Ir Haris
Syahbuddin, DEA (Mantan Kepala Balai Penelitian Pertanian Lahan Rawa) yang
telah memberikan kepercayaan, kesempatan dan bantuan kepada penulis sejak
mulai bergabung dengan Balittra sampai sekarang. Kepada rekan-rekan di
Balittra terima kasih atas doa dan dukungannya.
Terima kasih penulis sampaikan pula kepada Kepala Balitklimat dan Bapak
Dr Ir Budi Kartiwa, DEA atas izin yang diberikan dalam mengakses data tinggi
muka air tanah, kepada Balittanah yang telah menerima penulis dengan hangat
sebagai pegawai detasir selama mengikuti pendidikan di IPB dan kepada Badan
Litbang Pertanian atas izin belajar yang diberikan.
Selain itu, terima kasih
penulis sampaikan kepada Bapak Zainuddin dan Bapak Slamet yang telah
membantu pelaksanaan penelitian di lapang. Kepada teman-teman seperjuangan
(Prasetyo, Priyo, Dede, Joko, Azis, Liza, Giri, Priyadi, dan Evi) terima kasih atas
kebersamaannya selama ini, semoga silahturahmi diantara kita tetap terjaga.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Orangtua, adik-adik dan seluruh
keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih tak terhingga untuk
nenek tersayang Siti Fatimah (alm) atas segala kasih dan doanya, pengorbanan,
kesabaran, dukungan dan kebersamaan dalam menghadapi kehidupan ini.
Akhir kata penulis berharap semoga hasil penelitian ini dapat memberikan
manfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan terutama untuk pengelolaan lahan
gambut berkelanjutan dalam kaitannya dengan emisi gas rumah kaca.
Bogor, Juli 2014
Siti Nurzakiah
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
1 PENDAHULUAN .
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
1
1
3
3
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
Sebaran Lahan Gambut Nasional
Simpanan Karbon Lahan Gambut
Emisi Karbon dari Tanah Gambut
4
4
4
6
3 METODE
Tempat dan Waktu
Bahan dan Alat
Prosedur Penelitian
Analisis Data
10
10
11
12
19
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Mikrotofografi dan Penetapan Zona Diplotelmik
Sifat Fisik dan C-Organik Tanah
Simpanan Karbon dan Kemasaman Tanah Gambut
Emisi Gas Karbon
20
20
22
26
28
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
32
32
32
DAFTAR PUSTAKA
33
LAMPIRAN
38
RIWAYAT HIDUP
40
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Skema produksi dan emisi gas karbon
Peta lokasi penelitian
Peralatan yang digunakan untuk mengukur fluks CO2 dan CH4
Pengukuran mikrotofografi
Lokasi pengambilan contoh tanah dan gas karbon di lahan gambut
yang ditanami karet dan nenas secara intercropping
Pengambilan contoh gas rumah kaca (CO2 dan CH4) dan profil
piezometer beserta petunjuk dasar perhitungan tinggi muka air tanah
Pengukuran fluks CO2 dan CH4 dengan alat micro GC tipe CP 4900
Pengambilan contoh tanah menggunakan bor gambut Eijkelkamp
Mikrotofografi lokasi penelitian
Batas zona gambut akrotelmik dan katotelmik berdasarkan tinggi
muka air tanah yang diukur selama tahun 2013
(a)Variasi bobot isi, kadar air dan C-organik pada lapisan gambut
diplotelmik, (b) contoh tanah pada salah satu titik pengamatan (berurutan dari atas ke bawah : 50 cm, 100 cm, 150 cm, 200 cm, 250 cm,
300 cm)
Sebaran nilai kadar abu pada beberapa nilai bobot isi
Sebaran nilai kadar air pada beberapa nilai bobot isi
Hasil pengukuran simpanan karbon dan beberapa parameter lainnya
pada gambut akrotelmik dan katotelmik
Struktur kimia beberapa derivative asam fenolat : (4) Asam Ferulat;
(5) Asam Synapat; (6) Asam ρ-Kumarat; (7) Asam Vanilat; (8)
Asam Syringat; (9) Asam ρ-Hydroxybenzoat
Fluks CO2, fluktuasi muka air tanah dan curah hujan berdasarkan
hasil pengukuran selama satu tahun (2013)
8
10
11
12
13
14
15
16
20
21
23
24
25
26
27
29
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rata-rata dan galat baku beberapa sifat tanah di lokasi penelitian
2 Rata-rata dan galat baku kedalaman muka air tanah dan fluks CO2
selama penelitian
38
39
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Lahan gambut merupakan salah satu agroekosistem lahan rawa yang
banyak dimanfaatkan untuk pengembangan pertanian. Pengembangan pertanian
di lahan gambut terkendala oleh isu lingkungan yang mengemuka belakangan ini
terkait dengan terbebaskannya gas – gas rumah kaca pada saat pembukaan lahan.
Perubahan penggunaan lahan dari hutan alam menjadi areal pertanian umumnya
tidak terjadi secara langsung. Pembukaan lahan gambut yang dimulai sejak tahun
1970-an dilakukan melalui beberapa tahapan sebelum menjadi lahan pertanian.
Akibat penebangan liar, hutan alam menjadi hutan sekunder/hutan terdegradasi
kemudian menjadi lahan perkebunan (HTI, HGU). Meningkatnya permintaan
dunia terhadap kelapa sawit mendorong ekstensifikasi perkebunan kelapa sawit ke
lahan gambut. Dampak yang ditimbulkan akibat perubahan penggunaan lahan
tersebut diantaranya adalah berubahnya pola hidrologi, terjadinya sedimentasi,
penurunan keanekaragaman hayati, berkurangnya kemampuan menyimpan karbon
dan terjadinya emisi gas rumah kaca terutama gas karbon dioksida. Besar
kecilnya perubahan tergantung dari sifat hutan dan sifat perubahan penggunaan
lahan (Pagiola 2000).
Lahan gambut mempunyai simpanan karbon yang besar karena
keseluruhan gambut dan tanaman yang tumbuh diatasnya merupakan karbon
tersimpan. Total karbon yang tersimpan di lahan gambut dunia diperkirakan
sebesar 550 Giga ton (Joosten 2009). Gambut dapat berfungsi sebagai penyimpan
(sink) karbon ataupun sebagai sumber (source) emisi karbon sedangkan tanaman
merupakan carbon sink melalui proses sekuestrasi (sequestration process).
Vegetasi yang tumbuh di atas tanah gambut dapat menambat karbon dioksida dari
atmosfer melalui proses fotosintesis dan menambah simpanan karbon.
Kehilangan karbon dapat juga terjadi dalam bentuk karbon organik terlarut (DOC,
dissolved organic carbon).
Pada tanah gambut terdapat dua zona hidrologis yang memiliki
karakteristik yang berbeda dan digambarkan sebagai "diplotelmik", yaitu zona
akrotelmik dan katotelmik. Zona akrotelmik merupakan lapisan gambut yang
secara hidrologis ―aktif‖ atau sangat dipengaruhi oleh fluktuasi muka air tanah
dimana batas kedalaman lapisan ini adalah muka air tanah terendah saat musim
kemarau. Zona katotelmik merupakan lapisan gambut yang permanen jenuh air
dan memungkinkan muka air tanah tetap tinggi meskipun tetap terjadi
peningkatan lapisan katotelmik (Ivanov 1981). Kriteria hidrologis ini berguna
untuk menganalisis proses akumulasi dan dekomposisi gambut (Belyea dan
Malmer 2004; Clymo 1984). Perubahan zona hidrologis sangat mempengaruhi
penyimpanan karbon dan tingkat emisi karbon dari tanah gambut.
Emisi karbon pada tanah gambut dimulai dengan teroksidasinya gambut
akibat penurunan muka air tanah dan dekomposisi bahan organik. Penurunan
muka air tanah dapat disebabkan oleh adanya aktivitas pembuatan saluran
drainase pada saat pembukaan lahan. Aktivitas tersebut menyebabkan perubahan
sifat fisik, kimia dan biologi seperti perubahan suhu dan ketersediaan oksigen
yang akan meningkatkan aktivitas mikroorganisme dalam mendekomposisikan
2
gambut. Keberadaan oksigen di dalam gambut merupakan pengendali utama
proses dekomposisi. Input oksigen juga merupakan faktor penting untuk
pembaharuan akseptor elektron anorganik yang berpotensi menekan
methanogenesis (Knorr et al. 2009) dan untuk aktivasi dan deaktivasi exo-enzim
yang mengendalikan dekomposisi gambut (Freeman et al. 2001). Fluktuasi muka
air tanah berpengaruh terhadap ketersediaan oksigen tanah, potensial redoks (Eh)
dan pH tanah.
Di daerah rawa pasang surut, tinggi muka air berfluktuasi akibat adanya
pasang surut air laut ataupun karena curah hujan. Hal ini menyebabkan gambut
mengalami proses pengeringan dan pembasahan yang berpengaruh terhadap kadar
air tanah dan tingkat emisi karbon. Beberapa penelitian telah mengungkapkan
bahwa terdapat korelasi positif antara kedalaman muka air tanah dengan emisi
CO2 (Agus et al. 2011a; Couwenberg et al. 2010; Dinsmore et al. 2009; Hirano et
al. 2009; Jauhiainen et al. 2005). Semakin dalam muka air tanah (jauh dari
permukaan tanah) maka volume gambut yang berada dalam kondisi aerob juga
semakin banyak sehingga bahan gambut yang terdekomposisi dan menghasilkan
emisi, juga semakin banyak. Proses pengeringan dan pembasahan juga akan
mempengaruhi stabilitas asam – asam organik yang dihasilkan dari dekomposisi
gambut, ditandai dengan hilangnya karbon melalui emisi CO2 dan CH4 (Sabiham
2010). Karbon dioksida (CO2) dihasilkan melalui proses dekomposisi secara
aerob sedangkan metana (CH4) secara anaerob.
Emisi karbon dapat diketahui melalui dua pendekatan yaitu pengukuran
konsentrasi gas karbon secara langsung dan tidak langsung. Pengukuran
konsentrasi gas karbon secara langsung yaitu dengan metode mikro-meteorologi
(Eddy kovarians) dan sungkup tertutup (Grøndahl 2006). Kedua metode tersebut
berbeda dalam skala pengukuran dan tujuan yang ingin dicapai. Mikrometeorologi menggunakan menara yang digunakan untuk mengkarakterisasi fluks
CO2 secara terus menerus pada tingkat lapangan (skala hektar) dan sangat
tergantung pada kecepatan angin selama periode pengukuran. Metode ini
memberikan informasi mengenai fluks bersih (net flux) dan sering digunakan
untuk studi keseimbangan ekosistem. Metode sungkup tertutup memberikan
perkiraan fluks GRK pada tingkat plot pengamatan kurang dari 1 m2 (skala kecil)
dan digunakan untuk mempelajari proses – proses yang terjadi didalam tanah
termasuk aktivitas mikroba. Metode ini telah diterapkan untuk studi yang lebih
rinci terhadap berbagai perlakuan seperti pemupukan dan pemberian bahan
amelioran. Metode ini dapat dilakukan dengan cara melakukan pengambilan
contoh GRK kemudian dianalisis dengan Gas Chromatografi (GC) atau
pengukuran langsung menggunakan Infra Red Gas Analyzer (IRGA).
Pengukuran konsentrasi GRK secara tidak langsung dapat dilakukan
dengan pendekatan subsiden (Hooijer et al. 2006), kadar abu (Gronlund et al.
2008) dan simpanan karbon (Agus 2009). Penetapan simpanan karbon di dalam
tanah memerlukan data bobot isi, kandungan karbon, ketebalan dan luas lahan
gambut. Parameter lain yang perlu diamati untuk membantu interpretasi data
adalah kematangan gambut. Kadar serat dapat digunakan sebagai indikator
tingkat kematangan gambut. Penelitian ini mempelajari prediksi potensi emisi
karbon berdasarkan simpanan karbon dengan acuan tinggi muka air tanah. Tinggi
muka air tanah akan dihubungkan dengan pengukuran aktual fluks CO2 dan CH4
untuk memperoleh nilai prediksi potensi emisi karbon.
3
Perumusan Masalah
Perbedaan zona akrotelmik dan katotelmik berperan dalam proses
pelepasan gas-gas rumah kaca. Kedalaman muka air tanah penting dalam
menentukan sejauh mana proses dekomposisi gambut berlangsung. Pada zona
akrotelmik akan membebaskan gas CO2 sedangkan pada zona katotelmik akan
membebaskan gas CH4. Kondisi tersebut akan menentukan besaran emisi karbon.
Besaran emisi karbon dapat diprediksi dengan beberapa pendekatan salah satunya
berdasarkan subsiden (Hooijer et al. 2010). Hooijer et al. (2010) melaporkan
bahwa tiap 1 cm penurunan muka air tanah/penambahan kedalaman drainase akan
mengemisikan CO2 sebesar 0.91 t ha-1 tahun-1. Pendekatan ini menghasilkan
perhitungan yang kurang tepat karena estimasi emisi CO2 tersebut memasukan
emisi CO2 dari kebakaran hutan Indonesia yang terjadi sejak tahun 1997 sampai
2006 sebesar 1 400 - 4 300 Mt tahun-1. Berdasarkan data ini, Indonesia dikatakan
sebagai penyumbang emisi ketiga terbesar didunia. Perhitungan tersebut tidak
akurat karena estimasi emisi karbon tidak hanya berdasarkan besaran karbon yang
terbebaskan saat lahan gambut terbakar tetapi juga harus mempertimbangkan
karbon yang diserap oleh hutan Indonesia sebelum terjadinya kebakaran. Selain
itu, data yang digunakan berasal dari beberapa hasil penelitian, sehingga
memungkinkan terdapatnya ketidakpastian pengukuran. Ketidakpastian
pengukuran tersebut diantaranya adalah ketebalan dan kematangan gambut, bobot
isi, kandungan karbon dan penurunan muka air tanah. Lahan gambut di Indonesia
mempunyai variabilitas ketebalan dan kematangan serta bahan asal pembentuk
gambut yang berbeda. Ketebalan gambut yang dapat dijumpai berkisar antara 1 m
sampai 12 meter, bahkan ada yang memiliki ketebalan 16 m (Hope et al. 2005)
dan berada pada berbagai landform yang berpengaruh terhadap besaran simpanan
dan emisi karbon. Nilai bobot isi sangat dipengaruhi oleh bahan asal pembentuk
gambut. Oleh karena itu, metode prediksi emisi karbon yang lain perlu dikaji atau
metode prediksi emisi yang telah ada diperbaiki sesuai dengan kondisi lingkungan
gambut agar diperoleh data emisi karbon yang mendekati kondisi di lapang.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah memprediksi potensi emisi karbon
berdasarkan simpanan karbon pada gambut akrotelmik dan katotelmik dengan
acuan tinggi muka air tanah di lahan gambut.
Manfaat Penelitian
Informasi tentang fluktuasi muka air tanah dan besaran simpanan karbon
dapat memberikan gambaran prediksi potensi emisi pada gambut akrotelmik dan
katotelmik. Diharapkan hasil penelitian ini memberikan sumbangan pengetahuan
untuk dijadikan dasar bagi pengelolaan gambut berkelanjutan dalam kaitannya
dengan emisi GRK. Informasi tersebut akan berdampak terhadap efisiensi dalam
proses pengambilan contoh tanah dan analisa di laboratorium.
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Sebaran Lahan Gambut Nasional
Indonesia mempunyai lahan gambut seluas 14.905.574 ha yang tersebar di
pulau Sumatera, Kalimantan dan Papua. Lahan gambut terluas berada di pulau
Sumatera yaitu 6.436.649 ha dengan luasan berimbang antara kedalaman dangkal
(50-100 cm) sampai sangat dalam (>300 cm). Sebaran lahan gambut terluas di
Sumatera terdapat di Provinsi Riau, kemudian Sumatera Selatan dan Jambi.
Sedangkan provinsi lainnya
GAMBUT AKROTELMIK DAN KATOTELMIK
SITI NURZAKIAH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Prediksi Potensi Emisi
Karbon pada Lapisan Gambut Akrotelmik dan Katotelmik adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2014
Siti Nurzakiah
NIM A151120041
____________________________
* Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak
luar IPB harus didasarkan pada perjanjian kerja sama yang terkait.
RINGKASAN
SITI NURZAKIAH. Prediksi Potensi Emisi Karbon pada Lapisan Gambut
Akrotelmik dan Katotelmik. Dibimbing oleh SUPIANDI SABIHAM, BUDI
NUGROHO dan DEDI NURSYAMSI.
Kemampuan gambut akrotelmik dan katotelmik dalam menyimpan karbon
sangat dipengaruhi oleh muka air tanah. Kedalaman muka air tanah penting
dalam menentukan intensitas proses dekomposisi gambut. Penurunan muka air
tanah dapat dijadikan indikasi besarnya potensi emisi. Dari beberapa review hasil
penelitian telah disimpulkan bahwa tiap 1 cm penurunan muka air
tanah/penambahan kedalaman drainase akan mengemisikan CO2 sebesar 0.91 t
ha-1 tahun-1. Data tersebut menghasilkan taksiran berlebih dan memungkinkan
terdapatnya ketidakpastian pengukuran. Oleh karena itu perlu dikaji metode
prediksi emisi karbon yang disesuaikan dengan kondisi lingkungan gambut agar
diperoleh data emisi karbon yang mendekati kondisi di lapang. Tujuan penelitian
ini adalah memprediksi potensi emisi karbon berdasarkan simpanan karbon pada
gambut akrotelmik dan katotelmik dengan acuan tinggi muka air tanah di lahan
gambut.
Penelitian dilakukan dengan metode survey. Penentuan areal lokasi
penelitian menggunakan metode purposive sampling, yaitu penentuan lokasi
secara sengaja yang dianggap representatif. Penelitian dilaksanakan di desa
Jabiren Kecamatan Jabiren Raya, Kabupaten Pulang Pisau, Kalimantan Tengah
pada koordinat 02o30’30‖ Lintang Selatan dan 114o09’30‖ Bujur Timur. Lahan di
lokasi penelitian merupakan endapan gambut yang mempunyai ketebalan antara 5
– 7 meter dengan substratum klei, tingkat kematangan hemik dan saprik. Waktu
penelitian dari bulan Januari sampai Desember 2013. Penggunaan lahan berupa
intercropping tanaman karet dan nenas. Pengambilan contoh tanah dan gas rumah
kaca (CO2 dan CH4) dilakukan berdasarkan transek tegak lurus dari saluran
drainase.
Pengamatan meliputi pengukuran mikrotofografi, fluks karbon (CO2 dan
CH4), tinggi muka air tanah, pH tanah, kadar serat dan penetapan simpanan
karbon. Parameter yang diperlukan untuk menetapkan simpanan karbon adalah
bobot isi (bulk density), persentase karbon dan ketebalan lapisan gambut.
Pengolahan data dilakukan dengan program MS Excel, untuk melihat variasi data
dianalisis dengan galat baku dan digambarkan dengan program sigma plot. Hasil
pengukuran aktual fluks CO2 dan CH4 dihubungkan dengan fluktuasi muka air
tanah untuk memperoleh nilai prediksi potensi emisi karbon.
Hasil penelitian menunjukan bahwa tinggi muka air tanah dipengaruhi
oleh permukaan lahan. Dari pengamatan yang telah dilakukan diketahui bahwa
zona gambut akrotelmik berada pada kedalaman 0 sampai 109 cm sedangkan zona
gambut katotelmik pada kedalaman >109 cm. Zona gambut akrotelmik dan
katotelmik mempengaruhi besaran nilai parameter pengamatan. Bobot isi dan
persentase karbon/kadar abu merupakan parameter yang sangat mempengaruhi
simpanan karbon pada gambut. Simpanan karbon pada gambut akrotemik sebesar
658.68 ± 22.99 t C ha-1. Besaran simpanan karbon akan mempengaruhi potensi
emisi karbon. Pada zona akrotelmik utamanya akan mengemisikan karbon
dioksida (CO2) yang dihasilkan melalui proses dekomposisi secara aerob
sedangkan zona katotelmik akan mengemisikan metan (CH4) melalui proses
dekomposisi secara anaerob. Selama periode pengamatan, gas CH4 berada pada
konsentrasi yang sangat rendah sehingga tidak terdeteksi oleh alat mikro GC type
CP 4900. Batas deteksi alat tersebut adalah 1 ppm, sehingga emisi yang terukur
hanya berasal dari gas CO2. Oleh karena itu, prediksi potensi emisi karbon hanya
dilakukan pada gambut akrotelmik. Nilai prediksi potensi emisi karbon (CO2)
diperoleh dengan meregresikan data fluks CO2 dengan tinggi muka air tanah,
sehingga untuk fluks CO2 antara 11.87 sampai 36.75 t ha-1 tahun-1 dan tinggi muka
air tanah antara 49.6 sampai 109 cm dibawah permukaan tanah, terjadi emisi CO2
sebesar 0.37 t ha-1 tahun-1 tiap penurunan muka air tanah sedalam 1 cm. Nilai
tersebut berdasarkan beberapa asumsi yaitu emisi CO2 hanya terjadi dari lapisan 0
sampai 109 cm tidak dari lapisan yang lebih dalam, semua emisi CO2 yang
terukur berasal dari respirasi heterotropik dan emisi CH4 diabaikan karena sangat
rendah.
Kata kunci: emisi karbon, gambut akrotelmik dan katotelmik, simpanan karbon,
tinggi muka air tanah
SUMMARY
SITI NURZAKIAH. Estimation of The Potential Carbon Emission from
Acrotelmic and Catotelmic Peats. Supervised by SUPIANDI SABIHAM, BUDI
NUGROHO, and DEDI NURSYAMSI.
Carbon stocks in acrotelmic and catotelmic peats are strongly influenced
by groundwater level. The depth of the groundwater level is important in
determining the intensity of the decomposition process of peat decomposition.
The decrease groundwater level can be used as an indication of potential carbon
emissions. Review the results of several studies have concluded that each 1cm
decrease in groundwater level will emit CO2 of 0.91 Mg ha-1 yr-1. The data
resulted in overestimated and allow the presence of uncertainty in measurement.
Therefore, necessary to study the other carbon emission prediction methods or to
improve the existing emission prediction methods adapted to the environmental
condition in order to obtain carbon emission data which are closer to the
conditions in the field. The purpose of this study was to predict the potential
carbon emissions based on carbon stocks in acrotelmic and catotelmic peats with
the reference of groundwater level of peatland.
The study was conducted by a survey method. The location of the study
area was determined by using the purposive sampling method. The study was
conducted in Jabiren Village, Jabiren Raya District, Central Kalimantan in the
coordinates of 02o30’30‖ S and 114o09’30‖ E. The thickness of peat was
between 5 to 7 meters with clay substratum, degree of maturity hemic and sapric
peats. Research time started from January until December 2013. Land use is in
the form of intercropping between rubber and pineapple. Soil and greenhouse
gases (CO2 dan CH4) sampling were conducted based on the perpendicular
transect of the drainage channel.
The observations were microtofografi measurements, the flux of carbon
(CO2 and CH4), groundwater level, soil pH, fiber content and determination of
carbon stocks. Parameters observed to determine the carbon stock were bulk
density, carbon content and peat thickness (directly observed in the field by using
a drill peat). The data processing was carried out using MS Excel program by
Systat Software Inc. The results of the actual measurements of CO2 and CH4
fluxes were linked with the fluctuations of groundwater level to obtain the
potential predictive value of carbon emissions.
The results showed that groundwater levels is influenced by the soil
surface. From the observation results it is known that acrotelmic peat is the depth
of 0 to 109 cm, while catotelmic peat is the depth of > 109 cm. The acrotelmic
and catotelmic peat affected by the values of observation parameters. Bulk density
and percentage of carbon/ash content are the parameters that influence the amount
of carbon stocks in peat. Carbon stocks in acrotemic peat is 658.68 ± 22.99 Mg C
ha-1. The amounts of carbon stocks influence the potential carbon emissions. The
acrotelmic zone will primarily emit carbon dioxide (CO2) generated through
aerobic decomposition process while catotelmic zone will emit methane (CH4)
through the an aerobic decomposition process. During the observation period,
CH4 was not detected by the micro GC type CP 4900, because of instrument
detection limit is 1 ppm, so that emissions measured were obtained only from
CO2. Therefore, the prediction of the carbon emission potential is only performed
on acrotelmic peat. The predicted value of potential carbon emissions (CO2)
obtained by regression between CO2 flux and groundwater level. Thus, for the
CO2 flux between 11.87 to 36.75 Mg ha-1 yr-1 and groundwater level between
49.6 to 109 cm below soil surface, CO2 emissions occur at 0.37 Mg ha-1 yr-1 of
each 1 cm decrease in groundwater level. These value with some assumptions that
is emissions only occur from the layer of 0 to 109 cm, not from the deeper layer,
that all CO2 emissions measured come from heterotrophic respiration, and CH4
emissions are ignored due to its emission was very low.
Keywords: acrotelmic and catotelmic peat, carbon emission, carbon stock,
groundwater level.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PREDIKSI POTENSI EMISI KARBON PADA
LAPISAN GAMBUT AKROTELMIK DAN KATOTELMIK
SITI NURZAKIAH
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
Pada
Program Studi Ilmu Tanah
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Ir Muhammad Ardiansyah
Judul Tesis
Nama
NIM
: Prediksi Potensi Emisi Karbon pada Lapisan Gambut Akrotelmik
dan Katotelmik
: Siti Nurzakiah
: A151120041
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof Dr Ir Supiandi Sabiham, MAgr
Ketua
Dr Ir Budi Nugroho, MSi
Anggota
Dr Ir Dedi Nursyamsi, MAgr
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Tanah
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Atang Sutandi, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 20 Juni 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga penelitian dan penyusunan tesis dapat diselesaikan.
Tema yang dipilih dalam penelitian ini mengenai Prediksi Emisi Karbon dengan
judul Prediksi Potensi Emisi Karbon pada Lapisan Gambut Akrotelmik dan
Katotelmik yang dilaksanakan dari bulan Januari sampai dengan Desember 2013.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Prof Dr Ir Supiandi
Sabiham, MAgr, Bapak Dr Ir Budi Nugroho, MSi dan Bapak Dr Ir Dedi
Nursyamsi, MAgr selaku pembimbing yang telah banyak membantu,
mengarahkan dan membimbing dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan
tesis ini serta Bapak Prof Dr Ir Fahmuddin Agus, MSc atas diskusinya selama ini.
Terima kasih kepada Bapak Dr Ir Atang Sutandi, MSi sebagai ketua Program
Studi Ilmu Tanah dan Dr Ir Muhammad Ardiansyah sebagai penguji luar komisi
pada ujian tesis. Terima kasih kepada seluruh Staf Dosen Departemen Ilmu
Tanah dan Sumberdaya Lahan Fakultas Pertanian IPB yang telah memberikan
tambahan ilmu kepada penulis.
Penghargaan dan terima kasih penulis sampaikan kepada Kepala Balai
Penelitian Pertanian Lahan Rawa (Dr Ir Dedi Nursyamsi, MAgr) atas izin belajar,
dukungan dan segala bantuan yang telah diberikan untuk kelancaran penelitian
dan selama menempuh pendidikan di IPB. Terima kasih penulis sampaikan pula
kepada Bapak Dr Ir Muhrizal Sarwani, MSc (Kepala BBSDLP periode tahun
2010 – 2014), Bapak Dr Ir Trip Alihamsyah, MSc dan Bapak Dr Ir Haris
Syahbuddin, DEA (Mantan Kepala Balai Penelitian Pertanian Lahan Rawa) yang
telah memberikan kepercayaan, kesempatan dan bantuan kepada penulis sejak
mulai bergabung dengan Balittra sampai sekarang. Kepada rekan-rekan di
Balittra terima kasih atas doa dan dukungannya.
Terima kasih penulis sampaikan pula kepada Kepala Balitklimat dan Bapak
Dr Ir Budi Kartiwa, DEA atas izin yang diberikan dalam mengakses data tinggi
muka air tanah, kepada Balittanah yang telah menerima penulis dengan hangat
sebagai pegawai detasir selama mengikuti pendidikan di IPB dan kepada Badan
Litbang Pertanian atas izin belajar yang diberikan.
Selain itu, terima kasih
penulis sampaikan kepada Bapak Zainuddin dan Bapak Slamet yang telah
membantu pelaksanaan penelitian di lapang. Kepada teman-teman seperjuangan
(Prasetyo, Priyo, Dede, Joko, Azis, Liza, Giri, Priyadi, dan Evi) terima kasih atas
kebersamaannya selama ini, semoga silahturahmi diantara kita tetap terjaga.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Orangtua, adik-adik dan seluruh
keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih tak terhingga untuk
nenek tersayang Siti Fatimah (alm) atas segala kasih dan doanya, pengorbanan,
kesabaran, dukungan dan kebersamaan dalam menghadapi kehidupan ini.
Akhir kata penulis berharap semoga hasil penelitian ini dapat memberikan
manfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan terutama untuk pengelolaan lahan
gambut berkelanjutan dalam kaitannya dengan emisi gas rumah kaca.
Bogor, Juli 2014
Siti Nurzakiah
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
1 PENDAHULUAN .
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
1
1
3
3
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
Sebaran Lahan Gambut Nasional
Simpanan Karbon Lahan Gambut
Emisi Karbon dari Tanah Gambut
4
4
4
6
3 METODE
Tempat dan Waktu
Bahan dan Alat
Prosedur Penelitian
Analisis Data
10
10
11
12
19
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Mikrotofografi dan Penetapan Zona Diplotelmik
Sifat Fisik dan C-Organik Tanah
Simpanan Karbon dan Kemasaman Tanah Gambut
Emisi Gas Karbon
20
20
22
26
28
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
32
32
32
DAFTAR PUSTAKA
33
LAMPIRAN
38
RIWAYAT HIDUP
40
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Skema produksi dan emisi gas karbon
Peta lokasi penelitian
Peralatan yang digunakan untuk mengukur fluks CO2 dan CH4
Pengukuran mikrotofografi
Lokasi pengambilan contoh tanah dan gas karbon di lahan gambut
yang ditanami karet dan nenas secara intercropping
Pengambilan contoh gas rumah kaca (CO2 dan CH4) dan profil
piezometer beserta petunjuk dasar perhitungan tinggi muka air tanah
Pengukuran fluks CO2 dan CH4 dengan alat micro GC tipe CP 4900
Pengambilan contoh tanah menggunakan bor gambut Eijkelkamp
Mikrotofografi lokasi penelitian
Batas zona gambut akrotelmik dan katotelmik berdasarkan tinggi
muka air tanah yang diukur selama tahun 2013
(a)Variasi bobot isi, kadar air dan C-organik pada lapisan gambut
diplotelmik, (b) contoh tanah pada salah satu titik pengamatan (berurutan dari atas ke bawah : 50 cm, 100 cm, 150 cm, 200 cm, 250 cm,
300 cm)
Sebaran nilai kadar abu pada beberapa nilai bobot isi
Sebaran nilai kadar air pada beberapa nilai bobot isi
Hasil pengukuran simpanan karbon dan beberapa parameter lainnya
pada gambut akrotelmik dan katotelmik
Struktur kimia beberapa derivative asam fenolat : (4) Asam Ferulat;
(5) Asam Synapat; (6) Asam ρ-Kumarat; (7) Asam Vanilat; (8)
Asam Syringat; (9) Asam ρ-Hydroxybenzoat
Fluks CO2, fluktuasi muka air tanah dan curah hujan berdasarkan
hasil pengukuran selama satu tahun (2013)
8
10
11
12
13
14
15
16
20
21
23
24
25
26
27
29
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rata-rata dan galat baku beberapa sifat tanah di lokasi penelitian
2 Rata-rata dan galat baku kedalaman muka air tanah dan fluks CO2
selama penelitian
38
39
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Lahan gambut merupakan salah satu agroekosistem lahan rawa yang
banyak dimanfaatkan untuk pengembangan pertanian. Pengembangan pertanian
di lahan gambut terkendala oleh isu lingkungan yang mengemuka belakangan ini
terkait dengan terbebaskannya gas – gas rumah kaca pada saat pembukaan lahan.
Perubahan penggunaan lahan dari hutan alam menjadi areal pertanian umumnya
tidak terjadi secara langsung. Pembukaan lahan gambut yang dimulai sejak tahun
1970-an dilakukan melalui beberapa tahapan sebelum menjadi lahan pertanian.
Akibat penebangan liar, hutan alam menjadi hutan sekunder/hutan terdegradasi
kemudian menjadi lahan perkebunan (HTI, HGU). Meningkatnya permintaan
dunia terhadap kelapa sawit mendorong ekstensifikasi perkebunan kelapa sawit ke
lahan gambut. Dampak yang ditimbulkan akibat perubahan penggunaan lahan
tersebut diantaranya adalah berubahnya pola hidrologi, terjadinya sedimentasi,
penurunan keanekaragaman hayati, berkurangnya kemampuan menyimpan karbon
dan terjadinya emisi gas rumah kaca terutama gas karbon dioksida. Besar
kecilnya perubahan tergantung dari sifat hutan dan sifat perubahan penggunaan
lahan (Pagiola 2000).
Lahan gambut mempunyai simpanan karbon yang besar karena
keseluruhan gambut dan tanaman yang tumbuh diatasnya merupakan karbon
tersimpan. Total karbon yang tersimpan di lahan gambut dunia diperkirakan
sebesar 550 Giga ton (Joosten 2009). Gambut dapat berfungsi sebagai penyimpan
(sink) karbon ataupun sebagai sumber (source) emisi karbon sedangkan tanaman
merupakan carbon sink melalui proses sekuestrasi (sequestration process).
Vegetasi yang tumbuh di atas tanah gambut dapat menambat karbon dioksida dari
atmosfer melalui proses fotosintesis dan menambah simpanan karbon.
Kehilangan karbon dapat juga terjadi dalam bentuk karbon organik terlarut (DOC,
dissolved organic carbon).
Pada tanah gambut terdapat dua zona hidrologis yang memiliki
karakteristik yang berbeda dan digambarkan sebagai "diplotelmik", yaitu zona
akrotelmik dan katotelmik. Zona akrotelmik merupakan lapisan gambut yang
secara hidrologis ―aktif‖ atau sangat dipengaruhi oleh fluktuasi muka air tanah
dimana batas kedalaman lapisan ini adalah muka air tanah terendah saat musim
kemarau. Zona katotelmik merupakan lapisan gambut yang permanen jenuh air
dan memungkinkan muka air tanah tetap tinggi meskipun tetap terjadi
peningkatan lapisan katotelmik (Ivanov 1981). Kriteria hidrologis ini berguna
untuk menganalisis proses akumulasi dan dekomposisi gambut (Belyea dan
Malmer 2004; Clymo 1984). Perubahan zona hidrologis sangat mempengaruhi
penyimpanan karbon dan tingkat emisi karbon dari tanah gambut.
Emisi karbon pada tanah gambut dimulai dengan teroksidasinya gambut
akibat penurunan muka air tanah dan dekomposisi bahan organik. Penurunan
muka air tanah dapat disebabkan oleh adanya aktivitas pembuatan saluran
drainase pada saat pembukaan lahan. Aktivitas tersebut menyebabkan perubahan
sifat fisik, kimia dan biologi seperti perubahan suhu dan ketersediaan oksigen
yang akan meningkatkan aktivitas mikroorganisme dalam mendekomposisikan
2
gambut. Keberadaan oksigen di dalam gambut merupakan pengendali utama
proses dekomposisi. Input oksigen juga merupakan faktor penting untuk
pembaharuan akseptor elektron anorganik yang berpotensi menekan
methanogenesis (Knorr et al. 2009) dan untuk aktivasi dan deaktivasi exo-enzim
yang mengendalikan dekomposisi gambut (Freeman et al. 2001). Fluktuasi muka
air tanah berpengaruh terhadap ketersediaan oksigen tanah, potensial redoks (Eh)
dan pH tanah.
Di daerah rawa pasang surut, tinggi muka air berfluktuasi akibat adanya
pasang surut air laut ataupun karena curah hujan. Hal ini menyebabkan gambut
mengalami proses pengeringan dan pembasahan yang berpengaruh terhadap kadar
air tanah dan tingkat emisi karbon. Beberapa penelitian telah mengungkapkan
bahwa terdapat korelasi positif antara kedalaman muka air tanah dengan emisi
CO2 (Agus et al. 2011a; Couwenberg et al. 2010; Dinsmore et al. 2009; Hirano et
al. 2009; Jauhiainen et al. 2005). Semakin dalam muka air tanah (jauh dari
permukaan tanah) maka volume gambut yang berada dalam kondisi aerob juga
semakin banyak sehingga bahan gambut yang terdekomposisi dan menghasilkan
emisi, juga semakin banyak. Proses pengeringan dan pembasahan juga akan
mempengaruhi stabilitas asam – asam organik yang dihasilkan dari dekomposisi
gambut, ditandai dengan hilangnya karbon melalui emisi CO2 dan CH4 (Sabiham
2010). Karbon dioksida (CO2) dihasilkan melalui proses dekomposisi secara
aerob sedangkan metana (CH4) secara anaerob.
Emisi karbon dapat diketahui melalui dua pendekatan yaitu pengukuran
konsentrasi gas karbon secara langsung dan tidak langsung. Pengukuran
konsentrasi gas karbon secara langsung yaitu dengan metode mikro-meteorologi
(Eddy kovarians) dan sungkup tertutup (Grøndahl 2006). Kedua metode tersebut
berbeda dalam skala pengukuran dan tujuan yang ingin dicapai. Mikrometeorologi menggunakan menara yang digunakan untuk mengkarakterisasi fluks
CO2 secara terus menerus pada tingkat lapangan (skala hektar) dan sangat
tergantung pada kecepatan angin selama periode pengukuran. Metode ini
memberikan informasi mengenai fluks bersih (net flux) dan sering digunakan
untuk studi keseimbangan ekosistem. Metode sungkup tertutup memberikan
perkiraan fluks GRK pada tingkat plot pengamatan kurang dari 1 m2 (skala kecil)
dan digunakan untuk mempelajari proses – proses yang terjadi didalam tanah
termasuk aktivitas mikroba. Metode ini telah diterapkan untuk studi yang lebih
rinci terhadap berbagai perlakuan seperti pemupukan dan pemberian bahan
amelioran. Metode ini dapat dilakukan dengan cara melakukan pengambilan
contoh GRK kemudian dianalisis dengan Gas Chromatografi (GC) atau
pengukuran langsung menggunakan Infra Red Gas Analyzer (IRGA).
Pengukuran konsentrasi GRK secara tidak langsung dapat dilakukan
dengan pendekatan subsiden (Hooijer et al. 2006), kadar abu (Gronlund et al.
2008) dan simpanan karbon (Agus 2009). Penetapan simpanan karbon di dalam
tanah memerlukan data bobot isi, kandungan karbon, ketebalan dan luas lahan
gambut. Parameter lain yang perlu diamati untuk membantu interpretasi data
adalah kematangan gambut. Kadar serat dapat digunakan sebagai indikator
tingkat kematangan gambut. Penelitian ini mempelajari prediksi potensi emisi
karbon berdasarkan simpanan karbon dengan acuan tinggi muka air tanah. Tinggi
muka air tanah akan dihubungkan dengan pengukuran aktual fluks CO2 dan CH4
untuk memperoleh nilai prediksi potensi emisi karbon.
3
Perumusan Masalah
Perbedaan zona akrotelmik dan katotelmik berperan dalam proses
pelepasan gas-gas rumah kaca. Kedalaman muka air tanah penting dalam
menentukan sejauh mana proses dekomposisi gambut berlangsung. Pada zona
akrotelmik akan membebaskan gas CO2 sedangkan pada zona katotelmik akan
membebaskan gas CH4. Kondisi tersebut akan menentukan besaran emisi karbon.
Besaran emisi karbon dapat diprediksi dengan beberapa pendekatan salah satunya
berdasarkan subsiden (Hooijer et al. 2010). Hooijer et al. (2010) melaporkan
bahwa tiap 1 cm penurunan muka air tanah/penambahan kedalaman drainase akan
mengemisikan CO2 sebesar 0.91 t ha-1 tahun-1. Pendekatan ini menghasilkan
perhitungan yang kurang tepat karena estimasi emisi CO2 tersebut memasukan
emisi CO2 dari kebakaran hutan Indonesia yang terjadi sejak tahun 1997 sampai
2006 sebesar 1 400 - 4 300 Mt tahun-1. Berdasarkan data ini, Indonesia dikatakan
sebagai penyumbang emisi ketiga terbesar didunia. Perhitungan tersebut tidak
akurat karena estimasi emisi karbon tidak hanya berdasarkan besaran karbon yang
terbebaskan saat lahan gambut terbakar tetapi juga harus mempertimbangkan
karbon yang diserap oleh hutan Indonesia sebelum terjadinya kebakaran. Selain
itu, data yang digunakan berasal dari beberapa hasil penelitian, sehingga
memungkinkan terdapatnya ketidakpastian pengukuran. Ketidakpastian
pengukuran tersebut diantaranya adalah ketebalan dan kematangan gambut, bobot
isi, kandungan karbon dan penurunan muka air tanah. Lahan gambut di Indonesia
mempunyai variabilitas ketebalan dan kematangan serta bahan asal pembentuk
gambut yang berbeda. Ketebalan gambut yang dapat dijumpai berkisar antara 1 m
sampai 12 meter, bahkan ada yang memiliki ketebalan 16 m (Hope et al. 2005)
dan berada pada berbagai landform yang berpengaruh terhadap besaran simpanan
dan emisi karbon. Nilai bobot isi sangat dipengaruhi oleh bahan asal pembentuk
gambut. Oleh karena itu, metode prediksi emisi karbon yang lain perlu dikaji atau
metode prediksi emisi yang telah ada diperbaiki sesuai dengan kondisi lingkungan
gambut agar diperoleh data emisi karbon yang mendekati kondisi di lapang.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah memprediksi potensi emisi karbon
berdasarkan simpanan karbon pada gambut akrotelmik dan katotelmik dengan
acuan tinggi muka air tanah di lahan gambut.
Manfaat Penelitian
Informasi tentang fluktuasi muka air tanah dan besaran simpanan karbon
dapat memberikan gambaran prediksi potensi emisi pada gambut akrotelmik dan
katotelmik. Diharapkan hasil penelitian ini memberikan sumbangan pengetahuan
untuk dijadikan dasar bagi pengelolaan gambut berkelanjutan dalam kaitannya
dengan emisi GRK. Informasi tersebut akan berdampak terhadap efisiensi dalam
proses pengambilan contoh tanah dan analisa di laboratorium.
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Sebaran Lahan Gambut Nasional
Indonesia mempunyai lahan gambut seluas 14.905.574 ha yang tersebar di
pulau Sumatera, Kalimantan dan Papua. Lahan gambut terluas berada di pulau
Sumatera yaitu 6.436.649 ha dengan luasan berimbang antara kedalaman dangkal
(50-100 cm) sampai sangat dalam (>300 cm). Sebaran lahan gambut terluas di
Sumatera terdapat di Provinsi Riau, kemudian Sumatera Selatan dan Jambi.
Sedangkan provinsi lainnya