Gambar 5. Mekanisme emisi CH
4
melalui aerenkima pada jaringan tanaman padi Nouchi, 1992
E. Model DNDC Denitrification Decomposition
DNDC merupakan salah satu model yang digunakan dalam penelitian emisi Gas Rumah Kaca GRK, untuk mengetahui perubahan lingkungan terutama emisi
GRK CH
4
, NO, N
2
O, dan NH
3
dalam hubungannya dengan perubahan iklim global. Model DNDC digunakan untuk memprediksi emisi GRK dari ekosistem
pertanian. Perbedaan emisi CH
4
dari hasil pengukuran di lapangan dengan hasil prediksi menggunakan model akan dilakukan untuk melihat sejauh mana model
dapat digunakan beserta keakuratannya. Hasil prediksi model yang valid tentu akan mempermudah suatu pekerjaan hanya dengan melakukan input parameter-
parameter yang diperlukan. Model dikendalikan oleh empat pengendali lingkungan utama sebagai input parameter yang digunakan yaitu iklim,
kandungan fisik tanah, vegetasi dan aktifitas anthropogenik. Masukan data yang tepat dari empat pengendali tersebut akan menentukan keberhasilan simulasi Li,
2000. Komponen model DNDC dibagi menjadi dua yaitu, input dari keadaan iklim
tanah, pertumbuhan tanaman, submodel dekomposisi berupa suhu, kelembaban, pH, Eh tanah, dan konsentrasi gas berdasar pengendali lingkungan iklim, tanah,
jenis tanaman, dan anthropogenik. Komponen kedua berupa proses nitrifikasi, denitrifikasi dan submodel fermentasi yang memprediksi fluks CH
4
, NO, N
2
O, dan NH
3
berdasarkan variabel lingkungan tanah Li, 1998. Skema model DNDC dapat dilihat pada Gambar 6.
Dalam menciptakan suatu pemodelan gas-gas dalam tanah, diperlukan keterkaitan antara faktor pengendali lingkungan, faktor lingkungan tanah, dan
reaksi biogeokimia. Akibat yang ditimbulkan dalam sistem dibagi menjadi dua kategori yaitu akibat keberadaan pengendali lingkungan dalam faktor lingkungan
tanah, dan akibat faktor lingkungan tanah terhadap gas hasil reaksi biokimia dan geokimia.
a. Hubungan pengendali lingkungan dengan faktor lingkungan tanah Tugas model dalam hal ini adalah menetapkan penghubung antara
pengendali lingkungan dengan faktor lingkungan tanah. Perbedaan pengendali lingkungan tiap ekosistem tergantung dari input data seperti iklim, tanah, vegetasi,
aktivitas manusia di lahan pertanian. DNDC memadukan pengendali lingkungan kedalam tiga submodel yaitu Li, 2000:
1. submodel iklim tanah submodel ini memadukan karakteristik tanaman, iklim, sifat tanah, dan
aktivitas persawahan, dan melakukan perhitungan suhu, kelembaban RH, Eh tanah, serta suhu udara, presipitasi dan status oksigen.
2. submodel pertumbuhan tanaman submodel ini mengikuti pertumbuhan tanaman yang mempengaruhi suhu,
RH, pH, Eh, DOC Dissolved Organic Carbon tanah dan konsentrasi nitrogen.
3. submodel dekomposisi submodel ini mengikuti konsentrasi substrat DOC, NH
4 +
, NO
3 -
dengan perpaduan
karakteristik tanaman,
iklim, properti tanah, dan aktivitas persawahan.
Ketiga submodel berinteraksi menentukan suhu, RH, pH, Eh tanah dan konsentrasi substrat pada profil tanah dalam interval harian.
Annual average temperature
Daily potensial ET
Evaporation Soil moisture
profile
LAI-regulated albedo
Soil temperature profile
Transpiration Water flow
Between layers Oxygen
consumptuion Soil Eh
profile Oxygen
diffusion
Soil climate
N demand Daily N uptake
By roots
Root respiration Water stress
Water uptake By roots
Daily water demands
Grain Daily biomass
Accumulation LAI
Roots Stalk
Very labile litter Labile litter
Resistant litter Labile microbes
Resistant microbe
Passive humus Labile humads
Resistant humads NH
4
DOC CO
2
Ecological drivers
Climate Soil
Vegetation Anthropogenic activity
Soil environmental variables
Temperature Moisture
pH Eh
Substrate NH
4 +
, NO
3 -
, and DOC
Nitrate denitrifier NO
2 -
NO
3 -
Nitrite denitrifier N
2
O denitrifier DOC
NO N
2
O N
2
Decomposition
Denitrification
DOC Nitrifiers
NH
4 +
NO
3 -
Clay NH
4 +
NH
3
N
2
O NO
NH
3
CH
4
production Soil Eh
Aerenchyma DOC
CH
4
oxidation CH4 transport
CH
4
Nitrification Fermentation
Effect of temperature and moisture on decomposition
The DNDC Model
Gambar 6. Skema model DNDC
b. Hubungan faktor lingkungan tanah dengan emisi gas Dalam hal ini, model menghubungkan faktor lingkungan tanah dengan laju
produksi dan konsumsi gas, yang didasarkan pada proses biologi, kimia, dan fisika, atau berdasarkan variabel kontrol, sehingga pengaruh tiap variabel tanah
dapat dibedakan. Berdasarkan proses fisik, biologi dan kimia, CH
4
terbentuk akibat dekomposisi bahan organik pada kondisi anaerob. Organisme yang
berperan khususnya bakteri metanogen, tidak dapat berfungsi baik bila terdapat oksidan elektron akseptor. Beberapa oksidan tanah yang tereduksi sehingga
dapat terbentuk CH
4
yaitu oksigen tereduksi pada Eh +350 mV, MN
4+
dan NO
3 -
Eh +250 mV, Fe
3+
Eh +150mV, SO
4 2-
Eh -150mV dan CO
2
Eh kurang dari - 200mV Kludze dan DeLaune, 1994 diacu dalam Li, 2000. Bakteri denitrifikasi
menggunakan elektron akseptor selain oksigen karena kurangnya oksigen dalam tanah Setyanto et al., 2004.
CH
4
adalah produk akhir dari reduksi biologis CO
2
atau C-organik dalam kondisi anaerob Wassmann et al., 1993. Fluks CH
4
dipengaruhi oleh kandungan karbon DOC dalam tanah Wassmann et al., 1993, Eh tanah dan suhu tanah
Vogels et al., 1988 diacu dalam Li, 2000. Reduksi karbon dalam pembentukan CH
4
disebabkan oleh mikroba anaerob metanogen yang aktif saat Eh tanah rendah Wassmann et al., 1993. Produksi CH
4
meningkat secara eksponensial dengan pengurangan Eh pada range -150 sampai -200 mV, dan keadaan suhu
optimum yaitu 30-40
o
C Kludze dan DeLaune, 1994 diacu dalam Li, 2000. Dalam hal ini, DNDC menghitung laju produksi CH
4
sebagai fungsi dari kandungan DOC dan suhu, dan memprediksi Eh tanah yang mencapai -150 mV
atau dibawahnya. Reaksi produksi CH
4
: CO
2
+ 8H
+
CH
4
+ 2H
2
O, atau Corganik + 4H
+
CH
4
Jika CH
4
diproduksi pada Eh tanah rendah, dapat mendifusi kedalam Eh tanah tinggi lapisan tanah atas atau tanah sekitar akar dan akan dioksidasi
dengan cepat dalam kondisi redoks yang lebih tinggi DeBont et al., 1978 diacu dalam Li, 2000. Dalam hal ini, DNDC menghitung laju oksidasi CH
4
sebagai fungsi dari konsentrasi CH
4
dan Eh tanah. DNDC juga melakukan pemodelan
difusi CH
4
antara lapisan-lapisan tanah, tergantung pada gradien konsentrasi CH
4
, suhu, dan porositas tanah.
Tanaman menjadi perantara transportasi emisi CH
4
dari tanah ke atmosfer. DNDC memprediksi tanaman pembawa fluks CH
4
sebagai fungsi dari konsentrasi CH
4
dan aerenkima tanaman. Jika tanah tidak ditumbuhi, atau aerenkima tanaman tidak dapat dikembangkan dengan baik, pada saat inilah ebulisi berperan dalam
emisi CH
4
Nouchi et al., 1994 diacu dalam Li, 2000. Di dalam DNDC, diasumsikan bahwa ebulisi terjadi hanya di lapisan permukaan tanah. Laju ebulisi
diatur oleh konsentrasi CH
4
, suhu, porositas tanah, dan aerenkima tanaman. Persamaan yang menjelaskan pengaruh faktor lingkungan tanah dalam
pembentukan NO, N
2
O, CH
4
, dan NH
3
, diatur dalam tiga submodel Li et al., 1996. Submodel fermentasi berisi semua persamaan yang berhubungan dengan
CH
4
untuk menghitung produksi, oksidasi dan transpor CH
4
dalam kondisi tergenang. Submodel denitrifikasi memuat semua persamaan denitrifikasi untuk
menghitung produksi, konsumsi, difusi N
2
O dan NO selama hujan, irigasi atau selama penggenangan. Submodel nitrifikasi yang berisi persamaan nitrifikasi,
fungsi produksi dan penguapan NH
3
. Ketiga submodel ini menyusun komponen kedua dari model DNDC.
Input parameter-parameter didalam model DNDC berupa suhu tanah dan presipitasi harian, berat jenis tanah, tekstur dan pH tanah, kandungan C-organik,
manajemen pengolahan sawah jenis tanaman dan rotasi, cara pembajakan lahan, penyuburan lahan, pemupukan, tipe irigasi, penggenangan dan pemberantasan
hama akan menghasilkan output atau keluaran dari model berupa profil tanah harian seperti suhu, RH, Eh, pH dan konsentrasi dari total C-organik, nitrat, nitrit,
amonium, urea, amonia, dan fluks harian CO
2
, NO, N
2
O, CH
4
, dan NH
3
Li et al., 1996 diacu dalam Li, 2000.
Beberapa gambaran hasil pemodelan dengan menggunakan DNDC: a. Peningkatan produktifitas padi secara signifikan akan meningkatkan fluks CH
4
meskipun mengurangi fluks CO
2
dan N
2
O b. Peningkatan pemakaian jumlah pupuk, akan meningkatkan fluks CH
4
dan N
2
O dan mengurangi fluks CO
2
c. Peningkatan frekuensi drainase intermittent akan mengurangi fluks CH
4
namun meningkatkan fluks N
2
O dan CO
2
d. Penggantian penggunaan lahan dari padi sawah ke tanaman tipe dataran tinggi seperti gandum akan menurunkan fluks CH
4
dan juga fluks N
2
O dan CO
2
Pengukuran di lapangan sebelumnya menunjukkan bahwa pengaturan budidaya padi sawah tidak hanya berpengaruh pada fluks metan, tetapi juga fluks
N
2
O dari tanah ke atmosfer.
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Bahan dan Alat
Bahan dan alat yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut : 1. Seperangkat komputer
2. CD program Visual C++ 3. Tanaman padi varietas Ciherang
4. Sungkupboks 5. Bahan lapangan
6. Injektor polypropilen 5 mL 7. Kromatografi Gas – 8A
8. Integrator Shimadzu – 6A 9. Sampling Valve
10. Standar CH
4
, CO
2
, dan N
2
O 11. Gas H
2
dan N
2
, dan udara tekan 12. Alat pengukur ketinggian air
13. Ajir biomass 14. Timbangan analitik
15. Rice Moisture meter
B. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian dilaksanakan di Kebun Percobaan Balai Penelitian Lingkungan Pertanian, Jakenan. Waktu penelitian dimulai dari bulan Februari hingga Agustus
2007.
C. Metode Penelitian
1. Pelaksanaan penelitian
Penelitian dilakukan untuk membandingkan data emisi CH
4
aktual di lapangan dan data emisi CH
4
berdasarkan model DNDC. Keakuratan data berdasarkan model DNDC dapat dilihat dari perbedaan antara emisi CH
4
Kategori