Model Optimum Budidaya Padi Intensif Dengan Pertimbangan Gas Metan Pada Sawah Irigasi Teknis
MODEL OPTIMUM BUDIDAYA PADI INTENSIF
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN
PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS
DISERTASI
Oleh:
KHADIJAH EL RAMIJA
NIM : 098106004
Program Doktor (S3)
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
MODEL OPTIMUM BUDIDAYA PADI INTENSIF
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN
PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
dalam Program Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan pada
Sekolah PascasarjanaUniversitas Sumatera Utara di bawah pimpinan
Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu,
DTM&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) untuk dipertahankan
di hadapan Sidang Terbuka Senat
Universitas Sumatera Utara
Oleh:
KHADIJAH EL RAMIJA
NIM : 098106004
Program Doktor (S3)
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Judul Disertasi
:
Nama Mahasiswa
Nomor Induk
Program Studi
:
:
:
MODEL
OPTIMUM
BUDIDAYA
PADI
INTENSIFDENGAN PERTIMBANGAN GAS
METAN PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS
Khadijah EL Ramija
098106004
Doktor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan
Lingkungan
Menyetujui
Komisi Pembimbing
(Prof. Ir. Zulkifli Nasution, MSc., Ph.D)
Promotor
(Prof. Dr. Muhammad Zarlis)
Co-Promotor
(Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS.)
Co-Promotor
Ketua Program Studi
Direktur
(Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS)
(Prof. Dr. Erman Munir, MSc)
Tanggal lulus: 22 April 2013
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal: 22 April 2013
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Pemimpin Sidang:
Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K)
(Rektor USU)
Ketua
: Prof. Ir. Zulkifli Nasution, MSc., Ph.D
USU Medan
Anggota
: Prof. Dr. Muhammad Zarlis
Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS.
Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, MSc
Dr. Didik Harnowo, MS
Dr. Delvian, SP, MP
USU Medan
USU Medan
USU Medan
Kepala BPTP Jawa Timur
USU Medan
Universitas Sumatera Utara
HALAMAN PERNYATAAN
Judul Disertasi
“MODEL OPTIMUM BUDIDAYA PADI INTENSIF
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN
PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS”
Dengan ini penulis menyatakan bahwa disertasi ini disusun sebagai syarat
untuk memperoleh gelar Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara adalah benar hasil karya penulis
sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian
tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan disertasi ini, telah penulis
cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika
penulisan ilmiah.
Apabila dikemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian
disertasi ini bukan karya penulis sendiri atau plagiat dalam bagian-bagian tertentu,
penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis
sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang
berlaku.
Medan, 22 April 2013
Penulis,
Khadijah EL Ramija
Universitas Sumatera Utara
MODEL OPTIMUM BUDIDAYA PADI INTENSIF
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN PADA SAWAH IRIGASI
TEKNIS.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk (1) menganalisis pola perubahan kualitas
tanah, kualitas air dan gas Metan (CH 4 ) akibat peningkatan intensitas
pertanaman, (2) menganalisis produktivitas dan ekonomi akibat peningkatan
intensitas pertanaman padi pada lahan sawah irigasi teknis,(3) menyusun model
optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi teknis dengan pendekatan
Pengelolaan Tanaman Terpadu (PTT) yang rendah emisi gas metan secara
berkelanjutan, dan (4) menganalisis indeks keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif dengan peningkatan intensitas pertanaman pada sawah
irigasi teknis serta (5) menyusun strategi kebijakan dalam penerapan model
optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi teknis dengan pendekatan PTT
yang rendah emisi gas metan secara berkelanjutan. Penelitian ini menggunakan
rancangan petak terbagi. Perlakuan Sistem Pengairan sebagai faktor petak utama
yakni sistem pengairan terputus dan sistem mengalir secara terus menerus
(penggenangan) dan Pemupukan sebagai faktor anak petak yaitu perlakuan
pemupukan dilakukan berdasarkan Rekomendasi Permentan No 40 Tahun 2007
dan rekomendasi pemupukan berdasarkan analisis laboratorium dengan 8 taraf
perlakuan pemupukan dengan 3 ulangan. Analisis data kualitas tanah, air, emisi
metan, produksi dan produktivitas padi dilakuan dengan analisis sidik ragam atau
ANOVA dan untuk analisis produksi, produktivitas dan emisi metan dilanjutkan
dengan uji Duncan Multiple Range Test (DMRT). Selanjutnya Analisis
Keberlanjutan modifikasi RAPFISH ini dinamakan Rapfarm (Rapid Appraisal for
Farming) dengan menggunakan metode multidimensional scaling (MDS), untuk
menyusun skenario digunakan pendekatan sistem model dinamik. Hasil penelitian
menunjukkan sistem budidaya padi intensif dengan peningkatan intensitas
pertanaman tidak menurunkan kualitas tanah dan kualitas air dan emisi metan
dapat ditekan sampai 66,05%. Budidaya padi intensif dengan peningkatan
intensitas pertanaman sampai empat musim tanam dalam satu tahun dengan
pendekatan PTT dapat meningkatkan produksi dan produktivitas padi sampai
30% dan meningkatkan pendapatan petani secara nyata. Model Optimum
budidaya padi intensif yaitu menanam padi empat kali dalam satu tahun dengan
pola tanam padi-padi-padi-padi menggunakan sistem PTT khususnya dengan
sistem pengairan intermittent dan pemberian pupuk sesuai kebutuhan hara
tanaman (rekomendasi hasil analisis laboratorium dengan dosis 100% ditambah
probiotik). Nilai metan dengan penerapan model optimum dapat diturunkan secara
signifikan dari 218.826.889,43 kg CH 4 dapat menjadi 397.181,03 kg CH 4 pada
tahun 2030. Nilai indeks keberlanjutan model optimum budidaya padi intensif,
berkisar antara 42,84-66,54 (masuk ke dalam kategori cukup) dan hasil uji
statistik menunjukkan bahwa metode RAP-INLASIT-IP 400 cukup baik untuk
dipergunakan sebagai salah satu alat untuk mengevaluasi keberlanjutan penerapan
model optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi teknis.
Kata kunci: Model, Optimum, Budidaya Padi Intensif, Metan, Keberlanjutan
Universitas Sumatera Utara
THE OPTIMUM MODEL OF INTENSIVE RICE CULTIVATION BY GAS
OF METHANE CONSIDERATION AT TECHNICAL IRRIGATION OF
RICE FIELD
ABSTRACT
The objectives of this research are (1) to analyze the changing patterns of soil
quality, water quality and Methane (CH 4 ) due to cropping index improvement, (2)
to analyze productivity and economic due to the increasing of rice cultivation
intensity at technical irrigated rice field, (3) to arrange the optimum model of
intensive rice cultivation at technical irrigated rice field by Integrated Crop
Management (ICM) approach with low methane emission sustainably, and (4) to
analyze sustainable index of optimum model of intensive rice cultivation with
cropping index improvement at technical irrigated rice field and (5) to arrange
the policy strategy in the implementation of optimum model of intensive rice
cultivation at technical irrigated rice field by Integrated Crop Management (ICM)
with low methane emission sustainably. This research used split plot design. The
treatment of irrigation systems as the main split plot factor is intermittent
irrigation and continuous system (flooded) and fertilization as sub plot factor
which is fertilization treatment are applied, based on the Recommendation of the
Minister of Agriculture No. 40/2007 and based on laboratory analysis
recommendation with 8 levels of fertilization treatment with 3 replications. Data
analysis for soil quality, water, methane emissions, production and rice
productivity are done by analysis of variance (ANOVA) and for the analysis of
production, productivity and the methane emission are continued into Duncan
Multiple Range Test (DMRT) test. Further sustainability analysis of the RAPFISH
modification is called Rapfarm (Rapid Appraisal for Farming) by using the
multidimensional scaling (MDS) method, to arrange the scenario is used dynamic
model systems approach. The result of study showed that intensive rice cultivation
by increasing of planting intensity did not reduce soil and water quality and
methane emission can be pushed until 66,05%. Cultivation of intensive rice by
increasing of planting season up to four planting seasons in a year by ICM
approach can increase rice production and productivity up to 30% and also
increase farmer’s income significantly. Optimum Model of intensive rice
cultivation is by planting rice for four times a year with the planting pattern of
rice-rice-rice-rice by using ICM system especially by using intermittent irrigation
system and fertilization appropriate for plant nutrients (recommendation from
result of laboratory analysis with the dosage 100% plus probiotic). The value of
methane with optimum model application can be reduced significantly from
218.826.889,43 kg CH 4 to 397.181,03 kg CH 4 in 2030. The value of sustainable
index of optimum model of intensive rice cultivation has range between 42,8466,54 (included in the category of sufficiency) and the result of statistical test
showed that RAP-INLASIT-IP 400 method is good enough to be used as one of the
devices to evaluate the sustainability implementation optimum model of intensive
rice cultivation on technical irrigated rice field.
Keywords: Model, Optimum, Intensive Rice Cultivation, Methane, Sustainability
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT, karena atas segala
rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan disertasi dengan
judul Model Optimum Budidaya Padi Intensif Dengan Pertimbangan Gas Metan
Pada Sawah Irigasi Teknis.
Selama melakukan penelitian dan penulisan disertasi ini, Penulis banyak
memperoleh bantuan moril dan materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih yang tulus kepada:
1. Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H., MSc (CTM), Sp.A (K) selaku
Rektor Universitas Sumatera Utara
2. Prof. Dr. Erman Munir, MSc, selaku Direktur Sekolah Pascasarjana
Universitas Sumatera Utara
3. Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS, selaku Ketua Program Studi Pengelolaan
Sumberdaya Alam dan Lingkungan Universitas Sumatera Utara dan selaku
Co-Promotor, yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam
penulisan disertasi ini.
4. Prof. Ir. Zulkifli Nasution, MSc., Ph.D selaku Promotor yang telah
membimbing dan mengarahkan penulis dalam penulisan disertasi ini.
5. Prof. Dr. Muhammad Zarlis selaku Co-Promotor, yang telah membimbing
dan mengarahkan penulis dalam penulisan disertasi ini.
6. Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, MSc, selaku Penguji atas saran untuk
perbaikan yang telah diberikan.
7. Dr. Didik Harnowo, MS, selaku Penguji Luar Komisi atas saran untuk
perbaikan yang telah diberikan.
8. Dr. Delvian, SP, MP, selaku Sekretaris Program Doktor Program Studi
pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan dan selaku penguji atas saran
untuk perbaikan yang telah diberikan.
9. Seluruh staf pengajar Program S3 Pengelolaan Sumber Daya Alam dan
Lingkungan Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat dan
menjadi acuan
rekomendasi teknologi bagi peningkatan produksi padi di Sumatera Utara dan
dapat berkontribusi pada peningkatan produksi beras Nasional secara
berkelanjutan.
Medan, 22 April 2013
Khadijah EL Ramija
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
KHADIJAH EL RAMIJA, dilahirkan di Tanjung Pura, Kabupaten
Langkat, Sumatera Utara pada tanggal 28 Februari 1969 sebagai Putri ketiga dari
tigabelas bersaudara. Ayah bernama (Alm.) Abdul Mubin Lubis dan Ibu yang
bernama Masytah Khatib. Penulis menikah di Medan, pada tanggal 15 Mei 1996
dengan Cecep Sutisna Endan dan dikaruniai 2 (dua) orang putra yaitu Muhammad
Luthfi Khadna dan Sheilla Fahira KhadnaPendidikan SD ditempuh mulai tahun
1975 dan lulus pada tahun 1981 di SD Negeri 050731 Tanjung Pura, kemudian
melanjutkan ke SMP Negeri 1 Tanjung Pura dan lulus tahun 1984, pendidikan
sekolah lanjutan ditempuh di SMA Negeri 1 Tanjung Pura jurusan A1 (Fisika)
lulus pada tahun 1987. Pendidikan Sarjana ditempuh di FKIP S1 UNSYIAH
Banda Aceh pada tahun 1987 namun hanya 1 semester dan berhenti karena sakit,
sehingga pendidikan sarjana diperoleh dijurusan Budidaya Perairan, Fakultas
Perikanan, Universitas Dharmawangsa, Medan, lulus pada tahun 1994.
Pada
tahun 1995 penulis diterima bekerja di Balai Pengkajian Teknologi Pertanian
(BPTP) Sumatera Utara Medan, Badan Penelitian Pengembangan Pertanian,
Kementerian Pertanian. Pada Tahun 2000 penulis mendapat kesempatan untuk
melanjutkan pendidikan ke program studi Ekonomi Pertanian Jurusan Ilmu-ilmu
Pertanian, Program Pascasarjana Universitas Gadjah Mada (UGM) Yogyakarta
dan lulus pada tahun 2002. Beasiswa pendidikan pascasarjana program Magister
diperoleh dari Proyek Pembinaan Kelembagaan Penelitian dan Pengembangan
Pertanian (P2KP3/ARM-II Project) merupakan Proyek kerjasama Departemen
Pertanian Republik Indonesia dengan World Bank. Selanjutnya Pada tahun 2009
penulis melanjutkan pendidikan S3 pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya
Alam dan Lingkungan di Universitas Sumatera Utara.
Penulis sampai saat ini bekerja di BPTP Sumatera sebagai Peneliti Muda
dan menjabat sebagai Ketua Kelompok Peneliti Bidang Sumberdaya.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................................... ii
ABSTRACT ........................................................................................................................ iii
KATA PENGANTAR...........................................................................................................iv
RIWAYAT HIDUP................................................................................................................v
DAFTAR ISI ........................................................................................................................vi
DAFTAR TABEL .................................................................................................................ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................xi
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................................xiv
BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................................1
1.1. Latar Belakang..............................................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah ......................................................................................................8
1.3. Kerangka Pemikiran.................................................................................................... 11
1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................................................ 13
1.5. Hipotesis ..................................................................................................................... 14
1.6. Manfaat Penelitian ...................................................................................................... 14
1.7. Novelty Penelitian....................................................................................................... 14
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 15
2.1. Sawah dan Budidaya Padi ........................................................................................... 15
2.2. Indeks Pertanaman Padi 400 (IP Padi 400) .................................................................. 18
2.3. Degradasi Lahan Sawah .............................................................................................. 19
2.3.1. Pencemaran Tanah Sawah ................................................................................ 19
2.3.2. Pencemaran Air dan Kualitas Air Sawah .......................................................... 31
2.4. Gas Rumah Kaca (GKR) ............................................................................................. 42
2.4.1. Gas Metan ........................................................................................................ 49
2.4.2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Emisi Gas Metan ....................................... 71
2.5. Analisis Keberlanjutan ................................................................................................ 78
2.6. Sistem dan Permodelan ............................................................................................... 80
2.6.1. Definisi dan Kategori ....................................................................................... 80
2.6.2. Pendekatan Sistem Dinamis .............................................................................. 82
2.6.3. Struktur, Perilaku Sistem dan Causal loop Diagram ......................................... 86
2.6.4. Model............................................................................................................... 89
2.6.5. Validasi Model ................................................................................................. 90
2.6.6. Sensitivitas Model, Intervensi Fungsional dan Struktural ................................ 93
2.6.7. Simulasi Model ................................................................................................ 95
BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................................... 98
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian ....................................................................................... 98
3.2. Pendekatan Penelitian ................................................................................................. 98
3.3. Metode Pengumpulan Data ......................................................................................... 99
3.3.1. Perlakuan dan Rancangan Percobaan ................................................................ 99
3.3.2. Jenis dan Sumber Data ................................................................................... 101
3.3.3. Metode Pengambilan Sampel.......................................................................... 102
3.4. Analisis Data ............................................................................................................ 106
3.4.1. Analisis Contoh Tanah untuk Parameter Kualitas Tanah ................................. 106
3.4.2. Analisis Contoh Air untuk Parameter Kualitas Air .......................................... 106
3.4.3. Analisis Gas Metan ........................................................................................ 107
3.4.4. Efisiensi Agronomis ....................................................................................... 108
3.4.5. Analisis Usaha Tani Padi Sawah..................................................................... 108
Universitas Sumatera Utara
3.5. Analisis Keberlanjutan Budidaya Padi Intensif .......................................................... 109
3.6. Pendekatan Sistem .................................................................................................... 113
3.6.1. Analisis Kebutuhan ........................................................................................ 113
3.6.2. Identifikasi dan Formulasi Masalah ................................................................ 114
3.6.3. Identifikasi Sistem .......................................................................................... 116
3.6.4. Diagram Lingkar Sebab-Akibat (Causal Loop) ............................................... 117
3.6.5. Permodelan dan Perilaku Sistem ..................................................................... 119
3.6.6. Diagram Kotak Hitam .................................................................................... 119
3.6.7. Validasi .......................................................................................................... 121
3.6.8. Tahapan Penelitian ......................................................................................... 122
BAB IV GAMBARAN UMUM LOKASI PENELITIAN .................................................. 125
4.1. Potensi Wilayah Daerah Penelitian dan Letak Geografi .............................................. 125
4.2. Zonase Agroekosistem Kabupaten Simalungun .......................................................... 126
4.3. Penggunaan Lahan Pertanian di Desa Purbaganda Kecamatan Pematang
Bandar, Simalungun ................................................................................................... 129
4.4. Iklim dan Hidrologi ................................................................................................... 130
4.5. Landform dan Bahan Induk ........................................................................................ 137
4.6. Tanah ........................................................................................................................ 138
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................................. 141
5.1. Analisis Pola Perubahan Kualitas Tanah, Kualitas Air dan Gas Metan (CH 4 )
Akibat Peningkatan Intensitas Pertanaman .................................................................. 141
5.1.1. Sifat Kimia Tanah Awal .................................................................................. 141
5.1.2. Kualitas Tanah ................................................................................................ 142
5.1.3. Sifat Kimia Air Awal....................................................................................... 153
5.1.4. Kualitas Air Selama Penelitian ........................................................................ 154
5.1.5. Emisi Metan .................................................................................................... 162
5.1.6. Korelasi Komponen Hasil dengan Emisi Metan ............................................... 170
5.1.7. Korelasi Jumlah Anakan maksimum dengan Total Emisi Metan ................. 171
5.1.8. Korelasi Jumlah Anakan Produktif dengan Total Emisi
Metan ................. 174
5.2. Analisis Produksi, Produktivitas dan Ekonomi Budidaya Intensif Pada Lahan
Sawah Irigasi Teknis ................................................................................................... 176
5.2.1. Produksi, Produktivitas dan Komponen Hasil .................................................. 176
5.2.2. Efisiensi Agronomis ........................................................................................ 189
5.2.3. Keragaan Analisis Usaha Tani ......................................................................... 195
5.3. Model Optimum Budidaya Padi Intensif pada Sawah Irigasi Teknis dengan
Pendekatan PTT Rendah Emisi Gas Metan Secara Berkelanjutan .............................. 199
5.3.1. Analisis Kebutuhan ......................................................................................... 199
5.3.2. Formulasi Masalah .......................................................................................... 201
5.3.3. Identifikasi Sistem ........................................................................................... 204
5.3.4. Simulasi Model ............................................................................................... 208
5.3.5. Simulasi Model Existing Condition ................................................................. 214
5.3.6. Validasi Model ................................................................................................ 214
5.3.7. Validasi Struktur Model .................................................................................. 215
5.3.8. Validasi Kinerja/Output Model ........................................................................ 219
5.3.9. Penyusunan Skenario ...................................................................................... 222
5.3.10. Simulasi Skenario .......................................................................................... 225
5.3.11. Simulasi Skenario Empat Musim Tanam ....................................................... 228
5.4. Analisis Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Padi Intensif
pada
Sawah Irigasi Teknis ................................................................................................... 230
Universitas Sumatera Utara
5.4.1. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Padi Intensif
pada
Sawah Irigasi Teknis Dimensi Ekologi ............................................................. 234
5.4.2. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada
Sawah
Irigasi Teknis Dimensi Ekonomi ...................................................................... 234
5.4.3. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada Sawah Irigasi
Teknis Dimensi Sosial ...................................................................................... 237
5.4.4. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada Sawah Irigasi
Teknis Dimensi Teknologi............................................................................... 240
5.4.5. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada
Sawah ................ 245
5.5. Strategi Kebijakan dalam Penerapan Model Optimum Budidaya Padi Intensif
pada Sawah Irigasi Teknis Rendah Emisi Gas Metan .................................................. 249
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 249
6.1. Kesimpulan ................................................................................................................ 249
6.2. Saran .......................................................................................................................... 250
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 251
LAMPIRAN ...................................................................................................................... 272
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar
1.1
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
Judul
Rumusan masalah model optimum budidaya padi
intensif, rendah emisi gas metan dan berkelanjutan
pada sawah irigasi teknis
Dinamika produksi dan emisi CH 4 dari lahan sawah
Causal loop diagram
Penggunaan simulasi model
Ilustrasi indeks setiap dimensi keberlanjutan model
optimum
budidaya padi intensif pada sawah irigasi
teknis di Kabupaten Simalungun
Tahapan analisis rapfish modifikasi menggunakan
MDS
Diagram sebab akibat model optimum budidaya padi
intensif rendah emisi gas metan dan berkelanjutan
pada sawah irgasi teknis di Kabupaten Simalungun
Konsep diagram kotak hitam
Tahapan penelitian model optimum budidaya padi
intensif pada sawah irigasi teknis
Peta Kabupaten Simalungun Provinsi Sumatera Utara
Peta klasifikasi iklim oldeman di Kabupaten
Simalungun
Peta klasifikasi iklim Scmidth-Ferguson di Kabupaten
Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam di
Kecamatan Pematang
Bandar, Kabupaten
Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT I
tahun 2011, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT II
tahun 2011, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT I
tahun 2012, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT II
tahun 2012, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik pH tanah selama empat musim tanam
Grafik C-organik tanah selama empat musim tanam
Grafik N-total tanah selama empat musim tanam
Grafik P-tersedia selama empat musim tanam
Grafik K-dd selama empat musim tanam
Grafik pH air selama empat musim tanam
Grafik EC air selama empat musim tanam
Grafik N-total air selama empat musim tanam
Grafik P-air selama empat musim tanam
Halaman
12
52
87
95
111
113
118
121
124
126
130
131
133
133
134
135
136
144
146
148
149
150
155
155
156
157
Universitas Sumatera Utara
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
5.17
5.18
5.19
5.20
5.21
5.22
5.23
5.24
5.25
5.26
5.27
5.28
5.29
5.30
5.31
5.32
5.33
5.34
5.35
5.36
5.37
5.38
5.39
5.40
5.41
5.42
5.43
Grafik K-air selama empat musim tanam
Grafik kandungan Fe air selama empat musim tanam
Emisi CH4 selama empat musim tanam
Kumulatif metan ( CH4) selama empat musim tanam
Total emisi CH4 pada setiap perlakuan selama empat
musim tanam
Grafik Jumlah Anakan Maksimum dengan Total Emisi
Metan
Korelasi jumlah anakan maksimum dengan total metan
perlakuan A2B6
Grafik jumlah anakan produktif dengan total emisi
metan
Hubungan jumlah anakan produktif dengan total metan
perlakuan A2B6
Grafik jumlah anakan selama empat musim tanam
Grafik bobot 1000 butir selama empat musim tanam
Grafik jumlah gabah isi selama empat musim tanam
Grafik gabah kering panen selama empat musim tanam
Grafik jumlah anakan produktif selama empat musim
tanam
Grafik gabah kering giling selama empat musim tanam
Grafik tinggi tanaman (cm) selama empat musim
tanam
Grafik berat berangkasan selama empat musim tanam
Variabel-variabel yang mempengaruhi kinerja sistem
Diagram lingkar sebab-akibat (causal loop)
Stock flow diagram model pengelolaan budidaya padi
intensif
di lahan sawah irigasi teknis rendah
emisi gas metan
Sub model sosial
Pertumbuhan penduduk dan jumlah petani kabupaten
simalungun
Tingkat pendidikan petani
Sub model ekonomi
Laju pertumbuhan PDRB daerah dan kontribusi sektor
pertanian
Luas panen dan jumlah produksi
Rata-rata pendapatan petani
Sub model ekologi
Grafik validasi penduduk
Grafik validasi PDRB
Grafik validasi kontribusi sektor pertanian
Skenario rata-rata pendapatan petani
Emisi metan pada kondisi eksisting dan perlakuan
intermitent serta pola tanam
Analisis indeks dan status keberlanjutan model
optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi
teknis multidimensi
158
159
163
164
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
181
181
181
202
203
205
208
209
210
211
211
212
213
213
217
218
218
223
224
227
Universitas Sumatera Utara
5.44
Ordinasi dimensi ekologi (ordination of ecological
dimension)
Ordinasi dimensi sosial (ordination of social
dimension)
Analisis laverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada sawah
irigasi teknis dimensi ekologi
dan faktor sensitif
yang mempengaruhi keberlanjutan ekologi
Ordinasi dimensi ekonomi (ordination of economic
dimension)
Analisis leverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi teknologi dan faktor
sensitif yang mempengaruhi keberlanjutan dimensi
ekonomi
Ordinasi Dimensi Sosial (Ordination of sosial
Dimension)
Analisis leverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi kelembagaan dan
faktor sensitif yang mempengaruhi
keberlanjutan
sosial
Ordinasi
dimensi
teknologi
(Ordination
of
technological)
Analisis leverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi teknologi dan faktor
sensitif yang mempengaruhi keberlanjutan dimensi
teknologi
228
5.53
Ordinasi dimensi kelembagaan (Ordination of institutional
dimension)
241
5.54
Diagram layang (kite diagram) analisis keberlanjutan
model
optimum budidaya padi intensif pada sawah
irigasi teknis dari
lima dimensi
243
5.45
5.46
5.47
5.48
5.49
5.50
5.51
5.52
229
231
234
237
238
238
238
240
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Judul
1
Deskripsi padi varietas padi INPARI I3
2
Kriteria sifat kimia tanah
3
Peraturan pemerintah No 82 Tahun 2001 tentang
pengelolan kualitas air dan pengendalian pencemaran
air
4
Perlakuan penelitian model optimum budidaya padi
intensif dengan pertimbangan gas metan pada sawah
irigasi teknis di Kabupaten Simalungun
5
Denah plot penelitian
6
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi ekologi
7
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi ekonomi
8
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada
lahan sawah irigasi teknis dimensi teknologi
9
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi sosial
10
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah
emisi metan pada
lahan sawah irigasi teknis dimensi kelembagaan
11
Skenario pendapatan petani
12
Gas metan yang dikeluarkan pada kondisi eksisting
dari luasan sawah di kabupaten simalungun sangat
jauh diatas nilai metan dengan
penerapan
intermitent dan pola empat musim tanam
Halaman
272
273
279
279
281
282
284
286
289
291
293
294
Universitas Sumatera Utara
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN
PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS
DISERTASI
Oleh:
KHADIJAH EL RAMIJA
NIM : 098106004
Program Doktor (S3)
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
MODEL OPTIMUM BUDIDAYA PADI INTENSIF
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN
PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
dalam Program Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan pada
Sekolah PascasarjanaUniversitas Sumatera Utara di bawah pimpinan
Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu,
DTM&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) untuk dipertahankan
di hadapan Sidang Terbuka Senat
Universitas Sumatera Utara
Oleh:
KHADIJAH EL RAMIJA
NIM : 098106004
Program Doktor (S3)
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Judul Disertasi
:
Nama Mahasiswa
Nomor Induk
Program Studi
:
:
:
MODEL
OPTIMUM
BUDIDAYA
PADI
INTENSIFDENGAN PERTIMBANGAN GAS
METAN PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS
Khadijah EL Ramija
098106004
Doktor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan
Lingkungan
Menyetujui
Komisi Pembimbing
(Prof. Ir. Zulkifli Nasution, MSc., Ph.D)
Promotor
(Prof. Dr. Muhammad Zarlis)
Co-Promotor
(Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS.)
Co-Promotor
Ketua Program Studi
Direktur
(Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS)
(Prof. Dr. Erman Munir, MSc)
Tanggal lulus: 22 April 2013
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal: 22 April 2013
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Pemimpin Sidang:
Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K)
(Rektor USU)
Ketua
: Prof. Ir. Zulkifli Nasution, MSc., Ph.D
USU Medan
Anggota
: Prof. Dr. Muhammad Zarlis
Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS.
Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, MSc
Dr. Didik Harnowo, MS
Dr. Delvian, SP, MP
USU Medan
USU Medan
USU Medan
Kepala BPTP Jawa Timur
USU Medan
Universitas Sumatera Utara
HALAMAN PERNYATAAN
Judul Disertasi
“MODEL OPTIMUM BUDIDAYA PADI INTENSIF
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN
PADA SAWAH IRIGASI TEKNIS”
Dengan ini penulis menyatakan bahwa disertasi ini disusun sebagai syarat
untuk memperoleh gelar Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara adalah benar hasil karya penulis
sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian
tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan disertasi ini, telah penulis
cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika
penulisan ilmiah.
Apabila dikemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian
disertasi ini bukan karya penulis sendiri atau plagiat dalam bagian-bagian tertentu,
penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis
sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang
berlaku.
Medan, 22 April 2013
Penulis,
Khadijah EL Ramija
Universitas Sumatera Utara
MODEL OPTIMUM BUDIDAYA PADI INTENSIF
DENGAN PERTIMBANGAN GAS METAN PADA SAWAH IRIGASI
TEKNIS.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk (1) menganalisis pola perubahan kualitas
tanah, kualitas air dan gas Metan (CH 4 ) akibat peningkatan intensitas
pertanaman, (2) menganalisis produktivitas dan ekonomi akibat peningkatan
intensitas pertanaman padi pada lahan sawah irigasi teknis,(3) menyusun model
optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi teknis dengan pendekatan
Pengelolaan Tanaman Terpadu (PTT) yang rendah emisi gas metan secara
berkelanjutan, dan (4) menganalisis indeks keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif dengan peningkatan intensitas pertanaman pada sawah
irigasi teknis serta (5) menyusun strategi kebijakan dalam penerapan model
optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi teknis dengan pendekatan PTT
yang rendah emisi gas metan secara berkelanjutan. Penelitian ini menggunakan
rancangan petak terbagi. Perlakuan Sistem Pengairan sebagai faktor petak utama
yakni sistem pengairan terputus dan sistem mengalir secara terus menerus
(penggenangan) dan Pemupukan sebagai faktor anak petak yaitu perlakuan
pemupukan dilakukan berdasarkan Rekomendasi Permentan No 40 Tahun 2007
dan rekomendasi pemupukan berdasarkan analisis laboratorium dengan 8 taraf
perlakuan pemupukan dengan 3 ulangan. Analisis data kualitas tanah, air, emisi
metan, produksi dan produktivitas padi dilakuan dengan analisis sidik ragam atau
ANOVA dan untuk analisis produksi, produktivitas dan emisi metan dilanjutkan
dengan uji Duncan Multiple Range Test (DMRT). Selanjutnya Analisis
Keberlanjutan modifikasi RAPFISH ini dinamakan Rapfarm (Rapid Appraisal for
Farming) dengan menggunakan metode multidimensional scaling (MDS), untuk
menyusun skenario digunakan pendekatan sistem model dinamik. Hasil penelitian
menunjukkan sistem budidaya padi intensif dengan peningkatan intensitas
pertanaman tidak menurunkan kualitas tanah dan kualitas air dan emisi metan
dapat ditekan sampai 66,05%. Budidaya padi intensif dengan peningkatan
intensitas pertanaman sampai empat musim tanam dalam satu tahun dengan
pendekatan PTT dapat meningkatkan produksi dan produktivitas padi sampai
30% dan meningkatkan pendapatan petani secara nyata. Model Optimum
budidaya padi intensif yaitu menanam padi empat kali dalam satu tahun dengan
pola tanam padi-padi-padi-padi menggunakan sistem PTT khususnya dengan
sistem pengairan intermittent dan pemberian pupuk sesuai kebutuhan hara
tanaman (rekomendasi hasil analisis laboratorium dengan dosis 100% ditambah
probiotik). Nilai metan dengan penerapan model optimum dapat diturunkan secara
signifikan dari 218.826.889,43 kg CH 4 dapat menjadi 397.181,03 kg CH 4 pada
tahun 2030. Nilai indeks keberlanjutan model optimum budidaya padi intensif,
berkisar antara 42,84-66,54 (masuk ke dalam kategori cukup) dan hasil uji
statistik menunjukkan bahwa metode RAP-INLASIT-IP 400 cukup baik untuk
dipergunakan sebagai salah satu alat untuk mengevaluasi keberlanjutan penerapan
model optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi teknis.
Kata kunci: Model, Optimum, Budidaya Padi Intensif, Metan, Keberlanjutan
Universitas Sumatera Utara
THE OPTIMUM MODEL OF INTENSIVE RICE CULTIVATION BY GAS
OF METHANE CONSIDERATION AT TECHNICAL IRRIGATION OF
RICE FIELD
ABSTRACT
The objectives of this research are (1) to analyze the changing patterns of soil
quality, water quality and Methane (CH 4 ) due to cropping index improvement, (2)
to analyze productivity and economic due to the increasing of rice cultivation
intensity at technical irrigated rice field, (3) to arrange the optimum model of
intensive rice cultivation at technical irrigated rice field by Integrated Crop
Management (ICM) approach with low methane emission sustainably, and (4) to
analyze sustainable index of optimum model of intensive rice cultivation with
cropping index improvement at technical irrigated rice field and (5) to arrange
the policy strategy in the implementation of optimum model of intensive rice
cultivation at technical irrigated rice field by Integrated Crop Management (ICM)
with low methane emission sustainably. This research used split plot design. The
treatment of irrigation systems as the main split plot factor is intermittent
irrigation and continuous system (flooded) and fertilization as sub plot factor
which is fertilization treatment are applied, based on the Recommendation of the
Minister of Agriculture No. 40/2007 and based on laboratory analysis
recommendation with 8 levels of fertilization treatment with 3 replications. Data
analysis for soil quality, water, methane emissions, production and rice
productivity are done by analysis of variance (ANOVA) and for the analysis of
production, productivity and the methane emission are continued into Duncan
Multiple Range Test (DMRT) test. Further sustainability analysis of the RAPFISH
modification is called Rapfarm (Rapid Appraisal for Farming) by using the
multidimensional scaling (MDS) method, to arrange the scenario is used dynamic
model systems approach. The result of study showed that intensive rice cultivation
by increasing of planting intensity did not reduce soil and water quality and
methane emission can be pushed until 66,05%. Cultivation of intensive rice by
increasing of planting season up to four planting seasons in a year by ICM
approach can increase rice production and productivity up to 30% and also
increase farmer’s income significantly. Optimum Model of intensive rice
cultivation is by planting rice for four times a year with the planting pattern of
rice-rice-rice-rice by using ICM system especially by using intermittent irrigation
system and fertilization appropriate for plant nutrients (recommendation from
result of laboratory analysis with the dosage 100% plus probiotic). The value of
methane with optimum model application can be reduced significantly from
218.826.889,43 kg CH 4 to 397.181,03 kg CH 4 in 2030. The value of sustainable
index of optimum model of intensive rice cultivation has range between 42,8466,54 (included in the category of sufficiency) and the result of statistical test
showed that RAP-INLASIT-IP 400 method is good enough to be used as one of the
devices to evaluate the sustainability implementation optimum model of intensive
rice cultivation on technical irrigated rice field.
Keywords: Model, Optimum, Intensive Rice Cultivation, Methane, Sustainability
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT, karena atas segala
rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan disertasi dengan
judul Model Optimum Budidaya Padi Intensif Dengan Pertimbangan Gas Metan
Pada Sawah Irigasi Teknis.
Selama melakukan penelitian dan penulisan disertasi ini, Penulis banyak
memperoleh bantuan moril dan materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih yang tulus kepada:
1. Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H., MSc (CTM), Sp.A (K) selaku
Rektor Universitas Sumatera Utara
2. Prof. Dr. Erman Munir, MSc, selaku Direktur Sekolah Pascasarjana
Universitas Sumatera Utara
3. Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS, selaku Ketua Program Studi Pengelolaan
Sumberdaya Alam dan Lingkungan Universitas Sumatera Utara dan selaku
Co-Promotor, yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam
penulisan disertasi ini.
4. Prof. Ir. Zulkifli Nasution, MSc., Ph.D selaku Promotor yang telah
membimbing dan mengarahkan penulis dalam penulisan disertasi ini.
5. Prof. Dr. Muhammad Zarlis selaku Co-Promotor, yang telah membimbing
dan mengarahkan penulis dalam penulisan disertasi ini.
6. Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, MSc, selaku Penguji atas saran untuk
perbaikan yang telah diberikan.
7. Dr. Didik Harnowo, MS, selaku Penguji Luar Komisi atas saran untuk
perbaikan yang telah diberikan.
8. Dr. Delvian, SP, MP, selaku Sekretaris Program Doktor Program Studi
pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan dan selaku penguji atas saran
untuk perbaikan yang telah diberikan.
9. Seluruh staf pengajar Program S3 Pengelolaan Sumber Daya Alam dan
Lingkungan Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat dan
menjadi acuan
rekomendasi teknologi bagi peningkatan produksi padi di Sumatera Utara dan
dapat berkontribusi pada peningkatan produksi beras Nasional secara
berkelanjutan.
Medan, 22 April 2013
Khadijah EL Ramija
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
KHADIJAH EL RAMIJA, dilahirkan di Tanjung Pura, Kabupaten
Langkat, Sumatera Utara pada tanggal 28 Februari 1969 sebagai Putri ketiga dari
tigabelas bersaudara. Ayah bernama (Alm.) Abdul Mubin Lubis dan Ibu yang
bernama Masytah Khatib. Penulis menikah di Medan, pada tanggal 15 Mei 1996
dengan Cecep Sutisna Endan dan dikaruniai 2 (dua) orang putra yaitu Muhammad
Luthfi Khadna dan Sheilla Fahira KhadnaPendidikan SD ditempuh mulai tahun
1975 dan lulus pada tahun 1981 di SD Negeri 050731 Tanjung Pura, kemudian
melanjutkan ke SMP Negeri 1 Tanjung Pura dan lulus tahun 1984, pendidikan
sekolah lanjutan ditempuh di SMA Negeri 1 Tanjung Pura jurusan A1 (Fisika)
lulus pada tahun 1987. Pendidikan Sarjana ditempuh di FKIP S1 UNSYIAH
Banda Aceh pada tahun 1987 namun hanya 1 semester dan berhenti karena sakit,
sehingga pendidikan sarjana diperoleh dijurusan Budidaya Perairan, Fakultas
Perikanan, Universitas Dharmawangsa, Medan, lulus pada tahun 1994.
Pada
tahun 1995 penulis diterima bekerja di Balai Pengkajian Teknologi Pertanian
(BPTP) Sumatera Utara Medan, Badan Penelitian Pengembangan Pertanian,
Kementerian Pertanian. Pada Tahun 2000 penulis mendapat kesempatan untuk
melanjutkan pendidikan ke program studi Ekonomi Pertanian Jurusan Ilmu-ilmu
Pertanian, Program Pascasarjana Universitas Gadjah Mada (UGM) Yogyakarta
dan lulus pada tahun 2002. Beasiswa pendidikan pascasarjana program Magister
diperoleh dari Proyek Pembinaan Kelembagaan Penelitian dan Pengembangan
Pertanian (P2KP3/ARM-II Project) merupakan Proyek kerjasama Departemen
Pertanian Republik Indonesia dengan World Bank. Selanjutnya Pada tahun 2009
penulis melanjutkan pendidikan S3 pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya
Alam dan Lingkungan di Universitas Sumatera Utara.
Penulis sampai saat ini bekerja di BPTP Sumatera sebagai Peneliti Muda
dan menjabat sebagai Ketua Kelompok Peneliti Bidang Sumberdaya.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................................... ii
ABSTRACT ........................................................................................................................ iii
KATA PENGANTAR...........................................................................................................iv
RIWAYAT HIDUP................................................................................................................v
DAFTAR ISI ........................................................................................................................vi
DAFTAR TABEL .................................................................................................................ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................xi
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................................xiv
BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................................1
1.1. Latar Belakang..............................................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah ......................................................................................................8
1.3. Kerangka Pemikiran.................................................................................................... 11
1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................................................ 13
1.5. Hipotesis ..................................................................................................................... 14
1.6. Manfaat Penelitian ...................................................................................................... 14
1.7. Novelty Penelitian....................................................................................................... 14
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 15
2.1. Sawah dan Budidaya Padi ........................................................................................... 15
2.2. Indeks Pertanaman Padi 400 (IP Padi 400) .................................................................. 18
2.3. Degradasi Lahan Sawah .............................................................................................. 19
2.3.1. Pencemaran Tanah Sawah ................................................................................ 19
2.3.2. Pencemaran Air dan Kualitas Air Sawah .......................................................... 31
2.4. Gas Rumah Kaca (GKR) ............................................................................................. 42
2.4.1. Gas Metan ........................................................................................................ 49
2.4.2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Emisi Gas Metan ....................................... 71
2.5. Analisis Keberlanjutan ................................................................................................ 78
2.6. Sistem dan Permodelan ............................................................................................... 80
2.6.1. Definisi dan Kategori ....................................................................................... 80
2.6.2. Pendekatan Sistem Dinamis .............................................................................. 82
2.6.3. Struktur, Perilaku Sistem dan Causal loop Diagram ......................................... 86
2.6.4. Model............................................................................................................... 89
2.6.5. Validasi Model ................................................................................................. 90
2.6.6. Sensitivitas Model, Intervensi Fungsional dan Struktural ................................ 93
2.6.7. Simulasi Model ................................................................................................ 95
BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................................... 98
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian ....................................................................................... 98
3.2. Pendekatan Penelitian ................................................................................................. 98
3.3. Metode Pengumpulan Data ......................................................................................... 99
3.3.1. Perlakuan dan Rancangan Percobaan ................................................................ 99
3.3.2. Jenis dan Sumber Data ................................................................................... 101
3.3.3. Metode Pengambilan Sampel.......................................................................... 102
3.4. Analisis Data ............................................................................................................ 106
3.4.1. Analisis Contoh Tanah untuk Parameter Kualitas Tanah ................................. 106
3.4.2. Analisis Contoh Air untuk Parameter Kualitas Air .......................................... 106
3.4.3. Analisis Gas Metan ........................................................................................ 107
3.4.4. Efisiensi Agronomis ....................................................................................... 108
3.4.5. Analisis Usaha Tani Padi Sawah..................................................................... 108
Universitas Sumatera Utara
3.5. Analisis Keberlanjutan Budidaya Padi Intensif .......................................................... 109
3.6. Pendekatan Sistem .................................................................................................... 113
3.6.1. Analisis Kebutuhan ........................................................................................ 113
3.6.2. Identifikasi dan Formulasi Masalah ................................................................ 114
3.6.3. Identifikasi Sistem .......................................................................................... 116
3.6.4. Diagram Lingkar Sebab-Akibat (Causal Loop) ............................................... 117
3.6.5. Permodelan dan Perilaku Sistem ..................................................................... 119
3.6.6. Diagram Kotak Hitam .................................................................................... 119
3.6.7. Validasi .......................................................................................................... 121
3.6.8. Tahapan Penelitian ......................................................................................... 122
BAB IV GAMBARAN UMUM LOKASI PENELITIAN .................................................. 125
4.1. Potensi Wilayah Daerah Penelitian dan Letak Geografi .............................................. 125
4.2. Zonase Agroekosistem Kabupaten Simalungun .......................................................... 126
4.3. Penggunaan Lahan Pertanian di Desa Purbaganda Kecamatan Pematang
Bandar, Simalungun ................................................................................................... 129
4.4. Iklim dan Hidrologi ................................................................................................... 130
4.5. Landform dan Bahan Induk ........................................................................................ 137
4.6. Tanah ........................................................................................................................ 138
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................................. 141
5.1. Analisis Pola Perubahan Kualitas Tanah, Kualitas Air dan Gas Metan (CH 4 )
Akibat Peningkatan Intensitas Pertanaman .................................................................. 141
5.1.1. Sifat Kimia Tanah Awal .................................................................................. 141
5.1.2. Kualitas Tanah ................................................................................................ 142
5.1.3. Sifat Kimia Air Awal....................................................................................... 153
5.1.4. Kualitas Air Selama Penelitian ........................................................................ 154
5.1.5. Emisi Metan .................................................................................................... 162
5.1.6. Korelasi Komponen Hasil dengan Emisi Metan ............................................... 170
5.1.7. Korelasi Jumlah Anakan maksimum dengan Total Emisi Metan ................. 171
5.1.8. Korelasi Jumlah Anakan Produktif dengan Total Emisi
Metan ................. 174
5.2. Analisis Produksi, Produktivitas dan Ekonomi Budidaya Intensif Pada Lahan
Sawah Irigasi Teknis ................................................................................................... 176
5.2.1. Produksi, Produktivitas dan Komponen Hasil .................................................. 176
5.2.2. Efisiensi Agronomis ........................................................................................ 189
5.2.3. Keragaan Analisis Usaha Tani ......................................................................... 195
5.3. Model Optimum Budidaya Padi Intensif pada Sawah Irigasi Teknis dengan
Pendekatan PTT Rendah Emisi Gas Metan Secara Berkelanjutan .............................. 199
5.3.1. Analisis Kebutuhan ......................................................................................... 199
5.3.2. Formulasi Masalah .......................................................................................... 201
5.3.3. Identifikasi Sistem ........................................................................................... 204
5.3.4. Simulasi Model ............................................................................................... 208
5.3.5. Simulasi Model Existing Condition ................................................................. 214
5.3.6. Validasi Model ................................................................................................ 214
5.3.7. Validasi Struktur Model .................................................................................. 215
5.3.8. Validasi Kinerja/Output Model ........................................................................ 219
5.3.9. Penyusunan Skenario ...................................................................................... 222
5.3.10. Simulasi Skenario .......................................................................................... 225
5.3.11. Simulasi Skenario Empat Musim Tanam ....................................................... 228
5.4. Analisis Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Padi Intensif
pada
Sawah Irigasi Teknis ................................................................................................... 230
Universitas Sumatera Utara
5.4.1. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Padi Intensif
pada
Sawah Irigasi Teknis Dimensi Ekologi ............................................................. 234
5.4.2. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada
Sawah
Irigasi Teknis Dimensi Ekonomi ...................................................................... 234
5.4.3. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada Sawah Irigasi
Teknis Dimensi Sosial ...................................................................................... 237
5.4.4. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada Sawah Irigasi
Teknis Dimensi Teknologi............................................................................... 240
5.4.5. Keberlanjutan Model Optimum Budidaya Intensif pada
Sawah ................ 245
5.5. Strategi Kebijakan dalam Penerapan Model Optimum Budidaya Padi Intensif
pada Sawah Irigasi Teknis Rendah Emisi Gas Metan .................................................. 249
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 249
6.1. Kesimpulan ................................................................................................................ 249
6.2. Saran .......................................................................................................................... 250
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 251
LAMPIRAN ...................................................................................................................... 272
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar
1.1
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
Judul
Rumusan masalah model optimum budidaya padi
intensif, rendah emisi gas metan dan berkelanjutan
pada sawah irigasi teknis
Dinamika produksi dan emisi CH 4 dari lahan sawah
Causal loop diagram
Penggunaan simulasi model
Ilustrasi indeks setiap dimensi keberlanjutan model
optimum
budidaya padi intensif pada sawah irigasi
teknis di Kabupaten Simalungun
Tahapan analisis rapfish modifikasi menggunakan
MDS
Diagram sebab akibat model optimum budidaya padi
intensif rendah emisi gas metan dan berkelanjutan
pada sawah irgasi teknis di Kabupaten Simalungun
Konsep diagram kotak hitam
Tahapan penelitian model optimum budidaya padi
intensif pada sawah irigasi teknis
Peta Kabupaten Simalungun Provinsi Sumatera Utara
Peta klasifikasi iklim oldeman di Kabupaten
Simalungun
Peta klasifikasi iklim Scmidth-Ferguson di Kabupaten
Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam di
Kecamatan Pematang
Bandar, Kabupaten
Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT I
tahun 2011, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT II
tahun 2011, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT I
tahun 2012, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik korelasi data iklim dengan pola tanam MT II
tahun 2012, di Kecamatan Pematang Bandar,
Kabupaten Simalungun
Grafik pH tanah selama empat musim tanam
Grafik C-organik tanah selama empat musim tanam
Grafik N-total tanah selama empat musim tanam
Grafik P-tersedia selama empat musim tanam
Grafik K-dd selama empat musim tanam
Grafik pH air selama empat musim tanam
Grafik EC air selama empat musim tanam
Grafik N-total air selama empat musim tanam
Grafik P-air selama empat musim tanam
Halaman
12
52
87
95
111
113
118
121
124
126
130
131
133
133
134
135
136
144
146
148
149
150
155
155
156
157
Universitas Sumatera Utara
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
5.17
5.18
5.19
5.20
5.21
5.22
5.23
5.24
5.25
5.26
5.27
5.28
5.29
5.30
5.31
5.32
5.33
5.34
5.35
5.36
5.37
5.38
5.39
5.40
5.41
5.42
5.43
Grafik K-air selama empat musim tanam
Grafik kandungan Fe air selama empat musim tanam
Emisi CH4 selama empat musim tanam
Kumulatif metan ( CH4) selama empat musim tanam
Total emisi CH4 pada setiap perlakuan selama empat
musim tanam
Grafik Jumlah Anakan Maksimum dengan Total Emisi
Metan
Korelasi jumlah anakan maksimum dengan total metan
perlakuan A2B6
Grafik jumlah anakan produktif dengan total emisi
metan
Hubungan jumlah anakan produktif dengan total metan
perlakuan A2B6
Grafik jumlah anakan selama empat musim tanam
Grafik bobot 1000 butir selama empat musim tanam
Grafik jumlah gabah isi selama empat musim tanam
Grafik gabah kering panen selama empat musim tanam
Grafik jumlah anakan produktif selama empat musim
tanam
Grafik gabah kering giling selama empat musim tanam
Grafik tinggi tanaman (cm) selama empat musim
tanam
Grafik berat berangkasan selama empat musim tanam
Variabel-variabel yang mempengaruhi kinerja sistem
Diagram lingkar sebab-akibat (causal loop)
Stock flow diagram model pengelolaan budidaya padi
intensif
di lahan sawah irigasi teknis rendah
emisi gas metan
Sub model sosial
Pertumbuhan penduduk dan jumlah petani kabupaten
simalungun
Tingkat pendidikan petani
Sub model ekonomi
Laju pertumbuhan PDRB daerah dan kontribusi sektor
pertanian
Luas panen dan jumlah produksi
Rata-rata pendapatan petani
Sub model ekologi
Grafik validasi penduduk
Grafik validasi PDRB
Grafik validasi kontribusi sektor pertanian
Skenario rata-rata pendapatan petani
Emisi metan pada kondisi eksisting dan perlakuan
intermitent serta pola tanam
Analisis indeks dan status keberlanjutan model
optimum budidaya padi intensif pada sawah irigasi
teknis multidimensi
158
159
163
164
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
181
181
181
202
203
205
208
209
210
211
211
212
213
213
217
218
218
223
224
227
Universitas Sumatera Utara
5.44
Ordinasi dimensi ekologi (ordination of ecological
dimension)
Ordinasi dimensi sosial (ordination of social
dimension)
Analisis laverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada sawah
irigasi teknis dimensi ekologi
dan faktor sensitif
yang mempengaruhi keberlanjutan ekologi
Ordinasi dimensi ekonomi (ordination of economic
dimension)
Analisis leverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi teknologi dan faktor
sensitif yang mempengaruhi keberlanjutan dimensi
ekonomi
Ordinasi Dimensi Sosial (Ordination of sosial
Dimension)
Analisis leverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi kelembagaan dan
faktor sensitif yang mempengaruhi
keberlanjutan
sosial
Ordinasi
dimensi
teknologi
(Ordination
of
technological)
Analisis leverage indeks dan status keberlanjutan
model optimum budidaya padi intensif pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi teknologi dan faktor
sensitif yang mempengaruhi keberlanjutan dimensi
teknologi
228
5.53
Ordinasi dimensi kelembagaan (Ordination of institutional
dimension)
241
5.54
Diagram layang (kite diagram) analisis keberlanjutan
model
optimum budidaya padi intensif pada sawah
irigasi teknis dari
lima dimensi
243
5.45
5.46
5.47
5.48
5.49
5.50
5.51
5.52
229
231
234
237
238
238
238
240
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Judul
1
Deskripsi padi varietas padi INPARI I3
2
Kriteria sifat kimia tanah
3
Peraturan pemerintah No 82 Tahun 2001 tentang
pengelolan kualitas air dan pengendalian pencemaran
air
4
Perlakuan penelitian model optimum budidaya padi
intensif dengan pertimbangan gas metan pada sawah
irigasi teknis di Kabupaten Simalungun
5
Denah plot penelitian
6
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi ekologi
7
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi ekonomi
8
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada
lahan sawah irigasi teknis dimensi teknologi
9
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah emisi metan pada lahan
sawah irigasi teknis dimensi sosial
10
Atribut dan skor keberlanjutan model optimum
budidaya padi intensif rendah
emisi metan pada
lahan sawah irigasi teknis dimensi kelembagaan
11
Skenario pendapatan petani
12
Gas metan yang dikeluarkan pada kondisi eksisting
dari luasan sawah di kabupaten simalungun sangat
jauh diatas nilai metan dengan
penerapan
intermitent dan pola empat musim tanam
Halaman
272
273
279
279
281
282
284
286
289
291
293
294
Universitas Sumatera Utara