APLIKASI EKOFISIOLOGI DALAM SISTEM PRODUKSI PADI BERKELANJUTAN

APLIKASI EKOFISIOLOGI DALAM SISTEM PRODUKSI PADI BERKELANJUTAN

Oleh : ANANG BUDI PRASETYO,SP

 BPP KECAMATAN GADING

BADAN KETAHANAN PANGAN DAN PELAKSANA PENYULUHAN PERTANIAN

KABUPATEN PROBOLINGGO ______________________________________________________________________________________

I.   PENDAHULUAN

Sampai saat ini padi tidak hanya sebagai makanan pokok sebagian besar penduduk, tetapi juga merupakan  sumber perekonomian bagi sebagian besar petani di pedesaan serta berperan dalam berbagai aspek sosial dan politik nasional. Berdasarkan kenyataan ini maka usaha peningkatan produktivitas padi nasional menjadi sangat kompleks, dan upaya peningkatan produktivitas padi tetap perlu mendapat prioritas yang tinggi dalam pembangunan pertanian di Indonesia. Di sisi lain, adanya berbagai kendala biofisik dan teknis dalam peningkatan produktivitas padi membutuhkan pendekatan yang komprehensif dan holistik.

Produktivitas padi nasional pada tahun 2006 rata-rata 4,57 ton GKG/ha dengan produksi 54,06 juta ton pada areal panen 11,82 juta ha. Pada lahan sawah irigasi, produktivitas padi 4,78 t/ha dengan produksi 51,2 juta ton pada areal panen 10,71 juta ha (Badan Pusat Statistik 2006). Data tersebut menyiratkan bahwa lahan sawah tetap menjadi andalan untuk pengadaan produksi pangan nasional. Sebaliknya, pemanfaatan lahan bukan sawah (tadah hujan, gogo, dan rawa pasang surut) masih terbatas dengan tingkat hasil masih rendah ( 3,31 t/ha), padahal lahan tersebut sangat potensial dan akan makin luas digunakan pada masa mendatang.

Masih rendahnya produktivitas padi pada lahan bukan sawah disebabkan oleh berbagai faktor, antara lain: (1) belum terpecahkannya kendala lingkungan biofisik; (2) keterbatasan genetik varietas padi berpotensi hasil tinggi dan/atau tahan/ toleran terhadap berbagai kendala biofisik seperti hama, penyakit, kekeringan, keracunan Fe, Mn, Al, suhu dingin, dan drainase buruk; dan (3) cara pengelolaan tanaman yang beragam dan sering kali tidak optimal karena adanya kendala sosial, ekonomi, dan budaya.

Besarnya keragaman kondisi lingkungan biofisik pertanaman padi, sosial ekonomi petani dan masyarakat pedesaan menuntut pendekatan yang lebih komprehensif dan holistik dengan sejumlah alternatif teknologi untuk karakteristik tertentu atau spesifik lokasi. Kendala dan masalah utama dalam penerapan teknik budi daya spesifik lokasi adalah: (1) terbatasnya kemampuan dalam menerjemahkan kondisi lingkungan pertanaman padi menjadi kebutuhan terhadap komponen teknologi budi daya; (2) belum terbiasanya memberikan rekomendasi tek nologi untuk skala kecil atau spesifik lokasi; (3) belum tersedianya alat bantu sederhana untuk menentukan cara budi daya yang tepat di suatu wilayah; (4) terbatasnya kemampuan penyuluhan; dan (5) belum dimanfaatkannya komponen teknologi budi daya yang beragam secara optimal oleh petani.

Kendala dan masalah tersebut dapat dipecahkan melalui penggunaan sistem pakar (expert system) padi yang ditunjang oleh kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek), khususnya teknologi informasi (TI). Pendekatan ekofisiologi yang diaplikasikan melalui analisis sistem dan dioperasionalkan dengan sistem pakar merupakan terobosan dalam upaya peningkatan produktivitas dan produksi padi nasional di masa mendatang. Selama ini ekofisiologi dianggap sebagai ilmu dasar yang teoritis, tidak berhubungan dengan ilmu-ilmu terapan lainnya seperti agronomi (ilmu bercocok tanam), ilmu tanah, ilmu hama-penyakit tanaman, dan pemuliaan sehingga dinilai tidak aplikatif.

Makalah ini bertujuan:

(1) memopulerkan aplikasi ekofisiologi dalam sistem produksi padi;

(2) memperkenalkan sistem pakar untuk budi daya padi spesifik lokasi; dan (3) menyusun strategi, kebijakan, dan program ekofisiologi ke depan.

II.     DINAMIKA PENERAPAN EKOFISIOLOGI DALAM PERAKITAN TEKNOLOGI BUDI DAYA PADI

                                                                                                        

2.1. EKOFISIOLOGI SEBAGAI BIDANG ILMU MULTIGUNA

Ekofisiologi tanaman merupakan salah satu cabang ilmu dalam fisiologi tanaman yang mempelajari proses tumbuh kem bangnya tanaman (Salisbury dan Ross 1978). Berbeda dengan cabang ilmu lain dalam fisiologi yang umumnya mempelajari proses di dalam jaringan tanaman, ekofisiologi lebih menekankan bagaimana faktor lingkungan berpengaruh terhadap proses di dalam tanaman.

Faktor lingkungan ada yang sulit dikendalikan (iklim) dan ada yang mudah diatur (lahan, air, dan cara budi daya). Bidang ekofisiologi dapat dimanfaatkan dalam berbagai aspek pertanian, seperti: (1) menerjemahkan karakteristik lingkungan tumbuh (biotik dan abiotik) menjadi dugaan keragaan pertumbuhan (potensi hasil dan hasil aktual) tanaman sehingga pewilayahan komoditas dan produktivitas dimungkinkan; dan (2) memberikan saran modifikasi lingkungan tumbuh mendekati optimal melalui cara budi daya yang tepat (spesifik lokasi) agar penyerapan hara, pemanfaatan radiasi surya, dan proses pertumbuhan tanaman berlangsung optimal.

Bidang ekofisiologi dapat menerangkan proses dinamis di dalam tanaman sebagai  respons terhadap faktor eksternal (lingkungan dan pengelolaan). Oleh karena itu, model dinamis, simulasi, dan analisis sistem sangat tepat untuk diterapkan bagi upaya peningkatan produktivitas. Dengan cara ini, (1) pendugaan respons tanaman terhadap lingkungan secara spesifik lokasi dan musim dapat dilakukan; (2) bentuk tanaman tipe ideal untuk potensi hasil tinggi dapat dirancang; (3) potensi hasil berbagai varietas padi pada lingkungan (lokasi dan musim) tertentu dapat diduga (Sutoro et al. 1991); (4) perubahan produktivitas tanaman akibat perubahan iklim global dan anomali iklim untuk masa kini dan mendatang dapat digambarkan (de Rozari et al. 1992); (5) dengan memanfaatkan model dinamika hara dalam tanah dan kesesuaiannya dengan pola pertumbuhan perakaran tanaman memungkinkan pengelolaan hara (pemberian pupuk) secara tepat pada lokasi spesifik (Makarim et al. 1991); dan (6) proses pelepasan gas-gas rumah kaca (GRK) dari lahan pertanian sebagai fungsi dari berbagai aspek budi daya tanaman, termasuk varietas dengan karakteristik tertentu, dapat dikuantifikasi sehingga cara mitigasi yang tepat untuk mengurangi emisi GRK dapat ditentukan (Makarim et al. 1996; Makarim dan Setyanto 1997).

Pendekatan ekofisiologi hampir selalu berdasarkan proses (dinamika) sehingga hasil pendugaan dan anjurannya akan lebih akurat, ilmiah (dapat diterangkan), dinamis, dan spesifik lingkungan (lokasi dan musim). Keunggulan tersebut sesuai untuk merakit sistem pakar, yaitu perangkat lunak yang dapat digunakan sebagai konsultan untuk menjawab berbagai pertanyaan praktis tertentu, seperti menentukan teknik budi daya padi spesifik lokasi, yang diyakini dapat meningkatkan produktivitas padi, pendapatan petani, dan menjaga kelestarian lingkungan.

2.2. PERBAIKAN PENGELOLAAN HARA DAN PUPUK

Kondisi lingkungan Indonesia yang beragam menyebabkan hasil dan permasalahan dalam sistem produksi padi pun sangat bervariasi, antara lain masalah hara dan pemupukan. Identifikasi hara yang sering menjadi penyebab rendahnya atau berkurangnya hasil padi sawah, sawah tadah hujan, dan padi gogo telah dilakukan di berbagai lokasi dengan teknik minus satu unsur, yang sekarang dikenal dengan nama petak omisi (omission plots) (Hidayat et al. 1989; Abdulrachman et al. 2003), maupun dengan diagnosis hara tanaman (Hidayat dan Makarim 1992). Kahat N, keracunan Fe, kekeringan, dan salinitas merupakan penyebab utama rendahnya hasil padi masa lalu dan juga untuk masa mendatang (Makarim et al. 1989; Makarim 2006).

Hara N. Tanah sawah di Jawa hampir semuanya kahat N dengan persen respons berkisar antara 30-75%. Artinya, tanpa pemberian pupuk N, hasil padi berkurang 25-70% dari biasanya (yang diberi 90 kg N/ha). Hara N selain esensial bagi pembentukan gabah, juga meningkatkan kualitas hasil tanaman pangan lainnya (Ismunadji dan Makarim 1987).

Hara P. Hara P bermasalah di sebagian besar lahan masam (latosol, podsolik atau Oxisols, Ultisols) dengan persen respons berkisar antara 50-75%. Lahan tersebut terutama terdapat di Jawa Barat, Lampung, dan tanah-tanah sawah di sekitar wilayah rawa pasang surut (Makarim et al. 1989; Gunarto et al. 1998). Namun, pada kebanyakan ( 85% luas baku) lahan sawah di Jawa dan Madura, tanaman padi tidak/ kurang respons (kenaikan hasil <10%) terhadap pemberian pupuk P (Pusat Penelitian Tanah 1988).

Hara K. Tanah kahat K dicirikan dengan tanah bertekstur kasar (berpasir), tanah tua masam, tanah alkalin, dan tanah berliat tipe 2:1 (Grumusol atau Vertisol) (Djazuli dan Makarim 1992). Hal ini disebabkan sumber K banyak berasal dari sisa-sisa jerami tanaman padi sebelumnya, dari air irigasi, dan dari mineral tanah itu sendiri. Namun, pada daerah persawahan intensif (hasil dan total biomassa tinggi) yang hanya menekankan pemberian pupuk N dan P secara berlebih tanpa penambahan K, dengan waktu lahan akan menjadi kahat K (Makarim 1993). Selain itu, secara tidak langsung hara K juga berperan dalam menguatkan dinding sel tanaman sehingga tanaman lebih tahan terhadap serangan hama, penyakit, dan kekeringan (Makarim et al.  1989)

Hara S. Pada kondisi sawah terlalu reduktif atau pH tanah netral hingga alkali, tanaman padi sering kekurangan belerang (S). Kahat hara S antara lain ditemukan di daerah Cihea (Cianjur), Secang (Magelang), Ngale (Ngawi), dan beberapa lokasi lainnya (Ismunadji et al. 1986). Pada lahan kering, kahat S umumnya disebabkan oleh neraca hara negatif, artinya lebih banyak S ke luar dari sistem (hasil panen, sisa-sisa tanaman yang diangkut) dibandingkan dengan jumlah S yang masuk (dalam bentuk pupuk, air hujan atau bahan organik) ke dalam sistem (Makarim 1990, 1991; Sismiyati et al. 1992, 1994). Kahat hara S dapat menurunkan hasil gabah hingga 50%, meskipun pada luasan yang sempit (< 1% dari total luas areal sawah).

Hara mikro (Zn, Cu).  Melalui diagnosis kandungan hara mikro tanah pada lahan sawah bukaan baru bertekstur pasir dan berkeracunan besi di daerah Nagedang, Riau, pemberian larutan 0,5% Cu dan 1% Zn yang disemprotkan ke daun tanaman padi atau setara dengan 2 kg ZnSO dan 1 kg CuSO /ha disertai perbaikan drainase dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman, menghijaukan warna daun yang telah kuning, dan meningkatkan hasil padi. Dengan perlakuan seperti itu, sawah menjadi produktif dengan hasil  3 t GKG/ha yang sebelumnya selama 8 tahun tanaman belum pernah tumbuh hingga menghasilkan gabah (Makarim et al. 1997).

Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa koreksi kekurangan hara yang tepat pada tanaman padi akan berdampak besar terhadap peningkatan hasil dan produksi padi, penghematan penggunaan pupuk dan input produksi lainnya, serta ketahanan pangan dan peningkatan pendapatan petani. Inilah salah satu peran ekofisiologi melalui diagnosis hara tanaman dan penerjemahan karakteristik lahan mendukung sistem produksi padi berkelanjutan yang perlu disosialisasikan secara meluas.

Setelah jenis hara yang dibutuhkan diketahui, selanjutnya jumlah kebutuhan pupuk yang optimal bagi tanaman padi perlu ditetapkan. Sejarah singkat penetapan dosis pupuk adalah sebagai berikut:

1.  Percobaan dosis pupuk bertingkat di lokasi tertentu. Cara ini langsung dapat mengetahui takaran pupuk optimum di lokasi tersebut, namun kelemahannya tidak dapat digunakan untuk lokasi lain sehingga perlu banyak lokasi dan musim.

2.  Penetapan dosis pupuk berdasarkan status hara tanah. Cara ini lebih akurat dibandingkan cara pertama karena mempertimbangkan jumlah hara yang sudah ada di dalam tanah. Untuk mendukung cara ini, dikembangkan uji tanah dan test kit (Brown 1962; Mombiela et al. 1981; Soepartini 1995)

Perubahan cara rekomendasi dari cara pertama ke kedua dilaporkan telah banyak menghemat penggunaan pupuk dan meningkatkan produksi padi secara nasional (Pusat Penelitian Tanah 1988).

Permasalahan utama dalam mengusahakan ketepatan pemberian pupuk adalah faktor efisiensi atau efisiensi recovery, yaitu banyaknya hara asal pupuk yang masuk terserap ke dalam tanaman dibagi dengan hara pupuk yang diberikan. Efisiensi ini merupakan fungsi dari berbagai faktor eksternal (tekstur tanah, pH tanah,

iklim, pengelolaan tanaman, bentuk pupuk dan cara pemberiannya) dan faktor internal tanaman (pola perakaran, pola pertumbuhan tanaman, kesehatan tanaman, dan kebutuhan hara per fase tumbuh tanaman) (Fagi et al. 1990; Sismiyati et al. 1992; Makarim et al. 1995). Keselarasan antara pertumbuhan tanaman dan akar, serta dinamika ketersediaan hara di dalam tanah sangat berpengaruh terhadap besarnya efisiensi (Makarim et al. 1991;19994 )

2.3. PENYIASATAN SISTEM PRODUKSI PADI DI LAHAN MARGINAL

Lahan marginal yaitu lahan yang secara alami memiliki kendala bagi pertumbuhan tanaman, seperti lahan berkadar besi tinggi, lahan sulfat masam, lahan kering masam, dan tanah organik. Lahan-lahan tersebut banyak terdapat di Indonesia dan bahkan dijadikan sasaran untuk perluasan areal tanaman padi pada masa mendatang.

2.4. PENYIASATAN KENDALA KERACUNAN BESI

Pada lahan berkadar besi tinggi seperti pada kasus pembukaan lahan baru di Batumarta, Sumatera Selatan (Makarim et al. 1989) dan di Nagedang, Riau (Makarim et al. 1997), hasil padi meningkat dari sangat rendah (< 1 t GKG/ha) menjadi  4 t GKG/ha dengan cara berikut: (1) penggunaan varietas padi yang relatif toleran terhadap keracunan besi seperti Cisanggarung, Batang Ombilin, dan IR42; (2) pengaturan tata air melalui saluran drainase dan pencucian besi terlarut; dan (3) pemberian pupuk P dan K berlebih dari dosis anjuran biasa.

2.5. PENYIASATAN KENDALA LAHAN KERING MASAM BUKAAN BARU

Lahan kering bukaan baru di daerah transmigrasi Sitiung II, Sumatera Barat, mengalami kehilangan lapisan olah tanah pada waktu pembukaan lahan dan meninggalkan lapisan tanah yang memadat, tanah sangat masam (pH 4,0-4,5), kejenuhan Al sangat tinggi (80-90%), miskin hara, dan tererosi berat (Makarim et al. 1989). Pada kondisi tanah demikian, tanaman pangan termasuk juga gulma tidak mampu tumbuh. Tindakan perbaikan dilakukan dengan membuat teras-teras bangku dan memberi kapur pada jalur yang akan ditanami saja agar efisien dan efektif menurunkan kejenuhan Al-dd menjadi sekitar 30% pada daerah perakaran tanaman. Pupuk N, P, dan K diberikan sesuai dengan status hara tanah dan kebutuhan tanaman dalam pola rotasi padi gogo – kedelai – kacang hijau. Hasil padi gogo varietas Sentani waktu itu mencapai 2,0-2,5 t GKG/ha, kedelai 1,7–2,0 ton biji kering/ha, dan kacang hijau 1 ton biji/ha. Pada tahun kedua, hasil yang diperoleh hampir sama, meskipun kapur tidak diberikan lagi.

2.6. PENYIASATAN LAHAN RAWA PASANG SURUT

Lahan rawa pasang surut bagi tanaman pangan khususnya padi pada umumnya memiliki kendala pH rendah hingga sangat rendah (<5,0), keracunan Fe dan Al, dan kahat P. Strategi untuk meningkatkan produktivitas lahan rawa pasang surut ditempuh dengan dua cara utama, yaitu: (1) reklamasi lahan; dan (2) pengelolaan tanaman. Reklamasi lahan dilakukan dengan pengaturan tata air mikro untuk mencuci/ membuang kelebihan ion Fe +SO3  (sulfat), dan asam-asam organik dari lahan seraya memasukkan air tawar/pengairan sehingga kondisi tanah menjadi lebih baik (Djajusman et al. 1995). Kapur diberikan secara efisien (1 t/ha) sekali saja untuk menginisiasi pertumbuhan akar tanaman. Pupuk KCl diberikan sedikit berlebih (100 kg/ha) guna meningkatkan ketahanan tanaman terhadap keracunan besi, penyakit, dan kekeringan. Dengan cara demikian, hasil padi meningkat dari 1-2 t/ha menjadi 3-4 t/ha (Aslan et al. 1992; Anwar et al. 1994).

 Dengan makin membaiknya kondisi tanah akibat reklamasi lahan, makin banyak pilihan komoditas dan varietas yang dapat dikembangkan. Cara pengelolaan tanaman dilakukan dengan memilih komoditas dan varietas yang relatif toleran, seperti padi varietas Kapuas, Cisanggarung, IR42, IR66, Lematang, Sei Lilin, Banyuasin, Dendang, dan Batanghari (Suprihatno et al. 2000). Pada lahan dengan kemasaman dan kadar besi lebih tinggi dapat digunakan varietas unggul lokal dengan umur 120-150 hari dan hasil 2-3 t/ha, seperti Talang, Ceko, Mesir, Jalawara, Siam Lemo Semut, Pontianak, Sepulo, Pance, Salimah Jambi Rotan, dan Tumbaran.

Lahan pasang surut di Indonesia luasnya mencapai 20,1 juta ha (Widjaja- Adhi et al. 1994). Keberhasilan peningkatan produktivitas tanaman pangan di wilayah ini tentunya akan nyata meningkatkan produksi nasional dan memperkuat ketahanan pangan.

2.7. PERBAIKAN FAKTOR INTERNAL TANAMAN

 Keterbatasan potensi hasil padi makin terasa dengan sulitnya meningkatkan hasil padi aktual meskipun berbagai cara pengelolaan tanaman-lingkungan telahdilakukan. Varietas berdaya hasil tinggi dipilah berdasarkan bentuk tajuk, yang erat kaitannya dengan efektivitas menangkap radiasi surya untuk fotosintesis. Bentuk tajuk dinilai menggunakan parameter statistik,  skewness, yaitu kesimetrisan distribusi luas daun. Koefisien skewness dari 20 varietas yang dinilai berkisar antara -0,035 (IR70) dan +0,348 (IR66), sedangkan IR64 mempunyai skewness +0,177. Makin kecil nilai  skewness, makin luas bagian daun tanaman di bagian atas dan makin berat biomassa yang dihasilkan akibat lebih efektifnya tajuk menyerap radiasi surya (Sutoro dan Makarim 1997). Cara ini dapat digunakan dalam program seleksi varietas berdaya hasil tinggi.

Hasil fotosintesis sebagian digunakan dalam respirasi dan sebagian dialokasikan ke bagian-bagian tanaman utama seperti batang, daun, malai, dan akar. Varietas yang efisien mempunyai ciri hasil fotosintesis lebih banyak dialokasikan ke bagian tanaman yang paling bermanfaat pada tiap fase tumbuhnya; misalnya pada fase vegetatif lebih banyak ke daun yang sedang aktif berfotosintesis, dan pada fase generatif lebih banyak ke malai untuk peng- isian gabah.

Varietas IR64 memiliki proporsi bobot daun pada fase vegetatif 0,46, sedangkan varietas unggul tipe baru (VUTB sedikit lebih tinggi yaitu 0,47-0,50. Pada fase matang fisiologis, proporsi bobot kemalai untuk varietas IR64 adalah 0,57, sedangkan VUTB beragam antara 0,53-0,60 (Makarim et al. 2005a). Dengan demikian,perbaikan pola alokasi seperti digambarkan di atas akan dapat meningkatkan produktivitas tanaman.

Hubungan  sinks dan  sources dalam tanaman juga menentukan potensi hasil tinggi. VUTB Fatmawati, misalnya, termasuk varietas yang memiliki sinks tinggi, namun source kadang kala kurang memadai (Makarim et al. 2004). Pada kondisi kurang sinar matahari, drainase buruk, dan kahat N, sinks yang banyak tersebut tidak terisi oleh sources sehingga persentase jumlah gabah hampa tinggi. Pada varietas dengan jumlah  sink terbatas atau jumlah total gabah sedikit, sources yang sama dengan VUTB Fatmawati telah memenuhi hamper seluruh gabah yang terbentuk sehingga persentase gabah isi mendekati 100%, namun tingkat hasilnya tetap tidak tinggi. Oleh karena itu, dalam usaha memaksimalkan produktivitas padi tidak bisa  dipisahkan antara tanaman dan lingkungan, tetapi harus dipandang sebagai suatu sistem yang merupakan prinsip ekofisiologi.

2.8. PERBAIKAN PENGELOLAAN TANAMAN

Peningkatan jumlah populasi tanaman dalam upaya meningkatkan hasil padi ternyata tidak selalu dapat tercapai. Hal ini disebabkan oleh menurunnya kuantitas dan/atau kualitas sebagian komponen hasil lainnya serta meningkatnya serangan penyakit (Makarim et al. 2005a). Oleh karena itu, pada pertanaman rapat, diperlukan pemupukan N dan K tambahan.

Setiap varietas padi memiliki keunggulan dan kelemahan, berupa potensi hasil (tinggi atau rendah), umur (pendek atau panjang), rasa nasi (pulen atau pera), tahan atau rentan terhadap hama-penyakit tertentu, toleran atau peka terhadap keracunan Fe, Mn, Al, kemasaman tanah, salinitas, dan kesesuaian dengan permintaan pasar dalam hal rasa nasi, aroma, dan bentuk gabah. Penanaman varietas yang tepat dilokasi yang tepat, selain akan memberikan hasil sesuai dengan potensinya, juga akan menaikkan harga jual gabah.

Prinsip ekofisiologi dalam pengelolaan tanaman menjadi sangat penting. Pengelolaan dan kondisi lingkungan selalu diterjemahkan pengaruhnya terhadap proses fisiologis tanaman, seperti laju fotosintesis, respirasi, partisi, dan penuaan, yang akhirnya menentukan tingkat hasil. Pengelolaan yang baik akan dapat mengoptimalkan proses fisiologi dalam tanaman sebagai prasyarat untuk mencapai hasil tinggi.