Studi: Diversifikasi tanaman meningkatkan pasokan nitrogen namun tidak karbon tanah

Rotasi tanaman yang lebih panjang dan beragam yang dipupuk dengan pupuk kandang memiliki banyak manfaat lingkungan, tetapi penyerapan karbon bukanlah salah satunya, menurut sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti Universitas Negeri Iowa.

Temuan tersebut, yang dipublikasikan bulan ini di Nature Sustainability, menentang asumsi lama dan dapat memiliki implikasi bagi berbagai inisiatif pasar karbon yang dirancang untuk membantu mengurangi perubahan iklim, kata Wenjuan Huang, asisten profesor ekologi, evolusi, dan biologi organisme.

“Dalam sistem diversifikasi tanaman, ada lebih banyak masukan karbon. Jadi kami memperkirakan akan ada lebih banyak karbon yang tersimpan di dalam tanah. Namun sebenarnya, kadar karbon di dalam tanah tidak berubah selama 20 tahun, meskipun praktik pengelolaan regeneratif ini masih berharga dalam hal lain,” kata Huang, salah satu penulis utama studi tersebut.

Studi ini didasarkan pada data yang dikumpulkan dari uji coba lapangan yang sedang berlangsung di Marsden Farm milik Iowa State di sebelah timur Boone, yang sejak tahun 2001 telah membandingkan rotasi jagung-kedelai tradisional selama dua tahun dengan sistem tiga dan empat tahun yang mencampur alfalfa, semanggi, atau gandum selama satu atau dua tahun dan mengganti sebagian besar pupuk nitrogen sintetis untuk jagung dengan pupuk kandang.

Akar yang lebih beragam dan penambahan pupuk kandang meningkatkan masukan karbon dalam rotasi tiga dan empat tahun. Namun, menambahkan lebih banyak bahan organik ke dalam tanah juga merangsang aktivitas mikroba, yang meningkatkan dekomposisi dan menyebabkan peningkatan emisi karbon dioksida yang dapat menangkal peningkatan masukan karbon. Sampel tanah lapisan atas dan inti yang kedalamannya sedikit lebih dari 3 kaki memiliki kadar karbon organik tanah yang serupa di ketiga jenis plot pengujian, sementara inti tanah dari sistem penanaman yang beragam menghasilkan lebih banyak karbon dioksida saat diinkubasi di laboratorium selama lebih dari setahun.

Dengan menganalisis isotop karbon stabil dalam emisi inti tanah, para peneliti menemukan bahwa peluruhan yang intensif dalam rotasi yang lebih lama tidak hanya menghabiskan masukan karbon tambahan. Semua sampel mengeluarkan kadar karbon dioksida yang sama dari sisa tanaman jagung, meskipun jagung ditanam lebih sering dalam rotasi dua tahun standar. Itu menunjukkan bahwa penguraian yang meningkat dalam sistem penanaman yang beragam sebagian memakan bahan organik yang lebih tua dari tanaman jagung sebelumnya, kata Huang.

Metode pengejaran karbon baru yang digunakan dalam penelitian ini, yang sebagian didanai oleh hibah dari Departemen Pertanian AS, dapat membantu para peneliti – dan pasar karbon – meningkatkan model mereka untuk memprediksi perubahan karbon di tanah.

“Isotop meningkatkan pemahaman kita tentang berapa lama karbon dapat bertahan di tanah. Dalam arti tertentu, kita dapat bertanya kepada mikroba tanah apa yang mereka makan untuk makan malam,” kata rekan penulis studi Steven Hall, yang sekarang menjadi asisten profesor di University of Wisconsin-Madison, yang memulai dan memimpin penelitian selama posisi sebelumnya di Iowa State.

Bahkan tanpa menyerap lebih banyak karbon, sistem penanaman yang beragam dapat memiliki dampak iklim yang positif. Bahan organik tanah yang terurai lebih cepat juga menghasilkan lebih banyak jenis nitrogen yang dibutuhkan tanaman untuk tumbuh subur, terutama jagung. Nitrogen organik diubah menjadi nitrogen anorganik yang memberi makan tanaman pada tingkat sekitar 70% lebih tinggi dalam sampel tanah rotasi yang lebih panjang, demikian temuan para peneliti.

Peningkatan ketersediaan nitrogen dalam sistem penanaman yang beragam membantu pupuk kandang menggantikan cukup banyak pupuk sintetis untuk mengurangi emisi nitrogen oksida, gas yang memerangkap panas yang kuat, dengan perkiraan setara karbon dioksida sebesar 60-70%. Itu juga bisa menjadi faktor yang relevan bagi pasar karbon untuk dipertimbangkan, kata Huang.

“Kompromi antara akumulasi karbon dengan pasokan nitrogen menjadi penting,” kata Huang.

Keterangan foto: Ladang gandum dan jagung (latar belakang) di Marsden Farm, Iowa State University. Sumber: https://www.nature.com/articles/s41893-024-01495-4