Pengaruh Residu Nigella sativa dan Biochar terhadap Aktivitas Mikroba Tanah, Penyerapan Karbon dan Siklus Nitrogen pada Berbagai Jenis Tanah

ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji efek residu jintan hitam ( Nigella sativa ) dan biochar-nya terhadap aktivitas mikroba tanah, penyerapan karbon dan siklus nitrogen pada tiga jenis tanah: Alfisol, Entisol dan Mollisol. Percobaan inkubasi selama 120 hari dilakukan untuk mengevaluasi perubahan karbon terlarut (SC), karbon biomassa mikroba (MBC), nitrogen terlarut (SN), nitrogen biomassa mikroba (MBN), emisi CO 2 , efisiensi penggunaan karbon (CUE) dan koefisien metabolik (qCO 2 ), dihitung untuk memahami fungsionalitas mikroba dan retensi karbon. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biochar (BC) meningkatkan stabilisasi karbon jangka panjang, sementara residu jintan hitam meningkatkan aktivitas mikroba dan pergantian nutrisi jangka pendek. Pada perlakuan BC2, SC tetap stabil hingga hari ke-120 (419,2 mg/kg), yang menunjukkan ketersediaan karbon berkelanjutan. MBC tertinggi (528 mg kg −1 ) dan emisi CO 2 terendah juga tercatat pada perlakuan biochar, yang mencerminkan peningkatan efisiensi mikroba. Interaksi yang signifikan ( p  < 0,001) diamati antara jenis tanah, perlakuan, dan waktu pengambilan sampel. Temuan ini menunjukkan bahwa penggunaan gabungan biochar dan residu tanaman dapat meningkatkan respons mikroba langsung dan kesehatan tanah jangka panjang, sehingga menawarkan strategi berkelanjutan untuk peningkatan kesuburan tanah dan pengelolaan karbon di berbagai sistem tanah.
1 Pendahuluan
Perubahan iklim global dan praktik pertanian yang tidak berkelanjutan telah secara signifikan meningkatkan urgensi untuk strategi pengelolaan tanah yang berkelanjutan. Deforestasi, penanaman berlebihan, dan salah urus sumber daya organik telah menyebabkan degradasi tanah, menipisnya bahan organik tanah (SOM), mengganggu siklus biogeokimia kritis, dan mengurangi kapasitas tanah untuk menahan karbon (C) dan nitrogen (N). Proses-proses ini memperburuk emisi gas rumah kaca dan mengurangi kesuburan tanah, sehingga menimbulkan ancaman serius bagi ketahanan pangan global (Bekchanova et al. 2024 ). Perubahan iklim semakin memperburuk tantangan ini dengan mempercepat dekomposisi bahan organik dan mengubah siklus nutrisi melalui pola presipitasi yang tidak menentu dan meningkatnya suhu (Büyükkılıç Yanardağ et al. 2020 ). Untuk mengurangi tantangan ini, para peneliti mengeksplorasi amandemen tanah inovatif yang meningkatkan pemulihan SOM dan siklus nutrisi untuk mengatasi tantangan ini. Amandemen organik, seperti biochar dan residu tanaman, telah muncul sebagai solusi yang menjanjikan untuk meningkatkan kesehatan tanah, meningkatkan penyerapan karbon, dan mengurangi kehilangan nitrogen. Biochar, bahan kaya karbon yang diproduksi melalui pirolisis biomassa organik dalam kondisi oksigen terbatas, diakui karena stabilitas, porositas, dan sifat retensi nutrisinya, menjadikannya penyerap karbon jangka panjang yang efektif (Bolan et al. 2022 ). Studi menunjukkan bahwa biochar meningkatkan komunitas mikroba tanah dan mendorong interaksi tanaman-akar yang bermanfaat (Deng et al. 2023 , 2025 ). Sebaliknya, residu yang berasal dari tanaman, seperti yang berasal dari jintan hitam , menyediakan bahan organik labil yang merangsang aktivitas mikroba cepat dan siklus nutrisi (Salehi et al. 2017 ). Meskipun jintan hitam secara tradisional dihargai karena manfaat kesehatannya, termasuk sifat antioksidan dan anti-inflamasi (Yanardağ et al. 2015 ), peran potensinya dalam pengelolaan kesehatan tanah masih kurang dieksplorasi. Residu yang berasal dari tanaman, seperti yang berasal dari jintan hitam, menyediakan bahan organik labil yang merangsang aktivitas mikroba cepat dan siklus nutrisi (Salehi et al. 2017 ). Residu mereka memengaruhi siklus karbon dan nitrogen, yang merupakan pusat stabilitas ekosistem dan kesuburan tanah. Karbon mendorong metabolisme mikroba, sementara nitrogen mendukung pertumbuhan tanaman dan aktivitas enzimatik. Interaksi antara unsur-unsur ini tercermin dalam metrik tanah utama, termasuk rasio karbon-ke-nitrogen (C:N), efisiensi penggunaan karbon mikroba (CUE) dan hasil metabolisme (qCO 2 ). Jintan hitam secara tradisional dihargai karena manfaat kesehatannya, termasuk sifat antioksidan dan anti-inflamasi (Gholamnezhad et al. 2015 ), dan produk sampingannya semakin tersedia karena pertumbuhan industri minyak pengepres dingin di wilayah kering dan semi-kering. Dibandingkan dengan residu biji minyak lainnya, seperti yang berasal dari bunga matahari atau kanola, residu jintan hitam mengandung kadar senyawa fenolik dan lignin yang lebih tinggi, yang dapat memengaruhi dinamika komunitas mikroba dan stabilitas karbon secara berbeda (Topcagic et al. 2017 ; Zribi et al. 2019 ). Selain itu, efek alelopati potensial dan sifat anti-patogennya dapat menekan mikroba berbahaya sambil merangsang proses mikroba yang bermanfaat (Ahmad et al. 2020 ). Meskipun memiliki atribut yang menjanjikan ini, perannya dalam siklus nutrisi tanah dan penyerapan karbon masih belum dieksplorasi. Oleh karena itu, penelitian ini berfokus pada penggunaan ganda residu jintan hitam dan biochar yang berasal dari bahan baku yang sama, yang bertujuan untuk mengisi kesenjangan dalam literatur mengenai valorisasi residu biji minyak untuk peningkatan kesehatan tanah. Rasio C:N merupakan indikator mendasar dekomposisi bahan organik, mineralisasi nitrogen, dan aktivitas mikroba dalam tanah. Rasio C:N yang tinggi (>30:1) mengindikasikan dekomposisi yang lambat dan imobilisasi nitrogen, yang dapat membatasi ketersediaan nitrogen bagi tanaman (Manzoni et al. 2012 ). Sebaliknya, rasio C:N yang rendah (<10:1) mengindikasikan dekomposisi dan pelepasan nitrogen yang cepat, tetapi dapat menyebabkan peningkatan pencucian nitrogen dan emisi gas rumah kaca (Zhou et al. 2017 ). Rasio C:N yang seimbang sangat penting untuk mengoptimalkan efisiensi mikroba dan mempertahankan kesuburan tanah jangka panjang.

CUE menunjukkan proporsi karbon organik yang diasimilasi ke dalam biomassa mikroba dibandingkan dengan yang hilang sebagai CO2 melalui respirasi (Geyer et al. 2016 ). Nilai CUE yang lebih tinggi menunjukkan metabolisme mikroba yang efisien, meningkatkan retensi karbon, dan menstabilkan SOM. Amandemen biochar dilaporkan dapat meningkatkan CUE dengan meningkatkan stabilitas habitat mikroba dan mengurangi kehilangan karbon (Giagnoni dan Renella 2022 ).

Metrik qCO 2 mengukur respirasi mikroba per unit karbon biomassa mikroba, yang memberikan indikator stres dan efisiensi mikroba (Anderson dan Domsch 1990 ; Büyükkılıç Yanardağ et al. 2020 ). Nilai qCO 2 yang tinggi menunjukkan komunitas mikroba dalam keadaan stres, yang menyebabkan pemanfaatan karbon yang tidak efisien dan peningkatan emisi CO 2 . Sebaliknya, nilai qCO 2 yang lebih rendah menunjukkan fungsi mikroba yang optimal dengan berkurangnya kehilangan energi (Anderson dan Domsch 1995 ). Penambahan biochar telah terbukti menurunkan qCO 2 dengan memperbaiki kondisi habitat mikroba dan meningkatkan penyerapan karbon (Blagodatskaya dan Kuzyakov 2013 ).

Biochar telah menunjukkan kemampuan untuk menstabilkan SOM dan mengurangi emisi gas rumah kaca melalui dampaknya pada dinamika komunitas mikroba dan retensi nutrisi (Li et al. 2018 ). Strukturnya yang berpori meningkatkan retensi air dan menyediakan habitat bagi mikroorganisme tanah, sehingga meningkatkan struktur dan kesuburan tanah (Ding et al. 2016 ). Sementara itu, residu jintan hitam menawarkan karbon dan nitrogen yang tersedia dengan mudah, meningkatkan proliferasi mikroba jangka pendek dan meningkatkan aktivitas enzimatik (Yanardağ et al. 2017 ). Siklus biokimia yang didorong oleh amandemen ini tidak hanya meningkatkan ketersediaan nutrisi tetapi juga mengurangi risiko penipisan karbon dan nitrogen jangka panjang.

Meskipun semakin banyak literatur tentang aplikasi biochar, penelitian terbatas telah meneliti penggunaan gabungan biochar dan residu yang berasal dari tanaman dalam mengatasi kesuburan tanah jangka pendek dan jangka panjang. Amandemen yang berasal dari jintan hitam menyajikan pendekatan unik dengan menggabungkan ketersediaan nutrisi langsung dari residu dengan potensi stabilisasi biochar. Meskipun kaya biokimia, penggunaan residu jintan hitam untuk pertanian telah mendapat perhatian terbatas dalam literatur ilmiah. Hal ini kemungkinan karena budidaya utama tanaman untuk tujuan farmasi, dengan sebagian besar penelitian berfokus pada sifat terapeutik dari biji dan minyaknya. Akibatnya, biomassa yang tersisa sering kali dinilai rendah atau diperlakukan sebagai limbah. Lebih jauh lagi, budidayanya secara geografis terkonsentrasi di daerah kering dan semi-kering, membatasi paparannya dalam jaringan penelitian agronomi global, yang secara tradisional berfokus pada tanaman sereal atau biji minyak yang didistribusikan secara luas. Studi ini mengevaluasi efek residu jintan hitam dan biochar pada sifat tanah, termasuk SC, SN, MBC, MBN, emisi CO 2 , CUE dan qCO 2 , selama periode 120 hari di Alfisols, Entisols dan Mollisols. Alfisols, yang dicirikan oleh kesuburan sedang dan tanah dasar yang kaya tanah liat, responsif terhadap intervensi manajemen yang meningkatkan retensi nutrisi. Karena lebih muda dan kurang berkembang, Entisols sering kekurangan bahan organik, sehingga mereka bergantung pada amandemen untuk peningkatan kesuburan. Mollisols, yang secara alami tinggi dalam SOM, memberikan konteks yang unik untuk mengevaluasi efek sinergis dari amandemen.

Studi ini berhipotesis bahwa aplikasi gabungan residu jintan hitam dan biochar akan meningkatkan penyerapan karbon tanah dan memperbaiki dinamika nitrogen di berbagai jenis tanah. Secara khusus, biochar diharapkan dapat memberikan stabilisasi jangka panjang bahan organik, sementara residu jintan hitam akan memasok nutrisi labil yang merangsang aktivitas mikroba dan siklus nutrisi. Studi ini bertujuan untuk menilai dampak residu jintan hitam dan biochar pada tingkat SC dan SN tanah di Alfisols, Entisols dan Mollisols; (untuk) mengevaluasi perubahan dalam MBC dan MBN dalam menanggapi amandemen; (untuk) memantau emisi CO 2 untuk menentukan efek pada respirasi tanah dan pergantian karbon; dan (untuk) menganalisis CUE dan qCO 2 untuk memahami efisiensi mikroba dan respons metabolik. Dengan mengeksplorasi dinamika ini, studi ini bertujuan untuk memberikan rekomendasi khusus tanah untuk mengintegrasikan amandemen yang berasal dari jintan hitam ke dalam praktik pertanian berkelanjutan.

2 Bahan dan Metode
2.1 Daerah Studi dan Kondisi Iklim
Penelitian ini dilakukan di distrik Yeşilyurt di provinsi Malatya, Turki Timur, sebuah wilayah dengan topografi beragam yang terdiri dari pegunungan, dataran tinggi, dan dataran subur. Wilayah tersebut merupakan zona transisi antara rezim presipitasi kontinental Anatolia Tenggara dan rezim presipitasi maritim Mediterania. Curah hujan rata-rata tahunan (MAP) dan suhu (MAT) masing-masing adalah 383,6 mm dan 13,7°C. Ketinggian bervariasi antara 1500 dan 2000 m, yang memengaruhi perkembangan tanah dan potensi pertanian.

2.2 Pengumpulan dan Karakterisasi Tanah
Sampel tanah permukaan (0–20 cm) dikumpulkan dari lokasi Entisol (38°14′50.92″ N 38°16′16.40″ E), Mollisol (38°11′12.4″ N 38°17′44.1″ E) dan Alfisol (38°11′25.2″ N 38°18′53.8″ E). Sampel dikeringkan dengan udara, diayak (< 2 mm) dan dianalisis untuk mengetahui sifat fisik dan kimianya, termasuk pH (1:2,5 w/v tanah:air), konduktivitas listrik (EC), karbon organik tanah (SOC) menggunakan metode Walkley-Black, total nitrogen (TN) melalui pencernaan Kjeldahl dan kandungan karbonat menggunakan metode kalsimeter Scheibler. Tekstur tanah ditentukan menggunakan metode hidrometer (Bouyoucos 1962 ).

Karakteristik utama tanah yang digunakan dalam percobaan menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam sifat kimia dan fisiknya. Nilai pH tanah berkisar dari 7,15 di Mollisol, yang menunjukkan kondisi sedikit asam, hingga 7,76 di Alfisol, yang mencerminkan lingkungan yang hampir netral. Nilai konduktivitas listrik (EC) bervariasi, dengan Mollisol memiliki EC tertinggi (221,33 μS/cm), yang menunjukkan kapasitas pertukaran ion yang lebih besar, sementara Entisol menunjukkan EC terendah (99,60 μS/cm), yang menunjukkan mobilitas nutrisi yang terbatas. Kandungan karbon organik tanah (SOC) paling tinggi di Mollisol (10,18%), diikuti oleh Alfisol (2,16%) dan Entisol (1,92%), yang berkorelasi dengan kandungan bahan organik (OM) masing-masing sebesar 17,55%, 3,72% dan 3,31%. Kandungan nitrogen total (TN) tertinggi terdapat pada Mollisol (0,51%), sedang terdapat pada Alfisol (0,12%) dan terendah terdapat pada Entisol (0,05%). Rasio C/N jauh lebih tinggi pada Entisol (40,00), yang dapat membatasi ketersediaan nitrogen karena dekomposisi bahan organik yang lebih lambat, sedangkan Alfisol (18,78) dan Mollisol (19,81) menunjukkan rasio seimbang yang mendukung aktivitas mikroba dan nutrisi tanaman. Kandungan lempung tertinggi terdapat pada Alfisol (42,42%), yang menunjukkan kapasitas retensi air yang lebih tinggi, sedangkan Entisol memiliki persentase lempung terendah (26,42%), sehingga lebih rentan terhadap drainase dan erosi. Fraksi lanau dominan terdapat pada Alfisol (47,42%) dan Entisol (43,42%), yang mendukung retensi air dan sifat aerasi yang sedang. Kandungan pasir tertinggi terdapat pada Entisol (30,16%), memperkuat kecenderungan drainase cepatnya, sementara Alfisol (10,16%) memiliki kandungan pasir paling sedikit, memastikan stabilitas struktural yang lebih baik. Kandungan kalsium karbonat (CaCO 3 ) tertinggi terdapat pada Entisol (34,38%), menunjukkan kondisi basa dan potensi masalah fiksasi nutrisi, sedangkan Alfisol (0,85%) dan Mollisol (0,17%) memiliki sedikit karbonat, yang menguntungkan bagi pertumbuhan tanaman.

2.3 Amandemen Tanah dan Desain Eksperimen
Lima kelompok perlakuan ditetapkan: (Ahmad et al. 2020 ) Kontrol (tanah yang tidak diubah), (Anderson dan Domsch 1990 ) residu jintan hitam dosis rendah (BCP1, 5 g kg −1 ), (Anderson dan Domsch 1995 ) residu jintan hitam dosis tinggi (BCP2, 10 g kg −1 ), (Atkinson 2018 ) biochar jintan hitam dosis rendah (BC1, 5 g kg −1 ), dan (Bajgai et al. 2015 ) biochar jintan hitam dosis tinggi (BC2, 10 g kg −1 ). Residu jintan hitam diperoleh sebagai produk sampingan ekstraksi minyak, sedangkan biochar diproduksi melalui pirolisis pada suhu 450°C dalam tungku muffle.

Sampel tanah (berat kering 300 g) dicampur secara menyeluruh dengan amandemen dan diinkubasi pada suhu 25°C dalam kelembaban yang terkendali (55% dari kapasitas menahan air) selama 120 hari.

2.4 Analisis Kimia dan Mikroba Tanah
Karbon terlarut (SC) dan nitrogen terlarut (SN): Diekstraksi menggunakan 0,5 M K 2 SO 4 dan dianalisis melalui spektrofotometri (Vance et al. 1987 ). Karbon biomassa mikroba (MBC) dan nitrogen biomassa mikroba (MBN): Ditentukan menggunakan metode fumigasi-ekstraksi (Vance et al. 1987 ; Joergensen dan Brookes 1990 ). Respirasi mikroba dan evolusi CO 2 : Diukur menggunakan perangkap NaOH diikuti oleh titrasi dengan HCl (Anderson dan Domsch 1990 ).

Metabolic Quotient (qCO 2 ): Dihitung sebagai CO 2 –C (mg C kg −1 tanah h −1 )/ MBC (mg C kg −1 tanah), di mana CO 2 –C adalah respirasi mikroba (mg C kg −1 tanah h −1 ), dan MBC adalah karbon biomassa mikroba (mg C kg −1 tanah) menurut Anderson dan Domsch ( 1995 ). Efisiensi Mikroba (ME): Dihitung untuk karbon (MBC/SC) dan nitrogen (MBN/SN) (Wardle 1992 ). Efisiensi penggunaan karbon (CUE): Dihitung untuk mencerminkan proporsi karbon yang tertahan dalam biomassa mikroba versus yang hilang melalui respirasi (Manzoni et al. 2012 ). Total penyimpanan karbon (TCS): Diperkirakan memberikan wawasan tentang potensi penyerapan karbon tanah (Bekchanova et al. 2024 ).

2.5 Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR)
Spektrum FTIR tanah yang telah diberi biochar–residu direkam dengan spektrometer Bruker Alpha II yang dilengkapi dengan detektor DTGS. Sampel yang dikeringkan dalam oven (< 40°C) dan digiling halus (< 75 μm) dihomogenkan (1 mg sampel + 100 mg KBr) dan ditekan menjadi pelet di bawah 7 t. Spektrum diperoleh dalam rentang IR tengah (4000–400 cm −1 ) pada resolusi 4 cm −1 , dengan rata-rata 32 pemindaian. Koreksi garis dasar dan normalisasi vektor dilakukan dalam OPUS 8.2. Pita serapan utama ditetapkan menurut Kögel-Knabner ( 2002 ) dan Hagemann et al. ( 2018 ) untuk melacak domain karbohidrat (1034 cm −1 ), alifatik (2920 cm −1 ) dan aromatik (1620 cm −1 ).

2.6 Produksi Biochar
Residu jintan hitam dipirolisis pada suhu 420°C dalam tungku peredam tingkat laboratorium. Proses pirolisis melibatkan laju pemanasan 10°C min −1 dan waktu tinggal 2 jam. Proses ini dilakukan dalam kondisi oksigen terbatas (pirolisis terbatas oksigen) tanpa penambahan gas pembawa eksternal seperti nitrogen. Biochar yang dihasilkan didinginkan dalam desikator dan kemudian digiling hingga melewati saringan 2 mm sebelum digunakan.

2.7 Alasan Perubahan Dosis
Dua tingkat aplikasi digunakan: 5 g kg −1 (dosis rendah) dan 10 g kg −1 (dosis tinggi) dari biochar atau residu jintan hitam. Tingkat ini dipilih berdasarkan tolok ukur dari studi inkubasi terkait yang melibatkan biochar dan residu tanaman (Lehmann et al. 2011 ; Liang et al. 2021 ), dan mencerminkan tingkat aplikasi lapangan yang setara berkisar antara 10 hingga 20 t ha −1 . Hal ini memungkinkan perbandingan dengan literatur yang ada sambil tetap mempertahankan relevansi praktis.

2.8 Analisis Statistik
ANOVA dua arah dilakukan untuk menilai efek dan interaksi perlakuan, diikuti oleh uji Tukey’s HSD ( p  < 0,05). Analisis komponen utama (PCA) dan analisis peta panas pengelompokan hierarkis dilakukan untuk memvisualisasikan hubungan biokimia tanah. Semua analisis statistik dilakukan menggunakan R (v4.2) dan Python (v3.11) dengan pustaka ggplot2 dan seaborn untuk visualisasi. Semua perbandingan statistik berpasangan untuk setiap parameter di seluruh jenis tanah, perlakuan, dan titik waktu disediakan dalam Tabel S1– S3 .

Pendekatan komprehensif ini memastikan pemahaman rinci tentang proses biokimia tanah di bawah amandemen yang berasal dari jintan hitam dan implikasinya terhadap pengelolaan tanah berkelanjutan.

3 Hasil
3.1 Bahan Organik Tanah (BOT)
Studi ini menilai dampak berbagai amandemen tanah: Residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya terhadap kandungan bahan organik tanah (SOM) di tiga jenis tanah, Alfisol, Entisol dan Mollisol (Tabel 1 ). Ringkasan efek perlakuan ditunjukkan di bawah ini; perbandingan statistik lengkap menurut jenis tanah, perlakuan dan waktu inkubasi disediakan dalam Tabel S1– S3 .

TABEL 1. Tingkat bahan organik (%) di tanah Alfisol, Entisol dan Mollisol.

Kelompok kontrol menunjukkan kandungan SOM sebesar 3,1%. Aplikasi residu jintan hitam meningkatkan SOM menjadi 3,5%, biochar menjadi 3,4%, dan kombinasi residu jintan hitam dan biochar menjadi 3,7% di Alfisol. Kelompok kontrol memiliki kandungan SOM sebesar 1,2%. Aplikasi residu jintan hitam menaikkannya menjadi 1,6%, biochar menjadi 1,5% dan perlakuan gabungan menjadi 1,9% di Entisol. SOM kelompok kontrol adalah 6,0%. Dengan residu jintan hitam, meningkat menjadi 6,4%; aplikasi biochar menghasilkan 6,5%; dan perlakuan kombinasi menaikkannya menjadi 6,9% di Mollisol.

3.2 Analisis Spektral FTIR pada Berbagai Jenis Tanah
Spektrum FTIR untuk Alfisol, Entisol dan Mollisol menunjukkan pola yang berbeda dalam komposisi bahan organik yang dipengaruhi oleh aplikasi residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya (Gambar 1 ). Sampel kontrol (garis hitam) berfungsi sebagai referensi dasar, yang menyoroti perubahan yang disebabkan oleh amandemen yang berbeda.

Di Alfisol, variasi spektral menunjukkan perubahan sedang pada gugus fungsi organik di seluruh perlakuan. Puncak yang paling menonjol muncul sekitar 1600 dan 1200 cm −1 , yang berhubungan dengan peregangan C=O pada gugus karboksil dan peregangan C–O pada polisakarida. Aplikasi residu jintan hitam (garis merah dan kuning) menyebabkan sedikit peningkatan intensitas puncak, yang menunjukkan keberadaan senyawa organik segar. Perlakuan biochar (garis biru dan hijau) menunjukkan pola spektral yang lebih stabil, yang menunjukkan stabilitas karbon yang lebih tinggi dan dekomposisi yang lebih lambat dibandingkan dengan residu jintan hitam saja.

Pada Entisol, perubahan spektral lebih jelas, yang mencerminkan kandungan bahan organik awalnya yang lebih rendah. Perbedaan paling signifikan diamati antara kontrol dan perlakuan biochar, di mana tanah yang diberi biochar menunjukkan serapan yang lebih tinggi di wilayah 1400–1600 cm −1 , yang menunjukkan peningkatan gugus fungsi aromatik dan karboksil. Gabungan residu jintan hitam dan perlakuan biochar (garis biru dan hijau) menghasilkan pola spektral yang lebih seragam, yang menunjukkan bahwa biochar meningkatkan retensi karbon dengan menyerap senyawa organik labil dari residu jintan hitam.

Di Mollisol, yang awalnya mengandung bahan organik lebih tinggi, perubahan spektral tidak terlalu dramatis. Namun, sekitar 2800–3000 cm −1 , pergeseran yang nyata diamati, sesuai dengan peregangan C–H dari senyawa alifatik. Perlakuan residu jintan hitam (garis merah dan kuning) meningkatkan intensitas puncak di wilayah ini, yang menunjukkan aktivitas mikroba yang lebih tinggi dan dekomposisi masukan yang berasal dari tanaman. Sebaliknya, perlakuan biochar (garis biru dan hijau) menyebabkan kurva spektral yang mendatar, yang mencerminkan struktur karbon yang lebih membandel dengan degradasi mikroba yang berkurang.

3.3 Respon C Larut dan C Biomassa Mikroba (MBC) terhadap Amandemen Tanah
Aplikasi residu jintan hitam, biochar, dan kombinasinya secara signifikan memengaruhi kadar karbon terlarut (SC) di tiga jenis tanah yang berbeda: Alfisol, Entisol, dan Mollisol (Gambar 2 ). Kelompok kontrol menunjukkan nilai SC terendah di semua jenis tanah, sedangkan perlakuan yang diubah menghasilkan peningkatan yang signifikan. Hasilnya menunjukkan pola akumulasi dan retensi SC yang berbeda, tergantung pada jenis amandemen dan karakteristik tanah.

Di Alfisol, kadar SC pada kelompok kontrol tetap relatif rendah selama periode inkubasi. Aplikasi residu jintan hitam saja menghasilkan peningkatan SC yang sedang, kemungkinan karena dekomposisi residu organik yang cepat. Perlakuan biochar (BC1 dan BC2) awalnya menunjukkan peningkatan SC yang lebih besar, dengan BC2 mencapai kadar SC tertinggi pada Hari 0 (179,2 mg/kg). Namun, kadar SC secara bertahap menurun seiring berjalannya waktu. Perlakuan gabungan biochar dan residu jintan hitam (BCP + BC) menghasilkan kadar SC yang paling berkelanjutan, yang menunjukkan keseimbangan antara ketersediaan bahan organik langsung dan stabilisasi karbon jangka panjang.

Di Entisol, jenis tanah yang dicirikan oleh kandungan bahan organik rendah, kadar SC awalnya rendah di semua perlakuan. Penambahan residu jintan hitam secara signifikan meningkatkan SC, yang mencerminkan masukan bahan organik yang mudah terurai. Aplikasi biochar (BC1 dan BC2) memiliki efek yang nyata, terutama pada dosis yang lebih tinggi, di mana kadar SC tetap tinggi lebih lama daripada di Alfisol. Perlakuan gabungan menghasilkan kadar SC tertinggi dari waktu ke waktu, yang menunjukkan bahwa biochar membantu mempertahankan karbon terlarut yang berasal dari residu tanaman, mencegah hilangnya karbon secara cepat.

Pada Mollisol, yang secara alami mengandung bahan organik tinggi, kelompok kontrol sudah menunjukkan kadar SC yang relatif tinggi. Namun, perlakuan lebih lanjut meningkatkan kandungan SC, dengan aplikasi biochar, khususnya BC2, yang menghasilkan nilai SC tertinggi yang diamati. Kombinasi biochar dan residu jintan hitam menunjukkan tren SC yang lebih stabil dari waktu ke waktu, memperkuat peran biochar dalam memoderasi pergantian karbon pada tanah dengan kandungan bahan organik tinggi.

Aplikasi residu jintan hitam, biochar, dan kombinasinya secara signifikan memengaruhi karbon biomassa mikroba (MBC) di ketiga jenis tanah: Alfisol, Entisol, dan Mollisol (Gambar 2 ). Kelompok kontrol menunjukkan kadar MBC terendah, sedangkan perlakuan menyebabkan peningkatan yang signifikan, dengan efek yang bervariasi tergantung pada jenis tanah dan komposisi amandemen. Menurut hasil uji HSD Tukey, karbon biomassa mikroba (MBC) secara signifikan lebih tinggi dalam perlakuan BC2 dibandingkan dengan BCP2 pada Hari ke-120 di ketiga jenis tanah ( p  < 0,05). Untuk hasil ANOVA dan post hoc lengkap, lihat Tabel S1–S3 .

Di Alfisol, kadar MBC pada kelompok kontrol tetap relatif rendah. Perlakuan biochar (BC1, BC2) menunjukkan peningkatan MBC yang sedang, dengan BC1 menghasilkan akumulasi biomassa mikroba yang lebih besar daripada BC2 pada tahap awal. MBC tertinggi diamati pada perlakuan gabungan residu jintan hitam dan biochar, yang menunjukkan efek sinergis antara residu tanaman dan biochar dalam mendorong pertumbuhan mikroba.

Di Entisol, kelompok kontrol memiliki kadar MBC terendah di antara semua jenis tanah. Aplikasi residu jintan hitam secara signifikan meningkatkan biomassa mikroba, kemungkinan karena daya degradasinya yang tinggi dan ketersediaan nutrisi yang langsung. Perlakuan biochar sendiri memiliki dampak positif tetapi lebih kecil, yang menunjukkan bahwa mikroba Entisol merespons lebih efektif terhadap masukan organik yang labil daripada fraksi karbon biochar yang stabil. Perlakuan gabungan menunjukkan peningkatan MBC terbesar, yang menunjukkan bahwa biochar membantu mempertahankan karbon yang berasal dari mikroba sementara residu jintan hitam merupakan sumber energi untuk perkembangbiakan mikroba.

Di Mollisol, di mana kelompok kontrol sudah menunjukkan kadar MBC yang tinggi karena bahan organik alaminya yang tinggi, perlakuan biochar menghasilkan peningkatan yang tidak terlalu kentara dibandingkan Alfisol dan Entisol. Namun, MBC tertinggi kembali diamati dalam perlakuan gabungan, yang menunjukkan bahwa biochar dapat berkontribusi pada pembentukan habitat mikroba daripada stimulasi biomassa secara langsung.

3.4 Respon Nitrogen Larut (SN) dan Nitrogen Biomassa Mikroba (MBN) terhadap Amandemen Tanah
Aplikasi residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya secara signifikan memengaruhi kadar nitrogen terlarut (SN) dan nitrogen biomassa mikroba (MBN) di Alfisol, Entisol dan Mollisol (Gambar 3 ). Kelompok kontrol menunjukkan kadar SN dan MBN terendah, sementara amandemen organik menyebabkan peningkatan yang signifikan, dengan efek yang berbeda tergantung pada jenis tanah dan komposisi amandemen.

Di Alfisol, kadar SN relatif rendah pada perlakuan kontrol tetapi meningkat secara substansial setelah amandemen. Aplikasi residu jintan hitam saja menyebabkan peningkatan cepat pada SN, yang menunjukkan mineralisasi langsung nitrogen organik dari residu tanaman. Aplikasi biochar (BC1, BC2) memiliki efek stabilisasi, dengan BC2 menunjukkan kadar SN tertinggi pada Hari 0 (11,43 mg/kg). Kombinasi biochar dan residu jintan hitam menghasilkan peningkatan SN yang berkelanjutan, yang menunjukkan peningkatan retensi nitrogen dan pengurangan pelindian. Kadar MBN mengikuti tren yang sama, dengan nilai tertinggi yang diamati dalam perlakuan gabungan, yang menegaskan bahwa biochar membantu mempertahankan nitrogen dalam biomassa mikroba.

Pada Entisol, yang awalnya menunjukkan kadar SN dan MBN rendah karena kandungan bahan organiknya yang rendah, amandemen meningkatkan kedua parameter secara signifikan. Aplikasi residu jintan hitam saja menghasilkan peningkatan SN secara langsung, sedangkan perlakuan biochar menghasilkan peningkatan yang lebih bertahap dan berkelanjutan. Perlakuan gabungan menunjukkan kadar SN dan MBN tertinggi, yang menunjukkan bahwa biochar meningkatkan asimilasi nitrogen mikroba dan mengurangi kehilangan nitrogen.

Pada Mollisol, yang secara alami mengandung bahan organik dan nitrogen yang tinggi, kelompok kontrol sudah memiliki nilai SN dan MBN yang lebih tinggi dibandingkan dengan Alfisol dan Entisol. Namun, amandemen lebih meningkatkan ketersediaan nitrogen. Perlakuan biochar saja menghasilkan peningkatan SN sedang, sedangkan perlakuan gabungan menghasilkan kadar SN dan MBN tertinggi, yang menunjukkan bahwa biochar berkontribusi terhadap stabilisasi nitrogen dan mengurangi pergantian nitrogen mikroba.

3.5 Respons Emisi CO 2 dan Kumulatif CO 2 (qCO 2 ) terhadap Amandemen Tanah
Aplikasi residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya secara signifikan memengaruhi emisi CO 2 dan emisi CO 2 kumulatif (qCO 2 ) di Alfisol, Entisol dan Mollisol (Gambar 4 ). Kelompok kontrol menunjukkan pelepasan CO 2 terendah . Sebaliknya, amandemen organik menyebabkan pola respirasi dan variasi pergantian karbon.

Di Alfisol, emisi CO 2 sedang pada kelompok kontrol tetapi meningkat secara signifikan setelah amandemen. Emisi CO 2 tertinggi diamati pada perlakuan residu jintan hitam, yang menunjukkan aktivitas mikroba dan dekomposisi bahan organik yang cepat. Perlakuan biochar menghasilkan emisi CO 2 yang lebih rendah tetapi berkelanjutan , yang menunjukkan efek retensi karbon yang lebih stabil. Perlakuan gabungan menunjukkan emisi CO 2 sedang pada awalnya tetapi mempertahankan pelepasan yang lebih bertahap dan berkepanjangan dari waktu ke waktu. Nilai qCO 2 mengikuti pola yang sama, dengan biochar mengurangi stres mikroba dan meningkatkan efisiensi penggunaan karbon.

Pada Entisol, yang awalnya memiliki aktivitas mikroba rendah, emisi CO 2 meningkat secara signifikan oleh semua perlakuan. Aplikasi residu jintan hitam menyebabkan lonjakan awal emisi CO 2 , yang menunjukkan proses mineralisasi yang cepat. Sebaliknya, aplikasi biochar menyebabkan emisi CO 2 yang lebih rendah tetapi berkepanjangan , yang menegaskan perannya dalam menstabilkan respirasi mikroba. Perlakuan gabungan menghasilkan pola pelepasan CO 2 yang lebih seimbang, dengan nilai qCO 2 terendah , yang menunjukkan metabolisme mikroba yang efisien dan berkurangnya kehilangan karbon pernapasan.

Di Mollisol, kelompok kontrol sudah menunjukkan emisi CO 2 yang relatif tinggi karena kandungan bahan organik alaminya yang tinggi. Namun, perlakuan biochar menurunkan laju respirasi secara keseluruhan, yang menunjukkan stabilisasi karbon yang lebih baik dan mengurangi stres mikroba. Kombinasi biochar dan residu jintan hitam mempertahankan emisi CO 2 sedang sambil mengoptimalkan efisiensi mikroba, yang tercermin dari nilai qCO 2 yang lebih rendah .

Aplikasi residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya secara signifikan memengaruhi laju respirasi (Resp_R) dan respirasi mikroba (qCO 2 ) di Alfisol, Entisol dan Mollisol (Gambar 4 ). Kelompok kontrol menunjukkan aktivitas respirasi terendah. Sebaliknya, perlakuan membuat perubahan nyata tergantung pada jenis amandemen dan karakteristik tanah.

Di Alfisol, kelompok kontrol mempertahankan laju respirasi yang relatif stabil dan rendah selama periode inkubasi. Aplikasi residu jintan hitam saja menghasilkan peningkatan tajam dalam laju respirasi, yang menunjukkan metabolisme mikroba yang cepat karena ketersediaan bahan organik yang mudah terurai. Aplikasi biochar (BC1 dan BC2) menunjukkan aktivitas respirasi yang lebih rendah tetapi lebih berkelanjutan, yang menunjukkan bahwa biochar berkontribusi pada stabilisasi mikroba daripada peningkatan langsung dalam aktivitas mikroba. Perlakuan gabungan menunjukkan tingkat respirasi mikroba (qCO 2 ) tertinggi, yang menyiratkan bahwa biochar memoderasi aktivitas mikroba sambil meningkatkan retensi karbon.

Semua amandemen secara signifikan meningkatkan laju respirasi di Entisol, yang awalnya memiliki aktivitas mikroba dan kandungan organik terendah. Residu jintan hitam sendiri menghasilkan puncak awal tertinggi, yang mencerminkan perannya sebagai amandemen organik yang cepat terurai. Perlakuan biochar menghasilkan laju respirasi yang lebih rendah tetapi aktivitas mikroba yang lebih lama, yang menunjukkan peralihan ke arah penggunaan karbon mikroba yang lebih efisien. Perlakuan gabungan menghasilkan laju respirasi sedang dengan aktivitas mikroba yang lebih lama, yang menunjukkan keseimbangan optimal antara ketersediaan nutrisi dan stabilisasi karbon.

Di Mollisol, yang kandungan organiknya sudah tinggi, laju respirasi awalnya tinggi pada kelompok kontrol. Perubahan tersebut menyebabkan peningkatan yang lebih moderat dalam respirasi mikroba, karena kandungan bahan organik yang ada menahan efek masukan tambahan. Biochar sendiri menghasilkan nilai qCO 2 terendah , yang mendukung gagasan bahwa biochar bertindak lebih sebagai agen penstabil daripada sumber karbon langsung. Kombinasi residu jintan hitam dan biochar menghasilkan nilai qCO 2 yang sedikit lebih tinggi , tetapi responsnya kurang jelas dibandingkan Alfisol dan Entisol.

3.6 Respons Karbon Mineral (MEC), Nitrogen Mineral (MEN) dan Rasio MBC/MBN terhadap Amandemen Tanah
Aplikasi residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya secara signifikan memengaruhi mineralisasi karbon terekstraksi (MEC) dan mineralisasi nitrogen terekstraksi (MEN) di berbagai jenis tanah (Alfisol, Entisol dan Mollisol) (Gambar 5 ). Perlakuan kontrol menunjukkan nilai MEC dan MEN terendah, sedangkan amandemen organik menyebabkan perubahan yang nyata, dengan variasi tergantung pada jenis amandemen dan karakteristik tanah.

Di Alfisol, kadar MEC awalnya rendah pada kelompok kontrol. Aplikasi residu jintan hitam meningkatkan MEC secara signifikan, dengan nilai tertinggi diamati pada periode inkubasi awal. Perlakuan biochar (BC1 dan BC2) menghasilkan peningkatan MEC yang sedang, dengan BC2 menunjukkan pelepasan yang lebih berkelanjutan dari waktu ke waktu. Perlakuan gabungan menunjukkan nilai MEC keseluruhan tertinggi, yang menunjukkan bahwa biochar membantu menstabilkan masukan karbon dari residu jintan hitam, mencegah hilangnya mineralisasi yang cepat. Demikian pula, kadar MEN mengikuti tren yang sama, dengan mineralisasi nitrogen mikroba tertinggi terjadi pada perlakuan gabungan, yang menunjukkan peningkatan siklus nitrogen.

Pada Entisol, yang awalnya memiliki kandungan karbon dan nitrogen rendah, nilai MEC dan MEN menunjukkan peningkatan relatif terbesar setelah amandemen. Kadar MEC tertinggi diamati pada residu jintan hitam saja, yang menunjukkan dekomposisi mikroba yang cepat pada residu tanaman dan pelepasan karbon yang dapat dimineralisasi. Perlakuan biochar menunjukkan peningkatan MEC yang lebih lambat tetapi lebih berkelanjutan, yang menunjukkan peningkatan stabilisasi karbon. Kadar MEN tertinggi dalam perlakuan gabungan, yang menunjukkan bahwa biochar berkontribusi terhadap retensi nitrogen, mengurangi kehilangan nitrogen melalui pelindian.

Nilai MEC dan MEN menunjukkan perubahan relatif yang kurang menonjol di Mollisol, tempat kandungan bahan organik secara alami tinggi. Perlakuan biochar menghasilkan peningkatan MEC dan MEN yang sedang, sementara perlakuan gabungan masih menunjukkan tingkat berkelanjutan tertinggi, yang memperkuat peran biochar dalam menstabilkan karbon dan nitrogen yang dapat dimineralisasi.

Rasio karbon biomassa mikroba terhadap nitrogen biomassa mikroba (MBC/MBN) bervariasi secara signifikan di berbagai jenis tanah dan perlakuan, yang mencerminkan perubahan dalam efisiensi mikroba dan dinamika siklus hara (Gambar 5 ). Kelompok kontrol menunjukkan nilai MBC/MBN yang relatif stabil. Pada saat yang sama, amandemen menyebabkan perubahan yang jelas, dengan perbedaan yang diamati antara biochar, residu jintan hitam, dan kombinasinya.

Di Alfisol, rasio MBC/MBN kontrol tetap pada tingkat sedang. Aplikasi biochar (BC1 dan BC2) menyebabkan penurunan nilai MBC/MBN yang signifikan dari waktu ke waktu, dengan BC2 menunjukkan penurunan yang lebih kuat. Perlakuan gabungan menunjukkan stabilitas tertinggi, yang menunjukkan bahwa biochar memoderasi penyerapan nitrogen mikroba sekaligus meningkatkan retensi karbon.

Pada Entisol, yang memiliki kandungan organik awal terendah, rasio MBC/MBN menunjukkan perubahan paling signifikan setelah amandemen. Aplikasi residu jintan hitam meningkatkan rasio MBC/MBN, yang menunjukkan peningkatan aktivitas mikroba dan efisiensi pemanfaatan karbon. Sebaliknya, perlakuan biochar menghasilkan nilai MBC/MBN yang lebih rendah, terutama pada dosis yang lebih tinggi, yang menunjukkan bahwa biochar membatasi mineralisasi nitrogen mikroba yang berlebihan dan mendukung siklus nitrogen yang lebih efisien.

Rasio MBC/MBN lebih stabil di semua perlakuan di Mollisol, yang secara alami memiliki bahan organik tinggi. Biochar sendiri tidak mengubah nilai MBC/MBN secara signifikan. Namun, kombinasi biochar dan residu jintan hitam menyebabkan sedikit peningkatan, yang menunjukkan peningkatan keseimbangan mikroba dan asimilasi nitrogen dari waktu ke waktu.

3.7 Respon terhadap Penyerapan Karbon Total (TCS) dan Efisiensi Penggunaan Karbon (CUE) terhadap Amandemen Tanah
Aplikasi residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya secara signifikan memengaruhi total penyerapan karbon (TCS) dan efisiensi penggunaan karbon (CUE) di Alfisol, Entisol dan Mollisol (Gambar 6 ). Kelompok kontrol menunjukkan nilai TCS terendah. Pada saat yang sama, amandemen organik berkontribusi terhadap peningkatan substansial, dengan variasi tergantung pada jenis amandemen dan karakteristik tanah.

Di Alfisol, perlakuan biochar (BC1, BC2) menghasilkan nilai TCS yang lebih tinggi, dengan BC1 memiliki efek paling menonjol pada tahap awal. Perlakuan gabungan biochar dan residu jintan hitam menunjukkan kadar TCS tertinggi, yang menunjukkan bahwa biochar memfasilitasi retensi karbon jangka panjang sementara residu organik meningkatkan aktivitas mikroba. Nilai CUE mengikuti tren yang sama, dengan perlakuan gabungan menghasilkan penggunaan karbon mikroba yang paling efisien dari waktu ke waktu.

Pada Entisol, yang awalnya memiliki bahan organik rendah, peningkatan TCS adalah yang paling signifikan dibandingkan dengan kontrol, khususnya pada perlakuan biochar. Perlakuan gabungan menghasilkan nilai TCS tertinggi, yang menunjukkan peningkatan stabilisasi karbon pada sistem tanah yang sebaliknya memiliki potensi kehilangan karbon tinggi. Nilai CUE pada Entisol sedang pada perlakuan biochar saja tetapi meningkat pada keberadaan residu organik, yang mencerminkan peningkatan retensi karbon mikroba.

Di Mollisol, yang kandungan bahan organiknya tinggi secara alami, biochar dan amandemen organik masih berkontribusi pada akumulasi karbon lebih lanjut, tetapi peningkatan relatifnya lebih kecil dibandingkan dengan tanah lainnya. Nilai TCS tertinggi tercatat pada perlakuan biochar saja, yang menunjukkan bahwa biochar berkontribusi pada penyerapan karbon jangka panjang daripada aktivitas mikroba jangka pendek. Nilai CUE tetap relatif stabil, yang menunjukkan bahwa komunitas mikroba di Mollisol sudah efisien dalam memanfaatkan karbon organik, dengan biochar memiliki peran yang lebih pasif dalam pergantian karbon mikroba.

3.8 Laju Mineralisasi Nitrogen (NMR) dan Respon Rasio Respirasi terhadap Amandemen Tanah
Laju mineralisasi nitrogen (NMR) bervariasi secara signifikan di antara jenis tanah dan perlakuan, yang menunjukkan perbedaan dalam dinamika siklus nitrogen mikroba (Gambar 7 ). Kelompok kontrol menunjukkan nilai NMR terendah, sementara biochar, residu jintan hitam, dan kombinasinya memengaruhi mineralisasi nitrogen dengan cara yang berbeda, tergantung pada karakteristik tanah.

Di Alfisol, perlakuan kontrol menunjukkan tingkat mineralisasi nitrogen yang rendah, yang mencerminkan dekomposisi bahan organik sedang. Pemberian residu jintan hitam saja menghasilkan peningkatan cepat dalam NMR, yang menunjukkan bahwa nitrogen organik dari residu tanaman dengan cepat diubah menjadi bentuk mineral. Perlakuan biochar (BC1 dan BC2) memoderasi mineralisasi nitrogen, dengan BC2 menghasilkan peningkatan yang lebih bertahap dan berkelanjutan. Perlakuan gabungan menghasilkan nilai NMR tertinggi, yang menunjukkan bahwa biochar berperan dalam memperlambat kehilangan nitrogen sekaligus meningkatkan siklus nitrogen mikroba.

Pada Entisol, yang awalnya memiliki kandungan nitrogen organik rendah, semua amandemen meningkatkan NMR secara signifikan. Peningkatan tertinggi diamati pada perlakuan residu jintan hitam, di mana komunitas mikroba dengan cepat menguraikan nitrogen yang berasal dari tanaman, sehingga tersedia untuk diserap tanaman. Perlakuan biochar menunjukkan peningkatan NMR yang lebih lambat tetapi lebih stabil, yang menunjukkan bahwa biochar menyerap dan melepaskan nitrogen secara bertahap, sehingga mencegah pencucian yang berlebihan. Perlakuan gabungan menunjukkan mineralisasi nitrogen sedang, yang menyeimbangkan ketersediaan jangka pendek dan retensi jangka panjang.

Kelompok kontrol sudah memiliki nilai NMR yang relatif tinggi di Mollisol, yang secara alami memiliki kandungan nitrogen yang lebih tinggi. Perubahan tersebut menghasilkan peningkatan NMR yang lebih stabil, dengan biochar saja yang berkontribusi terhadap pelepasan mineral nitrogen yang lebih lambat. Perlakuan gabungan menghasilkan sedikit peningkatan mineralisasi nitrogen, yang memperkuat peran biochar dalam stabilisasi nitrogen daripada peningkatan mineralisasi secara langsung.

Rasio respirasi (Resp_R) bervariasi di antara jenis tanah, yang menunjukkan perbedaan dalam aktivitas mikroba dan potensi mineralisasi karbon (Gambar 7 ). Rasio respirasi berkisar antara 0,0038 hingga 0,6346, dengan rata-rata 0,0476 dan median 0,0146. Simpangan baku adalah 0,1051, yang menunjukkan variabilitas sedang di Alfisol. Rasio respirasi tertinggi diamati pada jenis tanah ini, berkisar antara 0,0056 hingga 0,9171. Rata-rata adalah 0,0656, dengan median 0,0171. Simpangan baku yang tinggi (0,1585) menunjukkan variasi substansial di antara perlakuan di Entisol. Rasio respirasi terendah di antara jenis tanah, berkisar antara 0,0030 hingga 0,0349, dengan rata-rata 0,0151 dan median 0,0143. Simpangan baku yang rendah (0,0098) menunjukkan aktivitas mikroba yang lebih konsisten di Mollisol ini.

3.9 Analisis Koefisien Korelasi Antar Parameter Tanah pada Tanah Alfisol, Entisol, dan Mollisol
Matriks korelasi menggambarkan hubungan antara parameter biokimia tanah utama, termasuk karbon terlarut (SC), karbon biomassa mikroba (MBC), nitrogen biomassa mikroba (MBN), laju respirasi mikroba (Resp_R), laju mineralisasi nitrogen (NMR), total penyerapan karbon (TCS) dan indikator efisiensi mikroba di Alfisol, Entisol dan Mollisol (Gambar 8 ). Korelasi yang diamati memberikan wawasan tentang bagaimana biochar dan amandemen residu jintan hitam memengaruhi siklus karbon dan nitrogen tanah serta aktivitas mikroba.

Di Mollisol, yang kandungan bahan organiknya tinggi secara alami, SC dan MBC menunjukkan korelasi positif yang kuat ( r  = 0,46), yang menunjukkan bahwa ketersediaan karbon terlarut yang lebih tinggi secara langsung mendukung pertumbuhan biomassa mikroba. Sebaliknya, hubungan tersebut lebih lemah di Alfisol ( r  = 0,18) dan Entisol ( r  = 0,35), yang menunjukkan bahwa faktor-faktor di luar karbon terlarut, seperti kualitas substrat mikroba dan ketersediaan nutrisi, memengaruhi pembentukan biomassa mikroba.

Di semua jenis tanah, MBC/MBN menunjukkan korelasi positif dengan total penyerapan karbon (TCS), yang menunjukkan bahwa komunitas mikroba berkontribusi terhadap retensi karbon jangka panjang. Korelasi ini paling kuat di Entisol ( r  = 0,58), diikuti oleh Alfisol ( r  = 0,44) dan paling lemah di Mollisol, di mana bahan organik yang sudah ada sebelumnya mungkin telah mengurangi ketergantungan mikroba pada sumber nitrogen eksternal.

Korelasi negatif yang kuat antara Resp_R dan CUE diamati di Mollisol ( r  = −0,55), diikuti oleh Alfisol ( r  = −0,48) dan Entisol ( r  = −0,45). Hal ini menunjukkan bahwa laju respirasi mikroba yang lebih tinggi menyebabkan berkurangnya retensi karbon mikroba, sehingga meningkatkan kehilangan karbon melalui emisi CO 2 .

Emisi CO 2 (qCO 2 ) berkorelasi positif dengan mineralisasi nitrogen (NMR) di ketiga tanah, dengan korelasi terkuat di Entisol ( r  = 0,49), yang menunjukkan bahwa ketika aktivitas mikroba meningkat, ketersediaan nitrogen juga meningkat. Di Alfisol dan Mollisol, korelasinya lebih lemah, yang menunjukkan bahwa amandemen biochar mungkin telah memoderasi laju mineralisasi nitrogen dengan menyerap dan melepaskan nitrogen secara bertahap.

SC dan TCS menunjukkan korelasi positif yang kuat ( r  = 0,69), yang menyoroti peran amandemen kaya karbon dalam meningkatkan penyimpanan karbon jangka panjang di Alfisol. Korelasi antara MBC dan TCS paling tinggi ( r  = 0,94), yang menunjukkan bahwa stabilitas biomassa mikroba merupakan faktor kunci dalam penyerapan karbon di Entisol. MBC dan emisi CO 2 berkorelasi positif ( r  = 0,7), yang menunjukkan bahwa laju respirasi mikroba yang tinggi berkontribusi terhadap dekomposisi bahan organik di Mollisol.

3.10 Peta Panas Pengelompokan Hirarkis Antara Perlakuan dan Sifat Tanah
Hasil pengelompokan peta panas untuk Alfisol, Entisol, dan Mollisol memberikan wawasan tentang hubungan antara aktivitas mikroba, siklus karbon dan nitrogen, dan efek amandemen tanah (Gambar 9 ). Setiap jenis tanah menunjukkan pola pengelompokan yang berbeda, yang menunjukkan bagaimana perlakuan yang berbeda (kontrol, biochar, dan residu jintan hitam) memengaruhi parameter biokimia tanah.

Analisis pengelompokan menunjukkan hubungan yang kuat antara nitrogen biomassa mikroba (MBN) dan karbon yang dapat diekstraksi dan dapat dimineralisasi (MEC) dalam perlakuan BCP1, yang menunjukkan bahwa residu jintan hitam meningkatkan siklus nitrogen dan aktivitas mikroba di Alfisol. Perlakuan yang mengandung biochar (BC1 dan BC2) dikelompokkan secara terpisah, yang menunjukkan efek stabilisasi pada sifat tanah daripada stimulasi mikroba secara langsung.

Laju respirasi (Resp_R) dan emisi CO 2 (qCO 2 ) berkelompok erat dalam kontrol dan perlakuan biochar dosis tinggi (BC2), yang menunjukkan bahwa tanpa adanya residu tanaman, biochar tidak secara signifikan meningkatkan respirasi mikroba. Karbon terlarut (SC) dan karbon biomassa mikroba (MBC) berkelompok erat dalam perlakuan BCP1, yang memperkuat bahwa bahan organik yang berasal dari tanaman berkontribusi terhadap aktivitas mikroba jangka pendek.

Pada Entisol, peta panas menunjukkan korelasi kuat antara total penyerapan karbon (TCS) dan karbon biomassa mikroba (MBC), khususnya pada perlakuan BCP2. Hal ini menunjukkan bahwa aplikasi gabungan biochar dan residu jintan hitam secara efektif meningkatkan retensi karbon mikroba pada tanah dengan kesuburan rendah ini.

Pengelompokan SC, MBN, dan laju mineralisasi nitrogen (NMR) pada tanah yang diberi biochar (BC1, BC2) menunjukkan bahwa biochar berperan dalam memoderasi mineralisasi nitrogen dan mengurangi kehilangan nitrogen. Perlakuan kontrol menunjukkan aktivitas mikroba yang lemah, seperti yang ditunjukkan oleh korelasi yang lebih rendah antara laju respirasi dan parameter biomassa mikroba.

Peta panas Mollisol menunjukkan hubungan yang kuat antara efisiensi mikroba (CUE) dan ketersediaan nitrogen di tanah yang diberi biochar (BC1 dan BC2). Hal ini menunjukkan bahwa biochar meningkatkan efisiensi nitrogen mikroba di tanah dengan kandungan bahan organik tinggi tanpa memicu kehilangan karbon yang berlebihan akibat respirasi.

Pengelompokan emisi CO 2 (qCO 2 ) dengan laju respirasi mikroba (Resp_R) dalam kontrol dan perlakuan BCP1 menunjukkan bahwa residu tanaman tanpa adanya biochar berkontribusi terhadap peningkatan dekomposisi mikroba, yang mengarah pada emisi CO 2 yang lebih tinggi . Perlakuan BCP2 menunjukkan pengelompokan yang paling seimbang, dengan karbon biomassa mikroba (MBC), mineralisasi nitrogen (NMR) dan TCS membentuk jaringan yang stabil, yang menunjukkan bahwa amandemen gabungan meningkatkan stabilitas tanah jangka panjang.

3.11 Analisis Komponen Utama (PCA)
Analisis komponen utama (PCA) biplot mengungkapkan pengelompokan perlakuan yang berbeda di ketiga jenis tanah (Alfisol, Entisol dan Mollisol), yang menunjukkan efek perlakuan yang kuat pada parameter mikroba dan biokimia (Gambar 10 ). Dua komponen utama pertama (PC1 dan PC2) menjelaskan sebagian besar varians: Alfisol: PC1 (32,7%), PC2 (19,7%); Entisol: PC1 (31,1%), PC2 (17,7%); dan Mollisol: PC1 (38,1%), PC2 (20,6%). Variasi ini menyoroti pengaruh jenis tanah pada respons komunitas mikroba terhadap perlakuan yang berbeda.

Kumpulan karbon tanah, yang diwakili oleh karbon tanah (SC) dan karbon biomassa mikroba (MBC), menunjukkan respons yang kontras di antara jenis tanah. Di Alfisol dan Entisol, MBC memiliki hubungan yang lebih kuat dengan efisiensi mikroba (MEC) dan nitrogen biomassa mikroba (MBN), yang menunjukkan bahwa pertumbuhan mikroba terkait erat dengan ketersediaan nitrogen. Namun, di Mollisol, korelasi yang lebih lemah antara MBC dan parameter respirasi (CO 2 , qCO 2 ) menunjukkan retensi karbon yang lebih besar dan kumpulan biomassa mikroba yang lebih stabil.

Rasio respirasi (Resp_R) bervariasi secara signifikan di antara jenis tanah. Entisol menunjukkan nilai Resp_R tertinggi, yang menunjukkan pergantian mikroba yang lebih tinggi dan potensi kehilangan karbon melalui mineralisasi. Di Alfisol, Resp_R terkait erat dengan MBN, yang menunjukkan aktivitas mikroba yang bergantung pada nitrogen. Mollisol memiliki nilai Resp_R terendah, yang menunjukkan penggunaan karbon mikroba yang lebih efisien dan stabilitas bahan organik yang lebih baik.

Kuosien metabolik (qCO 2 ), indikator stres dan efisiensi mikroba, menunjukkan nilai yang lebih tinggi di Entisol dan Alfisol, yang menunjukkan metabolisme mikroba yang lebih aktif tetapi berpotensi kurang efisien. Di Mollisol, qCO 2 lebih rendah, yang menunjukkan komunitas mikroba yang lebih stabil dengan efisiensi penggunaan karbon yang lebih baik.

Parameter terkait nitrogen, termasuk nitrogen tanah (SN), nitrogen biomassa mikroba (MBN), dan efisiensi nitrogen mikroba (MEN), memiliki korelasi positif yang kuat dengan respirasi di Alfisol dan Entisol. Hal ini menunjukkan bahwa pertumbuhan mikroba terbatas nitrogen di tanah ini. Sebaliknya, Mollisol memiliki korelasi yang lebih lemah antara parameter nitrogen dan respirasi, yang menyiratkan ketersediaan nitrogen yang lebih besar dan aktivitas mikroba yang lebih stabil.

Koefisien efisiensi mikroba (MEC dan MEN) bervariasi menurut jenis tanah. Alfisol dan Entisol menunjukkan hubungan positif antara MEC, MBN, dan efisiensi biomassa mikroba, yang menunjukkan bahwa komunitas mikroba di tanah ini mendapat manfaat dari masukan organik. MEC dan MEN tetap stabil di semua perlakuan di Mollisol, yang menunjukkan ekosistem mikroba yang lebih tangguh.

4 Diskusi
4.1 SOM
Peningkatan SOM yang diamati di semua jenis tanah setelah aplikasi residu jintan hitam, biochar dan kombinasinya selaras dengan literatur yang ada tentang amandemen organik yang meningkatkan kesehatan tanah (Pandian et al. 2024 ; Pamuru 2024 ). Biochar, yang diproduksi melalui pirolisis bahan organik, dikenal karena kandungan karbonnya yang tinggi dan stabilitasnya, berkontribusi pada penyerapan karbon jangka panjang di tanah. Strukturnya yang berpori meningkatkan aerasi tanah dan retensi air serta menyediakan habitat bagi mikroorganisme yang bermanfaat. Studi telah menunjukkan bahwa aplikasi biochar dapat meningkatkan karbon organik tanah dan nitrogen total, sehingga meningkatkan kesuburan tanah (Tian et al. 2021 ; Lorenz dan Lal 2014 ).

Penggunaan residu tanaman, seperti residu jintan hitam, menyediakan bahan organik yang mudah terurai, yang berfungsi sebagai substrat bagi mikroba tanah, sehingga meningkatkan aktivitas mikroba dan siklus hara (Thakur et al. 2024 ). Penguraian cepat ini menghasilkan peningkatan SOM yang lebih cepat, meskipun dalam jangka pendek, dibandingkan dengan biochar. Penelitian menunjukkan bahwa residu jintan hitam dapat secara signifikan mengurangi patogen tanah dan meningkatkan parameter pertumbuhan tanaman, yang menunjukkan perannya dalam meningkatkan kesehatan tanah (Yang et al. 2018 ).

Menggabungkan biochar dengan residu tanaman tampaknya bersinergi, yang mengarah pada peningkatan SOM tertinggi yang diamati dalam penelitian ini (Fischer dan Glaser 2012 ). Kerangka karbon yang stabil dari biochar, ditambah dengan profil residu jintan hitam yang kaya nutrisi, menciptakan lingkungan yang mendukung aktivitas mikroba dan akumulasi bahan organik yang berkelanjutan. Kombinasi ini memberikan ketersediaan nutrisi langsung dari residu jintan hitam dan memastikan retensi karbon jangka panjang melalui aplikasi biochar. Pendekatan terpadu tersebut telah direkomendasikan untuk meningkatkan struktur tanah, kesuburan, dan produktivitas (Shah dan Wu 2019 ).

Respons yang berbeda di antara jenis tanah dapat dikaitkan dengan sifat bawaannya. Dengan kandungan bahan organik yang sudah tinggi, Mollisol menunjukkan peningkatan persentase yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan Entisol, yang memiliki SOM awal terendah. Hal ini menunjukkan bahwa tanah dengan bahan organik dasar yang lebih rendah dapat memperoleh manfaat lebih besar dari amandemen tersebut. Menyesuaikan strategi amandemen dengan karakteristik tanah tertentu sangat penting untuk mengoptimalkan hasil kesehatan dan kesuburan tanah (Gram et al. 2020 ).

Respons diferensial tanah Alfisol, Entisol dan Mollisol terhadap aplikasi biochar sebagian dapat dikaitkan dengan sifat fisikokimia bawaannya. Misalnya, Alfisol dengan kandungan lempung yang lebih tinggi (42,4%) dan pH mendekati netral hingga basa (7,76) kemungkinan meningkatkan interaksi biochar–tanah dengan meningkatkan kapasitas tukar kation (CEC) dan mendukung kolonisasi mikroba dalam pori-pori biochar. Sebaliknya, Mollisol, meskipun kaya akan bahan organik (10,18%), menunjukkan pergeseran yang kurang dramatis, mungkin karena saturasi bahan organik yang menyangga respons mikroba terhadap masukan eksternal. pH yang relatif asam (7,15) mungkin juga telah memoderasi reaktivitas biochar di tanah ini. Entisol, dengan bahan organik dan lempung rendah, menunjukkan perilaku paling responsif terhadap masukan karbon dan nitrogen, sejalan dengan temuan sebelumnya bahwa tanah yang miskin nutrisi menunjukkan respons yang lebih kuat terhadap amandemen biochar (Lehmann et al. 2011 ; Glaser et al. 2002 ). Pengamatan ini menggarisbawahi pentingnya mempertimbangkan konteks spesifik tanah saat menerapkan strategi berbasis biochar.

Kesimpulannya, penerapan residu jintan hitam, biochar, dan kombinasi keduanya memberikan pengaruh positif terhadap kandungan SOM di berbagai jenis tanah, dengan perlakuan gabungan yang memberikan manfaat paling signifikan. Temuan ini mendukung integrasi amandemen organik ke dalam praktik pengelolaan tanah untuk meningkatkan kesehatan tanah dan produktivitas pertanian (Das et al. 2015 ).

4.2 Perubahan Kelompok Fungsional dan Implikasinya
Hasil FTIR mengonfirmasi bahwa biochar dan residu tanaman memengaruhi komposisi bahan organik tanah secara berbeda (Hagemann et al. 2018 ). Perlakuan residu jintan hitam menghasilkan senyawa organik yang lebih labil, meningkatkan aktivitas mikroba, dan meningkatkan potensi kehilangan karbon melalui dekomposisi (Pan dan Huang 2024 ). Sebaliknya, biochar berkontribusi pada struktur karbon yang lebih stabil, mengurangi mineralisasi cepat, dan meningkatkan potensi penyerapan karbon jangka panjang (Li et al. 2020 ).

Aplikasi gabungan biochar dan residu jintan hitam menghasilkan respons spektral yang paling seimbang, dengan intensitas puncak sedang di semua gugus fungsi (Xue et al. 2016 ). Hal ini menunjukkan bahwa biochar menyerap dan menstabilkan masukan organik segar, memperlambat dekomposisi sambil mempertahankan ketersediaan nutrisi bagi komunitas mikroba (Chen et al. 2024 ).

Analisis spektral FTIR mengungkap bahwa amandemen organik secara signifikan mengubah komposisi bahan organik tanah, dengan biochar mendorong stabilisasi dan residu tanaman meningkatkan aktivitas mikroba (Zhang et al. 2017 ). Perubahan yang diamati bervariasi menurut jenis tanah, dengan Entisol menunjukkan efek yang paling menonjol karena kandungan bahan organik awalnya yang rendah (Grossman 1983 ). Temuan ini mendukung penggunaan aplikasi bersama biochar-bahan organik untuk meningkatkan retensi karbon tanah sambil mempertahankan aktivitas mikroba, khususnya di tanah yang terdegradasi atau miskin nutrisi (Fatima et al. 2021 ).

4.3 Karbon Larut (SC) dan Karbon Biomassa Mikroba (MBC)
Tren SC yang diamati menyoroti dampak diferensial dari biochar dan residu organik yang berasal dari tanaman pada ketersediaan karbon tanah. Aplikasi residu jintan hitam menghasilkan bahan organik yang mudah terurai. Hal ini menyebabkan lonjakan awal kadar SC dan penurunan bertahap karena respirasi mikroba dan mineralisasi bahan organik. Pola ini sejalan dengan temuan dari penelitian sebelumnya, di mana masukan organik yang labil meningkatkan aktivitas mikroba, meningkatkan ketersediaan karbon jangka pendek tetapi menyebabkan penipisan yang cepat (Lehmann dan Joseph 2015 ).

Sebaliknya, perlakuan biochar menghasilkan peningkatan SC yang lebih stabil, khususnya pada dosis yang lebih tinggi. Struktur berpori dan luas permukaan biochar yang tinggi berkontribusi pada penyerapan karbon dan penurunan degradasi mikroba, yang menghasilkan retensi karbon organik terlarut yang lebih lama (Sun et al. 2021 ; Büyükkılıç Yanardağ et al. 2020 ). Kemampuan biochar untuk menstabilkan bahan organik terlarut juga dapat menjelaskan mengapa kadar SC tetap tinggi untuk jangka waktu yang lebih lama di tanah yang diolah dengan biochar, khususnya di Mollisols.

Jenis tanah memainkan peran penting dalam respons tingkat SC terhadap amandemen. Di Entisol, yang memiliki bahan organik awal yang rendah, peningkatan SC adalah yang paling menonjol, yang menunjukkan bahwa tanah yang kekurangan karbon mendapat manfaat paling banyak dari amandemen organik (Bekchanova et al. 2024 ). Sebaliknya, amandemen tambahan memiliki dampak relatif yang lebih kecil pada Mollisol, yang secara alami mengandung bahan organik tinggi. Ini mendukung hipotesis bahwa tanah dengan saturasi karbon tinggi memiliki kapasitas terbatas untuk mempertahankan karbon terlarut tambahan (Paustian et al. 1997 ). Respons sedang di Alfisol menunjukkan bahwa tekstur tanah dan mineralogi memengaruhi dinamika karbon organik, karena tanah yang kaya lempung dapat melindungi karbon organik dari dekomposisi mikroba yang cepat (Six et al. 2002 ).

Kadar SC tertinggi diamati dalam kombinasi perlakuan biochar dan residu jintan hitam, yang menunjukkan efek sinergis di mana biochar menstabilkan karbon labil yang berasal dari residu tanaman, mencegah mineralisasi cepatnya. Temuan ini konsisten dengan laporan bahwa menggabungkan biochar dengan input organik segar meningkatkan aktivitas mikroba jangka pendek dan penyerapan karbon jangka panjang (Jeffery et al. 2011 ). Hasil ini menekankan bahwa biochar tidak boleh dilihat hanya sebagai sumber karbon tetapi sebagai alat untuk meningkatkan retensi dan stabilisasi karbon di tanah pertanian.

Peningkatan signifikan dalam MBC setelah aplikasi residu jintan hitam konsisten dengan temuan sebelumnya bahwa residu tanaman menyediakan bahan organik yang mudah terurai, meningkatkan aktivitas mikroba dan produksi biomassa (Kögel-Knabner 2002 ). Dekomposisi cepat amandemen berbasis tanaman berkontribusi pada stimulasi mikroba jangka pendek, yang menjelaskan mengapa perlakuan residu jintan hitam menunjukkan puncak MBC tahap awal diikuti oleh penurunan dari waktu ke waktu.

Sebaliknya, aplikasi biochar sendiri menghasilkan peningkatan biomassa mikroba yang lebih bertahap dan berkelanjutan, khususnya di Alfisols dan Mollisols (Xu et al. 2020 ; Tamilselvi et al. 2015 ). Porositas dan kapasitas adsorpsi biochar yang tinggi menciptakan mikrohabitat yang menguntungkan bagi kolonisasi mikroba dan memengaruhi retensi nutrisi (Lehmann dan Rondon 2006 ). Namun, karena biochar merupakan sumber karbon yang lebih membandel, dampaknya pada MBC kurang langsung dibandingkan dengan residu jintan hitam saja.

Aplikasi gabungan biochar dan residu jintan hitam menghasilkan nilai MBC tertinggi di semua jenis tanah, yang menunjukkan efek sinergis di mana biochar menstabilkan masukan organik yang labil, mencegah mineralisasi cepat dan memungkinkan proliferasi mikroba yang berkelanjutan (Molina-Herrera dan Romanya 2015 ). Hal ini mendukung konsep bahwa aplikasi bersama bahan organik segar dengan biochar meningkatkan pertumbuhan mikroba dengan menyediakan sumber energi dan habitat yang stabil (Wang et al. 2024 ).

Jenis tanah memainkan peran penting dalam menentukan respons MBC terhadap amandemen. Kandungan organik awal yang rendah di Entisol berarti bahwa biomassa mikroba merespons lebih dramatis terhadap masukan karbon eksternal, khususnya dari amandemen organik yang labil (Ma et al. 2021 ). Di Alfisol, yang memiliki kadar SOM sedang, peningkatan MBC lebih seimbang, yang mencerminkan kombinasi stimulasi mikroba dan stabilisasi karbon organik (Bajgai et al. 2015 ). Di Mollisol, di mana kandungan bahan organik sudah tinggi, dampak biochar pada MBC lebih terkait dengan pembentukan habitat mikroba daripada suplementasi nutrisi, memperkuat temuan sebelumnya bahwa biochar menguntungkan aktivitas mikroba secara tidak langsung dengan memengaruhi struktur tanah dan retensi kelembaban daripada bertindak sebagai sumber energi langsung (Yanardağ et al. 2017 ).

4.4 Nitrogen Larut (SN) dan Nitrogen Biomassa Mikroba (MBN)
Peningkatan SN setelah aplikasi residu jintan hitam sejalan dengan temuan bahwa residu organik segar melepaskan nitrogen dengan cepat melalui dekomposisi mikroba (Cheng et al. 2012 ). Lonjakan awal SN diikuti oleh penurunan dalam perawatan residu jintan hitam menunjukkan bahwa penyerapan mikroba dan proses pelindian sedang berlangsung, suatu pola yang umum diamati dalam amandemen organik berbasis tanaman (Zhou et al. 2017 ).

Sebaliknya, perlakuan biochar menunjukkan peningkatan SN yang lebih stabil, yang menunjukkan bahwa biochar menyerap amonium dan nitrat, mengurangi pencucian nitrogen sekaligus membuatnya tersedia untuk penyerapan mikroba dari waktu ke waktu (Major et al. 2012 ). Hal ini khususnya terlihat jelas dalam perlakuan gabungan biochar dan residu jintan hitam, yang menunjukkan kadar SN dan MBN tertinggi dan paling berkelanjutan di semua tanah. Temuan ini sejalan dengan laporan bahwa biochar meningkatkan retensi nitrogen dan memfasilitasi siklus nitrogen mikroba (Liu et al. 2018 ).

Jenis tanah memainkan peran penting dalam menentukan respons SN dan MBN terhadap amandemen. Di Entisol, peningkatan relatif besar dalam SN dan MBN menunjukkan bahwa tanah rendah nitrogen paling diuntungkan dari amandemen organik (Bekchanova et al. 2024 ). Sebaliknya, di Mollisol, di mana kadar nitrogen sudah tinggi, biochar lebih berfokus pada menstabilkan nitrogen daripada meningkatkan ketersediaannya, mengurangi kehilangan nitrogen mikroba, dan meningkatkan efisiensi penggunaan nitrogen jangka panjang (Paustian et al. 1997 ). Respons di Alfisol menunjukkan bahwa tanah yang kaya lempung dapat membantu mempertahankan nitrogen yang diserap biochar, mengurangi kehilangan pelindian dan membuat nitrogen tersedia untuk penyerapan mikroba dan tanaman (Lehmann et al. 2011 ).

4.5 Emisi CO 2 dan Kumulatif CO 2 (qCO 2 )
Emisi CO2 tanah merupakan indikator utama respirasi mikroba dan perputaran bahan organik tanah. Emisi CO2 yang lebih tinggi menunjukkan dekomposisi mikroba aktif, sedangkan emisi yang lebih rendah dapat menunjukkan berkurangnya aktivitas mikroba atau peningkatan stabilisasi karbon (Liu et al. 2018 ).

Aplikasi residu jintan hitam menghasilkan emisi CO2 tertinggi , terutama di Entisol dan Alfisol, karena sifatnya yang mudah terurai dan metabolisme mikroba yang cepat. Hal ini sejalan dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa amandemen organik yang mudah terurai merangsang aktivitas mikroba dan meningkatkan laju respirasi tanah (Luan et al. 2020 ).

Perlakuan biochar menghasilkan emisi CO2 yang lebih rendah , yang menunjukkan sistem mikroba yang lebih efisien dengan retensi karbon yang lebih baik. Biochar diketahui dapat memperbaiki kondisi habitat mikroba sekaligus mengurangi hilangnya karbon organik melalui respirasi, sehingga menghasilkan cadangan karbon tanah yang lebih stabil (Lorenz dan Lal 2014 ).

Aplikasi gabungan biochar dan residu jintan hitam menghasilkan nilai qCO 2 terendah , yang menunjukkan efisiensi penggunaan karbon mikroba yang lebih besar. Nilai qCO 2 yang lebih rendah menunjukkan bahwa komunitas mikroba memanfaatkan karbon lebih efektif untuk produksi biomassa daripada respirasi, sehingga mengurangi kehilangan karbon (Karimzadeh et al. 2025 ).

Jenis tanah memengaruhi dinamika CO2 , dengan Entisol menunjukkan peningkatan relatif terbesar dalam respirasi, yang menyoroti pentingnya masukan organik pada tanah miskin karbon (Lal 2004 ). Di Mollisol, tempat kadar SOM sudah tinggi, dampak biochar lebih terfokus pada stabilisasi karbon daripada peningkatan respirasi, sehingga mencegah hilangnya karbon berlebihan.

4.6 Laju Respirasi dan Respirasi Mikroba (qCO 2 )
Perbedaan yang diamati dalam tingkat respirasi dan nilai respirasi mikroba (qCO 2 ) di seluruh jenis dan perlakuan tanah memberikan wawasan tentang efisiensi penggunaan karbon mikroba dan stabilitas masukan organik (Yu et al. 2025 ).

Peningkatan tajam pada laju respirasi setelah aplikasi residu jintan hitam sejalan dengan temuan sebelumnya bahwa residu organik segar berfungsi sebagai sumber karbon yang mudah tersedia, yang merangsang metabolisme mikroba dan dekomposisi bahan organik (Wang et al. 2015 ). Penurunan cepat dalam respirasi dari waktu ke waktu menunjukkan bahwa komunitas mikroba dengan cepat memanfaatkan karbon labil yang tersedia, yang menyebabkan peningkatan sementara dalam respirasi tetapi bukan penyerapan karbon jangka panjang (Cleveland et al. 2007 ).

Perlakuan biochar menghasilkan laju respirasi yang lebih rendah tetapi lebih berkelanjutan, yang menunjukkan efisiensi mikroba yang lebih besar dalam memanfaatkan sumber daya karbon dan nitrogen. Biochar dikenal karena stabilitas dan luas permukaannya yang tinggi, yang meningkatkan kondisi habitat mikroba dan retensi nutrisi, yang mengarah pada peningkatan aktivitas mikroba dalam jangka panjang daripada peningkatan respirasi secara tiba-tiba (Joseph et al. 2021 ).

Kombinasi biochar dan residu jintan hitam menghasilkan nilai respirasi dan qCO 2 yang paling seimbang , yang menunjukkan efek sinergis antara kumpulan karbon yang labil dan stabil. Penelitian telah menunjukkan bahwa aplikasi bersama biochar dan residu tanaman dapat meningkatkan metabolisme mikroba dengan menyediakan sumber energi dan lingkungan yang stabil untuk pertumbuhan mikroba (Zhang, Qu, dkk. 2022 ).

Jenis tanah memiliki pengaruh yang kuat terhadap pola respirasi. Di Entisol, yang awalnya memiliki biomassa mikroba dan kandungan nutrisi yang rendah, laju respirasi meningkat secara signifikan setelah amandemen, yang menunjukkan bahwa komunitas mikroba di tanah yang miskin nutrisi merespons masukan organik dengan kuat (Lal 2004 ). Di Alfisol, respons respirasi sedang, yang menunjukkan bahwa kandungan lempung berperan dalam retensi bahan organik dan efisiensi mikroba (Weil dan Magdoff 2004 ). Di Mollisol, yang kandungan bahan organiknya tinggi secara alami, biochar membantu memoderasi respirasi mikroba, mencegah kehilangan karbon yang berlebihan (Yan et al. 2022 ).

4.7 Karbon Mineral (MEC), Nitrogen Mineral (MEN) dan Rasio MBC/MBN
Tren yang diamati dalam MEC dan MEN menyoroti peran yang berbeda dari biochar dan residu tanaman dalam siklus karbon dan nitrogen tanah. Pelepasan karbon dan nitrogen yang cepat dari residu jintan hitam sejalan dengan temuan bahwa bahan organik segar terurai dengan cepat, yang mengarah pada peningkatan jangka pendek dalam aktivitas mikroba dan ketersediaan nutrisi (Song et al. 2017 ). Penurunan MEC dan MEN dari waktu ke waktu menunjukkan bahwa komunitas mikroba dengan cepat mengonsumsi substrat organik yang tersedia, yang mengakibatkan ledakan mineralisasi yang berumur pendek (Zhou et al. 2017 ).

Perlakuan biochar menghasilkan nilai MEC dan MEN yang lebih rendah tetapi lebih berkelanjutan, yang menunjukkan stabilisasi karbon dan retensi nitrogen yang lebih besar. Biochar dikenal karena kemampuannya untuk menyerap senyawa karbon dan nitrogen yang labil, mengurangi kehilangannya yang cepat dan mendorong peningkatan kesuburan tanah jangka panjang (Lehmann dan Rondon 2006 ). Efek ini khususnya terlihat di Entisol, di mana biochar mencegah kehilangan nitrogen yang berlebihan sekaligus mempertahankan efisiensi penggunaan karbon mikroba.

Tingkat MEC dan MEN tertinggi dalam perlakuan gabungan mengonfirmasi efek sinergis antara biochar dan residu jintan hitam. Biochar bertindak sebagai agen penstabil, mencegah hilangnya karbon secara cepat, sementara residu jintan hitam menyediakan nutrisi yang tersedia secara luas, yang mendorong stimulasi mikroba jangka pendek dan penyerapan karbon jangka panjang (Steiner 2008 ).

Jenis tanah sangat memengaruhi pola mineralisasi. Peningkatan relatif tertinggi dalam MEC dan MEN diamati di Entisol, yang menunjukkan bahwa tanah yang terdegradasi paling banyak mendapat manfaat dari amandemen organik (Lal 2004 ). Di Alfisol, respons mineralisasi lebih seimbang, sementara di Mollisol, yang kandungan karbon dan nitrogennya sudah tinggi, peran biochar lebih terfokus pada stabilisasi nutrisi daripada peningkatan mineralisasi (Paustian et al. 1997 ).

Rasio MBC/MBN 4,8
Rasio MBC/MBN merupakan indikator utama efisiensi metabolisme mikroba dan penggunaan nitrogen. Rasio yang lebih tinggi biasanya menunjukkan efisiensi penggunaan karbon mikroba yang lebih besar, sedangkan rasio yang lebih rendah menunjukkan peningkatan pergantian nitrogen dan mineralisasi (Fang et al. 2018 ).

Perlakuan biochar secara umum menyebabkan penurunan rasio MBC/MBN, khususnya di Alfisol dan Entisol. Hal ini menunjukkan bahwa biochar meningkatkan konservasi nitrogen mikroba sekaligus memperlambat dekomposisi karbon, efek yang diketahui dari stabilitas tinggi dan sifat penyerapan karbon biochar (Chen et al. 2024 ).

Aplikasi residu jintan hitam meningkatkan rasio MBC/MBN di Entisol, kemungkinan karena ketersediaan cepat bahan organik labil, yang mendorong pertumbuhan mikroba dan meningkatkan karbon biomassa mikroba (Rousk et al. 2016 ).

Perlakuan gabungan menghasilkan nilai MBC/MBN paling seimbang di semua tanah, yang menunjukkan bahwa biochar secara efektif memoderasi siklus nitrogen sambil mendukung stabilitas biomassa mikroba (Yu et al. 2018 ).

4.9 Total Penyerapan Karbon (TCS) dan Efisiensi Penggunaan Karbon (CUE)
Perbedaan dalam tren TCS dan CUE di seluruh jenis tanah dan perlakuan menyoroti peran yang kontras dari biochar dan residu organik dalam dinamika karbon tanah. Nilai TCS yang lebih tinggi dalam perlakuan biochar mengonfirmasi peran biochar dalam stabilisasi karbon (Fang et al. 2014 ). Biochar dikenal karena ketahanannya yang tinggi terhadap degradasi mikroba, menghasilkan penyerapan karbon jangka panjang yang lebih besar dibandingkan dengan residu tanaman (Yin et al. 2022 ). Respons yang kuat di Entisol menunjukkan bahwa amandemen biochar paling bermanfaat di tanah dengan bahan organik rendah, karena mengurangi kehilangan karbon melalui respirasi sambil menyediakan kumpulan karbon yang stabil (Joseph et al. 2021 ). Nilai CUE tertinggi dalam perlakuan gabungan, yang menunjukkan keseimbangan yang lebih efisien antara asimilasi karbon mikroba dan kehilangan respirasi (Liu et al. 2020 ). Sementara biochar sendiri meningkatkan TCS, ia memiliki dampak yang lebih rendah pada efisiensi mikroba kecuali dikombinasikan dengan bahan organik yang labil. Penambahan residu jintan hitam memberi komunitas mikroba sumber karbon langsung, meningkatkan CUE dan retensi biomassa mikroba yang lebih besar.

Jenis tanah memengaruhi tingkat efek biochar dan residu organik. Di Alfisol dan Entisol, biochar meningkatkan TCS, tetapi dampak terbesarnya terlihat saat dipasangkan dengan residu tanaman (Hurtado et al. 2017 ). Di Mollisol, biochar lebih pasif, berkontribusi pada stabilitas karbon daripada peningkatan aktivitas mikroba secara langsung (Jiang et al. 2024 ).

4.10 Laju Mineralisasi Nitrogen (NMR) dan Respon Rasio Respirasi terhadap Amandemen Tanah
Baik masukan nitrogen organik maupun stabilitas amandemen tanah memengaruhi laju mineralisasi nitrogen. Residu tanaman seperti residu jintan hitam menyediakan nitrogen yang mudah terurai, sehingga menghasilkan laju mineralisasi jangka pendek yang lebih tinggi. Peningkatan NMR yang tajam dalam perlakuan residu tanaman menunjukkan aktivitas mikroba dan pergantian nitrogen yang cepat, yang bermanfaat untuk meningkatkan kesuburan tanah dengan cepat (Zhao et al. 2018 ). Namun, hal ini juga meningkatkan risiko pencucian nitrogen jika tidak dikelola dengan baik (Gómez-Garrido et al. 2018 ).

Perlakuan biochar menunjukkan tingkat mineralisasi nitrogen yang lebih rendah tetapi lebih berkelanjutan, yang menunjukkan bahwa biochar berperan dalam retensi nitrogen. Kemampuan biochar untuk menyerap ion amonium dan nitrat membantu memoderasi mineralisasi nitrogen, mengurangi kehilangan yang berlebihan sekaligus memastikan nitrogen tetap tersedia untuk penyerapan mikroba dan tanaman dari waktu ke waktu (Khan et al. 2023 ; Gómez-Garrido et al. 2018 ).

Aplikasi gabungan biochar dan sisa-sisa tanaman menghasilkan tren NMR yang paling seimbang, menunjukkan bahwa biochar membantu menstabilkan masukan nitrogen organik, mencegah penipisan cepat sambil meningkatkan siklus nitrogen mikroba (Clough dan Condron 2010 ).

Jenis tanah sangat memengaruhi pola mineralisasi nitrogen. Di Entisol, ketersediaan nitrogen awalnya rendah, sehingga amandemen sangat efektif dalam meningkatkan NMR (Lal 2004 ). Di Alfisol, respons NMR lebih seimbang, mencerminkan kesuburan sedang dan kemampuannya untuk mempertahankan nitrogen (Six et al. 2002 ). Di Mollisol, di mana kandungan nitrogen secara alami tinggi, biochar membantu mengatur mineralisasi nitrogen, mencegah hilangnya nitrogen yang berlebihan (Ding dan Yu 2024 ).

Rasio respirasi adalah indikator utama aktivitas mikroba dan efisiensi pemanfaatan karbon. Perbedaan yang diamati di seluruh jenis tanah menyoroti pengaruh sifat tanah pada metabolisme mikroba. Entisol menunjukkan rasio respirasi tertinggi, mungkin disebabkan oleh stabilitas bahan organik dan struktur komunitas mikroba yang lebih rendah, yang mengarah pada emisi CO2 yang lebih besar . Sebaliknya, Mollisol, yang dikenal karena kandungan bahan organiknya yang tinggi dan biomassa mikroba yang stabil, memiliki rasio respirasi terendah, yang menunjukkan penggunaan karbon mikroba yang efisien dan berkurangnya kehilangan karbon (Liu et al. 2018 ; Sinsabaugh et al. 2013 ). Alfisol, dengan nilai respirasi menengah, kemungkinan mencerminkan keseimbangan antara efisiensi penggunaan karbon mikroba dan ketersediaan substrat (Wardle dan Ghani 1995 ).

Variabilitas tinggi dalam rasio respirasi di Entisol dan Alfisol menunjukkan bahwa amandemen tanah yang berbeda berdampak signifikan terhadap metabolisme mikroba. Amandemen organik seperti biochar atau kompos telah terbukti dapat merangsang respirasi mikroba melalui peningkatan ketersediaan substrat atau menekannya dengan memodifikasi sifat fisik dan kimia tanah (Lehmann et al. 2011 ; Wang et al. 2021 ). Rasio respirasi Mollisol yang lebih stabil menunjukkan bahwa komunitas mikroba di tanah ini mungkin kurang terpengaruh oleh amandemen jangka pendek.

Mengoptimalkan praktik pengelolaan tanah untuk menjaga keseimbangan respirasi mikroba sangat penting untuk penyerapan karbon dan kesuburan tanah. Respirasi mikroba yang berlebihan dapat mempercepat penipisan bahan organik, sementara respirasi yang terlalu ditekan dapat mengindikasikan dormansi mikroba dan berkurangnya siklus nutrisi (Blagodatskaya et al. 2007 ). Studi jangka panjang yang mengintegrasikan respirasi mikroba dengan pergantian bahan organik tanah diperlukan untuk mengembangkan strategi kesuburan tanah yang berkelanjutan.

4.11 Analisis Koefisien Korelasi Antar Parameter Tanah pada Tanah Alfisol, Entisol dan Mollisol
Korelasi yang diamati menunjukkan bahwa biochar dan amandemen residu tanaman memengaruhi dinamika mikroba dan stabilitas karbon tanah secara berbeda di antara jenis tanah. Di tanah karbon rendah seperti Entisol, biochar memiliki peran paling signifikan dalam stabilisasi karbon, mengurangi kehilangan karbon melalui respirasi dan meningkatkan retensi biomassa mikroba (Chen et al. 2018 ). Korelasi yang kuat antara MBC dan TCS di Entisol ( r  = 0,94) menunjukkan bahwa amandemen biochar meningkatkan efisiensi karbon mikroba, meningkatkan penyerapan karbon (Liu et al. 2020 ). Selain itu, hubungan positif antara qCO 2 dan NMR ( r  = 0,49) menunjukkan bahwa amandemen organik mempercepat dekomposisi mikroba, meningkatkan laju mineralisasi nitrogen (Marzi et al. 2020 ).

Di Alfisol, efisiensi mikroba sangat penting dalam siklus karbon dan nitrogen. Korelasi positif antara SC dan TCS ( r  = 0,69) menunjukkan bahwa penyerapan karbon sebagian besar didorong oleh ketersediaan bahan organik. Namun, korelasi negatif antara Resp_R dan CUE (−0,48) menunjukkan bahwa laju respirasi yang lebih tinggi mengurangi efisiensi karbon mikroba, memperkuat peran biochar dalam menstabilkan bahan organik (Zhang, He, et al. 2022 ).

Di Mollisol, pengaruh utama amandemen adalah pada respirasi mikroba, bukan penyerapan karbon. Korelasi kuat antara MBC dan emisi CO 2 ( r  = 0,7) menunjukkan bahwa aktivitas mikroba lebih erat kaitannya dengan mineralisasi karbon daripada stabilisasi di tanah dengan bahan organik tinggi. Hal ini sejalan dengan temuan Brookes dkk. ( 2017 ), yang melaporkan bahwa di tanah kaya karbon, aktivitas mikroba didorong oleh dekomposisi bahan organik, bukan masukan karbon baru.

Temuan ini menyoroti pentingnya penyesuaian biochar dan amandemen organik berdasarkan jenis tanah. Biochar secara signifikan meningkatkan retensi karbon mikroba dan mengurangi kehilangan karbon akibat respirasi di tanah rendah karbon seperti Entisol. Keseimbangan biochar dan residu tanaman diperlukan untuk mengoptimalkan efisiensi mikroba dan siklus nutrisi di tanah karbon sedang seperti Alfisol. Di tanah karbon tinggi seperti Mollisol, amandemen meningkatkan respirasi mikroba tetapi tidak secara signifikan mengubah pola penyerapan karbon.

4.12 Peta Panas Pengelompokan Hirarkis Antara Perlakuan dan Sifat Tanah
Analisis pengelompokan peta panas mengonfirmasi bahwa amandemen residu biochar dan jintan hitam memengaruhi aktivitas mikroba dan proses biokimia tanah secara berbeda, tergantung pada jenis tanah. Di Alfisol, pengelompokan kuat MBN, MEC, dan Resp_R dalam perlakuan BCP1 menunjukkan bahwa residu tanaman memiliki dampak jangka pendek yang signifikan pada siklus nitrogen mikroba (Mary et al. 1996 ). Namun, perlakuan biochar (BC1 dan BC2) mengelompok secara terpisah, yang menunjukkan perannya dalam stabilisasi karbon jangka panjang daripada aktivasi mikroba langsung. Ini mendukung temuan oleh Zhang, Qu, et al. ( 2022 ), yang menunjukkan bahwa biochar meningkatkan retensi karbon tanah tetapi tidak selalu meningkatkan respirasi mikroba langsung.

Di Entisol, pengelompokan TCS dan MBC dalam perlakuan BCP2 menunjukkan bahwa menggabungkan biochar dengan residu tanaman secara signifikan meningkatkan retensi karbon mikroba. Hal ini sejalan dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa biochar paling efektif di tanah rendah karbon, meningkatkan efisiensi mikroba dan mencegah hilangnya karbon melalui respirasi (Steiner 2008 ). Hubungan yang kuat antara SC, MBN dan NMR di tanah yang diolah dengan biochar (BC1, BC2) menunjukkan bahwa biochar memoderasi siklus nitrogen, mengurangi mineralisasi dan pelindian nitrogen yang cepat (Li et al. 2020 ).

Di Mollisol, pengelompokan ketersediaan CUE dan nitrogen dalam perawatan biochar menunjukkan bahwa biochar meningkatkan efisiensi mikroba dengan menstabilkan bahan organik, yang mengarah pada pengurangan kehilangan karbon melalui respirasi. Hubungan erat antara emisi CO 2 (qCO 2 ) dan Resp_R dalam perawatan residu tanaman menegaskan bahwa laju dekomposisi mikroba lebih tinggi tanpa biochar, yang meningkatkan emisi CO 2 . Temuan ini sejalan dengan penelitian yang menunjukkan bahwa residu tanaman meningkatkan respirasi mikroba, sedangkan biochar memoderasi dekomposisi bahan organik, yang mengarah pada retensi karbon yang lebih stabil (Cheng et al. 2017 ).

Hasil ini menunjukkan bahwa biochar paling efektif dalam menstabilkan bahan organik tanah dan meningkatkan efisiensi mikroba di tanah rendah karbon (Entisol). Sebaliknya, residu tanaman memiliki efek langsung yang lebih kuat di tanah karbon sedang (Alfisol). Di tanah karbon tinggi (Mollisol), biochar terutama mengatur aktivitas mikroba daripada mengubah penyerapan karbon secara signifikan. Penelitian selanjutnya harus difokuskan pada aplikasi lapangan jangka panjang untuk menilai ketahanan biochar dan perannya dalam mengurangi emisi CO 2 di bawah kondisi tanah yang berbeda.

4.13 Analisis Komponen Utama (PCA)
Hasil PCA menekankan bahwa respirasi dan efisiensi mikroba sangat bergantung pada jenis tanah dan perlakuan. Entisol menunjukkan rasio respirasi tertinggi, yang menunjukkan pergantian karbon mikroba yang lebih tinggi dan potensi kehilangan karbon (Blagodatskaya dan Kuzyakov 2008 ). Sebaliknya, Mollisol menunjukkan rasio respirasi yang lebih rendah dan efisiensi mikroba yang lebih stabil, yang menunjukkan retensi karbon yang lebih baik dan aktivitas mikroba yang lebih berkelanjutan (Cotrufo et al. 2013 ).

Nilai qCO 2 yang lebih tinggi di Entisol dan Alfisol menunjukkan bahwa komunitas mikroba di tanah ini mengalami stres metabolik yang lebih besar. Hal ini sejalan dengan temuan sebelumnya yang menunjukkan bahwa stabilitas bahan organik yang rendah menyebabkan metabolisme mikroba yang tidak efisien dan peningkatan emisi CO 2 (Biswas dan Kole 2017 ). Nilai qCO 2 yang lebih rendah di Mollisol menunjukkan bahwa komunitas mikroba di tanah ini lebih beradaptasi dengan dekomposisi bahan organik dan memiliki efisiensi penggunaan karbon yang lebih tinggi.

Perlakuan biochar (BC1, BC2, BCP1 BCP2) berdampak signifikan terhadap biomassa dan respirasi mikroba. Di Alfisol, BC1 dan BC2 meningkatkan karbon biomassa mikroba (MBC), yang menunjukkan kondisi pertumbuhan mikroba yang lebih baik. Hal ini konsisten dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa biochar dapat meningkatkan habitat mikroba dengan meningkatkan retensi nutrisi dan kapasitas menahan air (Atkinson 2018 ).

Di Entisol, perlakuan biochar memiliki efek campuran, dengan BCP2 menyebabkan peningkatan respirasi dan kehilangan karbon. Hal ini menunjukkan bahwa efek awal yang disebabkan oleh biochar mungkin telah merangsang respirasi mikroba dan mempercepat dekomposisi bahan organik (Lu et al. 2014 ). Di Mollisol, biomassa mikroba dan respirasi tetap relatif stabil di seluruh perlakuan, yang menunjukkan ketahanan yang lebih besar terhadap amandemen tanah.

Hubungan yang kuat antara parameter nitrogen mikroba (MBN, MEN) dan respirasi Alfisol dan Entisol menunjukkan bahwa komunitas mikroba tanah ini terbatas nitrogennya. Hal ini mendukung gagasan bahwa amandemen organik, seperti biochar, meningkatkan efisiensi penggunaan nitrogen mikroba dan mendukung pertumbuhan biomassa mikroba (Zhang et al. 2020 ). Di Mollisol, ketersediaan nitrogen lebih stabil, yang menunjukkan bahwa aktivitas mikroba di tanah ini kurang bergantung pada masukan nitrogen.

Temuan tersebut menunjukkan bahwa Entisol memerlukan strategi pengelolaan untuk mengurangi kehilangan karbon dan meningkatkan efisiensi mikroba, sementara Alfisol mendapat manfaat dari perawatan yang meningkatkan nitrogen. Perawatan biochar (terutama BC1 dan BCP2) dapat meningkatkan efisiensi biomassa mikroba tetapi dapat menyebabkan peningkatan respirasi dan pergantian karbon di tanah tertentu (Pei et al. 2021 ). Mollisol tampaknya merupakan jenis tanah yang paling stabil, dengan komunitas mikroba yang menunjukkan ketahanan yang lebih besar terhadap gangguan.

Analisis PCA mengonfirmasi bahwa jenis dan perlakuan tanah sangat memengaruhi respirasi mikroba tanah, ketersediaan nitrogen, dan efisiensi penggunaan karbon (Qiao et al. 2019 ). Penelitian di masa mendatang harus berfokus pada efek jangka panjang biochar dan amandemen organik terhadap stabilitas mikroba tanah dan penyerapan karbon, terutama pada tanah dengan respirasi tinggi seperti Entisol.

5 Kesimpulan
Studi ini menunjukkan bahwa residu jintan hitam dan amandemen biochar secara signifikan memengaruhi aktivitas mikroba tanah, penyerapan karbon, dan siklus nitrogen di berbagai jenis tanah. Efeknya bervariasi tergantung pada sifat tanah, dengan Entisol menunjukkan respirasi mikroba dan mineralisasi nitrogen tertinggi, yang menunjukkan perlunya amandemen organik untuk meningkatkan kesuburan. Di Alfisol, biochar berkontribusi pada retensi karbon jangka panjang, sementara residu jintan hitam mempercepat ketersediaan nitrogen. Mollisol menunjukkan perubahan minimal, yang menunjukkan komunitas mikroba yang secara inheren stabil dengan penggunaan karbon yang efisien.

Biochar secara efektif meningkatkan biomassa mikroba dan mengurangi emisi CO2 , menjadikannya alat yang menjanjikan untuk penyerapan karbon jangka panjang. Sebaliknya, residu jintan hitam menyediakan sumber energi mikroba jangka pendek, yang meningkatkan respirasi. Menggabungkan biochar dan residu menyeimbangkan aktivitas mikroba dan stabilitas karbon, mengoptimalkan ketersediaan nutrisi dan retensi bahan organik.

Indikator efisiensi mikroba menunjukkan bahwa biochar meningkatkan efisiensi penggunaan karbon (CUE) dan karbon biomassa mikroba (MBC), sehingga mengurangi kehilangan karbon yang tidak perlu. Kuosien metabolik (qCO 2 ) menegaskan bahwa tanah Entisol dan Alfisol mengalami stres mikroba yang lebih besar, sementara Mollisol menunjukkan efisiensi mikroba yang lebih stabil.

Temuan ini menunjukkan bahwa strategi pengelolaan khusus tanah diperlukan untuk memaksimalkan manfaat amandemen. Dosis biochar yang lebih tinggi direkomendasikan untuk Entisol yang terdegradasi, sementara pendekatan biochar dan residu organik yang seimbang cocok untuk Alfisol. Karena kaya akan bahan organik, Mollisol terutama mendapat manfaat dari efek stabilisasi biochar. Penelitian di masa mendatang harus mengeksplorasi respons mikroba jangka panjang dan interaksi biochar dengan amandemen organik lainnya untuk mengembangkan strategi penyerapan karbon dan kesuburan tanah yang lebih efektif.