Dampak lingkungan dari penggunaan pupuk dalam produksi tanaman di Meksiko: Penggunaan (yang) tidak efisien untuk permintaan domestik atau ekspor?

Abstrak
Secara luas diakui bahwa pupuk merupakan masukan penting untuk produksi pertanian, sementara pada saat yang sama, penggunaannya dapat menimbulkan dampak yang merugikan bagi lingkungan. Makalah ini memanfaatkan basis data tingkat plot yang belum dieksplorasi untuk Meksiko guna menyusun indikator efisiensi penggunaan pupuk (FUE) untuk memeriksa bagaimana petani menggunakan pupuk dalam sistem tanam yang berbeda. FUE adalah rasio keluaran nitrogen (kandungan nitrogen dari panen) terhadap masukan nitrogen dari pupuk (kandungan nitrogen dari pupuk yang digunakan) untuk setiap sistem tanam. Sebagai hasil dari penelitian ini, kami mengembangkan analisis pertama di seluruh negeri tentang tingkat aplikasi pupuk dan efisiensi penggunaannya di Meksiko. Secara keseluruhan, kami menemukan bahwa sebagian besar tanaman yang dipilih menunjukkan kehilangan nitrogen yang berlebihan dengan tanaman tahunan, terutama buah-buahan, yang mengalami kehilangan tertinggi. Untuk beberapa buah, seperti alpukat, lemon, dan apel, lebih dari 75% produksi nasionalnya mengakibatkan kehilangan nitrogen yang berlebihan. Namun, sebagian dari semua produksi tanaman dilakukan dengan penggunaan pupuk yang efisien (hanya 2%–15% untuk buah-buahan dan 25%–40% untuk sereal). Produksi buah dan sayur, yang sebagian besar digunakan untuk ekspor, menghasilkan polusi nitrogen yang tinggi. Hasil penelitian ini memberikan wawasan untuk mendorong penggunaan pupuk yang efisien dan mengurangi polusi akibat pupuk.

Ringkasan Bahasa Sederhana
Pupuk sangat relevan bagi lingkungan global dan ketahanan pangan. Pupuk merupakan masukan penting bagi produksi pertanian sementara penggunaannya dapat menghasilkan dampak yang merugikan bagi lingkungan. Penggunaannya sangat bervariasi di antara sistem tanaman, dan tidak umum dilaporkan dalam basis data global atau nasional. Dampaknya dapat rendah jika pupuk digunakan secara efisien; jika tidak, dapat mengakibatkan penambangan tanah atau pencemaran tanah. Makalah ini menggunakan Meksiko sebagai studi kasus untuk menganalisis perbedaan dalam penggunaan pupuk, dan implikasinya terhadap lingkungan, di antara sistem tanam. Hasilnya mencakup analisis pertama di seluruh negeri tentang tingkat aplikasi pupuk dan efisiensi penggunaannya di Meksiko. Secara keseluruhan, sebagian besar tanaman yang dipilih menunjukkan kelebihan kehilangan nitrogen akibat penggunaan pupuk. Produksi buah dan sayuran, yang sebagian besar digunakan untuk ekspor, menghasilkan pencemaran tertinggi akibat penggunaan pupuk. Hasil penelitian ini memberikan wawasan untuk meningkatkan penggunaan pupuk yang efisien dan mengurangi pencemaran akibat pupuk.

Singkatan
BAHAN BAKAR
efisiensi penggunaan pupuk
NPK
nitrogen, fosfor, dan kalium
Badan Keamanan Nasional
Survei Pertanian Nasional
TIDAK
efisiensi penggunaan nitrogen
1. PENDAHULUAN
Pupuk anorganik merupakan salah satu input utama pertanian modern yang mencakup tiga makronutrien esensial bagi tanaman: nitrogen (N), fosfor (P 2 O 5 ), dan kalium (K 2 O). Selama abad ke-20, terjadi peningkatan pesat dalam penggunaan pupuk anorganik global, yang mengakibatkan dampak lingkungan global dan regional yang kuat (Richardson et al., 2023 ). Masalah setiap makronutrien berbeda-beda.

Setengah dari N yang digunakan dalam pertanian di seluruh dunia berasal dari pupuk anorganik (Smil, 2001 ). Produksi pupuk ini mengakibatkan penggunaan energi dan emisi gas rumah kaca yang besar (Richardson et al., 2023 ). Selain itu, penggunaan N anorganik yang luas telah mengakibatkan penggandaan ketersediaan N dalam siklus nitrogen global, yang menyebabkan masalah regional dan global yang besar (Richardson et al., 2023 ; Smil, 2001 ). Namun, penggunaan N tidak merata di seluruh dunia, yang mengakibatkan berbagai masalah lingkungan lokal (Lassaletta et al., 2014 ; Sutton et al., 2020 ).

Beberapa daerah dengan penggunaan N anorganik yang besar memiliki masalah yang signifikan terkait dengan polusi nitrogen. Sebaliknya, daerah lain dengan penggunaan pupuk ini rendah memiliki masalah kelangkaan N, yang mengakibatkan keterbatasan utama untuk produksi pangan dan penipisan tanah. Demikian pula, baik P 2 O 5 dan K 2 O memiliki masalah kelangkaan. Sumber mineral ini berada di bagian dunia yang terbatas; 90% fosfor terletak di lima negara (Mahdi dan Mouhamad, 2018 ), dan 88% cadangan kalium terletak di tiga negara (Bakker, 2018 ). Kelangkaan ini menyebabkan masalah sosial dan geopolitik yang relevan (White dan Cordell, 2017 ). Dalam beberapa dekade sebelumnya, telah ada kesadaran yang kuat tentang dampak lingkungan dari N (Omara et al., 2019 ; Smil, 2001 ; Sutton et al., 2020 ). Baru-baru ini, dampak buruk fosfor dan kalium terhadap lingkungan telah menarik perhatian para pembuat kebijakan (Mahdi dan Mouhamad, 2018 ; Nedelciu et al., 2020 ; Sardans dan Peñuelas, 2015 ; Tonini et al., 2019 ). Oleh karena itu, studi ini memperkirakan penggunaan NPK (nitrogen, fosfor, dan kalium) di pertanian Meksiko dan menggunakan penggunaan N oleh pupuk sebagai studi kasus untuk menganalisis dan membahas efisiensi penggunaan pupuk.

N merupakan faktor pembatas produksi pangan sepanjang sejarah manusia. Hal ini berubah dengan industrialisasi proses Haber–Bosch pada awal abad ke-20, dan produksi massal serta distribusi pupuk anorganik pada paruh kedua abad ke-20 (Smil, 2001). N menjadi input pertanian utama untuk meningkatkan produksi pangan global dan mengimbangi peningkatan permintaan pangan yang didorong oleh pertumbuhan populasi dan ekonomi (Sutton et al., 2020). Tren ini sangat meningkatkan penggunaan N dan mengubah siklus N di seluruh dunia (Smil, 2001 ), yang telah melampaui salah satu dari tiga batas planet yang telah dilampaui oleh umat manusia (Richardson et al., 2023 ). Namun, penggunaan N tidak sama di seluruh dunia, sehingga menimbulkan tantangan yang berbeda (Sutton et al., 2020 ). Beberapa daerah menerapkan N dalam jumlah besar, yang mengakibatkan hilangnya N berlebih ke lingkungan, sementara daerah lain menerapkan N terlalu sedikit, yang mengakibatkan menipisnya N di tanah pertanian (Lassaletta et al., 2014 ; Sutton et al., 2020 ).

Secara historis, sebelum penggunaan pupuk anorganik, ketersediaan P 2 O 5 dan K 2 O di tanah pertanian sangat buruk (Mahdi dan Mouhamad, 2018 ; Sardans dan Peñuelas, 2015 ). Penggunaan N dan P 2 O 5 sebagai pupuk anorganik meningkatkan pertumbuhan tanaman pada abad ke-20 (Mahdi dan Mouhamad, 2018 ). Namun, serapan P 2 O 5 oleh tanaman hanya 10%–20% (Mahdi dan Mouhamad, 2018 ), bahkan lebih rendah dari serapan N. Namun, P 2 O 5 tidak mengakibatkan polusi lokal sebagai N anorganik, yang mudah tercuci. K 2 O telah ditinggalkan sebagai nutrisi yang terabaikan (Sardans dan Peñuelas, 2015 ). Ini adalah salah satu unsur hara makro utama untuk pertumbuhan tanaman, tetapi di banyak negara berpenghasilan rendah dan menengah, unsur hara ini tidak umum digunakan karena biayanya yang tinggi dan faktor sosial ekonomi lainnya, sehingga mengakibatkan kekurangan K pada tanah (Sardans dan Peñuelas, 2015 ).

Produksi tanaman pangan global menghadapi tantangan berat karena produsen harus menggunakan pupuk N secara lebih efisien dan pada saat yang sama, mereka harus mengurangi dampaknya terhadap lingkungan. Untuk menilai bagaimana N digunakan di berbagai sistem tanaman pangan, kita dapat memperkirakan indikator efisiensi penggunaan nitrogen (NUE) (Noor, 2017 ). NUE menghitung proporsi N yang dipanen (output N) versus total input N dari sistem tanaman pangan (EU Nitrogen Expert Panel, 2016 ; Zhang et al., 2015 ). Input tersebut meliputi kandungan N dari pupuk anorganik dan organik dan input N dari proses alami dan pertanian seperti biofiksasi oleh legum, deposisi N, rotasi tanaman, dan lainnya. Panel Ahli Nitrogen UE ( 2016 ) menyatakan bahwa nilai NUE antara 50% dan 90% dapat dianggap memiliki penggunaan N yang efisien. Jika lebih tinggi dari 90%, dapat mengakibatkan penambangan tanah, dan jika lebih rendah dari 50%, dapat mengakibatkan kehilangan N yang berlebihan (Panel Ahli Nitrogen UE, 2016 ). Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa NUE cenderung rendah. Secara global, NUE produksi sereal adalah 33% (Omara et al., 2019 ). Ini berarti bahwa 67% N tetap berada di zona akar atau dalam proses tersebar di lingkungan. Persentase ini bervariasi di antara wilayah dan tanaman (lihat, misalnya, Cao et al., 2018 ; Lassaletta et al., 2014 ; Omara et al., 2019 ; Zhang et al., 2015 ).

Meksiko adalah contoh wilayah dengan keragaman besar dalam sistem pertanian. Sistem tanaman sebagian besar bervariasi dalam hal produktivitas karena karakteristik biofisik dan praktik manajemen seperti penggunaan pupuk, sistem irigasi, ukuran pertanian, dan karakteristik produksi lainnya (Ibarrola-Rivas et al., 2020 ; LaFevor dan Magliocca et al., 2020 ). Menurut Survei Pertanian Nasional (NSA) pada tahun 2019, dua pertiga pertanian menggunakan pupuk anorganik dan hanya 24% yang menggunakan pupuk organik (SADER, 2020 ). Penggunaan pupuk ini mungkin bervariasi di seluruh wilayah, memusatkan penggunaan yang tinggi di wilayah dengan pertanian intensif (Peña Cabriales et al., 2002 ), yang mengakibatkan wilayah dengan kelebihan N dan wilayah dengan kekurangan N. González-Estrada dan Camacho-Amador ( 2017 ) menunjukkan bahwa Meksiko memiliki penggunaan pupuk anorganik yang tidak efisien berdasarkan penggunaan pupuk anorganik nasional. Akan tetapi, tidak ada data berskala nasional mengenai jumlah pupuk yang digunakan pada berbagai tanaman dan sistem produksinya. Data mengenai penggunaan spesifik N per tanaman dan per sistem produksi merupakan langkah awal untuk memperoleh data empiris yang diperlukan guna merancang program dan kebijakan pertanian yang dapat meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk dan produktivitas sistem tanaman.

Sektor pertanian Meksiko adalah salah satu kegiatan ekonomi utama di negara tersebut, dan relevan di seluruh dunia. Pada tahun 2023, Meksiko berada di peringkat ke-12 negara produksi pangan teratas secara global, dan merupakan salah satu eksportir pertanian utama (SADER, 2024 ). Sekretaris Pertanian dan Pembangunan Pedesaan Meksiko (SADER, 2024 ) menyatakan bahwa produk makanan utama yang diekspor pada tahun 2022, dalam hal nilai ekonomi, adalah bir, tequila, beri, alpukat, tomat, daging sapi, kue dan manisan, lada, dan gula. Tanaman ini, dan tanaman untuk menghasilkan produk makanan ini, disebut “tanaman komersial” dan umumnya diproduksi dalam sistem pertanian intensif dengan penggunaan input pertanian yang besar (termasuk pupuk anorganik). Baru-baru ini, ada diskusi besar tentang pemindahan dampak lingkungan dari produksi pangan oleh negara-negara pengimpor (Hamilton et al., 2018 ; Ibarrola-Rivas et al., 2020 ; Parra-Paitan dan Verburg, 2019 ).

Dengan demikian, tujuan dari makalah ini adalah untuk menganalisis dampak lingkungan dari pupuk anorganik pada tanaman utama yang diproduksi di Meksiko dan membahas apakah setiap dampak lingkungan digantikan oleh ekspor atau pasokan domestik. Pertanyaan penelitian dari studi ini adalah sebagai berikut: Tanaman Meksiko mana, dan berapa banyak di antaranya, yang diproduksi dengan penggunaan pupuk yang tidak efisien yang mengakibatkan risiko penambangan tanah atau risiko polusi? Apakah tanaman tersebut digunakan untuk ekspor atau pasokan domestik? Untuk memberikan jawaban atas pertanyaan sebelumnya, pertama-tama kami memperkirakan aplikasi pupuk (NPK) pada skala nasional untuk tanaman utama. Kedua, kami merancang dan memperkirakan indikator untuk penggunaan pupuk yang efisien untuk setiap lahan tanam, dan mengelompokkannya berdasarkan risiko penambangan tanah, kemungkinan penggunaan yang efisien, dan risiko polusi (dengan penambangan tanah dan risiko polusi sebagai dampak lingkungan yang dinilai dalam studi ini). Ketiga, kami memperkirakan bagian dari produksi yang diekspor dan yang digunakan untuk pasokan domestik untuk membahas apakah dampak lingkungan dari pupuk merupakan hasil ekspor atau hasil permintaan domestik. Wawasan penelitian ini berguna untuk merancang kebijakan publik dan program pertanian yang mendorong penggunaan pupuk yang efisien dan meningkatkan ketahanan pangan nasional dengan dampak lingkungan yang dapat diabaikan.

2 BAHAN DAN METODE
2.1 Deskripsi sistem
Aplikasi NPK dari penggunaan pupuk, dan efisiensinya, diperkirakan pada skala nasional untuk tanaman utama dengan menggabungkan data lahan tanam untuk tanaman utama yang diproduksi di Meksiko. NSA 2019 (INEGI, 2019 ) digunakan sebagai sumber data utama. Gambar 1 mengilustrasikan pendekatan penelitian yang digunakan dalam studi ini.

 

Kandungan NPK pupuk dihitung untuk memperkirakan aplikasi NPK pada lahan yang ditabur. Dengan ini, kami memperkirakan rata-rata nasional penggunaan makronutrien ini. Penggunaan pupuk yang efisien, dan dengan demikian dampak lingkungannya, dibahas menggunakan N sebagai contoh dengan indikator yang terinspirasi oleh NUE. Indikator ini dirancang oleh penulis studi ini, dan disebut efisiensi penggunaan pupuk (FUE) (lihat Gambar 1 ).

Di ladang yang ditabur, masukan dan keluaran N lainnya ada dari proses alami dan manajemen (Smil, 1999 ). Masukan dan keluaran ini disertakan untuk memperkirakan NUE sistem tanaman untuk mendapatkan gambaran menyeluruh tentang aliran N (Panel Ahli Nitrogen UE, 2016 ). Namun, dalam studi ini, kami hanya fokus pada masukan pupuk, jadi masukan N selain pupuk tidak disertakan, yang dapat menyebabkan kesimpulan yang menyesatkan dalam beberapa kasus. Misalnya, proses alami seperti biofiksasi, deposisi atmosfer, dan volatilisasi dapat menghasilkan masukan atau keluaran N yang relevan dalam beberapa sistem tanaman. Khusus untuk legum, biofiksasi biasanya merupakan masukan nitrogen utama (Anglade et al., 2015 ). Aplikasi pupuk kandang dapat menghasilkan tingkat volatilisasi yang tinggi, meningkatkan surplus N. Proses manajemen seperti rotasi tanaman, tumpang sari, irigasi, dan penggunaan sisa tanaman dapat sangat menentukan masukan dan keluaran nitrogen selain masukan pupuk. Misalnya, rotasi tanaman tahunan kacang-kacangan–sereal–kacang-kacangan dapat meningkatkan keseimbangan nitrogen di lahan yang ditabur dengan mengurangi kebutuhan masukan nitrogen eksternal untuk sereal (Anglade et al., 2015 ). Biofiksasi dan rotasi tanaman dapat mengurangi kelebihan nitrogen, yang dapat menyebabkan polusi.

Dengan tidak mempertimbangkan masukan dan keluaran selain penggunaan pupuk, kita meremehkan atau melebih-lebihkan total masukan dan keluaran N dari sistem produksi tanaman. Hal ini memiliki implikasi yang berbeda untuk pembahasan aliran nitrogen di lahan yang ditabur untuk setiap jenis tanaman. Misalnya, tanaman tahunan tidak dapat berada dalam rotasi tanaman tahunan dengan kacang-kacangan, sehingga masukan N dari proses alami atau pengelolaan mungkin tidak relevan seperti untuk kacang-kacangan atau tanaman tahunan. Sebaliknya, tanaman tahunan dapat berada dalam rotasi tanaman dengan kacang-kacangan, sehingga mereka memiliki potensi yang lebih tinggi untuk meningkatkan masukan nitrogen dari praktik alami dan pengelolaan selain dari penggunaan pupuk. Terakhir, untuk kacang-kacangan, dengan hanya mempertimbangkan masukan pupuk, kita sangat meremehkan masukan nitrogen dari sistem tanaman. Jadi, estimasi FUE untuk tanaman tahunan lebih akurat daripada FUE untuk tanaman tahunan, dan FUE untuk kacang-kacangan sangat diremehkan. Dengan pemahaman ini, FUE digunakan untuk membahas besaran rata-rata nasional dampak lingkungan untuk setiap tanaman dan peluang serta hambatan potensial untuk meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk.

Kemudian, kami mengidentifikasi apakah tanaman tersebut digunakan untuk pasokan nasional atau ekspor dengan menggunakan jumlah ekspor nasional dan pasokan domestik untuk setiap tanaman. Dengan ini, kami menilai apakah besarnya dampak lingkungan dari penggunaan pupuk didorong oleh ekspor dan permintaan domestik.

2.2 Sumber data
Sumber data utama adalah mikrodata NSA 2019 (INEGI, 2019 ). Mikrodata adalah respons petani, dan tersedia di “Laboratorium Mikrodata INEGI” di Mexico City. Mengingat data tersebut bersifat rahasia, data tersebut harus diproses di laboratorium, dan staf melakukan pemeriksaan kerahasiaan atas serangkaian hasil. NSA dilakukan secara berkala oleh Institut Statistik dan Geografi Nasional (INEGI), yang merupakan otoritas federal Meksiko untuk statistik dan sensus. NSA 2019 memiliki skema sampel pertanian yang probabilistik dan berstrata, yang memiliki representasi nasional untuk 29 produk pertanian: 24 tanaman pangan dan lima produk ternak. Sampel tersebut tidak representatif pada skala regional atau lokal (INEGI, 2019 ); oleh karena itu, hasil kami hanya valid pada skala nasional.

Sampel ladang yang ditabur mewakili skala nasional setelah kami menggunakan faktor pembobotan yang sesuai. Kami menggunakan data produksi dari 72.286 ladang yang ditabur, yang mencakup sampel dari 24 tanaman yang dilaporkan dalam survei. Basis data mikro dari ladang yang ditabur ini mencakup bobot sampel untuk setiap ladang yang ditabur. Bobot sampel digunakan untuk memperkirakan nilai produksi pada skala nasional. Bobot sampel merupakan indikasi jumlah ladang yang ditabur yang diwakili oleh setiap ladang yang ditabur pada skala nasional. Misalnya, ladang yang ditabur dengan bobot sampel 5 berarti mewakili lima ladang yang ditabur dengan karakteristik produksi yang sama di negara tersebut. Oleh karena itu, nilai produksi dikalikan dengan bobot sampel ini untuk memperkirakan nilai nasional.

Data produksi survei mencakup variabel-variabel berikut yang digunakan dalam studi ini: nama tanaman, area tanam (dalam hektar), area panen (dalam hektar), total produksi (dalam ton), dan jenis serta jumlah pupuk anorganik dan organik yang digunakan di area tanam (dalam liter atau ton). Tidak ada karakteristik biofisik dari lahan yang ditabur yang dilaporkan seperti jenis dan kualitas tanah, curah hujan, dan sebagainya. Oleh karena itu, variabel produksi yang dilaporkan dalam survei adalah yang digunakan untuk analisis ini.

Survei tersebut melaporkan 169 jenis pupuk anorganik dan 38 jenis pupuk organik. Untuk memperkirakan jumlah NPK yang diaplikasikan pada lahan yang disemai, kami mengumpulkan kandungan hara makro untuk setiap jenis pupuk dari laporan teknis atau perusahaan pupuk (Tabel S1 dan S2 ). Perlu dicatat bahwa pupuk organik mencakup pupuk kandang dari beberapa jenis hewan, kompos, dan jenis pupuk lain yang diproduksi dari sumber organik. Pupuk ini ditentukan dalam Tabel S1 dan S2 .

2.3 Aplikasi NPK: Membangun database nasional
Dalam survei, untuk setiap ladang yang ditabur, aplikasi pupuk anorganik dilaporkan dalam satuan ton atau liter per hektar. Nilai dalam liter diubah menjadi ton menggunakan nilai kepadatan setiap jenis pupuk yang ditunjukkan pada Tabel S1 dan S2 . Semua pupuk organik dilaporkan dalam ton per hektar. Aplikasi pupuk anorganik dan organik per ladang yang ditabur dikalikan dengan kandungan NPK untuk setiap jenis pupuk anorganik (Tabel S1 dan S2 ) untuk memperkirakan aplikasi NPK per ladang tanaman. Beberapa ladang yang ditabur melaporkan penggunaan lebih dari satu pupuk anorganik dan organik. Nilai-nilai ini ditambahkan untuk memperkirakan total aplikasi NPK dalam kg NPK ha −1 di setiap ladang yang ditabur.

2.4 FUE: Risiko dampak lingkungan
FUE diperkirakan pada skala nasional untuk setiap tanaman dengan membagi keluaran N dengan masukan N menggunakan persamaan berikut:

Input N diperkirakan untuk setiap lahan yang ditabur dengan mengalikan aplikasi pupuk N, dalam kg per ha, dengan luas lahan yang ditanami. Karena sampel kami tidak mencakup semua lahan yang ditabur di negara tersebut, faktor pembobotan setiap lahan yang ditabur dikalikan dengan input N dari setiap lahan yang ditabur. Kemudian, nilai-nilai ini digabungkan untuk memperkirakan input N nasional dari setiap tanaman.

Output N adalah kandungan N dari tanaman yang dipanen. Setiap jenis tanaman mengandung jumlah N yang berbeda per kilogram tanaman karena fisiologinya. Kandungan N per tanaman yang dilaporkan oleh Panel Ahli Nitrogen Uni Eropa ( 2016 ) digunakan untuk memperkirakan output N untuk penelitian ini (Tabel 1 ). Mirip dengan input N, output N dikalikan dengan faktor pembobotan untuk memperkirakan output N nasional per tanaman

 

TABEL 1. Kandungan N tanaman yang dipanen untuk memperkirakan keluaran N.

Sumber : Lampiran 1 Panel Ahli Nitrogen Uni Eropa ( 2016 ).

Perhatikan bahwa tanaman pangan dikelompokkan menjadi tiga kategori untuk membahas potensi peningkatan efisiensi penggunaan pupuk dengan praktik manajemen produksi sebagaimana dijelaskan dalam Bagian 2.1 . Kategori-kategori ini adalah tanaman tahunan (buah-buahan, tanaman gula, dan stimulan), tanaman tahunan (sereal untuk makanan, sereal untuk pakan ternak, dan sayuran), dan kacang-kacangan.

Setelah mendapatkan input dan output N dari setiap lahan yang ditabur, kami memperkirakan produksi nasional untuk setiap tanaman. Sekali lagi, bobot sampel dari setiap lahan yang ditabur digunakan untuk memperkirakan, untuk masing-masing dari 24 tanaman, luas lahan yang ditanami (ha), luas lahan yang dipanen (ha), produksi (ton), input N (ton), dan output N (ton).

Selanjutnya, enam indeks produksi dan NPK per tanaman diestimasi dengan nilai total nasional tersebut. Persamaan berikut digunakan untuk menaksir nilai untuk masing-masing dari 24 tanaman selain dengan Persamaan ( 1 ).

2.4.1 Produksi dan Indeks N

Hasil panen dalam satuan ton per area panen (ton ha -1 ), yang merupakan jumlah panen yang diproduksi per unit area panen. Aplikasi N, aplikasi P 2 O 5 , dan aplikasi K 2 O dalam satuan kilogram N, P 2 O 5 , atau K 2 O per area tanam (kg N ha -1 ), yang mencakup input NPK yang digunakan per unit area tanam. Ini adalah NPK yang digunakan dari pupuk anorganik dan organik, yang diterapkan selama musim tanam. Surplus N dalam satuan N per area tanam (kg N ha -1 ) adalah jumlah N dari input N yang tidak berakhir pada panen. Oleh karena itu, N yang tersisa di lahan yang ditabur, sebagai bagian dari tanaman, atau dibiarkan atau dibuang ke lingkungan. Semua estimasi adalah nilai tahunan dari periode musim tanam antara Oktober 2018 dan September 2019 (INEGI, 2019 ).

2.5 Jenis dan tingkat dampak lingkungan oleh tanaman
Lahan yang ditabur untuk setiap tanaman dikelompokkan ke dalam lima kategori untuk membahas besarnya risiko dampak lingkungan dengan menggunakan nilai FUE pada skala lahan yang ditabur. Dua jenis dampak lingkungan dibahas (penambangan tanah dan pencemaran tanah) berdasarkan nilai FUE dengan menggunakan rentang yang ditetapkan oleh Panel Ahli Nitrogen UE ( 2016 ) untuk indikator NUE. Lahan yang ditabur dengan risiko penambangan tanah selanjutnya dibagi ke dalam dua kelompok untuk mendapatkan analisis yang lebih terperinci: tidak menggunakan pupuk N (dan oleh karena itu, risiko penambangan tanah tinggi, lihat batang coklat) atau risiko penambangan tanah (FUE > 90%, lihat batang kuning). Lahan yang ditabur dengan risiko pencemaran tanah dibagi menjadi lahan yang ditabur dengan risiko pencemaran tanah (FUE = 20%–50%, lihat batang oranye) dan lahan yang ditabur dengan risiko pencemaran tanah yang parah (FUE < 20%, lihat batang merah).

Legum tidak disertakan dalam analisis FUE karena masukan nitrogen sangat diremehkan (lihat Bagian 2.1 untuk rinciannya). Tanaman semusim, selain legum, memiliki potensi tinggi untuk meningkatkan masukan nitrogen melalui rotasi tahunan dengan legum; oleh karena itu, estimasi FUE harus didiskusikan dengan mempertimbangkan hal tersebut: Masukan N mungkin diremehkan karena rotasi tanaman pada tahun-tahun sebelumnya dengan legum atau memiliki potensi tinggi untuk meningkatkan masukan melalui praktik pengelolaan ini. Untuk tanaman tahunan, estimasi FUE lebih akurat daripada tanaman lainnya karena tanaman ini memiliki potensi rendah untuk dirotasi dengan legum, terutama untuk sistem monokultur intensif.

2.6 Menelusuri dampak lingkungan pupuk untuk ekspor atau permintaan nasional
Nilai nasional ekspor dan pasokan nasional setiap tanaman yang dilaporkan oleh FAO ( 2024 ) digunakan untuk memperkirakan surplus N yang terkait dengan ekspor atau pasokan domestik. Pertama, kami memperkirakan pangsa ekspor untuk setiap tanaman pada tahun 2019 dengan membagi jumlah ekspor dengan jumlah produksi (dalam ton). Lampiran menunjukkan data yang digunakan untuk estimasi ini: nama tanaman yang dilaporkan oleh FAO, jumlah produksi, dan jumlah ekspor. FAO ( 2024 ) tidak memiliki data untuk jagung putih, jagung kuning, dan bayam. Kami berasumsi tidak ada ekspor untuk bayam. FAO melaporkan produksi dan jumlah ekspor jagung tetapi tidak dipisahkan berdasarkan jenis jagung (kuning atau putih). Oleh karena itu, data pemerintah Meksiko digunakan untuk memperkirakan nilai-nilai ini (SADER, 2017 ) (lihat Lampiran untuk detailnya). Pangsa ekspor kemudian dikalikan dengan surplus nasional setiap tanaman untuk memperkirakan surplus N yang terkait dengan ekspor atau pasokan domestik. Kacang-kacangan tidak disertakan karena kurangnya pertimbangan terhadap masukan nitrogen karena tidak mempertimbangkan biofiksasi.

3 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Penggunaan pupuk dalam skala nasional dan risiko dampak lingkungan
Luas areal tanam tanaman yang dianalisis mencapai 15,7 juta ha (Tabel 2 ). Total lahan pertanian di Meksiko pada tahun 2019 adalah 22,13 juta ha (FAO, 2025 ); oleh karena itu, analisis kami mewakili 71% dari total lahan pertanian di negara tersebut. Total areal panen adalah 13,9 juta ha, yang menunjukkan bahwa 11% dari total areal tanam (1,7 juta ha) belum dipanen. Perbedaan ini terutama disebabkan oleh dua alasan. Pertama, dalam kasus tanaman tahunan, tanaman tersebut mungkin belum berproduksi. Misalnya, beberapa pohon buah membutuhkan waktu sekitar 5 tahun untuk memberikan panen pertama setelah ditanam. Kedua, dalam kasus tidak hanya tanaman tahunan tetapi juga tanaman tahunan, perbedaan antara areal panen dan areal tanam mungkin disebabkan oleh kegagalan panen akibat hama, kondisi cuaca, dan masalah alam serta pengelolaan lainnya.

 

TABEL 2. Total nilai produksi nasional untuk 24 tanaman.

Catatan : Tabel ini menunjukkan estimasi nasional mengenai luas lahan yang ditanami dan dipanen per tanaman (luas lahan pertanian; lihat teks untuk rinciannya), total produksi setiap tanaman, masukan nitrogen ke lahan yang ditabur sebagai hasil dari pemberian pupuk, dan keluaran N, yang merupakan kandungan N dari tanaman yang dipanen.
Sumber : Perhitungan sendiri menggunakan INEGI ( 2019 ).

Tanaman tahunan meliputi buah-buahan, tanaman perangsang, dan tanaman gula, sedangkan tanaman tahunan meliputi serealia, sayur-sayuran, dan kacang-kacangan. Luas tanam tanaman tahunan jauh lebih besar daripada tanaman tahunan, yaitu 88% dari total luas tanam (masing-masing 26 dan 3 juta ha). Namun, produksi tanaman tahunan hanya 60% dari total produksi tanaman (masing-masing 99 dan 64 juta ton). Perbedaan ini terutama disebabkan oleh tingginya hasil panen tebu dan buah-buahan yang memiliki kadar air tinggi (Tabel 3 ).

 

TABEL 3. Indikator produksi nasional dan penggunaan pupuk untuk 24 tanaman.

Sumber : Perhitungan sendiri menggunakan INEGI ( 2019 ).

Jika dilihat satu per satu, jagung putih merupakan tanaman dengan luas tanam terbesar diikuti oleh kacang panjang dan jagung kuning. Tanaman dengan produksi terbesar secara keseluruhan adalah tebu diikuti oleh jagung putih, jagung kuning, dan alfalfa.

Rata-rata hasil panen bervariasi menurut kategori tanaman, dengan kacang-kacangan, sereal, dan stimulan sebagai tanaman dengan hasil panen terendah, dan buah-buahan, sayur-sayuran, dan tebu sebagai tanaman dengan hasil panen tertinggi. Hal ini didorong oleh kebutuhan fisiologis tanaman dan jenis tanaman. Misalnya, secara umum, biji-bijian (sereal dan kacang-kacangan) memiliki bobot lebih rendah per jumlah makanan dibandingkan dengan buah-buahan atau sayur-sayuran yang memiliki kadar air tinggi. Namun, hal ini tidak selalu terjadi; perhatikan bahwa beberapa buah memiliki hasil panen yang relatif rendah (mangga dan lemon), yang dibandingkan dengan nilai yang dicapai oleh beberapa sereal (gandum dan beras) (Tabel 3 ).

Laju aplikasi N, P 2 O 5 , dan K 2 O bervariasi di antara tanaman pangan (Tabel 3 ). Misalnya, sebagian besar buah-buahan dan beberapa serealia memiliki aplikasi N terbesar (nilai lebih tinggi dari 150 kg N ha −1 ). Legum, stimulan, dan beberapa buah memiliki laju aplikasi N terendah (nilai lebih rendah dari 90 kg N ha −1 ). Tanaman pangan dengan laju aplikasi lebih tinggi dari 150 kg N ha −1 adalah, dalam urutan dari yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, anggur, apel, alpukat, bayam, tebu, padi, gandum, jagung putih, lemon, pisang, jagung kuning, dan tomat. Tanaman pangan dengan laju aplikasi lebih rendah dari 90 kg N ha −1 adalah, dalam urutan dari yang lebih rendah ke yang lebih tinggi, kacang-kacangan, kedelai, kopi, kakao, labu siam, sorgum, dan alfalfa.

Namun, nilai penggunaan pupuk N per ton tanaman menunjukkan pola yang berbeda (Tabel 3 ). Tanaman yang menggunakan jumlah N terbesar untuk menghasilkan 1 ton tanaman adalah, dari nilai tinggi ke rendah, bayam, kakao, kacang, kopi, anggur, dan jagung. Tanaman yang menggunakan jumlah N terendah untuk menghasilkan 1 ton tanaman adalah beberapa buah dan sayuran (tomat, bawang, labu, pisang, cabai, dan stroberi), tebu, dan alfalfa. Dengan demikian, beberapa tanaman yang memiliki tingkat aplikasi N rendah menggunakan jumlah N yang tinggi untuk menghasilkan 1 ton tanaman (kacang, kopi, dan kakao), beberapa tanaman yang memiliki tingkat aplikasi tinggi menggunakan jumlah N yang rendah untuk menghasilkan 1 ton tanaman (tebu, tomat, dan pisang), dan tanaman lainnya tidak mengikuti pola ini.

Kelebihan pupuk N menunjukkan jumlah rata-rata N yang tersisa di lahan yang ditabur (tidak habis saat panen). Tanaman yang aplikasi N dan kelebihan N-nya serupa menunjukkan efisiensi rendah dalam penggunaan nitrogen. Ini berarti bahwa sebagian besar N yang diaplikasikan di lahan yang ditabur tidak diserap oleh tanaman. Ini akan tercermin dalam FUE yang rendah.

FUE menunjukkan estimasi rata-rata nasional pada penggunaan pupuk anorganik dan organik yang efisien. Pada skala nasional (Tabel 3 ), hanya tiga tanaman (tomat, sorgum, dan gandum) yang menunjukkan FUE optimal seperti yang disarankan oleh Panel Ahli Nitrogen UE ( 2016 ) (nilai antara 50% dan 90%). Sebagian besar tanaman menunjukkan FUE rendah, yang menunjukkan surplus N di ladang tanaman. Tanaman dengan nilai FUE lebih rendah dari 10% (alpukat, lemon, mangga, apel, anggur, dan bayam) menunjukkan risiko surplus N yang sangat tinggi di ladang yang ditabur. Perhatikan bahwa tanaman ini memiliki tingkat aplikasi nitrogen yang tinggi (Tabel 3 ). Lihat, misalnya, anggur dengan aplikasi nitrogen terbesar (700 kg N ha −1 ), yang menghasilkan FUE terendah (2%). Tanaman pangan utama di Meksiko, jagung putih, juga menunjukkan FUE yang sangat rendah (32%). Perhatikan bahwa nilai-nilai ini adalah rata-rata nasional, dan perbedaan lokal untuk setiap tanaman mungkin terjadi karena sistem produksi yang berbeda di seluruh wilayah.

Setiap tanaman diproduksi dengan sistem produksi yang berbeda, yang menghasilkan risiko dampak lingkungan yang berbeda (Gambar 2 ). Tanaman diurutkan berdasarkan risiko pencemaran tanah (batang oranye dan merah). Dengan tanaman di bagian bawah memiliki porsi terbesar dari produksi nasionalnya yang dilakukan dengan risiko pencemaran tanah tertinggi. Tanaman tahunan memiliki risiko pencemaran tanah yang lebih tinggi daripada tanaman tahunan. Setengah dari total produksi buah-buahan, kecuali pisang, memiliki risiko pencemaran tanah. Untuk tanaman tahunan, hanya untuk bayam, setengah dari total produksi memiliki risiko pencemaran, tetapi tidak semua produksi buah-buahan dan bayam ini diproduksi dengan risiko pencemaran tanah. Misalnya, 13% dari produksi alpukat nasional diproduksi dengan risiko penambangan tanah (batang coklat dan kuning), dan 3% dengan penggunaan N yang efisien (batang hijau).

Analisis ini menunjukkan bahwa sebagian dari produksi semua tanaman pangan dihasilkan dengan penggunaan nitrogen yang efisien (batang hijau pada Gambar 2 ). Namun, ini merupakan bagian yang sangat rendah, terutama untuk buah-buahan tahunan, antara 2% dan 14% dari produksi. Serealia (jagung, gandum, beras) dan tebu merupakan tanaman pangan dengan produksi terbesar yang dihasilkan dengan penggunaan yang efisien, tetapi hanya mencakup 25%–40% dari produksi nasionalnya.

Untuk tanaman pangan yang pada skala nasional menunjukkan “penggunaan N yang efisien” (tomat, sorgum, dan gandum; Tabel 2 dan 3 ), hanya 9%, 22%, dan 40%, masing-masing, dari produksi nasionalnya dilakukan dengan penggunaan N yang efisien (batang hijau pada Gambar 2 ). Tanaman pangan, yang memiliki porsi produksi terbesar yang dilakukan dengan sistem yang efisien (batang hijau terbesar), adalah gandum (40%), beras (35%), jagung putih (30%), dan tebu (30%). Perhatikan bahwa jumlah tersebut bahkan tidak mencapai setengah dari produksi nasional masing-masing tanaman pangan.

Selain itu, tanaman dengan FUE nasional terendah (anggur, alpukat, apel, mangga, apel, dan lemon; Tabel 3 ) belum tentu merupakan tanaman yang memiliki produksi tertinggi yang dilakukan dengan risiko pencemaran tanah (alpukat, lemon, bayam, apel, anggur, dan jeruk pada Gambar 2 ). Jadi, nilai nasional rata-rata (Tabel 3 ) tidak menunjukkan perbedaan dalam lahan yang ditabur untuk setiap tanaman. Namun, bagian terbesar dari produksi pertanian di Meksiko dilakukan dengan risiko pencemaran N tanah (Tabel 3 ; Gambar 2 ), dan tanaman dengan risiko pencemaran tanah terbesar adalah buah-buahan.

3.2 Dampak lingkungan akibat ekspor dan pasokan domestik
Tanaman pangan digunakan untuk pasokan domestik atau untuk ekspor pangan, masing-masing tanaman pangan memiliki jumlah yang berbeda. Serealia untuk pangan merupakan kategori yang menghasilkan surplus N terbesar (Tabel 4 ). Tanaman pangan ini menghasilkan surplus N sebanyak 900 ribu ton, yang merupakan 73% dari seluruh surplus N di Meksiko. Hal ini terutama didorong oleh produksi jagung putih, tanaman pangan utama bagi penduduk Meksiko, dan sebagian besar digunakan untuk pasokan domestik; hanya 5% dari surplus N tanaman pangan ini yang terkait dengan ekspor.

 

TABEL 4. Total surplus N nasional menurut jenis tanaman dalam satuan 1000 ton dikelompokkan berdasarkan penggunaannya: Ekspor atau pasokan nasional.

Sumber : Perhitungan penulis menggunakan INEGI ( 2019 ) dan FAO ( 2024 ).

Sebaliknya, sepertiga surplus N yang dihasilkan oleh produksi buah-buahan dan sayur-sayuran dikaitkan dengan ekspor. Hal ini terutama didorong oleh surplus N yang besar yang dihasilkan dari ekspor alpukat diikuti oleh anggur dan lemon. Ketiga tanaman ini menyumbang 77% dari total surplus N dari ekspor buah-buahan dan sayur-sayuran.

Tanaman yang sebagian besar surplus N-nya terkait dengan ekspor adalah alpukat. Surplus N alpukat setengahnya terkait dengan pasokan domestik dan setengahnya lagi terkait dengan ekspor. Tanaman lain yang menunjukkan bagian besar surplus N yang dihasilkan oleh ekspor adalah tomat, labu, anggur, dan kopi (Tabel 4 ).

3.3 Hasil kami dalam konteks penelitian lain
Dua hasil baru dari studi ini meliputi (1) estimasi pertama aplikasi N, P 2 O 5 , dan K 2 O dalam pertanian Meksiko pada skala nasional untuk tanaman terpilih termasuk pupuk anorganik dan organik dan (2) penilaian nasional pertama efisiensi penggunaan pupuk dan masalah lingkungannya untuk tanaman terpilih di Meksiko. Rata-rata tingkat aplikasi N (kg N ha −1 ) yang diestimasikan menunjukkan bahwa Meksiko memiliki tingkat aplikasi yang lebih tinggi daripada negara lain. Ini dapat dibahas dengan penggunaan nitrogen yang efisien, dengan indikator NUE yang dilaporkan oleh studi lain dibandingkan dengan FUE yang diestimasikan dalam makalah ini. Misalnya, studi sebelumnya telah memperkirakan bahwa rata-rata NUE di Amerika Latin adalah 52% (Zhang et al., 2015 ) dan di Meksiko pada tahun 2009 adalah 48% (Lassaletta et al., 2014 ), yang 10% hingga 30% lebih tinggi daripada FUE yang diestimasikan untuk sebagian besar tanaman dalam studi ini (Tabel 3 ). Dibandingkan dengan nilai dalam Zhang et al. ( 2015 ) untuk tanaman tertentu, NUE jagung dan beras di Meksiko lebih rendah daripada rata-rata global. Zhang et al. ( 2015 ) melaporkan estimasi NUE global sebesar 14% untuk buah-buahan dan sayuran; estimasi FUE kami untuk buah-buahan lebih rendah (anggur, apel, jeruk, alpukat, lemon, mangga, dan stroberi). Hanya pisang dan sayuran (bawang, cabai, labu, dan tomat) yang memiliki FUE lebih tinggi daripada estimasi global (lihat Tabel 3 ). Perhatikan bahwa nilai FUE adalah estimasi yang lebih rendah dari NUE karena kami hanya mempertimbangkan input pupuk. Jadi, dengan memasukkan input nitrogen lainnya dalam estimasi FUE kami, nilai NUE akan menjadi lebih kecil.

Namun, FUE rata-rata tanaman hanya merupakan indikasi produktivitas nasional setiap tanaman. Perbedaan besar ada dalam sistem produksi di seluruh wilayah, yang mengakibatkan dampak lingkungan lokal yang berbeda (Gambar 2 ). Ini berarti bahwa, misalnya, jika FUE rata-rata tanaman menunjukkan polusi N yang besar (misalnya, lihat alpukat, mangga, dan apel pada Gambar 2 ), ini tidak berarti bahwa semua produksi tanaman ini mengakibatkan polusi N. Perkiraan kami menunjukkan bahwa, untuk contoh-contoh ini, 13%, 16%, dan 17% mengakibatkan penambangan tanah, dan 3%, 10%, dan 15% diproduksi dengan penggunaan N yang efisien. Jadi, studi regional dan lokal diperlukan untuk membahas dampak lingkungan pada setiap lokasi.

3.3.1 Keterbatasan penelitian kami
Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk meningkatkan asumsi dalam penelitian ini dan skala estimasi penggunaan pupuk. Penelitian ini berfokus pada penggunaan pupuk, jadi kami tidak memasukkan masukan nitrogen lainnya. Perlu mempertimbangkan biofiksasi, deposisi N, dan tanaman dalam rotasi untuk memperkirakan total masukan N untuk menilai total aliran nitrogen di ladang tanaman. Ini harus dipertimbangkan dalam penelitian lebih lanjut terutama untuk kacang-kacangan yang analisis FUE tidak mungkin dilakukan dalam penelitian ini karena relevansi masukan N oleh biofiksasi. Keluaran N untuk setiap tanaman diasumsikan sebagai nilai rata-rata yang diberikan oleh Onemen et al. (2016). Estimasi yang lebih rinci harus dilakukan untuk memperkirakan kandungan N spesifik dari tanaman Meksiko dalam penelitian ini. Terutama untuk labu, mangga, anggur, stroberi, alpukat, dan alfalfa yang kandungan N rata-rata dari setiap kategori makanan digunakan (lihat Tabel 1 ).

Dari segi skala, hasil kami adalah estimasi nasional yang menggunakan data sampel representatif pertanian tanaman pangan Meksiko. Analisis lokal diperlukan untuk memperkirakan NUE spesifik setiap wilayah. Dengan analisis lapangan lokal, beberapa parameter biofisik dan sosial ekonomi dapat disertakan untuk menentukan masukan dan keluaran N yang tidak dipertimbangkan dalam studi ini. Karakteristik lokal ini dapat mencakup deposisi atmosfer dan biofiksasi, yang dapat menentukan kandungan N yang berbeda di lapisan akar, dan juga mencakup tekstur tanah, presipitasi, rotasi tanaman, dan lainnya. Selain itu, estimasi yang lebih rinci tentang masukan N dari pupuk organik diperlukan karena pupuk ini dapat melepaskan N dalam jangka panjang. Akhirnya, untuk analisis perdagangan internasional, nilai produksi ekspor rata-rata digunakan untuk memperkirakan jumlah yang diekspor oleh setiap tanaman pangan, dengan asumsi bahwa tanaman pangan ekspor diproduksi oleh sistem produksi yang sama dengan tanaman pangan domestik. Data lokal tentang ekspor tanaman pangan diperlukan untuk mengidentifikasi dampak lingkungan spesifik dari ekspor.

4 KESIMPULAN
Tingkat aplikasi NPK rata-rata nasional diperkirakan untuk 24 tanaman pertanian Meksiko yang dipilih. Kemudian, penggunaan pupuk yang efisien dibahas menggunakan indikator FUE untuk menilai masalah lingkungan seperti penambangan tanah dan polusi tanah. Tanaman tahunan menunjukkan risiko polusi tanah yang lebih tinggi daripada tanaman tahunan. Lebih dari separuh produksi buah-buahan, kecuali pisang, menunjukkan risiko polusi tanah yang tinggi, dan untuk beberapa di antaranya, alpukat, lemon, dan apel, risiko polusi adalah dua pertiga dari produksinya. Terkait dengan masalah lingkungan lainnya, sebagian dari semua tanaman mengakibatkan risiko penambangan tanah, tetapi bagian ini lebih rendah daripada risiko polusi. Bagian produksi nasional dengan penggunaan pupuk yang efisien berkisar antara 2% dan 15% untuk buah-buahan dan 25% dan 35% untuk sereal. Wawasan dari studi ini berguna untuk merancang kebijakan pertanian untuk meningkatkan penggunaan pupuk yang efisien, yang dapat mengurangi biaya bagi petani dan program pemerintah serta mengurangi dampak lingkungan.