ABSTRAK
Mempertahankan atau bahkan meningkatkan produktivitas tanah yang subur sangat penting untuk memastikan keamanan pangan, selain memenuhi kebutuhan pakan dan serat. Hubungan antara hasil panen, sifat tanah, dan pengelolaan bersifat kompleks dan bervariasi antar lingkungan; oleh karena itu, pengetahuan khusus lokasi tentang faktor-faktor yang mengatur hasil panen diperlukan untuk menutup setiap kesenjangan hasil panen yang potensial. Kandungan karbon organik tanah (SOC) merupakan faktor kunci potensial dalam pengelolaan kesuburan tanah karena pengaruhnya yang berlipat ganda pada fungsi tanah. Studi ini menilai hubungan hasil panen serealia musim semi dengan SOC dan sifat tanah lainnya serta praktik pengelolaan di tanah mineral boreal. Model efek campuran linier diterapkan pada kumpulan data yang dikumpulkan dari 43 lokasi lapangan di Finlandia yang bervariasi dalam potensi produksi dengan perhatian khusus pada respons hasil panen terhadap kandungan C tanah. Data tanah meliputi tekstur tanah dan kandungan C total, konsentrasi nutrisi yang tersedia bagi tanaman, pH, dan kapasitas tukar kation. Data pengelolaan terdiri dari informasi tentang penggunaan pupuk dan pengapuran, rotasi tanaman, metode pengolahan tanah, tindakan perlindungan tanaman, dan tata air. Banyak sifat tanah yang saling berkorelasi, dan variabel model yang paling tepat dipilih setelah pemeriksaan sementara. Model yang dihasilkan menunjukkan respons hasil positif yang signifikan sebesar 342 ± 100 kg ha −1 per peningkatan 1 poin persentase dalam SOC. Kandungan lempung tanah memiliki efek negatif pada hasil, dengan penurunan 33,9 ± 15,7 kg ha −1 per peningkatan poin persentase ketika proporsi lempung melebihi 40%. Selain itu, tingkat pupuk nitrogen (N), yang menunjukkan hubungan positif dengan upaya pengelolaan lainnya, secara signifikan mempengaruhi hasil sereal (peningkatan hasil 56,6 ± 9,7 kg ha −1 per kilogram N yang diberikan) untuk varietas musim semi barley, oat dan gandum. Pengapuran dan penggunaan fungisida juga memiliki efek positif yang jelas pada hasil. Hasilnya menunjukkan bahwa bahkan di tanah mineral boreal dengan kisaran kandungan SOC yang relatif besar (kisaran 1,3%–9,1% dalam penelitian saat ini), SOC yang tinggi memiliki efek positif pada hasil. Lebih jauh lagi, SOC sangat bermanfaat pada tanah dengan kandungan lempung > 40% yang dapat mengurangi dampak negatif hasil panen akibat kandungan lempung yang tinggi. Hasil penelitian menggarisbawahi bahwa mempertahankan cadangan SOC di tanah utara sangat penting untuk menjaga produktivitas tanah selain dari pentingnya untuk mengurangi perubahan iklim.
1 Pendahuluan
Meskipun intensifikasi pertanian selama beberapa dekade terakhir telah menghasilkan peningkatan yang diinginkan dalam produksi pangan global, hal itu secara bersamaan membahayakan kualitas lingkungan dan tanah, yaitu, kapasitas tanah untuk berfungsi secara optimal dan mendukung produktivitas tanaman (Cassman 1999 ; Giller et al. 1997 ; Houlbrooke et al. 2011 ; Matson et al. 1997 ; Stoate et al. 2001 ). Selain itu, tantangan dalam memberi makan populasi manusia yang terus bertambah dan peningkatan permintaan tanaman untuk penggunaan non-pangan terus memberikan tekanan pada produksi pertanian. Mempertahankan, atau lebih baik lagi meningkatkan, produktivitas lahan subur yang ada juga penting untuk membatasi pembukaan lebih lanjut habitat alami yang semakin berkurang untuk budidaya (Foley et al. 2011 ). Namun, untuk wilayah lahan budidaya yang luas, hasil panen menurun atau tren positif sebelumnya dalam hasil panen telah mandek (Ray et al. 2012 ). Oleh karena itu, metode manajemen berkelanjutan untuk menutup kesenjangan antara produktivitas yang terealisasi dan yang berpotensi dicapai sangat dibutuhkan (Foley et al. 2011 ; Garibaldi et al. 2017 ; Godfray et al. 2010 ; Herrero et al. 2010 ).
Tingkat hasil panen diatur oleh banyak faktor biofisik dan sosial-ekonomi, termasuk ketersediaan sumber daya, modal dan keahlian, serta beban pada lingkungan dan pilihan praktik pengelolaan (Ray et al. 2012 ). Di antara semua faktor ini, kualitas tanah tidak dapat disangkal merupakan komponen mendasar dalam menentukan produktivitas pertanian. Kuantitas dan ketersediaan cadangan nutrisi, tingkat kapasitas menahan air dan struktur matriks untuk pertumbuhan akar semuanya memengaruhi pertumbuhan tanaman. Kualitas tanah sering dievaluasi melalui indikator kunci biologis, kimia dan fisik yang terukur yang dipilih berdasarkan jenis ekosistem dan tujuan keseluruhan skema penilaian (misalnya, Andrews et al. 2002 ; Arshad dan Martin 2002 ; Askari dan Holden 2015 ; Obade dan Lal 2016 ). Variabel yang paling sering digunakan meliputi pH, bahan organik atau kandungan karbon, total nutrisi atau nutrisi yang tersedia bagi tanaman dan logam berbahaya, kapasitas tukar kation (CEC), konduktivitas listrik (EC), kedalaman tanah, tekstur, densitas massal, porositas, agregasi, stabilitas struktural, ketahanan penetrasi, penyimpanan air dan sifat infiltrasi, kepadatan cacing tanah, biomassa mikroba, respirasi tanah dan mineralisasi nitrogen (Bünemann et al. 2018 ).
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan hubungan antara variabel hasil dan tanah tidaklah jelas, karena ketergantungan dan interaksi faktor pembentuk hasil bervariasi di antara jenis tanah, kondisi lingkungan, dan spesies tanaman (misalnya, Frogbrook et al. 2002 ; Kaspar et al. 2004 ; Mallarino et al. 1999 ). Korelasi timbal balik antara sifat-sifat tanah semakin mempersulit analisis data dan interpretasi hasil (Arshad dan Martin 2002 ; Mallarino et al. 1999 ). Meskipun hubungan yang konsisten telah ditetapkan dengan kuat antara hasil panen dan, misalnya, status nutrisi tanah, CEC, pH, elevasi, lereng, tekstur dan kapasitas menahan air (Anthony et al. 2012 ; Ping et al. 2004 ; Shatar dan McBratney 1999 ; Stein et al. 1997 ), proporsi yang signifikan dari variasi hasil panen mungkin tetap tidak dapat dijelaskan, atau hubungan antara hasil panen dan karakteristik tanah yang diukur mungkin, secara keseluruhan, lemah (Bourennane et al. 2004 ; Stein et al. 1997 ).
Di antara sifat-sifat tanah yang berpotensi memengaruhi hasil panen, kandungan bahan organik menonjol, karena memiliki pengaruh luas pada beberapa fungsi tanah seperti siklus nutrisi, penyimpanan air, dan penyediaan habitat (Baveye et al. 2020 ; Lal 2020 ; Obalum et al. 2017 ) sementara secara bersamaan memainkan peran dalam pengaturan iklim (Crowther et al. 2016 ; Lal et al. 2021 ). Sifat-sifat tanah yang melekat, serta faktor-faktor iklim, memengaruhi kapasitas tanah untuk menyimpan bahan organik (Richardson et al. 2023 ). Mekanisme utama akumulasi bahan organik di berbagai jenis tanah meliputi penyerapan ke permukaan mineral, pembentukan agregat yang memberikan perlindungan fisik dan translokasi diikuti oleh penguburan di lapisan tanah bawah (Kögel-Knabner dan Amelung 2021 ). Oleh karena itu, tekstur tanah memainkan peran sentral dalam proses terkait SOC, karena memengaruhi pembentukan agregat dan ketersediaan permukaan mineral reaktif untuk stabilisasi bahan organik. Secara umum, tanah pertanian mineral di Finlandia kehilangan bahan organik (Heikkinen et al. 2013 ). Namun, kandungan C-nya tetap lebih tinggi dibandingkan di wilayah selatan Eropa (Matschullat et al. 2018 ). Selain iklim Finlandia yang lebih dingin, dengan suhu di bawah nol selama musim dingin, kandungan C yang relatif tinggi ini dapat dikaitkan dengan waktu yang lebih singkat sejak pembukaan hutan untuk pertanian (Heikkinen et al. 2013 ), yang menggarisbawahi pentingnya pengelolaan tanah secara historis dalam membentuk kadar SOC (Heikkinen et al. 2022 ).
Mengingat peran utama bahan organik dalam fungsi tanah, tren penurunan kandungan bahan organik tanah menjadi perhatian terkait ketahanan pangan dan konservasi lingkungan (misalnya, Barros dan Fearnside 2019 ; Bellamy et al. 2005 ; Bond-Lamberty et al. 2018 ; Heikkinen et al. 2022 ). Namun, hubungan positif (Oldfield et al. 2019 , 2022 ), negatif (Schjønning et al. 2018 ), dan tidak signifikan (Hijbeek et al. 2017 ) antara bahan organik tanah dan hasil panen telah dilaporkan, yang mencerminkan kompleksitas pembentukan hasil panen dan menunjukkan adanya pendorong utama yang spesifik secara regional.
Lebih jauh lagi, banyak sifat fungsional tanah utama yang menentukan potensi hasil panen yang sensitif terhadap pengelolaan. Strategi pemupukan (Edmeades 2003 ), aplikasi pupuk kandang (Gerke 2022 ) dan amandemen organik lainnya (Larney dan Angers 2012 ), metode pengolahan tanah (Rasmussen 1999 ), penanganan sisa tanaman (Blanco-Canqui dan Lal 2009 ) dan rotasi tanaman (Karlen et al. 2006 ) diketahui memengaruhi produktivitas tanah. Memahami dampak pengelolaan pada hasil panen di lokasi tertentu akan memungkinkan pemilihan opsi pengelolaan yang paling berkelanjutan dan menguntungkan berdasarkan kasus tertentu.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki hubungan antara tingkat hasil panen serealia musim semi dan kandungan bahan organik tanah pada tanah pertanian mineral di Finlandia sambil juga memperhitungkan sifat-sifat tanah terpilih lainnya dan praktik pengelolaan. Inferensi didasarkan pada model campuran linier yang memperhitungkan efek tetap serta struktur korelasi data. Tujuannya adalah untuk memajukan pengetahuan tentang sifat-sifat tanah yang penting untuk menjaga produktivitas tanah di wilayah utara, yang signifikansinya dalam produksi pangan global dapat meningkat karena perubahan iklim (misalnya, Wheeler dan Von Braun 2013 ).
2 Bahan dan Metode
2.1 Deskripsi Umum Wilayah dan Pertanian di Finlandia
Finlandia terletak di zona boreal yang mengalami musim dingin yang dingin dan musim panas yang relatif hangat. Durasi musim tanam berkisar antara 101 hari di Finlandia utara hingga 195 hari di Finlandia selatan (Kersalo dan Pirinen 2009 ). Wilayah studi dalam penelitian ini terletak di zona hemiboreal dan boreal selatan. Curah hujan tahunan rata-rata (609 mm) berkisar antara 441 hingga 811 mm, dengan nilai tertinggi terjadi di Finlandia selatan.
Pembentukan tanah di Finlandia telah dipengaruhi oleh periode glasial Weichsel yang berakhir sekitar 11.500 tahun yang lalu. Karena usia pedogenetiknya yang muda, sebagian besar tanah relatif lemah perkembangannya dan mengandung kuarsa, plagioklas dan K-feldspar sebagai komponen mineral dominan (Keskinen et al. 2022 ). Mayoritas tanah di Finlandia memiliki rezim suhu cryic, yang dicirikan oleh suhu tanah yang rendah (Yli-Halla dan Mokma 1998 ). Tanah liat yang dibudidayakan di Finlandia biasanya diklasifikasikan oleh Kelompok Kerja IUSS WRB ( 2007 ) sebagai (Vertic Luvic) Stagnosols atau (Luvic) Gleysols dalam depresi basah, sedangkan tanah lanau diklasifikasikan sebagai (Stagnic) Regosols dan tanah pasir halus dengan lapisan kaya lempung yang lebih dalam sebagai (Endogleyic Luvic) Planosols. Tanah moraine berpasir sangat halus atau berpasir halus umumnya diklasifikasikan sebagai (Endogleyic) Cambisols, sedangkan tanah mineral kasar yang terpodzolisasi diklasifikasikan sebagai (Gleyic) Podzol (Yli-Halla dan Nyborg 2013 ). Secara umum, lapisan bajak tanah pertanian di Finlandia selatan dicirikan oleh tekstur liat (kandungan liat > 30%), sedangkan tanah mineral bertekstur sedang umum ditemukan di bagian tengah dan barat, timur dan utara negara tersebut. Selain itu, bagian barat dan utara juga dicirikan oleh tanah organik (Heikkinen et al. 2013 ; Lemola et al. 2018 ). Mayoritas ladang dikeringkan secara artifisial karena kelembaban yang terkadang berlebihan (Puustinen et al. 1994 ), dan drainase memungkinkan lalu lintas ladang di awal musim semi dan akhir musim gugur.
Di Finlandia, lahan pertanian mencakup 7,5% dari total luas lahan, dengan produksi sereal dan rumput (termasuk area bera rumput) masing-masing mencakup 46% dan 45% (OSF 2018a ). Di antara provinsi-provinsi yang termasuk dalam studi ini, produksi rumput menempati 67% dari area pertanian yang digunakan di Finlandia tengah-timur, sedangkan sereal adalah tanaman dominan (53%–71%) di Finlandia selatan dan barat daya, dengan jelai ( Hordeum vulgare L.), oat ( Avena sativa L.), dan gandum ( Triticum aestivum L.) menjadi sereal utama (OSF 2018b ). Sistem produksi susu dan sapi merupakan ciri khas Finlandia tengah-timur, sedangkan peternakan babi dan unggas merupakan ciri khas Finlandia selatan dan barat daya. Produksi tanaman pangan lainnya, seperti bit gula ( Beta vulgaris L.), lobak ( Brassica rapa subsp. oleifera L.), lobak biji minyak ( Brassica napus subsp. oleifera L.), kacang polong ( Pisum sativum L.) serta kegiatan hortikultura juga terkonsentrasi di Finlandia selatan (OSF 2017 ).
2.2 Lokasi Pengambilan Sampel, dan Analisis Tanah dan Tanaman
Studi ini mencakup total 43 lokasi pengambilan sampel yang terletak di Finlandia tengah-timur dan di wilayah pesisir selatan dan pedalaman selatan Finlandia barat daya (Gambar 1 , Tabel S1 : Data S2 ). Lokasi pengambilan sampel terletak dalam empat zona budidaya, yang ditentukan berdasarkan panjang musim tanam, akumulasi suhu efektif, dan kondisi musim dingin. Panjang rata-rata musim tanam (dihitung untuk periode 1991–2020) berkisar antara 185 hari di selatan hingga 155 hari di utara, sedangkan curah hujan rata-rata selama musim tanam bervariasi dari 380 mm di selatan hingga 320 mm di utara (FMI). Data cuaca untuk tahun-tahun studi dan untuk setiap zona budidaya dikumpulkan dari stasiun cuaca Institut Meteorologi Finlandia dan disediakan dalam Data S1 dan S2 . Lokasi stasiun cuaca disajikan dalam Gambar 1 .
Pada tahun 2016, petak lahan dari stasiun percobaan yang dikelola oleh Institut Sumber Daya Alam Finlandia (Luke) di Jokioinen (pedalaman selatan) dan Maaninka (timur tengah) diperiksa. Petak lahan dipilih dari lahan tanah mineral (< 10% SOC) yang ditujukan untuk menanam tanaman serealia. Lahan dengan produktivitas tinggi dan rendah dimasukkan berdasarkan catatan hasil panen dari tahun-tahun sebelumnya dan pengalaman praktis manajer stasiun dan staf lapangan.
Pada tahun 2017, bidang tanah dari stasiun percobaan dilengkapi dengan bidang tanah di bawah budidaya sereal dari pertanian swasta di wilayah geografis yang sama (Gambar 1 ) untuk memastikan penyertaan variabilitas yang ada dalam jenis tanah dan pengelolaan tanaman dan tanah. Petani diminta untuk memilih plot berbeda yang mereka anggap memiliki produktivitas tinggi atau rendah atau untuk mengidentifikasi lokasi tertentu dengan produktivitas yang berbeda dalam satu plot. Klasifikasi produktivitas sebagian besar subjektif, karena tidak ada ambang batas tingkat hasil yang eksplisit ditetapkan, tetapi dirancang untuk memastikan penyertaan lokasi dengan potensi pertumbuhan yang bervariasi. Tanah dengan kandungan SOC lebih tinggi dari 10% tidak termasuk.
Informasi latar belakang mengenai lahan terpilih dikumpulkan dari para manajer pertanian percobaan di Natural Resources Institute Finland (Luke) di Jokioinen dan Maaninka, serta dari para petani swasta. Mereka memberikan perkiraan rata-rata tingkat hasil panen serealia musim semi jangka panjang untuk lokasi tersebut, beserta informasi mengenai penggunaan fungisida, zat pengatur tumbuh, kapur, pupuk organik, rotasi tanaman, metode pengolahan tanah, dan tingkat risiko terkait air. Selain tahun pengambilan sampel 2016 dan 2017 yang termasuk dalam studi ini, responden diminta untuk mempertimbangkan 5 tahun sebelumnya sebelum pengambilan sampel dan melaporkan tingkat NPK yang diterapkan selama tahun pengambilan sampel (Tabel S1 : Data S2 ).
Di setiap lokasi pengambilan sampel, titik pengambilan sampel sentral yang representatif diidentifikasi terlebih dahulu. Selanjutnya, tiga titik pengambilan sampel di sekitarnya ditempatkan pada lingkaran dengan jarak sekitar 5 m dari titik sentral. Sampel hasil panen dan profil tanah dikumpulkan di keempat titik sub-pengambilan sampel. Selain itu, sampel kesuburan tanah diambil dari setiap titik pengambilan sampel sentral.
Sampel hasil panen dikumpulkan setelah pematangan dengan memanen seluruh tegakan tanaman dalam bingkai 75 × 75 cm. Di Finlandia, jarak umum antara baris tanaman sereal adalah 12,5 cm; dengan demikian, sampel terdiri dari enam baris tanaman. Bahan tanaman yang dipanen dipisahkan menjadi bulir dan jerami, dikeringkan pada suhu 60°C dan ditimbang. Semua sampel bulir yang dikumpulkan dari Jokioinen pada tahun 2016, serta satu sampel per ladang dari Jokioinen dan Maaninka pada tahun 2017, dipisahkan menjadi biji-bijian dan sekam (misalnya, awns) menggunakan mesin perontok. Biji-bijian diproses melalui perontok 4–5 kali hingga jumlah kotoran yang terlihat sebanding dengan kualitas yang dihasilkan oleh pemanen gabungan. Ketika hanya satu sampel bulir dari ladang yang dirontokkan, itu digunakan untuk menghitung proporsi biji-bijian dalam sampel bulir lainnya dari ladang itu. Untuk 11 ladang yang tidak dilakukan perontokan, seluruh 168 sampel perontokan yang tersedia digunakan untuk memperkirakan hubungan antara hasil bulir dan hasil gabah (44 sampel gabah; untuk rincian perhitungan lihat Data S3 ). Pada ladang terpilih, hasil gabah yang diperoleh dengan metode rangka kuadrat 75 cm × 75 cm dan dihitung menurut hasil perontokan dibandingkan dengan hasil gabah yang diperoleh oleh pemanen petak percobaan yang mencakup area yang jauh lebih luas.
Sampel profil tanah diambil dari barisan tanaman menggunakan auger dengan diameter sekitar 4,5 cm hingga kedalaman 40 cm. Pada tahun 2016, sampel profil dikumpulkan setelah panen, sedangkan pada tahun 2017, sampel dikumpulkan selama bulan Juni–Juli, selama pertumbuhan tanaman yang kuat. Dari inti tanah yang diperoleh, total C dan N, jumlah akar per cm 2 tanah dan kerapatan massa tanah ditentukan dari lapisan tanah atas (0–20 cm) dan lapisan tanah bawah (20–40 cm). Singkatnya, inti tanah dibelah menjadi dua bagian, dan akar yang muncul pada permukaan yang baru dipecah dihitung. Jumlah rata-rata akar per permukaan yang dipecah kemudian dibagi dengan luas penampang inti tanah untuk menghitung kerapatan akar. Sampel inti kemudian dikeringkan pada suhu 40°C dan ditimbang untuk menentukan kerapatan massa, setelah itu digiling hingga melewati saringan 2 mm dan dianalisis untuk C dan N melalui pembakaran kering (metode Dumas, Leco TruMac CN). Pada tanah masam ini, yang memiliki kadar karbonat yang sangat rendah, total kandungan C diasumsikan hampir sama dengan jumlah SOC.
Sampel kesuburan tanah dikumpulkan setelah panen dari area panen berukuran 75 × 75 cm di titik pengambilan sampel pusat dengan menggabungkan tiga sampel ulangan yang diambil dari kedalaman 0 hingga 20 cm dan 20–40 cm menggunakan auger (Ø 2,7 cm). Sampel dikeringkan pada suhu di bawah 40°C, digiling hingga lolos saringan 2 mm dan dianalisis tekstur, pH, EC, CEC, dan uji tanah untuk konsentrasi P, Ca, K, dan Mg menggunakan ekstraksi amonium asetat asam (aAAc).
Distribusi ukuran partikel tanah ditentukan dengan metode pipet Elonen ( 1971 ) di Eurofins Viljavuuspalvelu Oy, Mikkeli. Semua analisis lainnya dilakukan di laboratorium Luke di Jokioinen. pH tanah dan EC diukur dari suspensi tanah-air (1:2,5, V/V ). Ekstraksi amonium asetat netral (AAc, 1 M CH3COONH4 , pH 7,0 ) dengan rasio tanah terhadap larutan 1:5 ( W/V ) digunakan untuk analisis CEC seperti yang dijelaskan dalam Räty et al . Untuk menentukan indeks nutrisi tanaman yang tersedia, ekstraksi aAAc (0,5 M CH 3 COONH 4 , pH 4,65) dilakukan dengan rasio tanah terhadap larutan 1:10 ( V / V ) dan waktu pengocokan 1 jam (Vuorinen dan Mäkitie 1955 ). Konsentrasi P (uji tanah P) dari ekstrak dianalisis dengan analisis injeksi aliran (Sistem Skalalar San++) sementara konsentrasi Ca, K dan Mg ditentukan menggunakan spektrometri emisi optik plasma yang digabungkan secara induktif (ICP-OES; Perkin Elmer Optima 8300).
2.3 Sifat dan Pengelolaan Tanah
Tanah mineral dalam studi ini mewakili lahan subur di pesisir selatan, pedalaman selatan, dan Finlandia tengah-timur. pH tanah, kandungan SOC, dan kation makronutrien yang mudah tersedia (Ca, Mg, K) dan P (Tabel 1 , Tabel S1 : Data S2 ) berada dalam kisaran yang dilaporkan dalam pemantauan nasional tanah subur (Heikkinen et al. 2013 ; Keskinen et al. 2016 ). Nilai median kation uji tanah saat ini sedikit lebih tinggi daripada rata-rata nasional, sedangkan nilai P uji tanah lebih rendah, terutama di tanah liat (Keskinen et al. 2016 ; Lemola et al. 2018 ). Kation uji tanah (aAAc, pH 4,65) berkorelasi kuat dengan kation yang dapat dipertukarkan (AAc, pH 7,0) karena sekitar 80% kation yang dapat dipertukarkan diekstraksi menggunakan prosedur uji tanah (Vuorinen dan Mäkitie 1955 ). Akibatnya, nilai kation yang dapat dipertukarkan digunakan dalam penelitian ini (untuk hasil menggunakan kedua metode, lihat Tabel S1 : Data S2 ).
| Variabel | Satuan | Minimum | Rata-rata | Maksimum |
|---|---|---|---|---|
| Tekstur | ||||
| Tanah Liat (< 0,002 mm) | % | angka 0 | 38 | 78 |
| Lumpur (0,002–0,02 mm) | % | 8 | 18 | 51 |
| Pasir (0,02–0,2 mm) | % | 6 | 21 | 81 |
| Pasir kasar (0,2–2 mm) | % | 1 | 5 | 40 |
| Kepadatan massal | gcm −3 | 1.0 | 1.4 | 1.8 |
| SOC | % | 1.3 | 3.1 | 9.1 |
| Rasio C ke N | 10.7 | 13.6 | 16.3 | |
| Rasio tanah liat terhadap C | angka 0 | 11.5 | 22.5 | |
| Tingkat keasaman (pH) | 5.1 | 6.2 | 7.0 | |
| Kapasitas pertukaran kation | cmol(+)kg −1 | 1.7 | 14.9 | 34.0 |
| Ca yang dapat dipertukarkan | cmol(+)kg −1 | 1.2 | 12.1 | 22.8 |
| Mg yang dapat ditukar | cmol(+)kg −1 | 0.3 | 2.3 | 12.0 |
| K yang dapat ditukar | cmol(+)kg −1 | 0.1 | 0.4 | 1.5 |
| Uji Tanah P | mg l -1 | 0.7 | 5.7 | 27.3 |
| Jumlah akar | cm −2 | 0,03 | 0,35 | 1.19 |
Untuk rezim air (kualitas hidrologi), ladang diklasifikasikan sebagai ‘buruk’ atau ‘memuaskan’ (Tabel 2 ). Penggunaan kapur dikelompokkan menjadi tiga kategori: ‘digunakan kurang dari 10 tahun lalu’, ’10–20 tahun lalu’, atau ‘lebih dari 20 tahun lalu’. Rotasi tanaman dikategorikan sebagai monokultur sereal, dengan sereal ditanam setidaknya 7 tahun dari sepuluh tahun, atau sistem diversifikasi, dengan sereal ditanam kurang dari 7 tahun dari sepuluh tahun. Pengelolaan pengolahan tanah diklasifikasikan sebagai pembajakan atau metode lain. Penggunaan pupuk organik, pencegahan penyakit tanaman, dan zat pengatur tumbuh diklasifikasikan sebagai ‘ya’ atau ‘tidak’. Efek dari variabel-variabel ini pada hasil diuji menggunakan uji- t untuk klasifikasi biner dan model campuran untuk tiga kategori seperti dalam kasus pengapuran menggunakan prosedur SAS EG 7.1.
| Variabel kategoris | Kelas dan jumlah observasi di dalamnya |
|---|---|
| Zona Budidaya | Pesisir selatan = 9, pedalaman selatan = 21, Finlandia tengah-timur = 13 |
| Tahun panen | Tahun 2016 = 16, tahun 2017 = 42 |
| Rotasi tanaman | Sereal yang berusia minimal 7 tahun dari sepuluh tahun = 27, sereal yang berusia kurang dari 7 tahun dari sepuluh tahun = 16 |
| Penggunaan pupuk organik | Tidak = 23, ya = 20 |
| Pengelolaan tanah musim gugur yang umum | Membajak = 22, lainnya = 21 |
| Pencegahan penyakit tanaman | Tidak = 21, ya = 22 |
| Pengatur pertumbuhan tanaman | Tidak = 36, ya = 7 |
| Pengapuran | Kurang dari 10 tahun lalu = 22, 10–20 tahun lalu = 12, lebih dari 20 tahun lalu = 9 |
| Rezim air | Buruk = 5, cukup = 38 |
| Variabel kontinyu | Median (min, maks) |
|---|---|
| Riwayat hasil, DM kg/ha | 4000 (1000, 6400) |
| Tingkat N, kg/ha | 99 (54, 180) |
| Laju P, kg/ha | 11 (0, 73) |
| Tingkat K, kg/ha | 35 (0, 168) |
| N dalam pupuk organik, kg/ha | 0 (0, 102) |
| P dalam pupuk organik, kg/ha | 0 (0, 30) |
Bahasa Indonesia: Praktik pengelolaan tanaman dan budidaya untuk bidang-bidang ladang dijelaskan dalam Tabel 2. Pembajakan musim gugur hingga kedalaman sekitar 20 cm merupakan praktik pengolahan tanah primer yang dominan di Finlandia tengah-timur. Residu jerami sereal terutama dimasukkan ke dalam tanah melalui pembajakan; namun, residu jerami juga diikat dan disingkirkan dari ladang ketika ada permintaan untuk penggunaannya sebagai bahan alas tidur untuk ternak. Di wilayah pesisir selatan dan pedalaman selatan, praktik pengolahan tanah konservasi seperti pengolahan tanah yang dikurangi dan pengeboran langsung lebih umum. Bubur susu digunakan secara luas di wilayah tengah-timur, dengan semua ladang stasiun penelitian dan setengah dari ladang petani memiliki riwayat aplikasi bubur tahunan atau hampir tahunan.
2.4 Model Prediksi Hasil Panen Gabah
Faktor-faktor yang berkontribusi terhadap hasil panen tahunan diselidiki menggunakan model efek campuran linier, dengan fokus utama pada peran SOC.
Hubungan antara lanau, lempung, kandungan SOC, pemupukan N, dan hasil awalnya dieksplorasi secara grafis. Beberapa model potensial dengan titik perubahan yang berbeda untuk lempung berkisar antara 30% hingga 45% diuji berdasarkan pengamatan dari analisis grafis, selain model dengan suku kuadrat untuk lempung. Selain itu, kami menguji semua model yang mungkin dengan satu suku interaksi. Model terbaik dipilih menggunakan Kriteria Informasi Akaike (AIC) setelah disesuaikan dengan estimasi kemungkinan maksimum, dan model akhir disesuaikan dengan estimasi kemungkinan maksimum terbatas (REML).
Pada model yang dipilih, hasil panen tahunan untuk lahan
diungkapkan sebagai
Penyesuaian model dan inferensi relevan dilakukan menggunakan paket R nlme (Pinheiro et al. 2022 ). Semua analisis statistik dilakukan menggunakan perangkat lunak statistik R (Tim Inti R 2022 ).
3 Hasil
3.1 Hasil Panen Gabah
Hasil panen biji-bijian dari petak ladang yang diteliti pada tahun 2016 dan 2017 berkisar antara 1197 hingga 9564 kg per hektar, dengan hasil rata-rata 4566 kg ha −1 pada tahun 2016 dan 4911 kg ha −1 pada tahun 2017 (Data S2 ). Pada tahun 2016, jelai merupakan tanaman yang paling umum ( n = 10), diikuti oleh gandum ( n = 5) dan oat ( n = 1). Pada tahun 2017, ketiga serealia terwakili secara lebih merata: jelai ( n = 15), oat ( n = 14), dan gandum ( n = 13).
Hasil gabah yang diperoleh dengan menggunakan metode rangka kuadrat 75 cm × 75 cm, dihitung berdasarkan hasil perontokan, dibandingkan dengan hasil yang diperoleh oleh pemanen petak percobaan (Data S3 , Gambar S1 ). Hubungan antara kedua teknik pengambilan sampel ini kuat (R 2 = 0,86; n = 24), yang mendukung validitas metode rangka kuadrat 75 cm × 75 cm untuk memperkirakan hasil panen.
3.2 Hubungan Antara Sifat Tanah, Pemupukan, dan Hasil Gabah
Korelasi yang signifikan secara statistik diamati antara hasil dan kandungan lempung dan lanau, serta Mg, K, dan CEC yang dapat dipertukarkan (Gambar 2 ). Karena kolinearitas antara lempung dan K, Ca, Mg, dan CEC yang dapat dipertukarkan, lempung dipilih sebagai variabel penjelas untuk model tersebut.
Pada kandungan lempung rendah, hasil panen tampak meningkat dengan meningkatnya lempung; namun, hubungan menjadi negatif pada kandungan lempung yang lebih tinggi, dengan hasil panen terendah tercatat dari ladang dengan kandungan lempung tertinggi (Gambar 3a ). Demikian pula, pada kandungan lanau rendah, hasil panen meningkat dengan meningkatnya kadar lanau, tetapi tren ini mencapai puncaknya pada kandungan lanau yang melebihi 20% (Gambar 3b ). Hubungan antara lanau dan hasil panen terkait erat dengan kandungan lempung tanah. Ketika kandungan lempung di bawah sekitar 30%–40%, korelasi positif dengan kadar lanau dan hasil panen dapat diamati. Namun, pada kandungan lempung yang melebihi 30%–40%, hubungan antara lanau dan lempung menjadi negatif (Gambar 4c ). Akibatnya, kandungan lanau terendah diukur pada tanah lempung tinggi, yang juga menghasilkan hasil panen terendah.
Data yang mencakup semua jenis tanah dengan pemupukan N yang bervariasi tidak menunjukkan korelasi langsung antara hasil dan SOC (Gambar 2 dan 5b ) dan tanah dengan SOC tertinggi tampaknya menghasilkan hasil yang lebih rendah daripada tanah dengan SOC yang lebih rendah (Gambar 5b ). Sebaliknya, korelasi positif diamati antara kandungan lempung dan SOC (Gambar 4a ). Tidak adanya hubungan yang signifikan antara hasil dan SOC di tanah lempung tinggi mencerminkan hubungan negatif antara hasil dan kandungan lempung di tanah ini (Gambar 3a ).
Di antara faktor-faktor yang terkait dengan pemupukan dan cuaca (termasuk data dari tahun 2017 dan 2018), hanya tingkat pemupukan N yang menunjukkan korelasi positif dengan hasil panen ( r = 0,56) (Gambar 5a ). Tidak ada korelasi yang diamati antara tingkat pemupukan P dan K dan hasil panen. Anehnya, meskipun musim semi sangat kering pada tahun 2016 dan 2017, curah hujan pada bulan Mei dan Juni berkorelasi negatif dengan hasil panen ( r = −0,35). Namun, jumlah suhu efektif (∑(T-5°C)) dari Mei hingga Agustus dan curah hujan dari Juli hingga September tidak terkait secara signifikan dengan tingkat hasil panen.
Mengenai manajemen ladang, hasil yang lebih tinggi dikaitkan dengan rotasi tanaman yang melibatkan kurang dari tujuh tanaman sereal dalam 10 tahun ( p = 0,040), pengapuran baru-baru ini (dalam 10 tahun terakhir dibandingkan dengan pengapuran lebih dari 20 tahun yang lalu, p = 0,009), rezim air ladang yang menguntungkan ( p = 0,008), dan penggunaan zat pengatur tumbuh ( p = 0,038) dan fungisida ( p = 0,018) (Tabel S1 : Data S4 ). Di antara faktor-faktor manajemen ini, pengapuran baru-baru ini dan penggunaan zat pengatur tumbuh dan fungisida sedikit dikaitkan dengan tingkat pupuk N yang lebih tinggi ( p <0,10, Tabel S1 : Data S4 ). Pemupukan N yang lebih tinggi kemungkinan diterapkan pada ladang dengan potensi hasil yang lebih besar karena investasi baru-baru ini, seperti pengapuran. Selain itu, tindakan untuk mencegah penyakit jamur berkontribusi untuk mewujudkan potensi hasil ini.
3.3 Model Prediksi Hasil Panen Gabah
Hasil dari model prediksi efek campuran untuk hasil gabah disajikan dalam Tabel 3. Berdasarkan model linier campuran, efek SOC yang diestimasikan pada hasil gabah adalah 342 ± 100 kg ha -1 per 1 poin persentase peningkatan SOC ( p = 0,0031). Di sini, efek positif SOC pada hasil gabah terlihat jelas, sedangkan kandungan lempung, parameter tanah lainnya dalam model, memiliki efek negatif pada kandungan lempung di atas 40% (-33,9 kg ha -1 per 1 poin persentase peningkatan lempung, p = 0,0031). Di antara parameter pengelolaan lahan, laju pemupukan N menunjukkan efek positif yang signifikan pada hasil gabah (56,6 ± 9,7 kg ha -1 per kg N ha -1 peningkatan pemupukan, p < 0,0001). Meskipun penyertaan rotasi tanaman meningkatkan kualitas model, perbedaan antara rotasi tidak signifikan secara statistik.
| Variabel | Perkirakan a | Laut | hal |
|---|---|---|---|
| Efek tetap | |||
| Kategoris | |||
| Tanaman, kg DM ha −1 | |||
| Intersepsi (Oat) | -2648 | tahun 1164 | 0,0296* |
| Jelai | tahun 1062 | 354 | 0,0077** |
| Gandum | 632 | 381 | 0.1145 |
| Rotasi tanaman, kg DM ha −1 | 601 | 409 | 0.1514 |
| Kontinu | |||
| Pemupukan, kg DM kgN −1 | 56.6 | 9.7 | < 0,0001*** |
| Tanah Liat 40 , kg DM ha −1 tanah liat(%) −1 | -33,9 | 15.7 | 0,0448* |
| SOC, kg DM ha −1 SOC(%) −1 | 342 | 100 | 0,0031** |
| Efek acak | |||
| Memblokir | bilangan σ = 783 | ||
| Sisa | bilangan σ = 735 | ||
| Kualitas yang pas | |||
| Rmar2/Rcon2 B | 0,65/0,83 | ||
Singkatan: SE, Kesalahan standar. a Untuk efek tetap P < 0,05 (*), p < 0,01 (**), p < 0,001 (****). b Nilai R 2 marginal/ nilai R 2 bersyarat .
Dalam kumpulan data ini, hasil panen barley rata-rata 1062 kg ha −1 lebih tinggi daripada hasil panen oat, sedangkan hasil panen gandum rata-rata 632 kg ha −1 lebih tinggi daripada hasil panen oat, meskipun perbedaan yang terakhir tidak signifikan secara statistik. Hasil panen yang disesuaikan dan hasil panen yang diamati menunjukkan kesesuaian yang cukup baik di seluruh distribusi hasil panen yang diamati, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 6 , dengan nilai R 2 bersyarat sebesar 0,83.
Ketika riwayat hasil panen dimasukkan dalam model, estimasi efek positif dari peningkatan satu poin persentase dalam SOC pada hasil gabah adalah 316 ± 92 kg ha −1 ( p = 0,0035). Kandungan lempung di atas 40% memiliki efek negatif pada hasil panen (−42,0 ± 14,8 kg ha −1 , p = 0,0113), sedangkan efek tingkat pupuk N tetap positif (48,2 ± 9,4 kg ha −1 per kg N ha −1 , p < 0,0001). Riwayat hasil panen memiliki estimasi efek 0,399 ± 0,132 kg per kilogram hasil panen historis ( p = 0,0076). Nilai R2 kondisional untuk model ini adalah 0,86, yang menunjukkan bahwa temuannya kuat dan tidak sensitif terhadap asumsi model.
4 Diskusi
Model statistik menunjukkan respons hasil positif yang jelas terhadap SOC dengan estimasi peningkatan 342 kg ha −1 ± 100 kg ha −1 per satu poin persentase peningkatan SOC. Respons ini diamati ketika memperhitungkan efek terpenting dari jenis tanah (kandungan lempung) dan pengelolaan tanaman (tingkat pupuk N). Estimasi peningkatan hasil per satu poin persentase peningkatan SOC sesuai dengan sekitar 10% dari tingkat hasil rata-rata nasional, yang masih relatif sederhana. Pada kandungan lempung yang melebihi 40%, lempung memiliki efek negatif pada hasil, dengan hasil yang menunjukkan bahwa tanah dengan kandungan lempung 10 poin persentase lebih tinggi memerlukan satu poin persentase lebih tinggi SOC untuk mencapai hasil yang setara dengan tanah lempung rendah. Menyertakan efek tanaman serealia yang berbeda mengurangi variasi dalam model tetapi memberikan estimasi yang lebih mencerminkan kumpulan data yang digunakan daripada tingkat hasil umum serealia musim semi yang dibudidayakan di Finlandia. Model statistik menunjukkan kecocokan yang kuat, dengan nilai R2 sebesar 0,83 dan 0,86 dengan dan tanpa riwayat hasil, masing-masing.
Selama dua tahun studi, tingkat hasil panen yang diukur secara umum lebih tinggi daripada yang dilaporkan untuk serealia musim semi dalam statistik resmi Finlandia untuk wilayah studi pada tahun 2016 dan 2017 (Data S2 ; OSF 2018a ). Pada tahun 2016, dua dari 15 ladang menghasilkan hasil panen yang lebih rendah daripada statistik regional, sedangkan pada tahun 2017, variabilitas antar ladang meningkat, dan sepuluh dari 42 ladang menghasilkan hasil panen yang lebih rendah daripada nilai rata-rata regional. Dalam statistik resmi, perbedaan tingkat hasil panen rata-rata antara spesies serealia kecil, dengan hasil panen yang secara umum menurun ke arah Finlandia bagian tengah-timur.
Data hasil panen dalam studi ini menunjukkan variasi antartahunan dan regional. Bertentangan dengan tren nasional, wilayah tengah-timur menunjukkan hasil panen barley rata-rata yang relatif tinggi dibandingkan dengan wilayah pedalaman selatan pada kedua tahun tersebut. Di wilayah pesisir selatan, gandum musim semi dominan dibudidayakan, dan hasil panen gandum lebih tinggi dibandingkan di wilayah lain. Pada kedua tahun studi, Mei mengalami kondisi yang sangat kering. Kekeringan awal musim panas sering kali menyebabkan penurunan yang tidak dapat dipulihkan dalam potensi hasil sereal musim semi di bawah pertanian tadah hujan di Finlandia Selatan (Peltonen-Sainio et al. 2021 ). Akibatnya, variasi regional dalam tingkat hasil panen rata-rata sebagian mungkin mencerminkan perbedaan dalam pola presipitasi selama periode kritis pertumbuhan tanaman.
Banyak penelitian telah mengeksplorasi hubungan antara SOC dan produktivitas tanah (Lal 2020 ). Meskipun beberapa melaporkan tidak ada efek atau bahkan penurunan hasil panen dengan peningkatan SOC (Kirchmann et al. 2020 ; Jordon et al. 2022 ), mayoritas menunjukkan hubungan positif antara SOC dan hasil panen. Dalam meta-analisis global, Oldfield et al. ( 2019 ) menemukan bahwa SOC meningkatkan hasil panen hingga konsentrasi 2%, setelah itu hubungan positif mulai mendatar. Dalam studi Eropa yang lebih baru, Campos-Cális et al. ( 2024 ) melaporkan efek positif SOC pada hasil panen sereal menjadi mendatar setelah 1,4%.
Tanah pertanian boreal biasanya kaya akan SOC dengan konsentrasi lapisan tanah atas berkisar antara 2% hingga 5% (Heikkinen et al. 2022 ), melebihi batas kritis yang dinilai secara global sebesar 2%. Studi saat ini menunjukkan bahwa dalam kondisi boreal dan di tanah liat tinggi, SOC secara positif memengaruhi tingkat hasil bahkan di tanah dengan kandungan SOC yang relatif tinggi. Tingkat SOC yang diamati dalam studi ini rata-rata 3,1% dan sebagian besar di atas 2% (lihat Tabel 1 , Gambar 5 ). Temuan ini sejalan dengan temuan Riley dan Bakkegard ( 2006 ), yang mengamati peningkatan hasil panen hingga konsentrasi SOC 6% di Norwegia. Namun, hasil kami kontras dengan temuan Kirchmann et al. ( 2020 ), yang melaporkan hubungan negatif antara SOC dan hasil panen di Swedia, meskipun iklim dan jenis tanahnya serupa. Kirchmann et al. ( 2020 ) menyarankan bahwa hubungan negatif ini kemungkinan besar disebabkan oleh pH yang lebih rendah di tanah yang kaya SOC. Demikian pula, sebuah studi berbasis model oleh Ghaley et al. ( 2018 ) di Denmark menemukan bahwa peningkatan kandungan SOC hanya menguntungkan hasil panen gandum di tanah yang kekurangan nutrisi. Temuan ini menyoroti pentingnya interkorelasi antara SOC dan parameter tanah lainnya dalam pembentukan hasil panen, serta perlunya mempertimbangkan faktor iklim dan tekstur tanah saat menentukan kadar SOC yang cukup untuk tanah subur yang produktif.
Mineral lempung dan partikel seukuran lempung berkontribusi signifikan terhadap CEC tanah, mendukung retensi dan ketersediaan nutrisi kationik yang penting untuk kesuburan tanah. Namun, menurut model kami, kandungan lempung yang melebihi 40% memiliki efek yang semakin negatif pada hasil panen. Ini menunjukkan bahwa pada tanah dengan kandungan lempung yang tinggi, manfaat partikel seukuran lempung lebih kecil daripada tantangan lainnya. SOC mendukung produktivitas tanah dengan berfungsi sebagai reservoir N utama. Dekomposisi mikroba SOM menghasilkan pelepasan N yang tersedia bagi tanaman secara terus-menerus (Jarvis et al. 1996 ). Inkubasi laboratorium oleh Soinne et al. ( 2021 ) menunjukkan bahwa mineralisasi N menurun dengan meningkatnya rasio lempung/SOC, yang menunjukkan bahwa kandungan lempung memainkan peran penting dalam mengatur ketersediaan N organik untuk mineralisasi. Demikian pula, Soinne et al. ( 2021 ) melaporkan bahwa, tanpa adanya pemupukan N, lahan dengan rasio lempung/SOC yang tinggi menghasilkan hasil panen yang lebih rendah daripada lahan dengan SOC yang lebih tinggi relatif terhadap kandungan lempung. Jika pengaruh SOC terhadap produktivitas tanah semata-mata disebabkan oleh pengaruhnya terhadap ketersediaan N, maka pemupukan N diharapkan dapat mengompensasi kehilangan hasil panen pada tanah dengan rasio lempung/SOC yang tinggi. Akan tetapi, bahkan dengan pemupukan N, Soinne dkk. ( 2021 ) menemukan bahwa lahan-lahan tersebut tetap menghasilkan hasil panen yang lebih rendah. Hal ini menunjukkan bahwa faktor-faktor lain, seperti struktur tanah yang buruk yang terkait dengan tanah yang memiliki lempung/SOC yang tinggi, juga berkontribusi terhadap penurunan produktivitas.
Pada tanah lempung, porositas tekstur, yang ditentukan oleh ruang pori antara partikel primer, sebagian besar terdiri dari pori-pori berskala mikrometer. Menurut Kutílek ( 2004 ), pori-pori submikroskopis ini dapat menghalangi pembentukan jalur aliran air atau gugusan molekul air fluida. Pori-pori tersebut terlalu kecil untuk mendukung produksi primer, sehingga memerlukan pengembangan sistem pori sekunder (struktural) agar tanah lempung dapat berfungsi secara efektif (Hajnos et al. 2006 ) Bahan organik tanah (SOM) memainkan peran penting dalam pembentukan pori-pori struktural ini melalui agregasi dan stabilisasi struktur tanah (Chaney dan Swift 1984 ; Tisdall dan Oades 1982 ; Soinne et al. 2016 ). Kekeringan atau genangan air di awal musim (dievaluasi berdasarkan curah hujan rendah (0–18,2 mm) atau tinggi (33,7–122,4 mm) 0–3 minggu setelah tanam) telah terbukti memiliki efek negatif yang jelas pada hasil panen barley dalam kondisi cuaca Finlandia (Hakala et al. 2012 ). Sensitivitas terhadap presipitasi setelah tanam kemungkinan diperparah pada tanah liat dengan sistem pori yang tidak mendukung infiltrasi dan perkolasi cepat. Menurut Soinne et al. ( 2023 ), pada tanah liat, volume pori yang dapat dikeringkan oleh gravitasi berhubungan positif dengan SOC, yang menunjukkan berkurangnya risiko kejenuhan tanah permukaan pada tanah liat dengan SOC tinggi. Lebih jauh, Soinne et al. ( 2016 ) sebelumnya menunjukkan bahwa kandungan liat yang lebih tinggi membutuhkan SOC yang lebih besar untuk menstabilkan struktur tanah dan mengurangi dispersi partikel liat. Selain itu, rasio lempung terhadap SOC telah diusulkan sebagai indikator kualitas dan produktivitas tanah (Dexter et al. 2008 ; Johannes et al. 2017 ; Prout et al. 2021 ; Soinne et al. 2021 ). Temuan ini mendukung hasil kami, yang menunjukkan bahwa hubungan antara SOC dan hasil tidaklah langsung. Pada tanah bertekstur halus, kadar SOC yang lebih tinggi diperlukan untuk mencapai produktivitas yang sebanding dengan tanah dengan kandungan lempung yang lebih rendah.
Di antara nutrisi pupuk, hasil sereal biasanya menunjukkan respons tertinggi terhadap pupuk N. Dalam kumpulan data ini, respons hasil yang diestimasikan terhadap N adalah 56,6 kg ha -1 per 1 kg pupuk N yang diaplikasikan. Efisiensi agronomi N ini lebih tinggi daripada nilai yang dilaporkan sebelumnya, seperti 20–30 kg DM ha -1 per 1 kg N oleh Sylvester-Bradley dan Kindred ( 2009 ) atau 14–35 kg DM ha -1 per 1 kg N yang dilaporkan oleh Muurinen et al. ( 2007 ). Namun, penting untuk dicatat bahwa dalam studi ini petani telah mengoptimalkan tingkat aplikasi N berdasarkan hasil yang diharapkan (riwayat hasil). Selain itu, penggunaan input seperti fungisida dan pengatur tumbuh sering kali bergantung pada tingkat produksi yang diantisipasi. Dengan demikian, tingkat pemupukan N mencerminkan harapan petani terhadap kinerja lapangan dan terkait erat dengan investasi lain yang dilakukan untuk mempertahankan atau meningkatkan produktivitas. Selain itu, tingkat pupuk N yang tinggi umumnya digunakan oleh petani Finlandia yang ingin menghasilkan biji-bijian berkualitas tinggi (Salo et al. 2007 ).
Banyak tanah dalam penelitian ini memiliki kandungan P yang tersedia bagi tanaman yang relatif rendah di lapisan bajak. Dalam survei Norwegia, Grønlund et al. ( 2006 ) mengamati hubungan positif antara kandungan P uji tanah dan hasil panen, yang menunjukkan defisiensi P pada kadar P tanah yang rendah. Demikian pula, dalam penelitian ini, nilai P uji tanah sering kali di bawah tingkat ambang batas 6 dan 10 mg P aAAc l −1 untuk tanah liat dan tanah bertekstur kasar, masing-masing, di bawah mana respons hasil positif terhadap pemupukan P diharapkan (Valkama et al. 2011 ). Meskipun demikian, tidak ada hubungan yang diamati antara uji tanah P dan hasil sereal. Akibatnya, uji tanah P tampaknya bukan merupakan faktor pembatas hasil.
Variabel rotasi tanaman dipertahankan dalam model statistik karena variabel tersebut meningkatkan kesesuaian model akhir (Tabel 3 ), meskipun efek positifnya pada hasil serealia dalam kumpulan data ini tidak signifikan secara statistik. Efek positif dari rotasi tanaman yang terdiversifikasi pada hasil sudah mapan dalam berbagai kondisi pertumbuhan (misalnya, Bowles et al. 2020 ; Dias et al. 2015 ; Jalli et al. 2021 ; Zhao et al. 2020 ). Peningkatan hasil yang terkait dengan rotasi tanaman bergantian dibandingkan dengan monokultur atau rotasi pendek telah dikaitkan dengan beberapa faktor, termasuk perbaikan dalam struktur tanah, aktivitas mikroba dan ketersediaan nutrisi (terutama N), serta pengurangan tekanan hama serangga, penyakit tanaman dan gulma. Selain itu, rotasi yang beragam dapat mengurangi keberadaan agen pemacu atau penghambat pertumbuhan di dalam tanah (Berzsenyi et al. 2000 ; Bullock 1992 ). Rotasi tanaman yang beragam juga dapat meningkatkan hasil melalui dampaknya terhadap SOC, terutama bila tanaman tahunan disertakan (Anderson-Teixeira et al. 2013 ; King dan Blesh 2018 ; Sainju et al. 2017 ).
5 Kesimpulan
Karena pengaruhnya yang luas pada fungsi tanah, SOC diharapkan dapat meningkatkan produktivitas tanah pertanian mineral. Sebelumnya, hubungan positif antara hasil panen dan SOC telah diamati pada konsentrasi SOC hingga 2%, di mana hubungan tersebut mulai mendatar (Oldfield et al. 2019 ). Namun, dalam kondisi boreal, hasil kami menunjukkan hubungan positif antara tingkat hasil panen dan SOC bahkan di tanah dengan kandungan SOC yang relatif tinggi (1,3%–9,1%). Perkiraan perubahan hasil panen yang dihasilkan dari perubahan satu poin persentase di SOC relatif sederhana, pada 342 kg ha −1 , dan secara keseluruhan, pemupukan N—yang terkait positif dengan praktik pengelolaan lainnya—muncul sebagai faktor utama yang mengatur hasil panen di tanah-tanah SOC tinggi ini. Di tanah dengan kandungan lempung melebihi 40%, efek positif SOC pada hasil panen berkurang atau bahkan dapat diimbangi oleh dampak negatif dari kandungan lempung yang tinggi pada produktivitas tanah. Akibatnya, pada tanah bertekstur halus (lempung > 40%), diperlukan tambahan satu poin persentase SOC untuk setiap peningkatan 10 poin persentase pada kandungan lempung guna mencapai produktivitas yang sama dengan tanah dengan kandungan lempung yang lebih rendah. Hasil kami menyoroti pentingnya faktor iklim dan tekstur tanah dalam menentukan tingkat SOC yang cukup untuk tanah mineral yang dapat ditanami secara produktif.
Leave a Reply