Mempopulerkan Super Water Absorbent (SWA) sebagai Strategi Adaptasi dan Mitigasi Perubahan Iklim untuk Pertanian Indonesia Berkelanjutan  

Ditulis Oleh Ade Brian Mustafa

Saat ini, umat manusia tengah dihadapkan pada peluang krisis pangan yang sudah, sedang, dan akan terjadi diseluruh dunia karena dampak dari perubahan iklim, salah satunya adalah pergeseran iklim dan cuaca, pola curah hujan yang tidak menentu, maupun meningkatnya temperatur global. Sebagai dampaknya, tanaman pangan maupun hortikultura dapat mengalami ancaman berupa cekaman lingkungan dimana suhu tinggi ataupun curah hujan yang tidak menentu dapat mempengaruhi ketersediaan air yang dapat diserap oleh perakaran tanaman. Hal lainnya adalah penurunan produktivitas tanaman dan dapat menyebabkan volatilitas harga suatu produk. Lebih lanjut, kondisi ini dapat mempengaruhi pemenuhan pangan dan kecukupan gizi seseorang melalui makanan yang dikonsumsinya.

Sebagai salah satu solusi, dalam beberapa tahun terakhir telah banyak usaha yang dilakukan untuk mengatasi permasalahan diatas, seperti rekayasa rumah kaca (greenhouse), desalinasi air laut, pembangunan jaringan irigasi dan lain sebagainya. Namun, ada aspek mikro yang sering terabaikan, yakni sifat fisik tanah dan fisologis tanaman. Stress air dapat mengganggu aktifitas fisiologis dan morfologis tanaman sehingga dapat menghambat pertumbuhan dan mengurangi hasil tanaman. Peningkatan frekuensi irigasi seringkali menjadi solusi pertama, namun metode tersebut tidak efisien dalam mempertahankan pasokan air pada zona perakaran serta dapat meningkatkan biaya tenaga kerja. Penggunaan SWA (Super Water Absorbent) dapat menjadi solusi alternatif dalam meningkatkan efisiensi penggunaan air pada zona perakaran.

Apa itu SWA? Sebenarnya SWA adalah nama saintifik lain dari SAPs (Superabsorbent Polymers) adalah molekul polimer hidrofilik ringan tiga dimensi yang mampu menyerap air dalam jumlah besar bahkan dibawah tekanan tertentu dan mampu mengembang (swelling) sampai 1000 kali dari ukuran dan berat aslinya sambil mempertahankan struktur dimensi fisiknya. SAPs berbentuk kristal kering kecil yang dapat menyerap air seperti spons. Ketika SAPs dimasukkan di dalam tanah dan terjadi kontak langsung dengan air, maka butiran SAPs akan menyerap air tersebut sampai kondisi equilibrium antara dalam dan luar lingkungan SAPs. SAPs yang diaplikasikan di tanah menjadi miniatur tempat penyimpanan air bahkan nutrisi pada zona perakaran. Air yang tersimpan akan dilepaskan sesuai dengan permintaan akar melalui perbedaan tekanan osmosis (Ekebafe et al. 2011). Dengan demikian, pertumbuhan tanaman dapat ditingkatkan dan persediaan air dapat terjaga.

Kapasitas SAPs menahan air tergantung pada tekstur tanah, jenis dan ukuran partikel SAPs dan salinitas larutan tanah dan adanya ion (Ekebafe et al. 2011). Menurut Dhabi et al. (2014) tanah dengan permeabilitas (kemampuan melalukan air) yang tinggi dan kapasitas menahan air yang rendah seperti pasir (tanah berpasir, atau umumnya porous) memberikan waktu yang sedikit bagi SAPs untuk menyerap air. Tekstur tanah lempung dengan permeabilitas dan kapasitas menahan air yang medium memberikan keuntungan SAPs untuk menyerap air dan mengembang, sedangkan untuk tekstur tanah debu dan liat hanya memberikan waktu SAPs untuk menyerap air namun sedikit memberi ruang untuk mengembang dikarenakan proporsi pori mikro tanah yang lebih tinggi dibandingkan pori makro tanah. Penggunaan SAPs bersamaan dengan tipe irigasi yang tepat dapat menjadi solusi dalam peningkatan efisiensi pemakaian SAPs dengan berbagai tekstur tanah.

Menurut Ekebafe et al. (2011) kapasitas SAPs dalam menahan air dapat berkurang secara signifikan apabila air sebagai sumber irigasi mengandung garam terlarut tingkat tinggi (Mg2+, Ca2+, Fe2+). Kation divalen ini menghasilkan interaksi yang kuat dengan gel polimer dan mampu menggantikan air yang terjebak dalam polimer. Meskipun kation monovalen (Na+) juga dapat menggantikan molekul air, namun pengaruhnya tidak begitu jelas seperti pasangan divalen karena prosesnya dapat dibalik sepenuhnya dengan air deionisasi secara berulang-ulang. Bagheri dan Afraisab (2013) juga menyatakan bahwa kadar garam terlarut pada air irigasi dapat meningkatkan bobot isi, penurunan porositas tanah dan konduktivitas hidrolik karena ada cakupan penyerapan air yang kurang dalam medium air ion dan oleh karena itu SAPs tidak boleh digunakan dengan air garam.

SAPs dapat mempengaruhi sifat fisik tanah yaitu meningkatkan porositas tanah dan kapasitas memegang air, menurunkan bobot isi tanah, meningkatkan aerasi tanah, meningkatkan kadar air tanah dan kelembaban tanah (Dehkordi 2016). Sifat kimia tanah yang dipengaruhi oleh SAPs yaitu penurunan pH, peningkatan CEC, peningkatan bahan organik,meningkatkan ketersediaan N, P dan K di tanah, menurunkan C/N rasio (El-Said et al. 2016; Parvathy et al. 2014). Sifat biologi tanah yaitu meningkatkan total populasi bakteri, fungi, actinomycetes, Azotobacter, bakteri pelarut fosfat, peningkatan respirasi tanah dan biomasa karbon mikroba (El-Said et al. 2016; Li et al. 2014). Selain mempengaruhi sifat-sifat tanah, penggunaan SAPs juga dapat mengurangi frekuensi penyiraman, mengurangi erosi dan air aliran permukaan (Dehkordi 2016). Saat ini, biodegradabilitas bahan SAPs menjadi fokus penting penelitian dalam pembuatan SAPs yang ramah lingkungan sebab menurut Dehkordi (2016) awalnya SAPs terbuat dari polimer sintetik berdasar bahan petrolium sehingga harga produksinyaa mahal dan tidak ramah lingkungan. Berbagai produk SAPs yang terbuat dari polimer alami yang ramah lingkungan dan terbarukan telah diteliti dan diaplikasikan yaitu pati (Parvathy et al. 2014), selulosa (El Hady et al. 2011), kitosan (Zhang et al. 2007), getah tanaman karet (Li et al. 2014) dan gelatin. Nnadi (2012) telah membuktikan bahwa SAPs sensitif terhadap aksi sinar ultraviolet dengan cara merusak ikatan polimer sehingga menurunkan polimer menjadi oligomer (molekul dengan ukuran yang jauh lebih kecil). Poli-akrilat (jenis SAPs pertanian) ini menjadi jauh lebih peka terhadap proses degradasi mikrobiologi aerob dan anaerobik.

Lantas apa perbedaan antara SWA dengan SAPs? Super Water Absorbent (SWA) adalah salah satu SAPs (Superabsorbent Polymers) hasil produksi dari Laboratorium Bahan Industri Bidang Proses Radiasi; Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) yang terbuat dari pati (starch/amilum) Singkong. Pati (starch/amilum) singkong adalah salah satu polisakarida yang paling banyak digunakan dalam produksi SAPs dan polimer karbohidrat alami kedua yang paling melimpah di alam setelah selulosa (Guilherme et al. 2015). Selain diperoleh dari sumber terbarukan, polisakarida ini menawarkan keuntungan penting lainnya seperti biaya rendah, kemudahan modifikasi kimia, kemampuan untuk mengganti beberapa polimer sintetis, ketahanan mekanik dan plastisitas yang baik, dan sebagainya. BATAN (Badan Tenaga Nuklir Nasional) Indonesia telah mengembangkan penelitian mengenai pemanfaatan pati singkong ini untuk dijadikan sebagai water absorbent dengan melakukan cross-linking antara pati singkong dengan KOH dan asam akrilat dengan perbandingan 1:0.6:2. Hasil cross-linking ini kemudian diberi radiasi sinar gamma dengan dosis 10 kGy. Berdasarkan hasil penelitian Jatnika (2013) SWA pati singkong mampu meningkatkan kemampuan tanah menahan air lebih banyak dibandingkan tanah tanpa SWA pati singkong.

Penggunaan SAPs berdasar polimer alami yang ramah lingkungan dan terbarukan untuk mengurangi kehilangan air tanah dan meningkatkan hasil panen tanaman tidak berdampak negatif terhadap lingkungan tanah. Hal tersebut dibuktikan dengan adanya hasil beberapa penelitian yaitu peningkatan populasi total bakteri tanah, fungi tanah dan aktinomicetes lebih tinggi dibandingkan tanpa perlakuan SAPs (El-Saied et al. 2016; Parvathy et al. 2014; El- Hady et al. 2011), peningkatan respirasi tanah dan biomassa karbon (Li et al. 2014), serta peningkatan bakteri Azotobacter dan bakteri pelarut fosfat (El-Saied et al. 2016; El-Hady et al. 2011). Mikroba tanah (bakteri, fungi, aktinomisetes) memainkan peranan yang sangat penting pada proses humifikasi dan mineralisasi bahan organik tanah sehingga menjadi unsur-unsur hara yang tersedia untuk pertumbuhan tanaman (Widyati 2013). Semakin tinggi populasi mikroba tanah maka semakin tinggi aktivitas biokimia dalam tanah dan semakin tinggi pula indeks kualitas tanah (Karlen et al. 2006). Menurut BIS (2010) jumlah dan aktivitas mikroba tanah sangat dipengaruhi oleh faktor biotik dan abiotik setempat. Peningkatan populasi mikroba tanah dan fungi tanah yang dipengaruhi oleh adanya pemberian SWA diduga karena meningkatnya kadar air tanah yang dipengaruhi oleh adanya SWA sehingga dapat meningkatkan kelembaban tanah. Menurut Hanafiah (2007) saat kondisi kelembaban dan kadar air tanah tinggi, perkembangan dan aktivitas bakteri tanah akan maksimum dan akan menurun pada kondisi kering dan sangat tertekan pada kondisi kadar air titik layu permanen.

Kadar air tanah media tanam merupakan salah satu faktor lingkungan yang mempengaruhi kebutuhan air bagi tanaman dan ekologi tanah sekitar perakaran. Hasil riset yang dilakukan oleh Ambarsari (2018) menunjukkan bahwa perlakuan dosis SWA dan frekuensi penyiraman secara tunggal nyata serta interaksi keduanya nyata mempengaruhi kadar air tanah. Penerapan hidrogel di lahan pertanian terbukti mampu meningkatkan retensi air dalam tanah karena air yang terbuang di luar zona perakaran mampu diserap oleh material hidrogel dan kemudian dapat digunakan kembali sampai dengan 95% dari air yang tersimpan dalam hidrogel (Hariadi 2012). Menurut Ekebafe et al. (2011) air yang tersimpan di dalam SAPs umumnya akan keluar secara perlahan sampai mencapai equilibrium antara dalam dan luar lingkungan SAPs apabila kondisi di luar lingkungan dimensi SAPs lebih kering daripada di dalam SAPs. Berdasarkan mekanisme dari kinerja SWA tersebut, maka kadar air tanah media tanam dan kelembaban tanah dapat terjaga.

Melalui penerapan SWA berbasis biopolimer singkong, aspek keberlanjutan yang diperoleh meliputi pemanfaatan limbah singkong sebagai material bermanfaat untuk mendukung pertumbuhan tanaman pertanian utamanya menghadapi tantangan perubahan iklim yang semakin nyata. Penulis yakin, melalui integrasi multi-sektor dan disseminasi informasi kepada masyarakat, dimasa depan, SWA bisa menjadi alternatif spesifik lokasi dan kondisi untuk pengarusutamaan kemandirian dan kedaulatan pangan nasional dan/atau global. Khususnya untuk masyarakat Indonesia yang resilience terhadap tantangan penyediaan pangan nasional, dan, ibarat mozaik yang saling melengkapi untuk kehidupan yang lebih baik.

Referensi

• [BIS] Bio Intelligence Service Europe Commision. 2010. Soil Biodiversity: Functions, Threats and Tools for Policy Makers; Technical Reports 2010 [Internet]. [diunduh 2017 Mar 12]. Tersedia pada: www.biois.com/soilbiodiversity/231_html.
• Ambarsari E. 2018. Pengaruh SWA (Super Water Absorbent) Pati Singkong terhadap Pertumbuhan Caisim (Brassica juncea L.) dan Populasi Mikroba Tanah [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
• Bagheri H, Afraisab P. 2013. The effect of Superabsorbent, vermicompost and different levels of irrigation water salinity on soil satured hydraulic conductivity and porosity and bulk density. Intl Res J Appl Basic Sci. 4 (8): pp 2381-2388.
• Dehkordi K. 2016. The effects of Superabsorbent on soils and plants. Pertanika J Trop Agric Sci. 39 (3): pp 267-298.
• Dhabi R, Bhatt N, Pandit B. 2014. Effect on absorption rate of agricultural super absorbent polymers under the mixer of soil and different quality of irigation water. IJERT. 3 (1): pp 1402-1406.
• Ekebafe LO, Ogbeifun DE, Okieimen FE. 2011. Polymer applications in agricultural. Biochemistri. 23 (20): pp 81-89.
• El Saied H, El Hady OA, Basta AH, El Dewiny CY, Abo Sedera SA. 2016. Biochemical properties of sandy calcerous soil treated with rice straw based hydrogel. J Saudi Soc Agric Sci. 15: pp 188-194. doi:10.1016/j.jssas.2014.11.004.
• Hanafiah KA. 2007. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta (ID): Raja Grafindo Persada.
• Hariadi S. 2012. Teknologi nano untuk pertanian: aplikasi hidrogel untuk efisiensi irigasi. Jurnal Sumberdaya Lahan. 6 (1): pp 1-8.
• Jatnika D. 2013. Pemanfaatan water absorbent untuk meningkatkan retensi air tanah dan petumbuhan tanaman jagung (Zea mays L.) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
• Karlen DL, Hurley EG, Malariano AP. 2006. Crop rotation on soil quality at three northem corn/soyben belt location. Agron J. 98: pp 484-495.
• Karlen DL, Hurley EG, Malariano AP. 2006. Crop rotation on soil quality at three northem corn/soyben belt location. Agron J. 98: pp 484-495.
• Li Xi, He Ji-Z, Hughes JM, Liu YR, Zheng YM. 2014. Effect of superabsorbent polymers on soil-wheat (Triticum aestivum L.) system in the field. J Appl Soil Ecol. 73 : pp 58-63.doi: 10.1016/j.apsoil.2013.08.2005.
• Parvathy PC, Jyothi AN, John KS, Sreekumar J. 2013. Cassava starch based superaborbent polymer as soil conditioner: impact on soil physico-chemical and biological properties and plant growth. J Clean Soil Air Water. 42 (9999): pp 1-8. doi:10.1002/clen.201300143.
• Zhang JP, Wang Q, Wang QA. 2007. Synthesis and characterization of chitosan-poly (acrylic acid)/attapulgite superabsorbent composites. Carbohydrate Polymers. 68 (2): pp 367-374.