Jasa Ekosistem dalam Sistem Permakultur (Bagian 1)
Pondasi permakultur terinspirasi dari obervasi proses natural. Sebagai sebuah sistem berbasis pendekatan, desainer permakultur perlu untuk menghargai interaksi antar tanaman juga antara tanaman dan alam yang bersifat dinamis, beragam, dan cenderung menurun dan meningkat seiring berjalannya waktu. Paham reduksionism dalam agroekosistem industrialis memang unggul dalam efisiensi produksi jangka pendek, tapi kebanyakan prakteknya secara monokultur yang sangat bergantung pada penggunaan rutin pupuk sintetik dan pestisida yang tentu tidak ramah terhadap integritas lingkungan, serta menomor-duakan keberlanjutan sistem pangan. Sebaliknya, penganut permakultur mengadopsi praktik-praktik pembaharu secara konsisten dan serentak seperti diversifikasi tanaman, perenialisasi, zonasi natural, dan manajemen alami atau bebas kimia.
Permakultur mengakar kuat pada perhitungan ekologi dan lingkungan berdasar pemeliharaan proses natural yang kompleks. Lebih lanjut, model agrikultur berkelanjutan menjadi dasar dari strategi manipulasi jasa ekosistem. Jasa Ekosistem adalah komponen biofisik natural sederhana, proses atau barang yang dianggap bernilai oleh manusia. Jasa ekosistem bisa dikategorikan sebagai penyediaan kebutuhan, pengatur, pendukung dan budaya (Gambar 1).
Analisis langsung pengaruh permakultur terhadap komponen dan proses ekosistem sangat terbatas karena permakultur bukanlah rumusan pasti yang dengan mudah direkayasa dalam uji laboratorium melalui plot percobaan. Petani permakultur berjuang keras untuk memahami hasil observasi beragam interaksi multiskalar antara tanaman dan juga ekosistem lokal. Disamping itu, strategi yang digunakan oleh petani permakultur juga beririsan dengan model agroekologi (Gambar 2).
Diversifikasi Tanaman
Diversifikasi tanaman terjadi ketika multi-spesies tanaman atau kultivar ditumbuhkan secara bersama-sama dalam satu lokasi yang sama, seperti polikultur, intercropping atau tumpang sari, dan sistem penanaman multi-spesies. Diversitas adalah perhitungan kekayaan yakni jumlah spesies dalam komunitas, dan kesamaan yakni persebaran kelimpahan spesies diantara spesies lainnya. Misalnya, lahan pertanian yang luas dengan sistem penanaman monokultur memiliki kekayaan spesies yang tinggi tetapi kesamaannya rendah karena hasil dari keragaman tanaman in situ yang rendah hingga sedang.
Jasa Ekosistem: Penyediaan Kebutuhan
Diversifikasi tanaman berkorelasi positif terhadap produktivitas tanaman, pendapatan petani, dan indikator keamanan pangan. Meta-analisis 26 pasang studi lahan-biokontrol menunjukkan produktivitas tiap tanaman primer lebih tinggi 40% pada polikultur dibanding monokultur dengan perbandingan densitas tanaman yang sama. Meta-data 115 studi lainnya menunjukkan selain hubungannya dengan rotasi tanaman, diversifikasi tanaman juga meningkatkan hasil baik pada sistem penanaman organik maupun konvensional.
Polikultur mendemonstrasikan stabilitas hasil yang tinggi sehingga lebih resilien terhadap variabilitas produksi serta kegagalan panen. Studi jangka panjang mengobservasi perubahan dalam spesies dan komposisi fungsional dalam selang waktu pada sistem diversifikasi tanaman, dan menunjukkan hasil panen yang seimbang atau meningkat.
Jasa Ekosistem: Pengatur dan Pendukung
Diversifikasi tanaman menyediakan beragam pengaturan dan pendukung dalam jasa ekosistem, seperti biokontrol dan siklus nutrisi. Diversifikasi tanaman efektif menganggu siklus hidup penyakit, menurunkan populasi serangga herbivora, dan meningkatkan musuh alami predator dan parasitoid. Dalam lahan diversifikasi tanaman, peningkatan keberhasilan biokontrol hama mencapai 36% dibanding monokultur. Biokontrol dapat ditingkatkan dengan tanaman perangkap, dimana spesies tanaman sekunder diketahui menarik atau menolak hama dari tanaman primer. Biomassa brokoli lebih tinggi 33% ketika ditanam dekat 3 spesies rumpun tanaman perangkap dibanding monokultur, tetapi tidak ada perubahan kelimpahan hama.
Intercropping atau tumpang sari, terutama tanaman penutup atau mulsa hidup, direkomendasikan untuk pencegahan gulma. Dibanding tanaman utama monokultur, biomassa gulma menurun hingga 34% pada Coriandrum sativum L. yang ditumpang sari dengan Trigonella foenumgraecum, dan menurun hingga 42% pada Triticum durum dengan Trifolium subterraneum. Biomassa gulma jagung juga menurun lebih dari 45% ketika ditanam dengan kacang Vigna unguiculate, dan lebih dari 72% dengan Trifolium alexandrinum. Berat kering gulma menurun hingga 74%-79% pada Asparagus officinalis yang ditumpang sarikan dengan mulsa hidup gandum, barley atau rye.
Diversifikasi tanaman juga efektif meningkatkan siklus nutrisi dan kesehatan tanah. Tumpang sari menunjukkan kandungan P sebesar 43% dan K sebesar 35% lebih banyak dibanding monokultur. Sebagai perbandingan komunitas tanaman penutup dengan 1–8 spesies, kekayaan spesies memiliki efek positif pada simpanan N dan biomassa N di atas tanah, sedangkan kesamaan memiliki efek positif pada suplai N inorganik dan meningkatkan produksi jagung. Tumpang sari jagung dengan kacang fava menurunkan keseimbangan N dan kandungan mineral N pada pasca panen di tanah sebesar 10 kg/ha dibanding monokultur, yang diperkirakan menurunkan kandungan N lebih tinggi melalui erosi dan pencucian tanah. Selain itu, tanah pada tanaman tumpang sari menunjukkan kelebihan kandungan nitrat dan peningkatan pengambilan nutrisi oleh tanaman kacang-kacangan seperti N dan P untuk jagung, pengambilan P pada gandum dengan kacang arab, dan nutrisi Fe pada kacang tanah dengan jagung.
Perenialisasi
Perenialisasi adalah strategi introduksi tanaman perenial atau tahunan ke dalam lanskap agrikultur. Perenialisasi berbeda dengan zonasi natural karena budidaya perenial yang intensif dibanding konservasi spesies liar. Kelebihan perenial dalam memperbaiki penyediaan, pengatur dan pendukung jasa ekosistem telah diakui secara internasional melalui beberapa model agrikultur seperti tanaman penyela (alley cropping), agroforestri, silvopasture, dan sistem padang rumput ternak berkelanjutan. Perenial menyediakan beragam produk makanan padat nutrisi juga material lain seperti serat, bahan bakar, dan bioenergi. Perenial juga meningkatkan penyerapan dan penyimpanan karbon, regulasi hidrologi, kualitas air, fungsi kualitas tanah dan biologi, polinasi dan pengendalian hama.
Jasa Ekosistem: Penyediaan Kebutuhan
Strategi tumpang sari spesies perenial ke dalam agroekosistem semusim akan meningkatkan produksi panen tanaman primer, menambah pendapatan, dan meningkatkan resiliensi terhadap keragaman iklim. Proyek jangka panjang agroforestri di Kanada menunjukkan peningkatan hasil gandum dan kedelai ketika diterapkan tanaman penyela perenial dibanding monokultur. Tumpang sari perenial Leucaena leucocephala sebagai tanaman pagar di China juga meningkatkan hasil jagung sebesar 10–24% dan kacang sebesar 24–69%, dibanding perlakuan pupuk. Tanaman pagar mampu meningkatkan hasil tanaman semusim pada lahan miring sebesar 15–21%. Tumpang sari tanaman biji-bijian perenial yang penting antara lain maple (Acer saccharinum), walnut (Juglans nigra), hazelnut (Corylus avellana), dan cedar (Thuja occidentalis), serta spesies tumbuh cepat seperti Populus sp., Picea abies, dan Salix discolor. Perenial juga berpotensi sebagai hijauan pakan ternak dengan perkiraan produksi 14–31 Mg/ha.
Jasa Ekosistem: Pengatur dan Pendukung
Perenialisasi menawarkan agroekosistem yang berkaitan erat dengan keuntungan atmosfer, regulasi hidrologi dan pedosperik. Agroforestri melebihi tipe lahan lain dalam potensi sebagai penyerap karbon seperti hutan atau manajemen tanaman sederhana. Spesies tumbuh cepat Populus mampu menyimpan karbon 4 kali lebih banyak dibanding tanaman semusim, juga meningkatkan karbon organik dalam tanah (soil organic carbon) pada tanaman penyela dengan jarak lebih dari 4 meter dari baris tanaman utama. Selain karbon organik dalam tanah, aktivitias akar juga memperbaiki porositas tanah sehingga meningkatkan laju infiltras, kapasitas penyimpanan air, dan penyimpanan sedimen. Studi menunjukkan tanaman pagar perenial di China menurunkan aliran permukaan 18–66% dan kehilangan tanah 17–97%, sehingga mampu menekan kejadian erosi tanah.
Tanaman perenial menunjukkan efisiensi penggunaan nutrisi dibanding tanaman semusim, sehingga menurunkan ketergantungan terhadap pupuk dan biaya produksi. Seresah daun dari pohon tumpang sari dibutuhkan untuk mengatasi kompetisi nutrisi antara pohon dengan tanaman lain. Materi organik N dan K pada kedalaman horizon tanah 0–40 cm lebih tinggi pada baris pohon dibanding tanaman sela, menunjukkan kontribusi spesies pohon sehingga tidak berkompetisi dengan tanaman lain untuk mengambil nutrisi. Pada kedalaman horizon tanah 40 cm, ketersediaan P dan K lebih tinggi di bawah tanaman sela dibanding pohon. Tanaman pagar dengan akar yang dalam juga berperan sebagai pompa nutrisi.
Kesuburan tanah yang meningkat pada sistem perenial juga berasosiasi dengan peningkatan jaringan makanan di dalam tanah. Kepadatan nematoda dan mikroartropoda di tanaman kopi meningkat setelah keberadaan pohon naungan. Tumpang sari tanaman pohon juga meningkatkan insidensi arbuskular mikoriza cendawan (AMC) dibanding teknik konvensional. AMC adalah mikroba simbiotik pengkoloni akar yang berperan dalam memacu pertumbuhan tanaman secara langsung atau sinergis dengan bakteri tanah melalui penyediaan N dan P bagi tanaman. Praktik minim olah tanah membantu melindungi struktur fisik AMC. Selain itu, akar pohon dalam sistem tumpang sari juga menyediakan peran refugia bagi inokulum AMC untuk tanaman utama.
Lebah liar juga penting dalam kesuksesan polinasi tanaman dan menjadi target penting dalam konservasi agroekosistem. Degradasi habitat akibat konversi lahan diduga mempengaruhi penurunan polinator global karena penurunan sumber floral dan nektar makanan. Perenialisasi bisa mengatasi hal tersebut. Pada studi selama 8 tahun mencakup 330 survei dan 15 titik sampel tanaman pagar perenial menunjukkan laju kolonisasi lebah lokal dan lalat bunga Syrphid lebih persisten. Persistensi dan kekayaan spesies tersebut meningkat seiring waktu sehingga menunjukkan pengaruh positif keberadaan tanaman perenial.
Zonasi natural dan heterogenitas lanskap
Zonasi natural dalam agroekosistem terjadi ketika area natural atau semi-natural diproteksi atau direstorasi dari aktivitas budidaya pada skala budidaya pertanian. Berbeda dengan heterogenitas lanskap yang masih ada aktivitas budidaya pertanian walau juga menjaga keberadaan tanaman perenial liar. Zonasi natural juga mengadopsi karakter refugia, simpanan konservasi, area berdampingan, lahan kosong atau bera, penanaman lajur tanaman pembatas, tanaman penyangga, dan batas area insektuari.
Jasa Ekosistem: Penyediaan Kebutuhan
Ketika hasil agrikultur diukur berdasarkan per unit area, porsi zonasi natural muncul untuk menurunkan efisiensi produksi. Akan tetapi, area natural atau semi-natural bukan tanaman budidaya meningkatkan pengatur dan pendukung jasa ekosistem, seperti polinasi dan biokontrol, sehingga memperbaiki hasil panen selain keuntungan konservasi. Studi selama 6 tahun di Inggris menemukan 3–8% sudut lahan yang dikonversi menjadi habitat liar meningkatkan produktivitas per unit area dan tetap menjaga produksi secara keseluruhan dalam area yang kecil. Hasil gandum dan biji rape tetap konsisten sedangkan kacang menghasilkan produksi berlebih hingga 25–35% ketika dikombinasikan dengan penambahan habitat liar. Peningkatan kualitas habitat lebah sebesar 30% pada budidaya ceri konvensional di Jerman juga meningkatkan produksi buah hingga 150%.
Jasa Ekosistem: Pengatur dan pendukung
Area natural dan semi-natural di lahan agrikultur menyediakan refugia bagi kehidupan liar dan sebagai reservoir penting untuk diversitas genetik dan fungsional. Meta-analisis dari 127 studi di Amerika Utara dan Eropa menyimpulkan bahwa agrikultur dengan pengistirahatan lahan selama satu musim, meningkatkan kekayaan spesies dan densitas populasi seperti burung, serangga, laba-laba, dan tanaman.
Area natural dan semi-natural juga menarik lebah liar karena menyediakan sumber makanan alternatif, naungan bersarang dan perlindungan dari gangguan eksternal. Hasil 39 studi dari 605 situs lahan dan 23 jenis tanaman, menunjukkan total kelimpahan lebah 76% lebih besar di lahan yang memiliki diversitas tanaman dan tanaman bukan budidaya. Setiap 10% lanskap yang dikonversi menjadi habitat liar lebah yang berkualitas tinggi meningkatkan populasi lebah hingga 37%.
Zonasi natural juga penting dalam biokontrol. Penutup vegetasi melalui penanaman bunga pendek di sekitar tanaman tomat meningkatkan kelimpahan artropoda pemakan hama tanah dan kekayaan fungsional grup lainnya. Proporsi area semi-natural yang meningkat sebesar 1–22% pada lahan sereal juga menurunkan kejadian penyakit dan meningkatkan kelimpahan predator serangga alami. Selain itu, peningkatan habitat natural juga berimplikasi pada pengaturan jasa ekosistem terhadap kelimpahan hama dan biokontrol.
*Tulisan merupakan resume bagian pertama dari
Hirschfeld S, Van Acker R. 2021. Review: ecosystem services in permaculture systems. Agroecology and Sustainable Food Systems. 45(6):794–816. DOI: https://doi.org/10.1080/21683565.2021.1881862.
