Pendahuluan
Perubahan iklim global telah mengubah pola curah hujan di berbagai belahan dunia, termasuk Indonesia. Curah hujan yang semakin ekstrem dan tak terduga — dengan periode hujan sangat deras diikuti periode kering panjang — membawa tantangan besar terhadap pengelolaan sumber daya air tanah. Air tanah merupakan komponen krusial untuk mendukung ekosistem, pertanian, dan kebutuhan domestik masyarakat. Namun, hujan ekstrem sering kali menyebabkan air langsung mengalir sebagai limpasan permukaan, alih-alih meresap optimal ke dalam tanah dan mengisi kembali akuifer bawah permukaan. Hal ini bukan hanya menyebabkan banjir dan erosi, tetapi juga menciptakan ketidakstabilan cadangan air tanah yang vital bagi ketahanan air terutama di musim kemarau.
Biochar, yakni karbon padat yang dihasilkan dari pirolisis biomassa organik seperti sekam padi atau kulit kayu dalam kondisi minim oksigen, menjadi salah satu solusi alami yang semakin diperhatikan untuk memperbaiki sifat fisik tanah. Biochar tidak hanya dikenal karena potensinya dalam mitigasi perubahan iklim melalui penyimpanan karbon, tetapi juga perannya dalam meningkatkan kapasitas tanah menahan air dan memperbaiki struktur tanah. Artikel ini membahas bagaimana biochar dapat membantu menjaga stabilitas air tanah saat musim hujan ekstrem berdasarkan penelitian ilmiah terbaru, khususnya dari jurnal Soil and Tillage Research dan kajian ilmiah lain terkait dampak biochar terhadap sifat air tanah.
Biochar dan Sifat Hidraulik Tanah
Biochar memiliki struktur pori yang sangat khas — banyak rongga mikroskopis yang dapat menahan air dan mempengaruhi aliran air dalam tanah. Struktur ini berbeda dengan tanah mineral biasa karena biochar berfungsi layaknya spons besar dari karbon organik yang dapat menyerap dan menahan air lebih banyak. Selain itu, biochar cenderung melakukan interaksi dengan partikel tanah lain sehingga memengaruhi porositas total dan ukuran pori tanah. Dalam analisis meta, biochar menunjukkan dampak yang signifikan dalam meningkatkan:
-
Available Water Content (ketersediaan air yang dapat dimanfaatkan tanaman dan organisme tanah),
-
Field Capacity (kapasitas tanah menahan air setelah drainase gravitasi),
-
Total porositas tanah,
serta menurunkan saturated hydraulic conductivity (daya hantar air jenuh) pada beberapa jenis tanah, yang berarti tanah lebih mampu memperlambat aliran air langsung ke bawah atau keluar sebagai limpasan. (PubMed)
Efek ini sangat relevan dalam konteks hujan ekstrem: tanah yang mengandung biochar cenderung akan meregulasikan aliran air lebih baik, sehingga lebih banyak air dapat terdistribusi secara merata melalui profil tanah dan sebagian besar tersimpan di zona root zone (akar), bukan mengalir begitu saja ke permukaan atau menembus cepat ke lapisan tanah yang lebih dalam.
Mekanisme Biochar dalam Menjaga Air Tanah Saat Hujan Ekstrem
1. Meningkatkan Kapasitas Retensi Air
Biochar meningkatkan retensi air tanah melalui dua mekanisme utama:
-
Peningkatan porositas tanah, terutama pori mikroskopis yang dapat menahan air di zona akar tanaman atau di horizon tanah atas. Struktur pori biochar yang kompleks bertindak seperti “pabrik penyimpanan air alami” yang menyerap air hujan saat curah sangat tinggi, menyimpannya, kemudian melepaskannya secara bertahap ke dalam tanah saat kondisi kering. (PubMed)
-
Reduksi laju infiltrasi cepat, yang membantu mengurangi limpasan permukaan saat hujan deras. Hujan ekstrem sering menghasilkan limpasan air yang tinggi karena tanah yang jenuh tidak dapat menyerap air lebih jauh. Namun, dengan tambahan biochar, laju infiltrasi menjadi lebih terkontrol sehingga lebih banyak air yang terserap ke dalam zona root zone. (ScienceDirect)
Penelitian di daerah karst menunjukkan bahwa aplikasi biochar dapat memperlambat infiltrasi air ke lapisan tanah yang lebih dalam sehingga meningkatkan nilai respon lag time dan durasi respon terhadap hujan, artinya tanah dengan biochar “menyangga” respon air tanah terhadap peristiwa hujan sehingga perubahannya tidak terlalu drastis. (ScienceDirect)
2. Mengurangi Perkolasi Ekstrem dan Perubahan Dinamika Air Tanah
Hujan ekstrem tidak hanya meningkatkan limpasan, tetapi juga dapat membawa air terlalu cepat ke dalam tanah, yang pada beberapa kondisi justru bisa menurunkan stabilitas tanah dan mengakibatkan pelapukan cepat atau longsor. Biochar membantu mengurangi perkolasi ekstrem dengan:
-
Menurunkan saturated hydraulic conductivity sehingga infiltrasi menjadi lebih seragam. (PubMed)
-
Menahan lebih banyak air di zona akar dan lapisan menengah tanah, yang kaya akan bahan organik dan mikroba — membantu menjaga kelembaban tanah lebih stabil dari waktu ke waktu.
Sebuah studi simulasi dengan hujan intens pada tanah yang diberi biochar di lingkungan yang mirip dengan tanah landfill menunjukkan bahwa biochar mampu meningkatkan porositas sekaligus mengurangi jumlah ruang pori besar yang berkontribusi terhadap aliran cepat, sehingga infiltrasi air menjadi lebih efisien tapi terkendali. (ScienceDirect)
Implikasi Biochar dalam Konservasi Air Tanah dan Adaptasi Perubahan Iklim
1. Ketahanan Pertanian
Ketika tanah memiliki kapasitas retensi air yang lebih tinggi, ia menjadi lebih tahan terhadap periode kering sesudah hujan ekstrem. Air yang tersimpan lebih optimal dapat digunakan oleh tanaman dan organisme tanah selama masa penantian berikutnya, sehingga mengurangi stres air pada tanaman serta meningkatkan produktivitas.
2. Mengurangi Risiko Banjir dan Erosi
Dengan memperlambat aliran air permukaan dan meningkatkan infiltrasi yang terkontrol, biochar dalam tanah dapat berkontribusi menurunkan risiko banjir lokal. Tanah yang mampu “menyimpan” lebih banyak air berarti volume limpasan permukaan berkurang, sehingga potensi erosi tanah dan sedimentasi sungai juga menurun.
3. Peningkatan Struktur Tanah dan Kualitas Tanah
Selain peran hidraulik, biochar juga berkontribusi terhadap perbaikan struktur tanah, peningkatan bahan organik tanah, dan aktivitas mikroba tanah yang mendukung siklus nutrisi. Ini secara tidak langsung meningkatkan kapasitas tanah dalam menyimpan air dan menyediakannya secara lambat namun berkelanjutan.
Tantangan dan Pertimbangan Praktis
Walaupun biochar menawarkan banyak manfaat, terdapat beberapa hal yang perlu dipertimbangkan:
-
Jenis biochar dan feedstock sangat menentukan sifat porositas dan kapasitas retensi air. Biochar dari satu jenis bahan baku bisa memiliki efektivitas berbeda terhadap air tanah dibandingkan sumber lainnya. (journal.hep.com.cn)
-
Dosis aplikasi juga perlu disesuaikan dengan jenis tanah setempat, pola hujan, dan kebutuhan tanaman. Dosis yang terlalu rendah mungkin tidak memberikan efek retensi yang optimal, sedangkan dosis yang terlalu tinggi bisa memicu perubahan struktur tanah yang tidak diinginkan.
Kesimpulan
Biochar merupakan solusi alami yang menjanjikan dalam menjaga stabilitas air tanah di tengah fenomena perubahan iklim dan hujan ekstrem. Biochar dapat meningkatkan kapasitas retensi air tanah, memperlambat infiltrasi cepat, serta mengurangi limpasan permukaan saat hujan deras, yang semuanya berkontribusi pada pengendalian stabilitas air tanah. Dua kajian ilmiah menunjukkan bahwa biochar secara nyata dapat memperlambat infiltrasi dan meningkatkan retensi air di dalam tanah, serta meningkatkan porositas yang berperan penting dalam mekanisme hidraulik tanah. (ScienceDirect)
Penggunaan biochar yang tepat dan terpadu tidak hanya menguatkan ketahanan tanah terhadap hujan ekstrem, tetapi juga memperbaiki sistem konservasi air tanah secara keseluruhan, sehingga bermanfaat tidak hanya bagi ekosistem alami tetapi juga untuk pertanian dan kesejahteraan masyarakat.
Daftar Pustaka
-
Edeh, I. G., Mašek, O., & Buss, W. (2020). A meta-analysis on biochar’s effects on soil water properties: New insights and future research challenges. Soil and Tillage Research, 203, 104701.
-
Zhang, M., Li, Y., Wang, L., & Zhang, J. (2025). Effect of biochar amendment on rainfall infiltration and groundwater response under extreme precipitation events. Journal of Hydrology, 635, 130103.
