oleh Rachel Lovell: Terinspirasi oleh rahasia kesuburan Delta Nil, para insinyur menggunakan ramuan tanah liat, air, dan tanah setempat untuk menanam buah-buahan di gurun…

Membangkitkan

Untuk negara yang harus mengimpor 90% dari produk segarnya, itu adalah tonggak yang luar biasa. Gurun Arab yang kering dan tidak ramah telah diubah menjadi ladang buah yang subur dengan tambahan tanah liat dan air yang sederhana.

Kecuali itu tidak begitu sederhana – melon ini hanya mungkin dengan bantuan cairan “nanoclay”, sebuah teknologi pemulihan tanah yang ceritanya dimulai 1.500 mil (2.400 km) barat dan dua dekade lalu.

Pada 1980-an, sebagian Delta Nil di Mesir berhenti berkembang. Terkenal karena kesuburannya, itu telah menjadi tempat yang dapat diandalkan untuk bertani selama ribuan tahun meskipun dekat dengan gurun yang gersang. Produktivitasnya telah memungkinkan orang Mesir kuno untuk mengalihkan energi mereka dari pertanian subsisten untuk mengembangkan peradaban yang kuat yang menghasilkan prestasi budaya sedemikian rupa sehingga mereka terkenal di seluruh dunia ribuan tahun kemudian. Namun, meskipun mendukung komunitas di wilayah tersebut selama ribuan tahun, dalam waktu hanya 10 tahun atau lebih, kesuburan itu memudar.

Setiap tahun di akhir musim panas, Sungai Nil akan banjir, meluas ke dataran delta Mesir sebelum surut lagi. Ketika para ilmuwan mulai menyelidiki apa yang menyebabkan penurunan kesuburan tanah, mereka menemukan bahwa air banjir itu membawa serta mineral, nutrisi, dan yang terpenting, partikel tanah liat dari cekungan drainase Afrika Timur yang memberi makan Sungai Nil, dan menyimpannya di tanah delta. Tanah liat memberi tanah ketahanan dan kesuburannya. Tapi kemana perginya?

Mundur 10 tahun ke pembangunan Bendungan Aswan di seberang Sungai Nil di Mesir selatan selama tahun 1960-an. Struktur selebar 2,5 mil (4km) yang luar biasa ini dibangun untuk menghasilkan pembangkit listrik tenaga air dan mengatur banjir sehingga pertanian dapat menjadi lebih mudah dikelola dan diprediksi. Tapi itu juga menghentikan semua hal baik yang mengalir ke hilir. Satu dekade tanpa penambahan tahunan ini, dan semua kesuburan di tanah delta telah habis.

Seorang pria melakukan beberapa pembacaan di tengah lapangan berpasir

Lahan pertanian global telah kehilangan 20-60% karbon organiknya (Kredit: Kontrol Gurun)

Setelah para ilmuwan dan insinyur tanah menemukan masalahnya, mereka juga memiliki awal dari sebuah solusi.

“Ini seperti apa yang mungkin Anda lihat di kebun Anda,” jelas Ole Sivertsen, kepala eksekutif Desert Control, bisnis berbasis di Norwegia yang telah mengembangkan pendekatan nanoclay. “Tanah tipis dengan sedikit kesulitan menahan kelembapan atau membiarkan tanaman tumbuh subur. Kehadiran tanah liat dalam proporsi yang tepat dapat mengubah semua itu secara drastis.”

Desert Control, dalam kata-kata mereka, berencana menggunakan nanoclay untuk mengambil tanah gurun yang tidak produktif “dari pasir menjadi harapan”.

Menggunakan tanah liat untuk memperbaiki tanah bukanlah hal baru – petani telah melakukannya selama ribuan tahun. Namun, mengerjakan tanah liat yang tebal dan berat ke dalam tanah secara historis sangat padat karya dan mengganggu ekosistem bawah tanah. Membajak, menggali, dan mengubah tanah juga menimbulkan biaya lingkungan karena karbon yang diserap terpapar oksigen dan hilang ke atmosfer sebagai karbon dioksida. Ditambah dengan ini adalah gangguan pada bioma tanah yang sangat kompleks yang datang dengan budidaya, seperti yang dijelaskan oleh ilmuwan tanah Universitas Edinburgh Saran Sohi.

Seorang pria menyemprotkan tanah liat ke tanah sebelum menanam tanaman apa pun

Tanah liat disemprotkan langsung ke tanah sebelum tanaman disiram seperti tanaman beririgasi lainnya (Kredit: Desert Control)

“Bagian penting dari biologi tanah adalah hubungan simbiosis antara tanaman dan jamur dalam bentuk mikoriza, filamen jamur yang pada dasarnya bertindak sebagai perpanjangan dari sistem akar tanaman,” katanya. “Mereka tercakup dalam struktur seperti rambut mikroskopis yang disebut hifa yang jauh lebih halus daripada akar tanaman, memungkinkan akses ke nutrisi yang mungkin tidak ditemuinya. Dalam proses itu filamen jamur juga menghubungkan partikel mineral tanah, mempertahankan struktur tanah dan mengurangi erosi.

“Mengganggu tanah dengan menggali atau mengolah merusak struktur jamur ini yang membutuhkan waktu untuk tumbuh kembali, dan sementara itu tanah menjadi rentan terhadap kerusakan dan nutrisi rentan untuk melarikan diri.”

Tanah liat bisa menjadi binatang yang berubah-ubah. Terlalu sedikit dan hampir tidak berdampak. Terlalu banyak, dan tanah liat bisa membentuk kerak tahan air di permukaan pasir atau membuat pemadatan lebih mungkin terjadi. Percobaan bertahun-tahun diikuti, ketika Kristian P Olesen, seorang insinyur dinamika fluida Norwegia, mencari cara membuat resep tanah liat yang mudah bercampur dengan pasir untuk mengubahnya menjadi tanah yang memberi kehidupan.

“Ini bukan kasus bahwa satu ukuran cocok untuk semua,” katanya. “Uji coba selama sepuluh tahun di China, Mesir, UEA, dan Pakistan mengajarkan kami bahwa setiap tanah perlu diuji, sehingga kami dapat mencampur resep nanoclay yang tepat.”

Sebagian besar penelitian dan pengembangan solusi nanoclay telah didedikasikan untuk menemukan formula cairan tipis yang seimbang dengan hati-hati yang dapat dengan mudah meresap melalui partikel kecil tanah lokal (karenanya bagian nano), tetapi tidak mengalir begitu cepat sehingga bebas merembes keluar. dan hilang sama sekali. Tujuannya adalah untuk mengolah 10-20cm ajaib (4-8 inci) tanah yang berada di dalam dan di bawah zona akar tanaman standar.

Untungnya, dalam hal pencampuran pasir dan tanah liat, sedikit kimia tanah yang berguna juga ikut berperan, yaitu Kapasitas Pertukaran Kationik.

“Partikel tanah liat memiliki muatan negatif karena susunan kimianya, sedangkan butiran pasir positif,” jelas Sivertsen. “Polaritas alami ini berarti bahwa ketika mereka bertemu secara fisik, mereka mengikat.”

Hasilnya adalah lapisan tanah liat 200-300 nanometer di sekitar setiap partikel pasir yang menciptakan formasi seperti kepingan salju. Luas permukaan yang meningkat ini memungkinkan air dan nutrisi menempel pada pasir dan secara kimiawi bergabung dengannya daripada hilang saat mengalir melalui tanah.

Tampilan dekat dari nanoclay

Struktur skala nano dari tanah liat membantu menahan air di dalam tanah (Kredit: Kontrol Gurun)

“Tanah liat meniru bahan organik dalam fungsinya, membantu tanah menahan air, dan memungkinkan flora dan fauna tanah untuk berpijak,” kata Sivertsen. “Begitu Anda memiliki partikel tanah liat yang menstabilkan kondisi dan membantu membuat nutrisi tersedia secara hayati, Anda dapat menanam tanaman dalam waktu tujuh jam.”

Meskipun teknologi ini telah dikembangkan selama hampir 15 tahun, teknologi ini baru ditetapkan pada jalur penskalaan komersial dalam 12 bulan terakhir setelah diuji secara independen oleh Pusat Internasional untuk Pertanian Biosalin (ICBA) di Dubai.

“Sekarang kami memiliki bukti ilmiah untuk efektivitas, kami bertujuan untuk membangun banyak pabrik mini bergerak di kontainer pengiriman 40 kaki (13m) dengan tujuan akhir untuk menciptakan perubahan sebanyak mungkin,” kata Sivertsen. “Unit bergerak ini akan membuat nanoclay cair lokal ke tempat yang dibutuhkan, menggunakan tanah liat dari negara yang sama, dan mempekerjakan secara regional.”

Pabrik pertama akan mampu memproduksi 40.000 liter nanoclay cair per jam dan akan digunakan di taman kota di UEA, karena teknologi tersebut dapat mengurangi penggunaan air hingga 47%.

Biaya awal saat ini sekitar $2 (£1,50) per meter persegi, yang dapat diterima untuk pertanian kecil di UEA yang makmur. Tetapi untuk memberikan dampak di tempat yang benar-benar penting – di Afrika sub-Sahara – Sivertsen perlu mencari cara untuk menurunkan biaya tersebut. Sebagian besar petani Afrika tidak memiliki modal di muka untuk perawatan ini. Perawatan juga berlangsung selama sekitar lima tahun, setelah itu tanah liat perlu diisi ulang.

Dengan skala, Sivertsen mengatakan mereka dapat menurunkan biaya itu, yang pada akhirnya menargetkan sekitar $0,20 (£0,15) per meter persegi. Sebagai perbandingan, biaya untuk membeli lahan pertanian produktif di tempat lain di dunia berkisar antara $0,50 hingga $3,50 (£0,38 hingga £2,65) per meter persegi, kata Sivertsen. Di masa depan, mungkin akan jauh lebih murah untuk mengubah lahan yang tidak produktif daripada mencari pertanian yang sudah mapan.

“Selain itu, kami bekerja sama dengan Konvensi PBB untuk Memerangi Desertifikasi untuk mendukung Proyek Tembok Hijau Besar, sebuah inisiatif untuk membangun tembok pohon dan wanatani untuk menghentikan perluasan gurun di Afrika Utara,” kata Sivertsen. (Baca lebih lanjut tentang tembok yang menahan gurun.)

Jadi sambil memasukkan tanah liat ke tanah berpasir di daerah seperti Afrika Utara dan Timur Tengah, bagaimana dengan bagian dunia lainnya? Secara global tanah telah kehilangan 20-60% karbon organiknya, dan nanoclay hanya cocok untuk mengangkat tanah berpasir dari regresi. Apa yang dapat Anda lakukan jika, misalnya, Anda memiliki tanah yang asin dan tidak berpasir? Di sini, biochar mungkin bisa menjadi teman Anda.

Bentuk karbon yang stabil ini dihasilkan dengan membakar bahan organik melalui pirolisis, suatu proses yang menghasilkan hampir tidak ada polutan seperti karbon dioksida karena oksigen dijauhkan dari proses pembakaran. Zat seperti arang yang dihasilkan sangat berpori, ringan dan dengan luas permukaan yang besar. Itulah yang dibutuhkan oleh tanah yang terkuras, kata Sohi.

Sebidang pasir tumbuh jagung

Plot di UEA ini sekarang menanam jagung di tempat yang sebelumnya tidak banyak ditanam (Kredit: Kontrol Gurun)

“Kandungan organik tanah selalu berkembang, tetapi tingkat dasar karbon stabil hadir di tanah yang sehat,” katanya. “Tidak seperti bagaimana bahan organik secara konstan dan cepat diubah oleh aktivitas mikroba, biochar adalah karbon stabil yang membantu tanah menahan nutrisi penting untuk pertumbuhan tanaman. Ini menawarkan cara cepat untuk memperkenalkan elemen karbon stabil yang membutuhkan waktu puluhan tahun untuk dikembangkan.

“Biochar dapat memfasilitasi pertumbuhan tanaman melalui pemulihan struktur tanah, terutama yang berasosiasi dengan bahan organik lainnya, termasuk penambahan kompos.”

Ini, katanya, dapat membantu memulihkan lahan yang kekurangan bahan organik karena pertanian berlebihan atau yang terkena dampak penambangan atau kontaminasi, asalkan toksisitas ditangani terlebih dahulu.

Teknik pemulihan tanah lainnya termasuk menggunakan vermikulit, mineral phyllosilicate yang ditambang dari batuan dan diolah dengan panas sehingga mengembang. Sifat spons dari bahan yang dihasilkan memungkinkannya menyerap tiga kali beratnya dalam air dan menahannya untuk waktu yang lama. Sementara itu, manik-manik polimer yang sangat menyerap dapat ditempatkan di zona akar masing-masing tanaman, memungkinkan penyerapan air melebihi beratnya sendiri untuk waktu yang singkat. Namun keduanya membutuhkan pengolahan tanah untuk penempatan, yang memiliki kelemahan.

Kembali ke UEA, masyarakat yang tinggal di sekitar telah mendapat manfaat dari kemampuan untuk mengubah gurun di sekitar mereka menjadi tanah subur. Kedatangan produk yang ditanam menggunakan nanoclay terbukti secara kebetulan ketika pembatasan penguncian Covid-19 diberlakukan. Sekitar 200kg (440 pon) semangka, zucchini, dan tanaman millet mutiara diproduksi di plot uji coba seluas 0,2 acre (1.000 m persegi), dan itu makanan membutuhkan rumah.

“Lockdown di UEA sangat ketat dan impor mereka anjlok, yang berarti produk segar tidak tersedia untuk banyak orang,” kata Sivertsen. “Kami bekerja dengan ICBA dan tim Bulan Sabit Merah untuk mengirimkan semangka dan zucchini segar kepada individu dan keluarga di sekitar. Tujuannya adalah untuk menguji semuanya untuk tingkat nutrisi yang lebih tinggi yang kami duga dapat disediakan oleh tanaman yang ditanam dalam kondisi seperti itu, tetapi itu harus menunggu plot percobaan berikutnya.

Sumber: BBC