Beras berada di puncak tanaman agronomi yang penting secara global ( Oryza sativa L.) dan merupakan makanan pokok utama bagi separuh populasi manusia. Permintaan beras terus meningkat, terutama karena populasi negara-negara di Asia, Afrika, dan Amerika Latin yang terus meningkat. Di Cina, produksi beras perlu ditingkatkan sekitar 20% pada tahun 2030 untuk memenuhi permintaan lokal jika konsumsi beras per kapita tetap pada tingkat saat ini. Oleh karena itu, beras ditanam di lahan pertanian yang sangat luas di seluruh dunia. Di India 43,86 juta ha areal tanam dengan kondisi lingkungan beragam dimanfaatkan untuk budidaya padi.
Namun, produksi tanaman padi dipengaruhi oleh berbagai faktor biotik dan abiotik seperti serangga, penyakit, dan tekanan lingkungan lainnya. Infestasi serangga pada beras baru-baru ini menjadi intensif di seluruh Asia, mengakibatkan kehilangan hasil yang besar. Di antara serangga tersebut, wereng punggung putih (WBPH) ( Sogatella furcifera Horváth , Homoptera : Delphacidae ) muncul sebagai hama penghisap penusuk serius yang bertanggung jawab atas kerusakan beras yang ditanam di negara-negara Asia. WBPH dapat dengan cepat menghancurkan tanaman padi karena kemampuan migrasi jarak jauhnya, dan telah menyebabkan kelaparan sporadis di Asia timur sejak zaman kuno. Ini menjadi sangat mencolok setelah Revolusi Hijau di kawasan Asia Tenggara. Nimfa dan dewasa merusak tanaman padi dengan memakan floem.
Selain itu, mereka mengubah tanaman menjadi sumber yang berarti untuk menularkan penyakit virus utama, seperti virus kerdil bergaris hitam beras selatan. Faktor tanaman penting seperti kekuatan tanaman, tinggi, jumlah anakan produktif, gabah isi, dan hasil selanjutnya terpengaruh secara negatif. Selain itu, jika serangan WBPH berat terjadi pada tahap anakan , terjadi nekrosis total atau kematian tanaman padi—suatu kondisi yang disebut “pembakaran hopper”. Dalam praktik agronomi padi, pengelolaan serangan WBPH sebagian besar bergantung pada pestisida kimia. Namun, metode ini memiliki konsekuensi ekonomi dan lingkungan, seperti membunuh predator WBPH, dan resistensi pestisida pada serangga tidak dapat dihindari.
Semua faktor ini menyebabkan munculnya kembali hama, termasuk penggunaan insektisida sembarangan selama tahap awal panen dari wabah serangga pengisap getah yang tercatat. Di sisi lain, penggunaan pestisida secara masif berdampak buruk terhadap hama yang diketahui bermanfaat bagi tanaman pangan, serta menimbulkan risiko serius bagi kesehatan manusia dan lingkungan. Tanaman padi sebelumnya telah ditransformasikan dengan gen cry Bacillus thuringiensis ( Bt ) untuk pertahanan terhadap WBPH. Berbagai gen yang memberikan ketahanan terhadap serangga penghisap getah telah dipilah dalam plasma nutfah padi itu sendiri; namun, pengembangan varietas tahan merupakan proses yang lambat.
Penggunaan beras Bt masih diperdebatkan, dan budidaya dibatasi karena potensi risiko ekologi yang terkait dengan tanaman transgenik. Akibatnya, mengingat pengelolaan WBPH yang ekonomis dan ramah lingkungan, eksplorasi pendekatan ketahanan tanaman inang mendapat perhatian yang luar biasa. Selain itu, berbagai jenis gen dominan dan resesif untuk ketahanan terhadap WBPH telah diidentifikasi pada berbagai aksesi padi. Ketahanan total terhadap WBPH belum tercapai pada kultivar padi berproduksi tinggi. Pengelolaan WBPH menggunakan bahan kimia sintetik telah gagal karena resistensi insektisida. Dalam “era pasca-revolusi hijau” saat ini, penekanan diberikan pada keberlanjutan dan efisiensi daripada intensifikasi pertanian lebih lanjut, yang membutuhkan input yang mahal. Dalam pengelolaan hama, tantangannya adalah membuat metode alami non-kimia secara kolektif menjadi lebih efektif.
Sebagai sumber utama karbon-negatif, Biochar saat ini menerima banyak perhatian untuk amandemennya di substrat/tanah. Penambahan biochar pada substrat media tanam telah dilaporkan secara signifikan meningkatkan karakteristik pertumbuhan tanaman, memediasi stres logam berat, meningkatkan serapan makro dan mikro, dan meningkatkan kualitas nutrisi. Amandemen tersebut juga menstabilkan dan meningkatkan kerapatan curah dan meningkatkan ketahanan partikel terhadap kerusakan. Demikian pula, penambahan biochar tertentu untuk menyerap karbon dari atmosfer ke tanah telah dilaporkan untuk meningkatkan kesuburan tanah, retensi hara, dan bioavailabilitas untuk produktivitas tanaman dan tanaman. Berbagai peneliti melaporkan efek positif dari amandemen tanah biochar pada pohon dan tanaman yang ditanam di bawah kondisi lapangan yang terkendali dan terbuka. Misalnya, tanah yang diubah dengan arang menghasilkan biomassa pucuk dan akar pohon birch dan pinus yang lebih besar. Dosis tunggal 20 t ha-1 biochar ke tanah sabana Kolombia menyebabkan peningkatan hasil jagung sebesar 28–140% jika dibandingkan dengan kontrol yang tidak diamandemen pada tahun kedua hingga keempat setelah aplikasi. Hasil ini menunjukkan potensi aplikasi biochar untuk meningkatkan produktivitas tanaman. Namun, penambahan biochar dengan asal yang sama menunjukkan hasil yang berbeda pada substrat dan tanah. Amandemen biochar di substrat lebih menonjol dibandingkan dengan tanah dalam hal perbaikan sifat fisikokimia, biomassa segar dan kering, mengubah struktur komunitas mikroba rizosfer, dan meningkatkan ketahanan daun terhadap Botrytis cinerea .
Terlepas dari sifat fisikokimia biochar, komposisi nutrisi intrinsiknya memainkan peran penting dalam meningkatkan sifat agronomis. Biochar dengan persentase C kurang dari 50% dan unsur makro dan mikro tanaman dalam jumlah tinggi dikategorikan kaya nutrisi. Dalam konteks ini, pencampuran biochar kotoran sapi yang kaya nutrisi di tanah berpasir secara signifikan meningkatkan parameter tanaman jagung, dan efeknya dikaitkan dengan adanya nutrisi tanaman bawaan dalam pupuk. Untuk menguraikan efek dari dua jenis biochar dengan konstituen nutrisi yang berbeda, Peneliti menganalisis kinerja biochar yang kaya dan miskin nutrisi pada pertumbuhan jagung di bawah tanah Oxisol yang tidak subur. Hasilnya mengungkapkan bahwa aplikasi biochar kaya nutrisi dengan kandungan C rendah dan kandungan N, P, S, dan abu yang tinggi secara signifikan meningkatkan pertumbuhan dan hasil jagung. Telah terungkap dengan jelas bahwa mengatasi kekurangan unsur hara dalam biochar, seringkali melalui penambahan pupuk N, meningkatkan efisiensi agronomisnya. Chan dkk. melaporkan temuan serupa tentang penerapan biochar limbah hijau yang sangat rendah total N dan mineral N. Bahkan dosis biochar yang lebih tinggi (100 t ha -1 ) tidak menunjukkan efek yang signifikan pada hasil lobak, sampai pupuk N ditambahkan.
Meskipun pirolisis membuat biochar steril, itu mempengaruhi populasi dan komunitas mikroba dan meningkatkan mikroorganisme yang menguntungkan. Produksi antibiotik dan patogen yang bersaing dengan stimulasi mikroorganisme menguntungkan dapat secara langsung memperluas perlindungan terhadap patogen tanah. Selama penambahan biochar ke tanah, senyawa kimia beracun dalam residu tar biochar dapat menggandakan pembunuhan patogen tanah. Beberapa strain bakteri penghasil antibiotik telah diidentifikasi dalam tanah yang diubah dengan biochar. Kemungkinan peran biochar dalam menginduksi resistensi sistemik tanaman terhadap mikroorganisme patogen telah dievaluasi dalam sejumlah sistem berbeda yang melibatkan patogen daun. Tidak ada toksisitas langsung terhadap patogen, karena lokasi biochar dipisahkan secara spasial dari lokasi infeksi selama semua tahap perkembangan tanaman.
Tumbuhan melindungi diri dari tekanan biotik, seperti kerusakan dari patogen nekrotrofik dan herbivora pengunyah daun. Jasmonic acid (JA) adalah salah satu fitohormon utama selama resistensi stres biotik, misalnya, ia melepaskan volatil untuk membunuh herbivora secara tidak langsung dengan menarik musuh alaminya atau secara langsung dengan memproduksi senyawa beracun untuk mencegah penyerbu. Asam jasmonat juga berperan dalam pengaturan proses perkembangan penting (kesuburan, sulur melingkar, penentuan jenis kelamin, dan penuaan daun). Asam jasmonat dan turunannya berasal dari asam linolenat, dan biosintesisnya masing-masing terjadi di kloroplas dan peroksisom. Meskipun penelitian tentang peran asam jasmonat dalam respon pertahanan beras dapat mengakumulasi senyawa volatil tanaman telah dilakukan. Namun, penyelidikan mendalam diperlukan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih komprehensif tentang regulasi asam jasmonat sebagai mekanisme dalam padi yang ditanam dalam berbagai kondisi untuk menangani cekaman biotik guna meningkatkan sifat pertanian yang penting.
English