Abstrak
Peningkatan keberlanjutan di peternakan sapi perah AS telah menjadi fokus penting di seluruh industri. Seiring dengan terus terkonsolidasinya peternakan sapi perah, ada kebutuhan yang semakin meningkat untuk mengidentifikasi praktik pengelolaan kesehatan tanah yang dapat diskalakan dan diterapkan yang meningkatkan keberlanjutan lingkungan di lahan yang dikelola oleh peternakan sapi perah. Makalah ini mengkaji kendala pada operasi peternakan sapi perah, merangkum temuan utama dari eksperimen stasiun penelitian yang membandingkan praktik pengelolaan kesehatan tanah dalam sistem ini, dan mensintesiskan temuan dari proyek penelitian di peternakan yang melacak hasil lingkungan setelah penerapan praktik. Kami membahas kesenjangan pengetahuan yang terkait dengan praktik pengelolaan kesehatan tanah dan produksi pakan ternak, yang menyoroti perlunya penelitian jangka panjang yang dapat ditindaklanjuti yang berlaku untuk keragaman operasi peternakan sapi perah di seluruh Amerika Serikat. Untuk mendorong peningkatan yang berarti dalam keberlanjutan lingkungan, sangat penting untuk mengintegrasikan praktik kesehatan tanah khusus wilayah, yang didukung oleh dukungan teknis dan finansial. Kami menyimpulkan bahwa kumpulan literatur saat ini tidak memadai untuk mendukung penerapan praktik yang sesuai secara lokal secara luas, yang menggarisbawahi kebutuhan mendesak akan penelitian yang komprehensif dan sistem pendukung untuk memastikan keberlanjutan lingkungan dan ekonomi industri peternakan sapi perah AS. Akhirnya, kami mengusulkan arah penelitian masa depan untuk mengatasi kesenjangan pengetahuan dan tantangan spesifik wilayah melalui pendekatan sistem terpadu, dengan fokus pada dampak skala pertanian dari praktik kesehatan tanah di berbagai iklim dan sistem produksi.

Singkatan
CAFO
Operasi Pemberian Pakan Ternak Terkonsentrasi
gas rumah kaca
gas rumah kaca
Ya Tuhan
bahan organik
SOC
karbon organik tanah

1. PENDAHULUAN
Peternakan sapi perah di Amerika Serikat merupakan operasi kompleks yang sebagian besar diklasifikasikan sebagai operasi terbatas, berbeda dengan peternakan sapi perah berbasis padang rumput yang umum di negara-negara lain. Pada tahun 2014, hanya 6% peternakan sapi perah AS yang dikategorikan sebagai operasi penggembalaan (USDA APHIS, 2016 ). Oleh karena itu, kami fokus pada peternakan sapi perah berbasis kurungan, karena peternakan sapi perah tersebut mewakili sebagian besar jenis peternakan sapi perah. Lebih khusus lagi, penekanannya adalah pada komponen produksi hijauan dari peternakan berbasis kurungan, bukan pada pengelolaan sapi perah atau pupuk kandang.

Produksi hijauan pada peternakan berbasis kurungan berbeda dari produksi pada peternakan berbasis biji-bijian dalam beberapa hal. Tanaman hijauan dipanen hingga ke tunggulnya, sehingga hanya menyisakan sedikit residu di tanah. Selain itu, peralatan berat yang digunakan untuk memanen dan menyebarkan pupuk kandang menyebabkan pemadatan tanah, dan pupuk kandang biasanya diberikan ke ladang satu kali atau lebih per tahun. Terakhir, produksi hijauan dapat mencakup tanaman tahunan atau rotasi tanaman ganda atau tiga kali, tergantung pada ketersediaan air dan iklim.

Karena ditetapkan sebagai operasi kurungan, peternakan sapi perah beroperasi dalam kerangka ekonomi dan kebijakan yang memberlakukan batasan tingkat nasional dan negara bagian pada masing-masing komponen ini. Ada kesadaran yang berkembang di seluruh sektor peternakan sapi perah bahwa peningkatan hasil lingkungan yang terkait dengan tanah, kualitas air, efisiensi penggunaan air, dan emisi gas rumah kaca (GRK) dari produksi hijauan sapi perah perlu diprioritaskan. Hasil ini diperlukan untuk mematuhi peraturan, mempertahankan lisensi sosial untuk beroperasi, berkontribusi pada tujuan keberlanjutan perusahaan, dan mempertahankan peternakan sapi perah sebagai usaha yang produktif dan menguntungkan bagi generasi mendatang.

2 LATAR BELAKANG INDUSTRI SUSU AS
Selama dua dekade terakhir, industri susu AS telah beralih dari peternakan sapi perah kecil yang menjadi ciri khas Timur Laut dan Midwest bagian atas ke peternakan sapi perah yang lebih sedikit dan lebih besar yang merupakan ciri khas wilayah di Barat dan Barat Daya (Benson, 2008 ; Khanal et al., 2010 ; Njuki, 2022 ; lihat Gambar 1 untuk jumlah distribusi sapi perah di seluruh Amerika Serikat). Selama periode 20 tahun, 2002–2022, jumlah peternakan sapi perah berkurang hingga 40%. Sementara itu, jumlah peternakan dengan lebih dari 1000 sapi perah meningkat hingga 62% (USDA NASS, 2022 ; lihat Gambar 2 untuk informasi tingkat negara bagian).

GAMBAR 1
Buka di penampil gambar
Konsentrasi sapi perah di tingkat kabupaten berdasarkan Data Tingkat Nasional Sensus Pertanian USDA NASS 2022.

GAMBAR 2
Buka di penampil gambar
Jumlah sapi perah per peternakan di 10 negara bagian penghasil susu teratas pada tahun 2022. Nilai rata-rata sapi perah per peternakan juga diperkirakan berdasarkan data dari 10 negara bagian. Data yang disajikan berasal dari basis data USDA NASS tahun 1997, 2002, 2007, 2012, 2017, dan 2022.
Seiring dengan semakin menonjolnya operasi peternakan sapi perah yang lebih besar dan meningkatnya tingkat stok, produksi hijauan di lahan pertanian untuk memenuhi kebutuhan nutrisi kawanan sapi perah akan terus terbebani, yang selanjutnya meningkatkan ketergantungan pertanian pada sumber pakan luar (NP Martin et al., 2017 ). Luas lahan hijauan yang terkait dengan peternakan sapi perah di Amerika Serikat tidak dilacak, tetapi dua tanaman umum yang ditanam di peternakan sapi perah, jagung silase dan alfalfa, dipanen masing-masing di hampir 6 dan 17 juta hektar pada tahun 2022 (USDA NASS, 2022 ). Perluasan operasi peternakan sapi perah untuk meningkatkan produksi susu mengakibatkan lebih sedikit individu yang mengelola lahan yang lebih luas dan akumulasi pupuk kandang sapi perah yang lebih terkonsentrasi di lebih sedikit peternakan. Akibatnya, menanam hijauan dan memanfaatkan pupuk kandang secara efisien untuk memaksimalkan hasil dan mengurangi dampak lingkungan yang negatif menjadi lebih rumit secara logistik pada operasi yang lebih besar, terutama di wilayah dengan tantangan konservasi tanah dan air.

Ide Inti
Sebagian besar peternakan sapi perah di Amerika Serikat beroperasi dengan sistem terbatas, di mana hijauan dipanen secara mekanis untuk pakan ternak.
Manajemen kesehatan tanah dapat meningkatkan keberlanjutan lingkungan dalam produksi hijauan susu.
Hanya empat gas rumah kaca dan delapan studi kualitas air yang mendokumentasikan pengelolaan kesehatan tanah di peternakan sapi perah.
Sistem produksi hijauan yang optimal harus menggunakan sumber daya secara efisien dan menjaga keekonomiannya.
Penelitian di masa mendatang harus difokuskan pada pendekatan sistem pada skala pertanian.

3 PERBEDAAN DAERAH DALAM PETERNAKAN SUSU
Operasi peternakan sapi perah berbeda dalam strategi pemberian pakan, ukuran kawanan, fasilitas perumahan, dan sistem penyimpanan pupuk kandang (A. Rotz et al., 2021 ). Sementara karakteristik ini mungkin berbeda dalam satu kawasan atau negara bagian, perbedaan terbesar dalam fitur-fitur ini ditemukan antara kawasan lembap (Timur Laut dan Midwest bagian atas) dan kawasan semikering dan gersang (misalnya, irigasi) di Barat dan Barat Daya (Holly et al., 2018 ). Peternakan sapi perah di iklim lembap bergantung pada presipitasi untuk pertumbuhan tanaman dan biasanya memiliki operasi kandang tertutup, menghasilkan pupuk kandang cair untuk sapi perah. Sebaliknya, peternakan sapi perah di Barat dan Barat Daya sangat bergantung pada irigasi untuk produksi hijauan, sering kali menggunakan sistem kurungan lahan kering yang menghasilkan pupuk kandang cair dan padatan kering (Holly et al., 2018 ). Sistem kurungan lahan kering ini dapat menanam dua hingga tiga hijauan setiap tahun, tergantung pada ketersediaan air. Keputusan yang dibuat oleh pemilik peternakan, khususnya tentang ukuran kawanan, kandang sapi, dan sistem pengelolaan pupuk kandang, membatasi keputusan yang terkait dengan produksi hijauan. Keputusan-keputusan ini, yang dipengaruhi oleh ketersediaan air dan lahan serta hasil panen yang dibutuhkan untuk pakan sapi, menggarisbawahi tantangan unik yang dihadapi operasi peternakan sapi perah dalam mendukung produksi susu dan tujuan keberlanjutan.

4 PEMANDANGAN EKONOMI DAN KEBIJAKAN BAGI USAHA PERUSAHAAN SUSU DI AS
Kebijakan yang terkait dengan hasil lingkungan telah membentuk di mana dan bagaimana peternakan sapi perah beroperasi di Amerika Serikat (Sneeringer, S., 2011 ; Stirm & St-Pierre, 2003 ). Sementara sebagian besar operasi pertanian dikecualikan dari Clean Water Act, Concentrated Animal Feeding Operations (CAFO), termasuk sebagian besar perusahaan susu, tidak dikecualikan (US Congress, 1974 ; USEPA, 1999 ). Fasilitas-fasilitas ini diharuskan memiliki izin di bawah program National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) untuk mengelola polusi air. Sementara Clean Water Act bersifat federal, proses perizinan NPDES dilaksanakan oleh negara bagian. Negara bagian memiliki keleluasaan yang luas dalam pelaksanaannya, termasuk menggabungkan proses tersebut dengan peraturan negara bagian tambahan (USEPA, 2002 ).

Secara teori, Clean Air Act, Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act (CERCLA, atau Superfund, 42 USC §§9601–9675), dan Emergency Planning and Community Right-to-Know Act (EPCRA, 42 USC §§11001–11050) semuanya dapat mengatur emisi udara dari CAFO, tetapi dalam praktiknya, fasilitas-fasilitas ini dianggap terlalu kecil untuk mengatur polutan kriteria, yaitu amonia dan nitrogen oksida. Sektor pertanian sebagian besar dikecualikan dari pelaporan wajib emisi GRK, tetapi US EPA masih memperkirakan emisi dari pertanian (USEPA, 2014 ; 2022 ).

Peraturan tambahan ada di tingkat negara bagian, tetapi cakupan dan ketegasan peraturan sangat bervariasi di seluruh negara bagian. Beberapa kebijakan tingkat negara bagian membahas berbagai komponen hasil lingkungan. Misalnya, Undang-Undang Pengelolaan Air Tanah Berkelanjutan California mengatur penggunaan air pertanian dan mengharuskan pertanian di area tertentu berpartisipasi dalam program pengelolaan air tanah (Departemen Sumber Daya Air, California, 2014 ). Praktik Pertanian yang Diperlukan Vermont mencakup standar untuk mempertahankan zona penyangga untuk mengurangi polusi badan air (Badan Pertanian, Pangan & Pasar Vermont, 2016 ). Wisconsin memiliki pembatasan dalam penerapan pupuk kandang di musim dingin untuk melindungi kualitas air (Departemen Sumber Daya Alam Wisconsin [WDNR], 2020 ). Negara bagian tertentu juga mengatur emisi udara lebih dari pemerintah federal. Misalnya, sejak 2003, ketika California menghapus pengecualiannya untuk sumber pertanian, banyak fasilitas susu sekarang diatur oleh Distrik Pemantauan Kualitas Udara regional.

Program bantuan federal dan negara bagian ada untuk mendorong petani mengadopsi praktik untuk meningkatkan hasil lingkungan. Program federal seperti Environmental Quality Incentives Program menyediakan bantuan keuangan dan teknis untuk adopsi praktik konservasi, termasuk mengembangkan Rencana Pengelolaan Nutrisi Komprehensif untuk meningkatkan penyimpanan dan penerapan pupuk kandang (USDA NRCS, 2018 ). Banyak negara bagian menyediakan insentif bagi hasil biaya dan dukungan teknis melalui program penyuluhan dan lembaga konservasi. Dalam upaya untuk memahami manfaat program bagi hasil biaya tanaman penutup, para peneliti telah memperkirakan bahwa 54%–98% dari luas tanaman penutup yang ditanam di Iowa, Ohio, dan Maryland merupakan hasil langsung dari program tersebut (Fleming, 2017 ; Mezzatesta et al., 2013 ; Sawadgo & Plastina, 2021 ).

5 KEBERLANJUTAN LINGKUNGAN UNTUK OPERASI PERUSAHAAN SUSU DI AMERIKA SERIKAT
Sasaran keberlanjutan untuk operasi peternakan sapi perah bervariasi menurut negara bagian, wilayah, dan peternakan. Upaya keberlanjutan lingkungan dapat difokuskan pada pengurangan emisi GRK (CO 2 , CH 4 , dan N 2 O), meminimalkan hilangnya nitrogen (N) dan fosfor (P) melalui erosi dan pencucian, hilangnya amonia (NH 3 ) yang merusak kualitas udara dan air, meningkatkan efisiensi penggunaan air, atau membangun karbon (C) tanah (Afshar, 2023 ). Penelitian telah menginformasikan upaya ini dan mendukung sistem produksi hijauan sapi perah yang lebih berkelanjutan. Khususnya, penelitian telah mengeksplorasi manajemen nutrisi untuk perencanaan tingkat pertanian (Berlingeri et al., 2021 ; Meyer & Schwankl, 2000 ; CM Miller et al., 2017 ; Ros et al., 2023 ) dan pendekatan manureshed yang lebih luas (Dell et al., 2022 ; Spiegal et al., 2022 ), penilaian siklus hidup seluruh pertanian (A. Naranjo et al., 2020 ; AM Naranjo et al., 2023 ; CA Rotz et al., 2024 ), perbandingan sistem perah berbasis penggembalaan dan tanaman baris (Becker et al., 2022 ; Dietz et al., 2024 ; Rui et al., 2022 ), dan upaya pemodelan untuk memperkirakan perubahan yang didorong oleh praktik dalam hasil lingkungan (Greene et al., 2024 ; Hansen et al., 2021 ; Li dkk., 2012 ; Mason dkk., 2020 ; CA Rotz dkk., 2024 ).

Menerapkan praktik kesehatan tanah dapat mendukung tujuan keberlanjutan (Afshar, 2023 ). NRCS mendefinisikan kesehatan tanah sebagai “kapasitas tanah yang berkelanjutan untuk berfungsi sebagai ekosistem hidup vital yang menopang tanaman, hewan, dan manusia,” yang menggarisbawahi perannya dalam efisiensi dan produktivitas pertanian. Tanah yang sehat meningkatkan siklus air dan nutrisi, meningkatkan ketahanan iklim melalui kapasitas menahan air dan infiltrasi yang lebih besar, dan meningkatkan penyimpanan C, yang berkontribusi pada mitigasi GRK (sebagaimana dijelaskan dalam bagian di bawah). Sementara banyak indikator yang ada untuk menilai kesehatan tanah, seperti kapasitas menahan air yang tersedia, stabilitas agregat, dan aktivitas mikroba, makalah ini berfokus pada hasil lingkungan daripada metrik tertentu. Untuk detail lebih lanjut tentang indikator kesehatan tanah, pembaca dapat merujuk ke Norris et al. ( 2020 ).

Praktik kesehatan tanah utama yang memengaruhi pengurangan GRK, peningkatan kualitas air, dan efisiensi penggunaan air meliputi jenis pupuk kandang dan metode aplikasi, pengolahan tanah, dan rotasi tanaman yang menggabungkan keanekaragaman tanaman dan tanaman penutup. Keputusan pengelolaan ini memengaruhi konsentrasi N, P, dan C tanah, hidrologi skala lahan, dan penutup tanah. Bagian ini menyoroti praktik kesehatan tanah yang dapat meningkatkan hasil lingkungan dalam sistem pakan ternak sapi perah.

5.1 Jenis pupuk kandang dan cara pemberiannya
Hasil lingkungan dalam produksi hijauan sapi perah dipengaruhi secara signifikan oleh laju, jenis, dan metode aplikasi pupuk kandang sapi perah. Penelitian telah secara ekstensif mengeksplorasi bagaimana faktor-faktor ini memengaruhi hasil hijauan, kehilangan N dan P, dan akumulasi karbon organik tanah (SOC). Ada bukti yang jelas bahwa ketika pupuk kandang diterapkan pada laju dan waktu yang tepat, yang bergantung pada iklim, jenis pupuk kandang, kumpulan N dan P tanah, dan variabel spesifik lokasi lainnya, hal itu dapat memenuhi kebutuhan nutrisi tanaman sambil meningkatkan SOC dan meminimalkan kehilangan N dan P (Daliparthy et al., 1994 ; PL O’Brien & Hatfield, 2019 ; Sanderson & Jones, 1997 ; Stock et al., 2019 ; RA Young & Mutchler, 1976 ). Aplikasi pupuk kandang yang dioptimalkan juga dapat membantu meminimalkan masalah salinitas di daerah kering dan semikering dengan mengurangi masukan pupuk kandang yang berlebihan (Cabrera et al., 2009 ). Namun, pemahaman kita tentang bagaimana jenis pupuk kandang dan metode aplikasi berdampak pada keberlanjutan lingkungan dari produksi hijauan sapi perah masih terbatas pada kombinasi spesifik iklim, jenis tanah, dan jenis pupuk kandang.

Kotoran sapi perah sangat bervariasi, termasuk bubur, cair, padat, kompos, dan digestate cair. Jenis-jenis ini berbeda dalam hal kadar air, fraksi dan konsentrasi N dan P, dan sifat-sifat lain yang memengaruhi fungsi tanah. Jenis pupuk kandang tampaknya tidak memengaruhi biomassa hijauan atau serapan N (Rittl et al., 2023 ; Saunders, Fortuna, Harrison, Whitefiled, et al., 2012 ), meskipun efek yang tidak konsisten dari jenis pupuk kandang telah diamati untuk pencucian nitrat (NO 3 − ) dan emisi nitrogen oksida (N 2 O) (Basso & Ritchie, 2005 ; Fan et al., 2017 ; EC Martin et al., 2006 ; Rochette et al., 2008 ; Saunders, Fortuna, Harrison, Cogger, et al., 2012 ). Faktor-faktor seperti jenis tanah, waktu aplikasi, dan metode memengaruhi emisi GRK tanah dan pelindian/limpasan dari berbagai jenis pupuk kandang ini. Emisi N 2 O diketahui bergantung pada jenis tanah dan cuaca, dengan peningkatan emisi pada tahun yang lebih kering dari tanah lempung tetapi lebih banyak dari tanah liat pada tahun yang lebih basah, terlepas dari jenis pupuk kandang yang diberikan (Rochette et al., 2008 ). Waktu aplikasi juga penting, karena kejadian hujan segera setelah aplikasi pupuk kandang dapat menyebabkan puncak emisi N 2 O (Abalos et al., 2016 ; Sadeghpour et al., 2018 ).

Metode aplikasi bergantung pada jenis pupuk kandang yang diproduksi di pertanian. Aplikasi siaran cocok untuk menerapkan pupuk kandang kering dan cair, sementara metode injeksi bawah permukaan dan fertigasi berguna untuk pupuk kandang cair. Peningkatan emisi N 2 O telah diukur dari praktik injeksi dibandingkan dengan siaran dalam sistem tanpa olah tanah (Duncan et al., 2017 ; Ponce de León et al., 2021 ; J. Sherman et al., 2021 ), dengan perbedaan potensial dalam emisi N 2 O bergantung pada kondisi cuaca, di mana tanah yang lebih basah, tetapi tidak sepenuhnya jenuh, mengeluarkan lebih banyak (Sadeghpour et al., 2018 ). Demikian pula, menyuntikkan pupuk kandang dan menggabungkan pupuk kandang menggunakan pengolahan tanah sering menyebabkan peningkatan pelindian NO 3 − dibandingkan dengan aplikasi permukaan dalam sistem tanpa olah tanah (Dell et al., 2011 ; Gupta et al., 2004 ; Powell et al., 2011 ). Sementara aplikasi pupuk cair di bawah permukaan tanah tampaknya memiliki konsekuensi lingkungan yang lebih negatif di wilayah lembap, metode aplikasi ini mungkin merupakan alternatif yang lebih baik ketika irigasi banjir digunakan (Burger et al., 2016 ). Emisi N 2 O dan pelindian NO 3 − sangat bervariasi sebagai respons terhadap jenis dan aplikasi pupuk; namun, sudah diketahui dengan baik bahwa menyuntikkan bubur atau memasukkan pupuk padat dengan cepat adalah cara yang sangat efektif untuk mengurangi emisi NH 3 (Webb et al., 2010 ).

5.2 Pengolahan tanah yang dikurangi
Operasi pakan ternak perah menggunakan pengolahan tanah untuk mengendalikan gulma, memasukkan pupuk kandang, menghentikan tanaman tahunan dan tanaman penutup, menangani pemadatan tanah, dan menciptakan persemaian yang halus. Namun, penelitian telah menunjukkan bahwa pengolahan tanah tidak diperlukan untuk mempertahankan operasi pakan ternak yang menghasilkan tinggi dan berkualitas tinggi (Amin et al., 2018 ; Kaneko et al., 2011 ; Reed et al., 2019 ). Secara lebih umum, dalam sistem penanaman semusim, pengurangan pengolahan tanah menghasilkan hasil kesehatan tanah yang positif (Bagnall et al., 2022 ; Liptzin et al., 2022 ), termasuk agregasi tanah, yang merupakan komponen struktur tanah (Rieke et al., 2022 ). Struktur tanah yang lebih baik dapat mengurangi limpasan dan erosi, sehingga menghasilkan kualitas air yang lebih baik dan penggunaan nutrisi yang lebih efisien (Basset et al., 2023 ; Zhang et al., 2007 ). Mengurangi pengolahan tanah juga meningkatkan efisiensi penggunaan air dan kapasitas menahan air (Hatfield et al., 2001 ; Zibilske & Bradford, 2007 ).

Bukti empiris tentang bagaimana pengurangan pengolahan tanah berdampak pada emisi GRK dalam operasi pemberian pakan ternak dengan pupuk kandang memberikan hasil beragam yang mungkin memiliki komponen temporal yang penting. Beberapa penelitian telah menemukan peningkatan emisi N 2 O tanpa olah tanah, sementara yang lain telah mengukur lebih sedikit emisi tanpa olah tanah dibandingkan dengan perlakuan pengolahan tanah dengan bajak atau cakram (Badagliacca et al., 2018a, 2018b ; Baggs et al., 2003 ; Gregorich et al., 2008 ; Huang et al., 2015 ; Omonode et al., 2011 ; Plaza-Bonilla et al., 2014 ; Six et al., 2004 ; Tan et al., 2009 ; Tellez-Rio et al., 2015 ; Ussiri et al., 2009 ). Hasil yang kontras ini mungkin disebabkan oleh jumlah tahun sejak pengelolaan tanpa olah tanah atau pengelolaan dengan olah tanah yang dikurangi ditetapkan (Plaza-Bonilla et al., 2014 ; van Kessel et al., 2013 ). Sebuah meta-analisis menemukan bahwa emisi N 2 O lebih besar dalam pengelolaan tanpa olah tanah/pengolahan tanah yang dikurangi dibandingkan dengan pengelolaan dengan olah tanah secara konvensional hingga setelah 10 tahun penerapan (van Kessel et al., 2013 ).

Faktor lain yang memengaruhi hubungan antara emisi GRK dan intensitas pengolahan tanah adalah tekstur tanah. Misalnya, Pelster et al. ( 2021 ) mengamati emisi N 2 O yang lebih besar dari pengolahan tanah yang dikurangi dibandingkan dengan pengolahan tanah konvensional pada tanah lempung, sementara tidak ada perbedaan yang diamati pada tanah lempung berpasir. Tekstur tanah dapat menjadi prediktor utama hasil lingkungan dengan praktik pengolahan tanah (Ekwunife et al., 2022 ; Mhazo et al., 2016 ; Sedghi et al., 2024 ; Sun et al., 2015 ) sebagian karena hubungan dengan kapasitas menahan air yang tersedia (Saxton et al., 1986 ; van Es et al., 1999 ).

5.3 Diversifikasi rotasi tanaman
Rotasi hijauan yang mencakup tanaman tahunan, tanaman ganda, atau tanaman penutup juga dapat memengaruhi hasil keberlanjutan dibandingkan dengan rotasi tahunan (NP Martin et al., 2017 ). Menyertakan hijauan tahunan dapat mengimbangi hilangnya karbon tanah, emisi GRK, erosi tanah, dan limpasan nutrisi selama tahun-tahun rotasi (Gamble et al., 2022 ; Maas et al., 2013 ). Tanaman penutup menawarkan manfaat serupa (Faé et al., 2009 ; Schipanski et al., 2014 ). Rotasi tanaman hijauan yang beragam juga dapat meningkatkan kesehatan tanah dengan meningkatkan stabilitas agregat, meningkatkan aktivitas mikroba, dan meningkatkan SOC dan produksi hijauan (Acharya et al., 2024 ; Entz et al., 2002 ; Halvorson et al., 2002 ; WE Jokela et al., 2009 ; Maiga et al., 2019 ; Sanford et al., 2021 ; Zaeem et al., 2019 ). Pertumbuhan hijauan tahunan selama beberapa tahun dalam suatu rotasi dapat menghasilkan biomassa bawah tanah yang lebih besar dan kedalaman perakaran yang lebih dalam dibandingkan dengan rotasi tahunan-tahunan. Akar hijauan tahunan dapat tetap aktif sepanjang tahun dan selama bertahun-tahun setelah beralih kembali ke tanaman tahunan (Dupont et al., 2014 ; Fan et al., 2016 ; Lasisi et al., 2018 ; Monti & Zatta, 2009 ).

Meskipun ada manfaat potensial dari penyertaan tanaman tahunan atau tanaman penutup dalam rotasi hijauan, metode untuk mentransisikannya ke tanaman tahunan sangatlah penting. Beberapa penelitian telah mengukur emisi puncak GRK setelah penggabungan residu melalui pengolahan tanah musim semi, konsekuensi yang diperburuk jika N juga diterapkan di musim semi (Abalos et al., 2016 ; Adelekun et al., 2019 ; Baggs et al., 2000 ; Basalirwa et al., 2020 ; Kandel et al., 2020 ; Tenuta et al., 2019 ; Trozzo et al., 2020 ). Lebih jauh lagi, penghentian alfalfa dengan pengolahan tanah meningkatkan laju mineralisasi N sebagaimana dibuktikan oleh peningkatan pasokan N anorganik tanah dibandingkan dengan alfalfa yang dihentikan dengan herbisida dan dibiarkan di permukaan tanah untuk membusuk (Malhi et al., 2010 ; Mohr et al., 1998, 1999 ). Mempertahankan sisa tanaman tahunan atau tanaman penutup pada permukaan tanah, daripada menggabungkannya dengan pengolahan tanah, sangat penting untuk mempertahankan manfaat lingkungan dari rotasi tanaman yang beragam ini.

Rotasi tanaman ganda memberikan peluang untuk mempertahankan penutup tanah selama bulan-bulan musim dingin sambil meningkatkan total hasil hijauan. Rotasi ini telah menjadi manajemen yang berlaku di beberapa wilayah (Dell et al., 2024 ) di daerah dengan ketersediaan air yang cukup dan hari-hari derajat tumbuh, rotasi tiga tanaman dimungkinkan. Perbedaan antara penanaman penutup dan penanaman ganda sering kali bergantung pada apakah tanaman dipanen, karena banyak tanaman penutup juga dapat berfungsi sebagai hijauan. Penanaman ganda lebih layak di wilayah yang lebih hangat, karena meningkatnya jumlah hari derajat tumbuh. Beberapa penelitian telah menunjukkan potensi penerapan hijauan musim dingin di iklim yang lebih dingin (Jemison et al., 2012 ; JR West et al., 2020 ). Praktik ini menawarkan manfaat untuk pengelolaan nutrisi (Baxter et al., 2023 ; Binder et al., 2020 ; Krueger et al., 2012 ; Newton et al., 2003 ) dan penyimpanan air (Yost et al., 2023 ).

Dalam survei terhadap petani susu di New York yang melakukan penanaman ganda, peneliti menemukan bahwa petani hanya menanam sekitar 8% dari ladang tanaman baris mereka dengan sereal musim dingin (Ketterings et al., 2015 ). Kemampuan untuk meningkatkan total hasil hijauan melalui penanaman ganda dapat mendorong petani untuk berinvestasi dalam menanam tanaman di musim gugur, tetapi ekonominya tidak selalu menguntungkan (Ranck et al., 2019 ). Mengidentifikasi opsi penanaman ganda yang paling sesuai untuk memenuhi kebutuhan produsen, terutama di daerah yang lebih dingin, merupakan bidang minat yang sedang berkembang (Liebert et al., 2023 ).

5.4 Berbagai praktik dan pengelolaan produksi hijauan sebagai suatu sistem
Menerapkan satu praktik pengelolaan kesehatan tanah dapat menghasilkan perubahan positif terhadap keberlanjutan lingkungan, seperti yang dijelaskan di bagian sebelumnya. Studi telah menemukan bahwa menggabungkan praktik atau menerapkan sistem baru menghasilkan peningkatan keseluruhan terbaik terhadap hasil lingkungan (PL O’Brien et al., 2022 ). Tiga contoh bagaimana menggabungkan praktik pengelolaan kesehatan tanah dapat meningkatkan hasil lingkungan dijelaskan secara singkat di bawah ini.

Memasukkan tanaman tahunan seperti alfalfa ke dalam rotasi hijauan pakan ternak menyebabkan peningkatan C tanah dan pengurangan GRK dibandingkan dengan rotasi hijauan tahunan-tahunan (Maas et al., 2013 ). Namun, menghentikan alfalfa dengan pengolahan tanah mengakibatkan hilangnya GRK yang signifikan, yang pada akhirnya mengimbangi emisi GRK yang dilestarikan selama tahun-tahun alfalfa dari rotasi (Tenuta et al., 2019 ). Contoh lain tentang bagaimana mengintegrasikan beberapa praktik dapat membantu meniadakan konsekuensi yang tidak diinginkan adalah menggunakan tanaman musim dingin, baik tanaman penutup atau tanaman ganda, untuk menangkap N tanah yang tersedia dan mengurangi pencucian dari ladang tanpa olah tanah (Nouri et al., 2022 ). Karena tanpa olah tanah meningkatkan struktur dan porositas tanah, drainase membaik dan potensi pencucian meningkat dibandingkan dengan tanah yang diolah (Li et al., 2023 ). Sebaliknya, memadukan tanpa olah tanah dengan penanaman penutup tanah meningkatkan retensi air tanah yang mungkin disebabkan oleh peningkatan bahan organik tanah (Nunes et al., 2018 ; Villamil et al., 2006 ). Hal ini khususnya penting di wilayah kering dan semikering, di mana penanaman penutup tanah saja dapat mengurangi ketersediaan air untuk tanaman yang ditanam di musim semi (Mitchell et al., 2015 ; Nielsen et al., 2016 ; J. Wang et al., 2021 ).

Mengidentifikasi sistem yang mendukung tujuan mengoptimalkan hasil panen dan kualitas hijauan melalui peningkatan efisiensi penggunaan nutrisi dan daur ulang air akan meningkatkan hasil lingkungan. Dalam studi terkini, para peneliti mengidentifikasi sistem optimal untuk produksi hijauan dan kesehatan tanah di Vermont, yaitu tanpa olah tanah dengan tanaman penutup dan rotasi jagung 6 tahun dan alfalfa 4 tahun (White et al., 2023 ). Tentu saja, praktik atau sistem ini perlu disesuaikan untuk masing-masing pertanian guna memperhitungkan perbedaan tekstur tanah, topografi, ketersediaan air, iklim, kebutuhan produksi hijauan, dan faktor-faktor lainnya.

6 APA YANG KITA KETAHUI TENTANG DAMPAK LINGKUNGAN PADA PETERNAKAN SUSU KOMERSIAL DI AS?
Meskipun studi skala plot dan skala lapangan tentang produksi hijauan di lahan yang secara historis tidak terkait dengan peternakan sapi perah dapat memberikan informasi yang berharga, perbedaan dalam peralatan yang digunakan dan kurangnya riwayat pupuk kandang merupakan keterbatasan untuk mengekstrapolasi hasil ke lahan peternakan sapi perah komersial. Kemampuan kita untuk menerapkan praktik kesehatan tanah di lahan pertanian dan mengaitkan praktik ini dengan perubahan hasil lingkungan adalah suatu keharusan. Penelitian di lahan pertanian menghadirkan beberapa tantangan, termasuk variasi jenis tanah, adaptasi terhadap praktik pengelolaan yang diminta oleh petani, kurangnya lingkungan terkendali yang diperlukan untuk tujuan penelitian tertentu, dan biaya terkait (Ellis & Paustian, 2024 ; Karlen et al., 2017 ; Krueger et al., 2013 ).

Meskipun ada tantangan ini, studi di lahan pertanian dengan manajemen yang relevan dengan operasi peternakan sapi perah komersial sangat penting untuk menilai apakah hasil dari eksperimen pertanian jangka panjang berlaku dalam kondisi dunia nyata untuk produksi hijauan sapi perah. Studi di lahan pertanian menghasilkan data untuk mengkalibrasi dan memvalidasi model biofisik berbasis proses (Ellis & Paustian, 2024 ), mendorong inovasi antara peneliti dan produsen (Lacoste et al., 2022 ), dan membangun kepercayaan di antara petani dengan menunjukkan efektivitas praktik dalam aplikasi praktis (Pires et al., 2024 ). Di bawah ini, kami menyoroti hasil lingkungan dari praktik manajemen kesehatan tanah berdasarkan penelitian yang ditinjau sejawat yang dilakukan pada operasi peternakan sapi perah komersial AS.

6.1 Karbon tanah
Peningkatan SOC di lahan pertanian telah menjadi titik fokus dalam upaya untuk mengurangi jejak GRK dan mengatasi perubahan iklim. Studi perbandingan di seluruh sistem penanaman, termasuk operasi perah dan non-perah, menyoroti bahwa rumput dan padang rumput abadi menunjukkan SOC atau bahan organik (OM) yang lebih besar di 0–15 cm tanah teratas dibandingkan dengan operasi tanaman baris (Augarten et al., 2023 ; Lei et al., 2021 ; Nunes et al., 2020 ). Secara khusus, ketika membandingkan sistem tanaman baris terutama di Timur Laut, sistem perah menunjukkan peningkatan SOC dibandingkan dengan sistem penanaman sayur, buah, dan biji-bijian tunggal tetapi SOC lebih rendah daripada sistem sayuran abadi dan campuran (Nunes et al., 2020 ). Namun, sebuah studi berbasis di Wisconsin oleh Augarten et al. ( 2023 ) tidak menemukan perbedaan dalam OM antara lahan perah tahunan-abadi dan rotasi tahunan saja dengan atau tanpa pupuk kandang. Mengingat bahwa ini adalah perbandingan sistem tanam, sebagian besar didorong oleh rotasi tanaman komersial dan amandemen pupuk kandang, tidak jelas apa dampak tanaman penutup, tanaman ganda, atau pengolahan tanah yang dikurangi/tanpa olah tanah terhadap temuan tersebut.

Penelitian yang mengeksplorasi dampak praktik manajemen seperti pengolahan tanah, penanaman penutup tanah, atau penerapan jenis pupuk kandang alternatif pada SOC di peternakan sapi perah komersial AS masih terbatas. Dari sebuah studi yang membandingkan kumpulan C di peternakan sapi perah Pennsylvania, bukti menunjukkan bahwa manajemen tanpa olah tanah meningkatkan penyimpanan SOC di 0–15 cm teratas dibandingkan dengan praktik pengolahan tanah konvensional, dengan akumulasi tahunan potensial diperkirakan sekitar 0,5 Mg C ha −1 (Dell et al., 2008 ). Studi lain telah mengidentifikasi peningkatan SOC dengan menggabungkan pupuk kandang dengan aplikasi biochar atau mengintegrasikan tanaman penutup (Angst et al., 2014 ; Krueger et al., 2013 ). Selain itu, korelasi telah diamati antara OM dan stabilitas hasil hijauan di sebuah pertanian di New York (EA Long & Ketterings, 2016 ), yang menunjukkan implikasi yang lebih luas untuk kesehatan dan produktivitas tanah. Meskipun terdapat keterbatasan dalam representasi geografis di seluruh studi ini dan jumlah peternakan yang terwakili, temuan tersebut menggarisbawahi potensi praktik pengelolaan kesehatan tanah untuk meningkatkan penyerapan C di peternakan sapi perah komersial dan meningkatkan ketahanan pertanian.

6.2 Emisi nitrogen oksida
Penilaian komprehensif emisi GRK di peternakan sapi perah komersial akan mencakup emisi dari sapi, pengelolaan pupuk kandang, dan tanah, serta penggunaan bahan bakar dan energi (Rotz et al., 2021 ). Di antara ini, emisi berbasis tanah terutama didorong oleh emisi N 2 O yang terkait dengan aplikasi pupuk kandang sapi perah. Kami meninjau literatur yang diterbitkan tentang emisi N 2 O yang terkait dengan aplikasi pupuk kandang sapi perah ke lahan pertanian komersial di Amerika Serikat dan merangkum karakteristik dari 28 percobaan dalam Tabel 1. Perbandingan statistik dari studi-studi ini menantang karena variabilitas dalam iklim, jenis pupuk kandang (padat vs. cair, mentah vs. olahan), dan metode aplikasi (disiarkan vs. disuntikkan) yang digunakan. Durasi studi rata-rata adalah 2 tahun, tetapi kurang dari setengah studi mengukur emisi sepanjang tahun.

TABEL 1. Studi dari perusahaan susu komersial dan stasiun penelitian di Amerika Serikat untuk menilai emisi gas rumah kaca (GRK) dari tanah yang dipupuk dengan pupuk kandang sapi perah dan digunakan untuk menanam hijauan pakan ternak.

Dari 28 studi yang disajikan dalam Tabel 1 , hanya delapan yang menilai perubahan emisi GRK dari eksperimen di lahan pertanian. Dari delapan studi ini, pentingnya manajemen nutrisi, waktu pengolahan tanah yang optimal, dan aplikasi biochar disoroti sebagai strategi yang efektif untuk mengurangi emisi GRK (Angst et al., 2014 ; Collins et al., 2011 ; Gao et al., 2023 ; Lazcano et al., 2016 ; Molodoyskaya et al., 2012 ; Singurindy et al., 2009 ). Studi-studi ini tidak memberikan bukti ilmiah yang cukup mengenai dampak yang lebih luas dari sistem manajemen kesehatan tanah terhadap emisi GRK dari peternakan sapi perah AS. Penelitian tambahan diperlukan di berbagai wilayah di luar yang dipelajari (California, New York, Washington, dan Vermont) untuk lebih mencerminkan keragaman tanah, iklim, dan sistem tanam yang mencakup peternakan sapi perah AS. Selain itu, praktik lain perlu dieksplorasi termasuk keragaman rotasi tanaman, berbagai praktik pengolahan tanah, dan berbagai metode untuk aplikasi nutrisi.

6.3 Kualitas air
Ekspor N dan P dari ladang produksi hijauan melalui pelindian dan limpasan berkontribusi terhadap berkurangnya kualitas air. Keseimbangan massa dan rencana pengelolaan hara dapat menjadi pendekatan efektif untuk mengevaluasi peluang untuk mengoptimalkan penggunaan N dan P dengan lebih baik di peternakan sapi perah (Cela et al., 2015 ; Ghebremichael & Watzin, 2011 ; Olivo et al., 2024 ; Ros et al., 2023 ; Soberon et al., 2015 ), yang pada akhirnya mengurangi kerugian pada sumber air. Namun, studi yang membandingkan efektivitas berbagai praktik konservasi (misalnya, pengolahan tanah yang dikurangi, penanaman penutup tanah, dan jenis pupuk kandang alternatif) pada indikator kualitas air dari operasi peternakan sapi perah komersial AS terbatas. Tabel 2 memberikan ikhtisar studi kualitas air yang ada di ladang yang menerima pupuk kandang sapi perah, termasuk yang dilakukan di situs penelitian universitas atau USDA yang secara historis dalam produksi hijauan sapi perah. Dari 23 studi di pertanian, 10 membandingkan praktik pengelolaan kesehatan tanah, dan hanya lima dari 10 studi tersebut yang mengukur hasil kualitas air selama lebih dari enam bulan.

TABEL 2. Studi dari peternakan sapi perah komersial dan stasiun penelitian di AS untuk menilai limpasan dan/atau pencucian dari tanah yang dipupuk dengan pupuk kandang sapi perah dan digunakan untuk menanam hijauan pakan ternak.

Hasil dari dua studi di lahan pertanian yang membandingkan hasil kualitas air dari praktik pengolahan tanah yang berbeda sebagian besar selaras dengan hasil yang diperoleh di stasiun penelitian. Secara khusus, menggabungkan pupuk kandang ke dalam tanah menggunakan pengolahan tanah mengurangi limpasan N dan P dibandingkan dengan aplikasi siaran tanpa pengolahan tanah (Garcia et al., 2008 ; Kleinman et al., 2009 ; Mueller et al., 1984 ; Stock et al., 2019 ; Vadas et al., 2019 ; RA Young & Mutchler, 1976 ). Metode aplikasi gangguan rendah, seperti pengolahan tanah vertikal atau injeksi cakram dangkal, efektif dalam mengurangi kehilangan N dan P melalui limpasan (W. Jokela et al., 2016 ; Powell et al., 2011 ; Veith et al., 2011 ) dan mempertahankan struktur tanah. Namun, sistem yang paling efektif untuk mengurangi hilangnya limpasan nutrisi adalah dengan menyebarkan pupuk kandang ke tanaman penutup tanah yang berdiri dalam sistem tanpa olah tanah (Verbee et al., 2010 ).

Studi di lahan pertanian telah menunjukkan bahwa rotasi tanaman dengan tanaman tahunan dan tanaman penutup dapat mengurangi kehilangan N dan P. Krueger dkk. ( 2013 ) menunjukkan bahwa tanaman penutup gandum hitam mengurangi pelindian N hampir 50% pada tahun pertamanya. Penelitian lebih lanjut di lahan pertanian yang sama menemukan kehilangan NO 3 − dan P yang jauh lebih rendah di ladang alfalfa dibandingkan dengan ladang silase jagung (Gamble dkk., 2022 ). Kegunaan tanaman tahunan untuk mengurangi kehilangan nutrisi ke air juga telah ditunjukkan di lahan pertanian komersial di Florida (Woodard dkk., 2002 , 2003 ). Mengingat cakupan studi di lahan pertanian ini yang terbatas, baik dalam hal perbandingan praktik pengelolaan kesehatan tanah maupun wilayah yang terwakili, diperlukan penelitian yang lebih komprehensif untuk menentukan praktik mana yang menghasilkan hasil kualitas air yang paling baik bagi industri susu AS.

6.4 Kuantitas air
Efisiensi penggunaan air menjadi semakin penting bagi peternakan sapi perah, terutama di lingkungan terbatas air di Amerika Serikat bagian barat. Menipisnya akuifer, seperti Akuifer Ogallala, yang memasok air ke Texas High Plains, telah mengurangi ketersediaan air untuk peternakan sapi perah. Hal ini telah memaksa beberapa peternakan sapi perah untuk menanam hijauan dengan sedikit atau tanpa irigasi, yang menyebabkan keterbatasan pada varietas hijauan yang ditanam dan hasil keseluruhan (Bhattarai et al., 2019 ; Cruz et al., 2021 ). Sementara Akuifer Ogallala menggambarkan tantangan kelangkaan air yang menonjol bagi peternakan sapi perah, masalah serupa diperkirakan terjadi di wilayah lain karena perubahan iklim terus mengganggu pola presipitasi (Liu et al., 2022 ). Praktik kesehatan tanah dapat memainkan peran penting dalam mendukung upaya konservasi air di wilayah semikering (Nilahyane et al., 2023 ).

Ketersediaan air secara signifikan membatasi potensi agronomi di wilayah kering dan semi-kering di Amerika Serikat, serta di wilayah lembap selama musim kemarau. Peternakan sapi perah di Amerika Serikat bagian barat terutama bergantung pada irigasi untuk memenuhi kebutuhan air mereka. Namun, irigasi memerlukan biaya finansial yang cukup besar yang dapat menjadi penghalang bagi sebagian petani. Saat ini, irigasi tanaman merupakan penggunaan air terbesar oleh peternakan sapi perah AS (Matlock et al., 2013 ). Untuk beradaptasi dengan kekeringan yang diantisipasi, peternak sapi perah di beberapa wilayah semi-kering telah mulai menanam tanaman silase yang lebih toleran terhadap stres air dibandingkan dengan silase jagung tradisional (Bhattarai et al., 2019 ).

Meskipun kebutuhannya sangat penting, telaah pustaka kami hanya mengungkap satu studi yang mengevaluasi penggunaan air hijauan pada operasi komersial terkait praktik pengelolaan kesehatan tanah. Di sebuah pertanian di Minnesota, silase jagung ditemukan memiliki efisiensi penggunaan air yang lebih besar daripada alfalfa (peningkatan ∼70%; Gamble et al., 2022 ). Saat petani menavigasi keputusan terkait penggunaan air untuk produksi hijauan, apakah mereka menghadapi kondisi kekeringan atau sumur yang menipis, implikasi ekonomi dari produksi hijauan yang lebih sedikit atau mungkin tidak ada tidak dapat dilebih-lebihkan (Leister et al., 2015 ). Deines et al. ( 2020 ) memperkirakan bahwa hampir satu dari 10 lahan irigasi mungkin tidak dapat mendukung produksi tanaman ketika irigasi tidak lagi layak. Penelitian yang difokuskan pada strategi yang dapat diskalakan dan praktis untuk meningkatkan efisiensi penggunaan air di peternakan sapi perah akan sangat penting untuk mempertahankan produksi susu AS, khususnya dengan perluasan operasi peternakan sapi perah yang sedang berlangsung di wilayah-wilayah yang terbatas air ini.

6.5 Produktivitas pakan ternak
Bahasa Indonesia: Untuk peternakan sapi perah, kualitas dan hasil hijauan yang ditanam di peternakan merupakan faktor ekonomi yang krusial, yang memerlukan pemahaman tentang bagaimana praktik pengelolaan kesehatan tanah memengaruhi produktivitas. Tinjauan pustaka mengidentifikasi delapan studi yang meneliti perbedaan hasil di lahan produksi susu AS, dengan empat studi juga meneliti kualitas hijauan (Battaglia et al., 2021 ; Cox et al., 2009 ; Ketterings et al., 2013 ; Kleinman et al., 2005 ; Krueger et al., 2013 ; EA Long & Ketterings, 2016 ; Macoon et al., 2002 ; Woodard et al., 2002 , 2003, 2007 ). Di antara ini, tiga studi membandingkan tingkat pupuk kandang dan rotasi hijauan pada peternakan sapi perah di Florida. Temuan tersebut menunjukkan tidak ada perbedaan hasil yang signifikan berdasarkan takaran pupuk kandang, sementara rotasi dengan rumput bermuda menghasilkan hasil hijauan tertinggi (Macoon et al., 2002 ; Woodard et al., 2002 , 2003 ).

Di New York, tiga studi di lahan pertanian menyelidiki efek intensitas pengolahan tanah, kedalaman pengolahan tanah, dan/atau penempatan pupuk kandang pada hasil dan kualitas silase jagung. Peningkatan hasil diamati ketika pupuk kandang dimasukkan menggunakan metode pengolahan tanah yang dikurangi dibandingkan dengan penambahan pahat atau tanpa olah tanah, meskipun tidak ada perbedaan dalam kualitas hijauan yang diamati (Ketterings et al., 2013 ). Ketika menggabungkan pengolahan tanah yang dikurangi dengan injeksi pupuk kandang, hasil dan kualitas silase jagung yang serupa dicapai dibandingkan dengan praktik pengolahan tanah yang lebih intensif (Battaglia et al., 2020). Dalam sistem injeksi pupuk kandang dan pengolahan tanah yang dikurangi, kedalaman pengolahan tanah memengaruhi hasil silase dan efisiensi penggunaan N. Di antara kedalaman yang diuji yaitu 0, 18, dan 36 cm, kedalaman 18 cm tampak optimal untuk hasil, penyerapan NO 3 − , dan profitabilitas (Cox et al., 2009).

Dua penelitian lain membandingkan efek penanaman penutup tanah terhadap hasil panen. Krueger et al. ( 2013 ) menemukan bahwa hasil panen silase jagung menurun hingga 16% setelah penanaman tanaman penutup tanah gandum hitam musim dingin, terutama karena penanaman yang tertunda akibat kelembaban berlebih di sebuah lahan pertanian di Minnesota. Sebaliknya, Kleinman et al. ( 2005 ) melaporkan penurunan hasil panen silase jagung dengan rumput gandum hitam abadi yang ditanam di sela-sela tetapi tidak mengamati perbedaan hasil panen yang signifikan dengan semanggi merah yang ditanam di sela-sela dibandingkan dengan tanpa tanaman penutup tanah di lahan pertanian di New York. Hasil yang kontras ini menyoroti kompleksitas dampak tanaman penutup tanah terhadap hasil panen hijauan, yang mungkin bergantung pada jenis tanaman penutup tanah tertentu, kondisi tanah setempat, dan praktik pengelolaan. Khususnya, Krueger et al. ( 2013 ) menekankan tantangan penanaman jagung yang terlambat di lahan gandum hitam musim dingin akibat masalah kelembaban, yang menggarisbawahi pentingnya mengadaptasi praktik pengelolaan untuk memperhitungkan cuaca. Pengelolaan tanaman penutup tanah yang efektif, mirip dengan praktik kesehatan tanah lainnya, memerlukan pengalaman (Bagnall et al., 2020 ). Baik studi Krueger et al. ( 2013 ) maupun Kleinman et al. ( 2005 ) hanya menguji penanaman tanaman penutup selama 1 tahun. Untuk memahami secara komprehensif bagaimana praktik pengelolaan kesehatan tanah memengaruhi hasil hijauan dalam berbagai kondisi dan selama beberapa musim tanam, diperlukan studi jangka panjang.

7 PANDANGAN BAGI OPERASI PENYUSUTAN SUSU DI AS
Mengingat sedikitnya penelitian yang dilakukan di peternakan sapi perah untuk mengevaluasi dampak praktik manajemen terhadap hasil lingkungan, sulit untuk memperkirakan kapan dan di mana praktik manajemen kesehatan tanah akan memiliki dampak terbesar bagi industri susu. Tidak hanya sedikit studi di peternakan, tetapi juga kurangnya representasi regional dari operasi hijauan sapi perah, khususnya di wilayah kering dan semikering di Amerika Serikat bagian barat, yang termasuk dalam badan literatur saat ini. Lebih jauh lagi, banyak dari studi di peternakan ini terlalu singkat durasinya untuk sepenuhnya menangkap perubahan yang terkait dengan manajemen kesehatan tanah, yaitu yang terkait dengan struktur tanah. Mungkin diperlukan waktu 4 tahun atau lebih untuk mengamati peningkatan kesehatan tanah setelah mengadopsi praktik tersebut (WE Jokela et al., 2009 ; Meals et al., 2010 ; TO West & Six, 2007 ; Wood & Bowman, 2021 ).

Kami berfokus pada pendekatan yang dapat meningkatkan hasil di bidang produksi hijauan di peternakan sapi perah yang dikurung. Pada skala peternakan sapi perah secara keseluruhan, studi pemodelan di wilayah lembap menunjukkan bahwa sistem berbasis padang rumput musiman atau sepanjang tahun dapat memiliki dampak lingkungan yang lebih rendah secara keseluruhan daripada sistem yang dikurung (Belflower et al., 2012 ; D. O’Brien et al., 2012 ; Rotz et al., 2009 ; Wepking et al., 2022 ). Meskipun mungkin tidak memungkinkan di wilayah yang lebih kering, menggabungkan penggembalaan di musim gugur atau musim semi mungkin menjadi pilihan di wilayah yang lebih lembap.

Mengidentifikasi praktik manajemen kesehatan tanah yang paling efektif untuk mengurangi dampak lingkungan yang negatif dan mempertahankan atau meningkatkan hasil hijauan untuk pertanian atau wilayah tertentu hanyalah langkah pertama menuju adopsi mereka. Petani di beberapa daerah mungkin menghadapi tantangan logistik yang terkait dengan penerapan praktik ini, yang dapat dikurangi dengan program bantuan (Carlisle, 2016 ). Contoh dari tantangan ini termasuk biaya atau ketersediaan peralatan khusus dan benih tanaman penutup, serta kesulitan mengintegrasikan praktik tersebut ke dalam operasi pertanian yang ada (Dunn et al., 2016 ). Bahkan jika sistem hijauan sapi perah yang optimal diidentifikasi, petani akan tetap mendapat manfaat dari bantuan teknis untuk menyesuaikan praktik ini dengan operasi spesifik mereka (Bowman et al., 2022 ). Misalnya, uji coba di pertanian oleh Krueger et al. ( 2013 ) mencatat bahwa seorang petani yang berpartisipasi memilih untuk tidak menanam tanaman penutup selama tahun kedua dari proyek 2 tahun karena ladang dengan tanaman penutup masih basah di akhir musim semi, yang menyebabkan penundaan penanaman dan berkurangnya hasil silase selama tahun pertama. Dengan akses ke bantuan teknis, petani mungkin telah berhasil mengelola tanaman penutup untuk memenuhi tujuan pertanian mereka dan terus menggunakan tanaman penutup. Demikian pula, 10 dari 73 petani susu yang disurvei di New York tidak lagi menanam tanaman penutup karena berbagai alasan yang terkait dengan tanggal penanaman tanaman penutup dan tanaman komersial (Long et al., 2013 ).

8 ARAH MASA DEPAN
Tren menuju operasi peternakan sapi perah AS yang lebih besar dan terkonsolidasi, khususnya di wilayah kering dan semikering, menghadirkan tantangan dan peluang untuk meningkatkan keberlanjutan lingkungan. Makalah ini mengeksplorasi bagaimana praktik pengelolaan kesehatan tanah yang sesuai secara lokal dapat mengurangi dampak lingkungan negatif yang terkait dengan produksi hijauan sapi perah, termasuk emisi GRK, pencucian nutrisi, limpasan, dan penggunaan air. Namun, bukti sebagian besar berasal dari eksperimen stasiun penelitian daripada pengaturan pertanian komersial, yang cenderung memiliki kendala tambahan pada keputusan manajemen. Beberapa studi di pertanian yang tersedia menunjukkan praktik kesehatan tanah bersifat samar-samar untuk produksi hijauan dan dampak lingkungan tetapi terbatas dalam representasi dan cakupan geografis, sehingga membuat ekstrapolasi nasional menjadi masalah. Jika ada hampir 2 hektar lahan yang dapat diolah per sapi dan sekitar 9 juta sapi, maka kita dapat memperkirakan bahwa ada sekitar 18 juta hektar yang digunakan untuk produksi hijauan sapi perah (Ishler, 2023 ; USDA-NASS, 2022 ). Mempertimbangkan angka ini, mengadopsi sistem produksi yang optimal akan memiliki manfaat lingkungan yang substansial. Untuk mendorong penerapan praktik-praktik ini secara luas, penelitian jangka panjang dan berskala besar pada peternakan sapi perah komersial di berbagai wilayah sangatlah penting. Berikut ini kami mengidentifikasi bidang-bidang terpenting untuk penelitian di masa mendatang.

8.1 Wilayah geografis yang beragam
Sebagian besar penelitian di lahan pertanian telah difokuskan di Timur Laut dan Midwest bagian atas (lihat Bagian 5 ). Namun, lima dari 10 negara bagian teratas untuk produksi susu di Amerika Serikat pada tahun 2023 adalah California, Texas, New Mexico, Idaho, dan Washington. Dari survei literatur kami, kami mengidentifikasi dua studi tentang peternakan sapi perah komersial di California yang membandingkan praktik pengelolaan kesehatan tanah dan mengukur emisi GRK, satu studi yang membandingkan praktik dan hasil kualitas air di California, dan satu studi yang membandingkan praktik dan emisi GRK di peternakan sapi perah di Washington (Tabel 1 ). Lebih jauh lagi, kami tidak mengidentifikasi penelitian di lahan pertanian yang ditujukan untuk membandingkan praktik pengelolaan kesehatan tanah guna meningkatkan efisiensi penggunaan air di negara bagian mana pun selain Minnesota.

8.2 Penelitian di lahan pertanian
Peternakan sapi perah komersial telah berfokus pada pengoptimalan produksi hijauan karena mereka perlu memberi makan hewan mereka; mereka sering beroperasi di bawah kendala yang berbeda dari studi plot tradisional di stasiun penelitian. Ladang di peternakan ini memiliki sejarah panjang aplikasi pupuk kandang dan memiliki lebih banyak variabilitas topografi dan hidrologi daripada sebagian besar plot penelitian. Faktor-faktor ini akan memengaruhi praktik kesehatan tanah apa yang dapat diadopsi, bagaimana mereka diadopsi, dan efektivitasnya. Penelitian yang relevan secara lokal, pada skala yang berlaku untuk ladang pertanian, dan praktik yang sedang berlangsung untuk mengevaluasi kombinasi praktik agronomi dan pengelolaan pupuk kandang diperlukan. Studi-studi ini harus berlangsung lebih dari satu musim tanam karena perubahan dalam pengelolaan mungkin memerlukan waktu beberapa tahun untuk menjadi nyata (WE Jokela et al., 2009 ; Meals et al., 2010 ; TO West & Six, 2007 ; Wood & Bowman, 2021 ).

8.3 Pendekatan sistem
Tidak ada praktik individu yang dapat memaksimalkan penggunaan air, meningkatkan kualitas air, dan mengurangi emisi GRK karena ada trade-off dengan setiap praktik (Kong et al., 2009 ; Mitchell et al., 2015 ). Mengidentifikasi kombinasi praktik yang tepat untuk jenis tanah, iklim, lanskap, dan jenis operasi akan memberikan manfaat yang optimal. Misalnya, sistem tanpa olah tanah dengan tanaman penutup dapat mengurangi erosi dan limpasan nutrisi, tetapi pengelolaan nitrogen dan residu tanaman selama penghentian musim semi sangat penting untuk menghindari peningkatan emisi GRK. Demikian pula, penting untuk memahami bagaimana praktik ini memengaruhi seluruh lahan. Misalnya, jika praktik ini meningkatkan infiltrasi, praktik ini dapat meningkatkan ketersediaan air di bagian lahan yang terbatas air dan mencegah genangan air dari limpasan di bagian lain lahan. Redistribusi air di lanskap karena perbaikan struktur tanah dari praktik tanpa olah tanah harus berdampak signifikan pada emisi GRK, infiltrasi dan ketersediaan air, dan erosi.

8.4 Mengintegrasikan teknologi baru
Berbagai macam teknologi sedang dieksplorasi untuk memanfaatkan nutrisi lebih baik dengan membatasi emisi NH3 dan GRK (Hou et al., 2017 ; Ti et al., 2019 ; Cao et al., 2020 ) atau membuang kelebihan fosfor (He et al., 2019 ), terutama selama penyimpanan pupuk kandang di pertanian. Kemajuan dalam teknologi pupuk kandang yang menciptakan produk yang lebih mudah diangkut secara ekonomis atau yang dirancang untuk melepaskan N dan P secara perlahan dapat meningkatkan pengelolaan siklus nutrisi dan emisi GRK di lahan produksi hijauan, tetapi sedikit penelitian yang mengevaluasi produk baru ini di lapangan (Baxter et al., 2024 ; Seidel et al., 2017 ). Demikian pula, penerapan nutrisi menggunakan praktik pertanian presisi kurang dieksplorasi untuk pupuk kandang tetapi dapat mengurangi emisi GRK dan meningkatkan hasil kualitas air.

8.5 Meningkatkan efisiensi penggunaan air
Karena jumlah sapi perah terus bertambah di wilayah semikering Amerika Serikat, petani perlu mengoptimalkan penggunaan air untuk menanam hijauan. Beberapa petani telah beralih menanam hijauan dengan toleransi stres air yang tinggi seperti sorgum atau triticale, tetapi lebih banyak intervensi akan diperlukan karena ketersediaan air terus menurun. Integrasi pendekatan sistem untuk mencakup praktik pengelolaan kesehatan tanah, hijauan yang toleran terhadap stres air, dan strategi irigasi alternatif termasuk irigasi tetes harus dieksplorasi. Penelitian harus secara khusus difokuskan pada identifikasi sistem yang mengurangi evapotranspirasi, meningkatkan SOC untuk meningkatkan kapasitas menahan air, dan mengurangi erosi dari peternakan sapi perah yang terletak di wilayah dengan keterbatasan air.

8.6 Mengurangi emisi GRK
Mengidentifikasi sistem produksi hijauan untuk diterapkan di peternakan sapi perah yang mengurangi emisi GRK merupakan inisiatif di seluruh industri. Penelitian harus secara khusus difokuskan pada pengidentifikasian sistem pengelolaan kesehatan tanah dan metode aplikasi yang mengurangi emisi GRK dan meningkatkan SOC di wilayah-wilayah tempat sebagian besar peternakan sapi perah berada. Mungkin juga ada trade-off berdasarkan keputusan pengelolaan. Misalnya, penambahan atau penyuntikan pupuk kandang hampir dapat menghilangkan volatilisasi NH3 , yang terkait dengan emisi N2O tidak langsung , tetapi dapat meningkatkan emisi N2O langsung (Duncan et al., 2017

8.7 Meningkatkan kualitas air
Memanfaatkan praktik pengelolaan kesehatan tanah untuk mengurangi limpasan dan pencucian telah mendapat perhatian paling besar di wilayah-wilayah lembap di Amerika Serikat, khususnya di Minnesota, New York, Pennsylvania, dan Wisconsin. Akan tetapi, petani di wilayah lain di Amerika Serikat semakin ditekan untuk mengurangi limpasan dan pencucian dan hanya memiliki sedikit atau tidak ada hasil ilmiah untuk membantu memandu perencanaan konservasi mereka, selain menyusun dan mengikuti rencana pengelolaan nutrisi atau mengekstrapolasi hasil dari penelitian yang dilakukan di tempat lain. Penelitian harus secara khusus difokuskan pada identifikasi sistem pengelolaan kesehatan tanah di Amerika Serikat Bagian Barat yang mengurangi kehilangan N dan P melalui limpasan dan pencucian.

9 KESIMPULAN
Fokus makalah ini adalah pada produksi hijauan susu berkelanjutan di Amerika Serikat; namun, industri susu internasional memiliki tujuan dan pendekatan yang serupa. Misalnya, peneliti di Irlandia melakukan penilaian di lahan pertanian untuk mengevaluasi indikator keberlanjutan (Ryan et al., 2016 ). Di Kanada, peneliti bereksperimen dengan hijauan abadi untuk mengidentifikasi rotasi yang mengoptimalkan ekonomi pertanian dan hasil lingkungan (Ouellet et al., 2021 ). Di Selandia Baru, negara dengan sistem penggembalaan berbasis padang rumput, peneliti berupaya mengidentifikasi rotasi penggembalaan dan hijauan optimal yang mendukung pengurangan GRK dan peningkatan kualitas air (DairyNZ, 2024 ). Tinjauan pada skala global menemukan bukti terbatas untuk perbedaan kehilangan nutrisi antara sistem yang dikurung dan digembalakan (McDowell et al., 2022 ).

Upaya global ini menyoroti tantangan dan peluang bersama dalam mengadaptasi sistem produksi hijauan untuk menyeimbangkan produktivitas, pengelolaan lingkungan, dan kelayakan ekonomi. Sistem produksi hijauan harus dioptimalkan untuk memenuhi kebutuhan pertanian, efektif dalam memenuhi tujuan lingkungan, dan praktis untuk diterapkan bagi petani di semua jenis operasi peternakan sapi perah AS. Meningkatkan hasil lingkungan adalah prioritas, dan menciptakan solusi yang layak secara ekonomi merupakan persyaratan untuk keberhasilan jangka panjang. Dikombinasikan dengan penelitian skala plot dan non-perah, penelitian masa depan tentang peternakan sapi perah komersial akan memberikan wawasan yang dibutuhkan untuk mengurangi risiko adopsi yang dirasakan dan mengembangkan strategi komprehensif untuk meningkatkan keberlanjutan lingkungan. Ini akan memastikan bahwa industri susu AS dapat berkembang secara ekonomi sambil meminimalkan jejak lingkungannya.