Abstrak
Patogen yang ditularkan melalui tanah mengurangi kinerja tanaman pangan utama di Afrika sub-Sahara. Penanaman yang beragam dan pengelolaan nutrisi dapat meningkatkan kesehatan tanah dan tanaman, membatasi kerusakan patogen. Untuk memeriksa bagaimana manajemen dan perubahan kesehatan tanah memengaruhi patogen yang ditularkan melalui tanah, kami memanfaatkan uji coba lapangan selama 18 tahun di Kenya bagian barat, mengevaluasi sistem penanaman yang umum dilakukan oleh pertanian petani kecil. Kami mempertimbangkan tiga sistem penanaman dan dua strategi pengelolaan bahan organik: monokultur jagung berkelanjutan (M–M), Tephrosia dalam rotasi dengan jagung (T–M), jagung yang ditanam di sela-sela dengan kedelai (M–S), aplikasi atau tidak pupuk kandang, dan retensi atau pembuangan sisa tanaman. Kami menilai sifat fisik dan kimia tanah dan patogen utama yang ditularkan melalui tanah— Fusarium , Pythium , nematoda simpul akar (RKN), dan nematoda lesi. Rotasi T–M secara signifikan meningkatkan permanganat yang dapat dioksidasi C (POXC), bahan organik partikulat (POM), agregasi, dan P yang tersedia, sambil mengurangi pH dan densitas massal, dibandingkan dengan sistem lain. M–S tidak meningkatkan kesehatan tanah secara signifikan dibandingkan dengan M–M. Pupuk kandang mengurangi RKN hingga 92% tetapi meningkatkan Fusarium hingga 54%. pH tanah dan POXC berkorelasi negatif dengan Pythium dan RKN, sementara Fusarium berkorelasi positif dengan POXC, total C, dan agregasi. Secara keseluruhan, penambangan nutrisi berkelanjutan dan masukan organik minimal menyebabkan penurunan sifat-sifat tanah utama (pH, POXC, POM, agregasi, dan total C), dengan implikasi untuk dinamika patogen. Temuan kami menyoroti pentingnya masukan organik dalam meningkatkan kesehatan tanah dan mengelola patogen tetapi memperingatkan agar tidak menggunakan Tephrosia di tanah yang dipenuhi nematoda, karena tampaknya merupakan inang yang cocok dan mungkin tidak menekan populasi mereka.

Singkatan
LN
nematoda lesi
MWD
diameter berat rata-rata
POM
bahan organik partikulat
POXC
karbon permanganat yang dapat dioksidasi
PPN
nematoda parasit tumbuhan
RKN
nematoda simpul akar
SOM
bahan organik tanah
SSA
Afrika Sub-Sahara
1. PENDAHULUAN
Bahasa Indonesia: Menjaga kesehatan tanah dan produktivitas pertanian merupakan perhatian yang berkembang bagi petani kecil di seluruh dunia, khususnya di Afrika sub-Sahara (SSA) (FAO, 2017 ; Vanlauwe et al., 2019 ). Namun, degradasi tanah yang meluas, bersama dengan tekanan hama dan penyakit yang tinggi, sangat membatasi kinerja tanaman dan berkontribusi terhadap kerawanan pangan di wilayah tersebut (Nafi et al., 2020 ; Tadele, 2017 ). Dalam studi ini, kami mengikuti Lehmann et al. ( 2020 ) dalam memandang kesehatan tanah sebagai kapasitas tanah untuk mempertahankan fungsi biologis, kimia, dan fisik utama—seperti siklus nutrisi dan penekanan penyakit—sambil tetap tangguh terhadap pemicu stres. Pengolahan tanah yang sering, masukan nutrisi yang tidak memadai, dan penanaman terus-menerus pada rentang tanaman yang sempit telah menyebabkan menurunnya kesehatan tanah dan meningkatnya prevalensi patogen yang ditularkan melalui tanah (Castellanos-Navarrete et al., 2015 ; Ojiem et al., 2014 ; Rusinamhodzi et al., 2016 ; Vanlauwe et al., 2015 ).

Patogen yang umum ditularkan melalui tanah di SSA meliputi Fusarium spp., Pythium spp., dan nematoda parasit tanaman (PPN) seperti spesies Meloidogyne dan Pratylenchus . Organisme ini menyebabkan busuk akar, rebah kecambah, layu, busuk batang, kerdil, gugurnya dedaunan, dan menguningnya daun, yang menyebabkan kerugian panen yang signifikan (Atandi et al., 2017 ; Kimenju et al., 2008 ; Medvecky & Ketterings, 2009 ). Dampak patogen ini diperkirakan akan memburuk seiring perubahan iklim, karena peningkatan suhu dan curah hujan yang tidak menentu semakin menekan tanaman dan mengurangi kesuburan tanah (Juroszek & von Tiedemann, 2013 ; Pires et al., 2023.

Degradasi tanah di wilayah tersebut sering ditandai dengan pH rendah, penipisan bahan organik tanah (SOM), dan struktur tanah yang buruk. Faktor-faktor ini merupakan pendorong penting komunitas biologis tanah dan terkait dengan supresifitas tanah, kemampuan tanah untuk mencegah penyakit saat ada patogen tanaman (Bonanomi et al., 2018 ; Rosskopf et al., 2020 ). Praktik seperti penerapan amandemen organik dan pengurangan pengolahan tanah, yang mendukung SOM dan meningkatkan aktivitas biologis tanah, telah terbukti meningkatkan supresifitas terhadap penyakit yang ditularkan melalui tanah yang disebabkan oleh jamur dan nematoda patogen (Bonanomi et al., 2018 ; Kurm et al., 2023 ; Stirling et al., 2012 ).

Perubahan pada sifat-sifat tanah memainkan peran penting dalam mekanisme penekanan penyakit. Misalnya, peningkatan amonia dari input organik yang terurai dapat menekan patogen yang ditularkan melalui tanah dengan mengganggu daya tariknya terhadap akar tanaman dan mengurangi invasi akar (Tenuta & Lazarovits, 2002 ). Perubahan pH tanah dapat memengaruhi kelangsungan hidup dan aktivitas patogen; banyak patogen memiliki rentang pH yang optimal, dan penyimpangan dapat menghambat pertumbuhannya (van Bruggen & Semenov, 2015 ). Selain itu, peningkatan keragaman mikroba dari amandemen organik dapat mendorong interaksi antagonis yang menekan patogen (Bonanomi et al., 2010 ). Namun, hubungan antara sifat-sifat tanah tertentu, praktik pengelolaan, dan dinamika patogen tanah masih kurang dipahami, sehingga memerlukan penelitian lebih lanjut untuk menjelaskan hubungan ini dalam berbagai jenis tanah dan sistem pertanaman.

Ide Inti
Uji coba jangka panjang mengungkapkan bahwa sistem pupuk kandang dan penanaman mengubah kesehatan tanah dan dinamika patogen.
Pupuk kandang meningkatkan karbon tanah, agregasi, dan pH tetapi juga meningkatkan risiko Fusarium .
Rotasi jagung- tephrosia memperkaya kesehatan tanah sekaligus meningkatkan tingkat nematoda simpul akar.
Patogen yang ditularkan melalui tanah terkait erat dengan metrik kesehatan tanah utama seperti karbon teroksidasi permanganat dan pH.
Temuan penelitian menyoroti pertimbangan dalam pengelolaan tanah berkelanjutan bagi petani kecil.
Diversifikasi sistem pertanaman, retensi sisa tanaman, dan penerapan input nutrisi organik merupakan strategi yang dipromosikan secara luas untuk memulihkan kesehatan tanah dan meningkatkan kinerja tanaman jangka panjang (J. Liu et al., 2021 ; Mhango et al., 2012 ; Vanlauwe et al., 2015 ). Praktik-praktik ini dapat meningkatkan siklus nutrisi, memperbaiki struktur tanah, dan meningkatkan keragaman mikroba, yang berkontribusi pada penekanan penyakit (Mazzola & Freilich, 2017 ). Namun, perubahan dalam praktik pengelolaan tanah sering kali memerlukan waktu yang cukup lama untuk menghasilkan dampak yang terukur pada kesehatan tanah, sehingga eksperimen jangka panjang penting untuk menilai efektivitasnya (Peterson et al., 2012 ).

Selain itu, sebagian besar petani kecil di SSA tidak memiliki akses ke perangkat yang efektif untuk memantau kesehatan tanah dan tekanan patogen. Akses yang terbatas ke penilaian laboratorium formal terhadap patogen yang ditularkan melalui tanah dan metrik kesehatan tanah yang penting menghalangi petani untuk membuat keputusan pengelolaan yang tepat (Mutai et al., 2024 ). Kekurangan nutrisi yang diakibatkan oleh degradasi tanah dapat menutupi gejala patogen akar dan memperburuk dampaknya terhadap pertumbuhan tanaman (Talwana et al., 2016 ).

Mengingat tantangan yang diuraikan di atas, penelitian ini memanfaatkan metode penilaian tanah kuantitatif yang disederhanakan yang lebih mudah diakses oleh petani dan organisasi penelitian kecil (Mutai et al., 2024 ; Nyamasoka-Magonziwa et al., 2020 ) untuk menjelaskan hubungan antara praktik pengelolaan, metrik kesehatan tanah utama, dan hama serta penyakit yang ditularkan melalui tanah. Tujuan keseluruhan kami adalah untuk mengevaluasi bagaimana praktik pengelolaan utama—khususnya, sistem penanaman yang berbeda (jagung berkelanjutan, penanaman sela jagung-kacang-kacangan, dan rotasi jagung- Tephrosia ) dan strategi masukan organik (pemberian pupuk kandang dan retensi residu)—mempengaruhi kesehatan tanah dan tekanan patogen yang ditularkan melalui tanah dalam jangka panjang. Secara khusus, kami bertujuan untuk (i) mengukur dampak aplikasi pupuk kandang, retensi residu, dan integrasi legum pada sifat tanah (agregasi, kumpulan SOM, pH, dan P tersedia), (ii) menilai bagaimana praktik pengelolaan ini memengaruhi populasi Fusarium spp., Pythium spp., dan PPN ( Meloidogyne dan Pratylenchus spp.), dan (iii) memahami hubungan antara parameter kesehatan tanah utama dan patogen tanah penting di wilayah tersebut. Untuk mengatasi tujuan ini, kami menggunakan uji coba jangka panjang (18 tahun) yang ada di Kenya barat dengan sistem penanaman yang berbeda dan strategi pengelolaan input organik. Studi ini membandingkan sistem penanaman berbasis jagung di wilayah tersebut: monokultur jagung terus menerus, intercrop jagung-legum (kedelai), dan rotasi jagung dengan legum berkayu residu tinggi— Tephrosia candida . Kami juga mempertimbangkan strategi pengelolaan nutrisi, khususnya aplikasi pupuk kandang versus tanpa pupuk kandang dan retensi atau pembuangan residu tanaman. Kami berhipotesis bahwa (i) masukan bahan organik jangka panjang (pupuk kandang, retensi residu tanaman, dan Tephrosia ) meningkatkan agregasi tanah, kumpulan SOM, dan ketersediaan nutrisi (P dan pH tersedia), sambil mengurangi Fusarium , Pythium , dan PPN; dan (ii) praktik monokultur (yaitu, jagung berkelanjutan) meningkatkan tekanan patogen yang ditularkan melalui tanah ( Fusarium , Pythium , dan PPN), dibandingkan dengan rotasi terdiversifikasi dengan integrasi legum. Dengan menjelaskan dampak rotasi tanaman dan pengelolaan bahan organik pada metrik kesehatan tanah utama dan patogen yang ditularkan melalui tanah, pekerjaan ini bertujuan untuk menginformasikan strategi untuk meningkatkan produktivitas tanaman dan ketahanan pertanian petani kecil di Afrika.

2 BAHAN DAN METODE
2.1 Wilayah Studi
Penelitian ini dilakukan dalam uji lapangan jangka panjang yang didirikan oleh Pusat Internasional untuk Pertanian Tropis pada tahun 2003 di Kabupaten Siaya, Kenya barat (34°24′13.7″ E 00°08′38.3″ N). Uji coba ini berfokus pada strategi manajemen nutrisi dan dampak rotasi tanaman pada kesuburan tanah dan produktivitas sistem tanam jangka panjang. Pada ketinggian 1330 m di atas permukaan laut, lokasi tersebut mengalami dua musim hujan (musim hujan panjang dari Maret hingga Juli dan musim hujan pendek dari September hingga Januari), dengan total curah hujan sekitar 1800 mm tahun – 1 dan suhu tahunan rata-rata 23°C. Jagung ( Zea mays ) adalah tanaman pokok dominan di wilayah ini dan sering ditanam secara sela dengan kacang-kacangan seperti kacang biasa ( Phaseolus vulgaris ) atau kacang kedelai ( Glycine max ). Tanah sangat lapuk dengan pH rendah (antara 4,9 dan 5,5), kapasitas tukar kation rendah, dan saturasi aluminium tinggi (antara 998 dan 1183 mg kg − 1 ) dan dominan berupa ferralsol akrik (Bolo et al., 2021 ; Sommer et al., 2018 ).

2.2 Desain Eksperimen
Untuk penelitian ini, kami memilih satu subset perlakuan dalam studi yang lebih besar (lihat Sommer et al., 2018 untuk deskripsi eksperimen lengkap). Studi ini menggunakan rancangan plot acak, split-split dengan semua perlakuan hadir dalam empat blok replikasi. Plot utama terdiri dari perlakuan aplikasi pupuk kandang (4 Mg pupuk kandang sapi ha -1 per musim vs. tanpa pupuk kandang). Pupuk kandang ini bersumber dari peternakan sapi perah skala kecil lokal dan biasanya mengandung campuran kotoran sapi yang terurai dan alas jerami. Perlakuan plot utama ini kemudian dibagi lagi menjadi dua perlakuan pengelolaan residu: retensi residu tanaman (2 Mg ha -1 brangkasan jagung yang dipertahankan setiap musim) versus semua brangkasan yang dihilangkan. Plot residu kemudian dibagi lebih lanjut dan dialokasikan secara acak ke rotasi tanaman: (i) jagung berkelanjutan (M–M) dan (ii) rotasi Tephrosia (T. candida )–jagung (T–M) yang ditanam pada musim hujan panjang dan jagung yang ditanam pada musim hujan pendek, dengan setiap plot berukuran 4,5 m × 6 m. Selain itu, kami mempertimbangkan perlakuan ketiga (tumpang sari jagung–kedelai [M–S] yang ditanam pada hujan pendek dan panjang) tetapi hanya mempertimbangkan plot tanpa retensi residu (praktik petani), dengan total 10 perlakuan (40 plot) yang dipertimbangkan. Semua plot menerima 60 kg unsur K ha − 1 per musim dalam bentuk kalium muriat dan 60 kg unsur P ha − 1 per musim sebagai superfosfat rangkap tiga. Di bawah rotasi T–M, semua biomassa Tephrosia dicacah dan disebarkan di seluruh plot residu sebelum penanaman jagung untuk digabungkan dengan pengolahan tanah tangan. Rincian tambahan tentang pengaturan dan pengelolaan percobaan disediakan oleh Sommer et al. ( 2018 ). Pemanfaatan Tephrosia sebagai tanaman agroforestri yang dirotasi dengan jagung dalam percobaan ini memberikan peluang berharga untuk menilai pentingnya diversifikasi sistem pertanaman dan masukan bahan organik dalam mengelola penyakit yang ditularkan melalui tanah.

Setiap musim tanam, plot diolah dengan tangan hingga kedalaman ∼15 cm sekitar 1–2 minggu sebelum penanaman. Pada musim hujan panjang, jagung (atau T. candida pada plot T–M) biasanya ditanam pada pertengahan Maret hingga akhir Maret dan dipanen pada bulan Juli atau Agustus, sedangkan pada musim hujan pendek, penanaman umumnya terjadi pada bulan September, dengan panen pada bulan Desember atau Januari. Benih jagung diberi jarak ∼75 cm antar baris dan ∼25 cm dalam baris. Untuk intercrop M–S, satu baris kedelai ditanam di antara baris jagung. Pada plot T–M, biomassa Tephrosia dicacah dan disebarkan di permukaan tanah sebelum dicampur. Pengendalian hama terutama terdiri dari penyiangan manual, yang dilakukan setidaknya dua kali per musim. Pestisida hanya diterapkan, jika perlu, dalam perawatan titik yang ditargetkan, sementara aplikasi menyeluruh dihindari untuk meminimalkan masukan kimia.

2.3 Pengambilan sampel dan analisis tanah
Sampel tanah (0–15 cm) dikumpulkan pada bulan Juni 2021 menggunakan bor tanah (diameter 4 cm), dengan tujuan untuk menilai patogen yang ditularkan melalui tanah dan parameter kesehatan tanah utama di lapisan permukaan. Lima belas inti diambil dari setiap plot mengikuti pola zig-zag (dan menghindari efek tepi), digabungkan menjadi satu sampel komposit, dan ditempatkan dalam kantong plastik tertutup. Dua sampel terpisah (0–5 cm) per plot dikumpulkan untuk analisis kerapatan curah dan stabilitas agregat basah, menggunakan silinder logam tajam (diameter 7 cm), dan ditempatkan dengan hati-hati dalam kantong plastik kedap udara untuk transportasi. Semua sampel tanah tetap dingin dan dikembalikan ke laboratorium untuk penilaian nematoda lesi (LN), nematoda simpul akar (RKN), Pythium , Fusarium , dan parameter kesehatan tanah utama. Tanah yang dimaksudkan untuk penilaian nematoda disimpan di atas es (pada suhu ∼4°C) selama transportasi dan diproses dalam waktu 24 jam setelah pengambilan sampel. Sisa sampel tanah curah dikeringkan dengan udara dan disaring melalui saringan 2 mm untuk pengujian Pythium dan Fusarium selanjutnya , serta untuk evaluasi parameter kesehatan tanah. Tanah yang dikumpulkan untuk kepadatan curah dan stabilitas agregat ditimbang terlebih dahulu, kemudian sebagian sampel (∼40 g) dikeringkan dalam oven pada suhu 105°C untuk menentukan kadar air. Sisa tanah yang basah di lapangan disaring dengan hati-hati melalui saringan 8 mm sebelum dikeringkan dengan udara.

2.4 Sifat Fisikokimia Tanah
pH tanah, P tersedia, C teroksidasi permanganat (POXC), dan bahan organik partikulat (POM) dinilai sebagai parameter kesehatan tanah utama menggunakan metode yang dijelaskan oleh Nyamasoka-Magonziwa et al. ( 2020 ; lihat juga https://smallholder-sha.org ). pH tanah dinilai dalam suspensi air:tanah deionisasi 2:1, POXC dievaluasi berdasarkan oksidasi C organik tanah labil oleh KMnO4 ( diadaptasi dari Weil et al., 2003 ), P tersedia ditentukan menggunakan metode Olsen yang dimodifikasi, sementara POM (250–2000 µm) dievaluasi dengan gangguan agregat dan flotasi densitas dalam air (Nyamasoka-Magonziwa et al., 2020 ). Tekstur tanah (persentase pasir, lanau, dan lempung) dan total C tanah dianalisis di laboratorium komersial di Nairobi (Crop Nutrition Laboratory Services Ltd.), masing-masing menggunakan metode hidrometer dan pembakaran kering. Stabilitas agregat dievaluasi menggunakan metode pengayakan basah yang diadaptasi dari Elliott ( 1986 ; lihat juga Nyamasoka-Magonziwa et al., 2020 ). Metode ini melibatkan merendam subsampel (∼70 g) tanah yang diayak 8 mm dan dikeringkan di udara dalam air selama 5 menit, kemudian diayak melalui saringan 2 mm dan kemudian saringan 250 µm dengan hati-hati mengangkat saringan masuk dan keluar dari panci berisi air dengan total 50 osilasi selama periode 2 menit. Tanah yang tersisa pada setiap saringan dikumpulkan, dikeringkan pada suhu 105°C, dan ditimbang untuk menghasilkan tiga kelas ukuran agregat (>2000 µm, 250–2000 µm, <250 µm). Stabilitas agregat kemudian dihitung sebagai diameter berat rata-rata (MWD) dengan mengalikan proporsi tanah yang ada dalam kelas ukuran agregat dengan diameter rata-rata agregat di setiap kelas ukuran (van Bavel, 1950 ).

2.5 Penilaian patogen yang ditularkan melalui tanah
Kami menggunakan metode bioassay sederhana dan visual yang ada yang dievaluasi oleh Mutai et al. ( 2024 ) untuk menilai patogen yang ditularkan melalui tanah, metode yang berpotensi dapat digunakan oleh petani dengan bantuan petugas penyuluhan. Mengikuti metode ini, kami melakukan bioassay untuk LN ( Pratylenchus ), RKN ( Meloidogyne ), Fusarium , dan Pythium . LN dievaluasi menggunakan bioassay tanah yang diadaptasi oleh Gugino et al. ( 2008 ): dua subsampel (masing-masing ∼500 g) tanah yang didinginkan ditempatkan dalam pot (diameter 8 cm, tinggi 12 cm) dengan lubang drainase, ditanami dengan tiga benih kedelai masing-masing, dan ditanam di rumah kaca tanpa pupuk selama 3 minggu, di samping kontrol media tanpa tanah. Setelah itu, akar kedelai dicuci, dan lesi coklat tua memanjang dihitung sebagai proksi untuk infestasi LN. Infestasi RKN dinilai mengikuti prosedur adaptasi serupa dari Gugino et al . Bahasa Indonesia: setelah 3 minggu, akar diperiksa untuk galls, dengan jumlah galls per gram akar menunjukkan tingkat infestasi. Untuk penilaian Fusarium , kami mengadaptasi uji umpan Furuya et al. ( 1999 ) dengan mengubur 10 segmen batang kacang putih dalam dua subsampel (masing-masing 500 g) tanah yang dikeringkan di udara dan diayak yang disesuaikan dengan kapasitas lapangan 50%; setelah 4 hari pada suhu kamar, batang dibilas, dan lesi berwarna merah-coklat lebih dari 1 mm dihitung, menggunakan pasir yang diautoklaf dan campuran bebas tanah sebagai kontrol. Untuk memastikan bahwa metode umpan Fusarium ini dapat digunakan untuk menilai keberadaan taksa Fusarium patogen , lesi diisolasi, dan analisis molekuler serta uji patogenisitas dilakukan dalam penelitian sebelumnya (Mutai et al., 2024 ). Pythium dinilai dengan cara mengubur 10 biji kacang dalam tanah (125 g) yang disesuaikan hingga 75% kapasitas lapang, diinkubasi pada suhu 21°C selama 3 hari, lalu menempatkan biji yang telah dibilas pada media selektif Pythium (Ali-Shtayeh et al., 1986 ) selama 2,5 hari. Setelah inkubasi, biji dievaluasi untuk mengetahui ada/tidaknya miselia yang tumbuh ke dalam media dari biji individual, dan jumlah koloni yang diamati dicatat. Tanah yang diketahui mengandung inokulum Pythium dan pasir yang diautoklaf dimasukkan dalam pengujian sebagai kontrol positif dan kontrol negatif, masing-masing.

2.6 Analisis data
Dampak manajemen pada parameter kesehatan tanah dan patogen yang ditularkan melalui tanah dievaluasi menggunakan analisis varians varians (ANOVA). Karena kami tidak menilai perlakuan retensi residu untuk intercrop jagung–kedelai, analisis dilakukan menggunakan dua model ANOVA terpisah. Model 1 ( n = 32) mengecualikan sistem intercrop jagung–kedelai dan memasukkan pupuk kandang, sistem tanam, manajemen residu, dan semua kemungkinan interaksi sebagai efek tetap. Blok, subplot, dan sub-subplot diperlakukan sebagai efek acak untuk memperhitungkan desain split-split plot. Model 2 ( n = 24) mencakup semua sistem tanam tetapi mengecualikan perlakuan retensi residu tanaman. Model ini memasukkan pupuk kandang, sistem tanam, dan interaksinya sebagai efek tetap, sedangkan subplot blok dan sistem tanam diperlakukan sebagai efek acak. Untuk memenuhi asumsi ANOVA (homogenitas varians dan normalitas residual), transformasi akar kuadrat diterapkan pada Fusarium , Pythium , kelimpahan nematoda, dan POM di kedua model. Selain itu, analisis korelasi Pearson dilakukan untuk mengeksplorasi hubungan antara sifat tanah dan kelimpahan patogen ( Fusarium , Pythium , LN, dan RKN). Semua analisis statistik dilakukan menggunakan JMP Pro versi 16.2.0 dan R versi 4.4.2, dengan ambang batas signifikansi ditetapkan pada p < 0,05.

3 HASIL
3.1 Perubahan pada sifat kesehatan tanah dengan penambahan pupuk kandang, sisa tanaman, dan sistem penanaman yang berbeda
Sistem tanam dan pemberian pupuk kandang merupakan faktor terpenting yang menyebabkan perbedaan yang diamati pada sifat tanah. Misalnya, penambahan pupuk kandang secara signifikan meningkatkan pH sebesar 7% dan total C sebesar 9% di semua perlakuan (Gambar 1a ; Gambar S1a ). Sistem tanam juga memengaruhi pH dan kerapatan curah (Gambar S1c ), dengan rotasi T–M secara konsisten menunjukkan kerapatan curah dan pH yang lebih rendah daripada sistem M–M (Tabel 1 ).

GAMBAR 1
Buka di penampil gambar
Rata-rata pH tanah (a), bahan organik partikulat (POM) (b), permanganat teroksidasi C (POXC) (c), dan P tersedia (d) dinilai di tiga sistem tanam, dua manajemen residu, dan dua perlakuan aplikasi pupuk kandang dalam uji coba jangka panjang di Siaya County, Kenya barat. Batang galat yang disajikan mewakili galat baku dari setiap perlakuan. Perlakuan: monokultur jagung terus-menerus, M–M; Tephrosia ditanam dalam rotasi dengan jagung, T–M; jagung ditanam di sela-sela dengan kedelai, M–S; retensi residu tanaman, RES; dan aplikasi pupuk kandang, FYM. Nilai- p untuk pupuk kandang, sistem tanam dan efek manajemen residu, dan interaksinya dilaporkan dalam Tabel 1 .
TABEL 1. Hasil analisis varians (ANOVA) ( nilai- p ) untuk pengelolaan bahan organik dan pengaruh perlakuan sistem tanam (dan semua kemungkinan interaksi) pada parameter kesehatan tanah utama dalam tanah yang dikumpulkan dari uji coba lapangan jangka panjang di Siaya, Kenya, pada bulan Juni 2021, 18 tahun setelah uji coba dimulai.

Catatan : Tabel ANOVA pertama mencakup semua plot, kecuali plot dengan kedelai ( n = 32), sedangkan tabel di bagian bawah mencakup perlakuan kedelai tetapi tidak termasuk yang memiliki retensi residu ( n = 24). Efek signifikan ( p < 0,05) ditampilkan dalam huruf tebal. Perlakuan: monokultur jagung berkelanjutan, M–M; Tephrosia dalam rotasi dengan jagung; dan T–M; jagung diselingi dengan kedelai, M–S.
Singkatan: BD, densitas massal; MWD, diameter berat rata-rata; P Avail , P tersedia; POM, bahan organik partikulat; POXC, permanganat yang dapat dioksidasi.
Banyak interaksi signifikan menunjukkan bahwa efeknya tidak seragam di seluruh perlakuan untuk banyak variabel tanah (Tabel 1 ). Misalnya, baik pupuk kandang dan rotasi T–M umumnya meningkatkan POXC, tetapi interaksi dua arah yang signifikan antara pupuk kandang dan sistem tanam mengungkapkan bahwa T–M meningkatkan POXC paling banyak di plot yang menerima pupuk kandang (Tabel 1 ; Gambar 1c ). Demikian pula, interaksi signifikan antara pupuk kandang dan pengelolaan residu menunjukkan bahwa retensi residu hanya meningkatkan POXC dengan adanya pupuk kandang. Sementara POM umumnya lebih tinggi dalam sistem T–M dibandingkan dengan sistem M–M (Gambar 1b ), interaksi tiga arah yang signifikan menunjukkan bahwa efeknya paling kuat dengan aplikasi pupuk kandang dan residu. Stabilitas agregat umumnya meningkat dalam sistem T–M (Gambar S1b ), tetapi interaksi tiga arah menunjukkan bahwa besarnya efek tidak konsisten di semua perlakuan residu dan pupuk kandang (Tabel 1 ).

Meskipun pengelolaan sisa tanaman tidak memiliki efek sederhana pada sifat tanah, interaksi dengan pupuk kandang menunjukkan pengaruh pada POXC dan P tersedia (Gambar 1a,d ) ketika diterapkan dalam kombinasi dengan pupuk kandang. Ketika sistem tumpangsari M–S dimasukkan dalam model (dan perlakuan retensi sisa diabaikan), pupuk kandang meningkatkan POXC, MWD, dan pH tanah. Sementara itu, sistem rotasi T–M secara konsisten meningkatkan total C dan P tersedia sambil mengurangi pH tanah (Tabel 1 ).

3.2 Variasi kejadian patogen tular tanah dengan penambahan pupuk kandang, sisa tanaman, dan sistem penanaman yang berbeda
Temuan kami mengungkap berbagai efek sistem tanam dan aplikasi bahan organik pada patogen yang ditularkan melalui tanah, dengan interaksi yang signifikan (Tabel 2 ) yang menunjukkan ketergantungan antara praktik manajemen. Efek yang paling jelas diamati untuk RKN, di mana penambahan pupuk kandang mengurangi keberadaan empedu hingga 92%. Interaksi dengan sistem tanam menunjukkan bahwa T–M umumnya meningkatkan RKN tanpa adanya pupuk kandang (Gambar 2a ) tetapi tidak saat ada pupuk kandang. Pupuk kandang juga meningkatkan Fusarium hingga 54% (Gambar 2c ) dan menyebabkan pengurangan koloni Pythium yang sedikit signifikan ( p = 0,066) (Gambar 2d ) dibandingkan dengan tanpa aplikasi pupuk kandang. Interaksi yang signifikan menunjukkan bahwa rotasi T–M meningkatkan Fusarium lebih banyak saat ada pupuk kandang daripada saat tidak ada pupuk kandang. Pythium menunjukkan tren yang sebagian besar berlawanan, di mana T–M menurunkan Pythium saat tidak ada pupuk kandang tetapi lebih sedikit saat pupuk kandang ditambahkan. Untuk LN, interaksi signifikan antara pengelolaan residu dan pupuk kandang menunjukkan bahwa retensi residu meningkatkan tekanan LN tanpa adanya pupuk kandang tetapi tidak ketika pupuk kandang diberikan (Gambar 2b ). Interaksi serupa antara sistem pertanaman dan pupuk kandang diamati dalam analisis yang mencakup perlakuan M–S (dengan mengabaikan perlakuan retensi residu). Misalnya, M–S meningkatkan jumlah lesi dalam uji Fusarium dan LN tanpa adanya pupuk kandang tetapi tidak ketika pupuk kandang diberikan.

TABEL 2. Hasil analisis varians (ANOVA) ( nilai- p ) untuk pengelolaan bahan organik dan pengaruh perlakuan sistem tanam (dan semua kemungkinan interaksi) terhadap patogen tular tanah di tanah yang dikumpulkan dari uji coba lapangan jangka panjang di Siaya, Kenya, pada bulan Juni 2021, 18 tahun setelah uji coba dimulai.

Catatan : Simbol (×) mengacu pada interaksi antara berbagai perlakuan. M–M, monokultur jagung; T–M, Tephrosia ditanam dalam rotasi dengan jagung; dan M–S, interkultur jagung dengan kedelai. Tabel ANOVA pertama mencakup semua plot, kecuali plot dengan kedelai ( n = 32), sedangkan tabel di bagian bawah mencakup perlakuan kedelai tetapi tidak termasuk plot dengan retensi residu ( n = 24). Efek signifikan ( p < 0,05) ditampilkan dalam huruf tebal.
Singkatan: LN, nematoda lesi; RKN, nematoda simpul akar.

GAMBAR 2
Buka di penampil gambar
Tekanan patogen tanah rata-rata untuk (a) nematoda simpul akar, (b) nematoda lesi, (c) Fusarium , dan (d) Pythium dinilai di tiga sistem tanam, dua manajemen residu, dan dua perlakuan aplikasi pupuk kandang dalam uji coba jangka panjang di Kabupaten Siaya, Kenya barat. Batang galat yang disajikan mewakili galat baku dari setiap perlakuan. Perlakuan: monokultur jagung terus-menerus, M–M; Tephrosia ditanam dalam rotasi dengan jagung, T–M; jagung ditanam secara tumpang sari dengan kedelai, M–S; retensi residu tanaman, RES; dan aplikasi pupuk kandang, FYM. Nilai- p untuk pupuk kandang, sistem tanam dan efek manajemen residu, dan interaksinya dilaporkan dalam Tabel 2 .
3.3 Hubungan antara sifat tanah dan patogen tular tanah
Korelasi bivariat mengungkapkan beberapa hubungan signifikan antara sifat-sifat tanah dan insidensi penyakit. Misalnya, pH berkorelasi positif dengan POXC dan densitas massal. Selain itu, POM berkorelasi positif dengan stabilitas agregat (Tabel 3 ). Semua patogen tular tanah yang dinilai, kecuali LN, menunjukkan korelasi signifikan dengan setidaknya satu parameter kesehatan tanah di seluruh perlakuan pengelolaan (Tabel 3 ). Misalnya, Pythium dan RKN berkorelasi negatif dengan pH dan POXC, yang menunjukkan bahwa kadar pH dan POXC yang lebih tinggi dikaitkan dengan insidensi patogen yang lebih rendah. Sebaliknya, Fusarium berkorelasi positif dengan POXC, total C, dan % pasir, yang menunjukkan bahwa sifat-sifat tanah ini dapat mendukung proliferasi Fusarium (Tabel 3 ).

TABEL 3. Koefisien korelasi Pearson untuk hubungan antara kondisi fisik tanah, kimia, dan patogen tular tanah dalam tanah yang dikumpulkan dari uji coba jangka panjang di Kenya bagian barat, pada bulan Juni 2021.

Catatan : Korelasi yang signifikan ditandai dengan huruf tebal.
Singkatan: BD, densitas massal; LN, nematoda lesi; MWD, diameter berat rata-rata; P Avail , P tersedia; POM, bahan organik partikulat; POXC, C teroksidasi permanganat; RKN, nematoda simpul akar.
*, **, dan *** menunjukkan korelasi signifikan pada p < 0,05, p < 0,01, dan p < 0,001.

4 DISKUSI
4.1 Dampak masukan bahan organik dan sistem penanaman terhadap parameter kesehatan tanah utama
Studi ini menguji hipotesis bahwa masukan bahan organik jangka panjang, khususnya pupuk kandang dan pengembalian residu tanaman, akan meningkatkan SOM, agregasi tanah, dan ketersediaan nutrisi, sehingga mengurangi keberadaan patogen tanah. Temuan kami mengonfirmasi bahwa aplikasi pupuk kandang memiliki efek yang lebih nyata pada kumpulan SOM daripada retensi residu tanaman, kemungkinan karena tingkat aplikasinya yang lebih tinggi dan komposisi nutrisi yang lebih unggul. Peningkatan signifikan dalam POXC dan total karbon (C) dengan pupuk kandang menunjukkan peningkatan aktivitas mikroba dan stabilitas bahan organik tanah. Sebaliknya, retensi residu tanaman sendiri tidak secara signifikan mempengaruhi kumpulan SOM atau sifat tanah lainnya, mungkin karena tingkat dekomposisi yang lebih rendah. Menariknya, pupuk kandang meningkatkan POM tetapi hanya jika dikombinasikan dengan retensi residu tanaman, yang menyoroti efek interaktif dari masukan organik dalam menjaga kesehatan tanah.

Dampak yang lebih besar dari pupuk kandang kemungkinan besar disebabkan oleh tingkat aplikasinya yang lebih tinggi (4 Mg ha −1 per musim) dan kualitas yang lebih unggul, termasuk rasio karbon terhadap nitrogen yang lebih rendah dibandingkan dengan residu tanaman yang diberikan sebesar 2 Mg ha −1 per musim. Temuan ini sejalan dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa aplikasi pupuk kandang memperlambat hilangnya karbon organik tanah dari waktu ke waktu dan meningkatkan SOM melalui peningkatan masukan C organik berkualitas tinggi (yang meningkatkan efisiensi asimilasi mikroba), peningkatan perlindungan fisik tanah dalam agregat, dan peningkatan biomassa jamur (Sommer et al., 2018 ; Ye et al., 2019 ).

Aplikasi pupuk kandang juga meningkatkan pH tanah, yang menunjukkan peningkatan kapasitas penyangga tanah (Shi et al., 2019 ). Parameter kesehatan tanah yang ditingkatkan seperti peningkatan SOM dan pH cenderung memfasilitasi pertumbuhan tanaman, kemampuan perakaran, dan penyerapan nutrisi yang lebih baik, yang mengarah pada hasil residu tanaman yang lebih besar dan kontribusi lebih lanjut terhadap kumpulan SOM (De Bauw et al., 2021 ; T. Liu et al., 2016 ). Sebaliknya, hasil residu tanaman dipertahankan pada tingkat yang konstan, yang mungkin telah membatasi dampaknya terhadap peningkatan kesehatan tanah.

Sistem rotasi T–M menunjukkan kadar SOM tertinggi dibandingkan dengan sistem M–M dan M–S, dengan peningkatan signifikan dalam POXC dan POM. Ini menunjukkan bahwa penggabungan pohon leguminosa seperti Tephrosia memberikan kontribusi sejumlah besar serasah berkualitas tinggi, meningkatkan SOM (Munthali et al., 2014 ). Kami juga mengamati peningkatan agregasi tanah dan fosfor (P) yang tersedia, bersama dengan berkurangnya densitas massal dalam sistem T–M. Peningkatan parameter kesehatan tanah ini kemungkinan berkontribusi pada peningkatan kinerja tanaman, sebagaimana dibuktikan oleh temuan sebelumnya di lokasi yang sama di mana perlakuan T–M menghasilkan hasil jagung musiman tertinggi (Sommer et al., 2016 ). Tephrosia dikenal untuk merehabilitasi tanah yang terdegradasi dengan meningkatkan masukan nitrogen melalui fiksasi dan menambahkan bahan organik dari biomassanya, sehingga meningkatkan sifat fisik dan kimia tanah (Akinnifesi et al., 2010 ).

Menariknya, meskipun meningkatkan SOM, rotasi T–M menurunkan pH tanah dibandingkan dengan sistem M–M. Hal ini mungkin disebabkan oleh legum yang mengasamkan tanah dari waktu ke waktu melalui ekskresi ion hidrogen (H + ) selama fiksasi nitrogen (Maltais-Landry, 2015 ). Meskipun hal ini berbeda dengan temuan dari Ethiopia di mana Tephrosia meningkatkan pH tanah (Mamuye et al., 2020 ), manfaat kumulatif dari peningkatan SOM, agregasi, dan penurunan densitas massal mungkin lebih besar daripada potensi kerugian dari sedikit pengasaman tanah.

Sementara banyak petani kecil di Kenya bagian barat menanam jagung secara tumpang sari dengan kedelai atau kacang biasa, hasil kami menunjukkan bahwa menanam jagung secara tumpang sari dengan kedelai tanpa retensi residu tidak mengubah SOM dan ketersediaan nutrisi secara signifikan dibandingkan dengan mengintegrasikan legum kaya nitrogen seperti Tephrosia . Hal ini menyoroti pentingnya pengelolaan residu dan pilihan spesies legum dalam sistem penanaman yang bertujuan untuk meningkatkan kesehatan tanah.

4.2 Dampak manajemen terhadap patogen yang ditularkan melalui tanah
Kami berhipotesis bahwa penanaman tunggal dan kurangnya penggunaan input bahan organik akan meningkatkan kelimpahan Fusarium , Pythium , dan PPN dibandingkan dengan rotasi tanaman dan penanaman sela. Temuan kami menunjukkan bahwa praktik pengelolaan yang meningkatkan SOM dan kumpulan C terkait, khususnya penambahan pupuk kandang, dapat secara signifikan mengurangi patogen tular tanah tertentu. Amandemen organik meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan meningkatkan ketersediaan nutrisi, meningkatkan ketahanan tanaman terhadap serangan patogen (Vida et al., 2020 ), dan mendukung agen pengendalian hayati dan mikroba antagonis yang menekan patogen (Bonanomi et al., 2018 ). Namun, rotasi T–M, sambil meningkatkan parameter kesehatan tanah, juga meningkatkan kejadian RKN relatif terhadap sistem M–M dan M–S. Tephrosia , khususnya spesies T. candida dan T. vogelii , dapat menjadi tanaman penutup tanah legum yang bermanfaat yang meningkatkan kesuburan tanah dan mengelola hama serangga tanaman karena produksi rotenoid insektisida seperti rotenon (Kayange et al., 2019 ; Koona & Dorn, 2005 ), selain kompatibilitasnya dengan jagung. Namun, sebuah studi yang dilakukan oleh Desaeger dan Rao ( 2001 ) di Kenya barat menunjukkan bahwa T. vogelii , yang memiliki sifat pestisida yang mirip dengan T. candida yang digunakan dalam studi ini, dapat menjadi inang RKN yang baik, meningkatkan RKN dan kerusakan nematoda pada tanaman berikutnya. Temuan kami mendukung gagasan bahwa Tephrosia dapat bertindak sebagai inang daripada menekan PPN. Sementara perbaikan dalam parameter kesehatan tanah seperti SOM dan POXC dapat bermanfaat bagi pertumbuhan tanaman, data kami tidak mendukung gagasan bahwa rotasi T–M menekan infeksi RKN. Namun, perlu dicatat bahwa dalam penelitian ini, kami hanya mengevaluasi kelimpahan relatif RKN dan bukan dampak aktualnya pada pertumbuhan tanaman, yang dapat ditingkatkan dengan parameter kesehatan tanah dalam T–M dan dapat membantu tanaman mengatasi infeksi RKN. Kami juga mengamati bahwa POXC, yang menunjukkan korelasi negatif signifikan dengan Pythium dan RKN, paling tinggi dalam sistem T–M. Penambahan bahan organik mendukung jaring makanan tanah dan dapat mengurangi kelimpahan Pythium patogen dengan mendorong aktivitas mikroba antagonis (Nzungize et al., 2012 ). Oleh karena itu, mengintegrasikan Tephrosia atau legum residu tinggi lainnya ke dalam sistem pertanaman petani kecil menjanjikan peningkatan kesuburan tanah, tetapi potensinya untuk menjadi inang patogen tertentu harus dikelola dengan hati-hati.

Dalam studi ini, insiden Fusarium meningkat dengan penambahan pupuk kandang, rotasi T–M, dan berkorelasi positif dengan total C, POXC, dan agregasi tanah. Mirip dengan temuan kami, yang lain telah melaporkan retensi residu jagung untuk meningkatkan C organik tanah dan populasi Fusarium (Wakelin et al., 2008 ). Studi lain yang membandingkan efek rotasi tanaman pada jamur selulolitik melaporkan insiden dan variasi Fusarium spp. yang tinggi dalam sistem rotasi yang lebih kompleks (jagung diikuti oleh gandum–kedelai, kemudian diikuti oleh kedelai) dibandingkan dengan sistem rotasi gandum–kedelai yang disederhanakan (Luque et al., 2005 ). Temuan-temuan ini menunjukkan bahwa praktik-praktik peningkatan kesehatan tanah yang dipelajari di sini dapat mendukung peningkatan keberadaan spesies Fusarium di tanah, yang menyoroti perlunya pemahaman yang bernuansa tentang peran mereka dalam mengembangkan strategi pengelolaan tanah yang efektif. Kami mencatat bahwa spesies Fusarium tersebar luas di tanah dan berasosiasi dengan tanaman, dengan sebagian besar menjadi pengurai bahan organik yang tidak berbahaya (Alabouvette et al., 2009 ). Selain itu, strain Fusarium patogenik dan nonpatogenik dapat menjajah permukaan akar tanaman dan menembus akar mengikuti pola yang sama (Alabouvette et al., 2009 ). Namun, di bawah kondisi yang menguntungkan (inang yang baik, suhu dan kelembapan yang baik, tingkat SOM yang tidak mencukupi untuk mendukung kebutuhan energinya, dan spesies yang sangat virulen), Fusarium spp. patogenik dapat menyebabkan penyakit penting seperti layu Fusarium , busuk akar, hawar, dan redaman pada sejumlah besar spesies tanaman (Summerell et al., 2010 ). Dalam studi sebelumnya, kami memvalidasi metode yang digunakan dalam studi ini (termasuk bioassay penilaian Fusarium ), dan setelah isolasi, sekuensing DNA, dan uji patogenisitas, kami menemukan bahwa sebagian besar Fusarium spp. menyebabkan lesi pada uji batang yang digunakan dalam penelitian kami bersifat patogenik, meskipun beberapa memiliki tingkat virulensi yang sangat rendah, yang menunjukkan bahwa sebagian besar bersifat saprofit (Mutai et al., 2024 ). Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa hasil kami menunjukkan bahwa kelimpahan Fusarium meningkat dengan penambahan pupuk kandang dan sistem penanaman ganda yang meningkatkan SOM. Hal ini menyoroti perlunya penelitian lebih lanjut untuk memahami hubungan antara sumber karbon tinggi dan sejauh mana populasi Fusarium yang dihasilkan dari masukan bahan organik dan kondisi SOM tinggi dapat menyebabkan penyakit tanaman dan dampak negatif pada hasil panen.

5 KESIMPULAN
Studi jangka panjang ini menyoroti efek kompleks sistem tanam dan pengelolaan bahan organik terhadap kesehatan tanah dan patogen yang ditularkan melalui tanah dalam sistem pertanian petani kecil di Kenya bagian barat. Aplikasi pupuk kandang secara signifikan meningkatkan kumpulan SOM, agregasi tanah, dan pH serta secara signifikan mengurangi kejadian RKN, yang menunjukkan potensinya sebagai amandemen yang berharga untuk meningkatkan kesehatan tanah dan mengendalikan patogen utama. Namun, pupuk kandang juga meningkatkan kelimpahan Fusarium . Sementara beberapa spesies Fusarium bersifat patogen, banyak yang merupakan saprofit bermanfaat yang menguraikan bahan organik, yang berkontribusi positif terhadap kesehatan tanah. Sistem rotasi T–M menunjukkan peningkatan yang nyata dalam metrik kesehatan tanah seperti POXC, POM, dan agregasi yang stabil terhadap air. Peningkatan ini sangat penting untuk meningkatkan struktur dan kesuburan tanah. Namun, sistem T–M juga menyebabkan peningkatan kejadian RKN, yang menunjukkan adanya trade-off antara peningkatan kesehatan tanah dan pengelolaan patogen tertentu serta menunjukkan perlunya studi lebih lanjut. Sistem tumpang sari M–S, yang dipelajari di sini tanpa penambahan residu, tidak menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam parameter kesehatan tanah dibandingkan dengan sistem monokultur jagung berkelanjutan. Hal ini menunjukkan bahwa manfaat tumpang sari dengan kedelai mungkin terbatas dalam kondisi yang diteliti dan bahwa pengelolaan residu mungkin memainkan peran penting dalam mewujudkan potensi manfaat. Hasil kami menyoroti interaksi rumit antara sifat tanah, sistem pertanaman, dan patogen yang ditularkan melalui tanah. Sementara beberapa praktik, seperti pemberian pupuk kandang dan rotasi T–M, meningkatkan metrik kesehatan tanah, praktik tersebut juga memiliki efek kompleks pada dinamika patogen, yang memerlukan pendekatan yang seimbang dan terpadu terhadap pengelolaan kesehatan tanah. Studi ini menggambarkan nilai penelitian jangka panjang untuk lebih memahami dampak pengelolaan pada berbagai fungsi tanah utama dan mengembangkan rekomendasi yang lebih bernuansa bagi petani kecil.