Kesuburan tanah merupakan salah satu faktor penting yang harus diperhatikan dalam budidaya tanaman padi. Penggunaan tanah sawah secara terus-menerus tanpa diikuti dengan pengelolaan yang tepat dapat berdampak pada menurunnya ketersediaan unsur hara serta biota di dalam tanah yang dapat berdampak kesuburan tanah. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh sistem pengelolaan sawah terhadap indeks kesuburan dan biota tanah, faktor penentu kesuburan tanah, serta rekomendasi pengolahan untuk meningkatkan nilai indeks kesuburan tanah dan biota tanah. Metode yang digunakan yaitu metode deskriptif eksploratif melalui pendekatan lapangan dan hasil analisis laboratorium. Pengambilan sampel tanah dilakukan dengan metode purposive sampling yang ditetapkan melalui hasil overlay peta penggunaan lahan, jenis tanah, kemiringan lereng, dan curah hujan. Data hasil laboratorium diolah dengan Principal Component Analysis (PCA) dan skoring untuk memperoleh nilai kesuburan tanah, kemudian dilanjutkan analisis data dengan uji ANOVA, uji T, dan uji DMRT.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan sistem pengelolaan sawah berpengaruh nyata terhadap indeks kesuburan tanah dan biota tanah di Kecamatan Giriwoyo, Kabupaten Wonogiri. Sawah dengan sistem pengelolaan organik memiliki nilai indeks kesuburan tanah tertinggi yaitu sebesar 0,69, kemudian sawah semi organik sebesar 0,62, dan sawah konvensional sebesar 0,59. Faktor yang menentukan indeks kesuburan tanah yaitu N-total, P-tersedia, K-tersedia, KTK, dan C-organik. Rata-rata kepadatan cacing tertinggi pada sawah dengan pengelolaan organik yaitu sebesar 0,27 ekor/liter, diikuti sawah semi organik sebesar 0,15 ekor/liter, dan sawah konvensional sebesar 0,11 ekor/liter. Rata-rata biomassa C-mikroba tertinggi pada sawah organik sebesar 0,755 µ/g, kemudian sawah semi organik sebesar 0,508 µ/g, dan sawah konvensional sebesar 0,325 µ/g. Rekomendasi pengelolaan untuk meningkatkan nilai indeks kesuburan tanah dan biota tanah antara lain pemberian pupuk organik, bahan organik, pupuk hayati, dan pengembalian hasil panen.