X-Steel - Alternate Select

Pengaruh Radiasi Surya pada Tanaman


2.        A.            Pengertian.
Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Ada beberapa radiasi solar, yang terpenting: radiasi elektromagnetik (yg berhubungan dengan listrik dan magnet). 
Radiasi elektromagnetik bisa dibedakan:
  1. radiasi yang terlihat oleh mata kita (visible radiation) (cahaya) 
  2. radiasi yang dapat kita rasakan (kulit, wajah), namanya radiasi infra merah.
      Panjang gelombang radiasi inframerah lebih panjang daripada panjang gelombang cahaya (visible radiation)
     Gelombang elektromagnetik menyebar dalam bentuk 3 dimensi (volumen), seperti halnya gelombang yang tersebar membentuk sebuah bola (esfera). Dalam hal ini, volumen di sekitar gelombang elektromagnetik bisa berbentuk: benda keras, cairan, gas, tapi bisa juga kekosongan (vacuum). Radiasi matahari yang diterima oleh bumi kita (energi matahari) akan diterima dengan cara sebagai berikut:
  1. Diserap oleh aerosol* & awan di atmosfer bumi yang akhirnya menjadi panas. Radiasi yang terserap ini menyebabkan naiknya temperatur gas-gas dan aerosol-aerosol. aerosol= kumpulan cairan kecil atau partikel-partikel solid yang menyebar dalam suatu gas, seperti uap air di atmosfir, debu-debu angkasa, etc. 
  2. Ditangkis oleh atmosfer (oleh gas-gas dan aerosol-aerosol), dalam hal ini radiasi ditangkis dan disebarkan ke segala penjuru. Sebagian radiasi menuju kembali ke angkasa, sebagian sampai ke permukaan bumi. Penangkisan dan penyerapan radiasi bisa terjadi di segala lapisan atmosfir, yang paling sering lapisan bawah di mana massa atmosfir lebih terkonsentrasi. 
  3. Radiasi yang tidak tertangkis maupun terserap oleh atmosfir, sampai ke permukaan bumi. Karena bumi sangat padat, maka radiasi ini bukan ditangkis, melainkan dikembalikan satu arah ke atmosfir (proses ini biasa disebut refleksi - walaupun sebenarnya sama saja dengan tangkisan). Es dan salju merefleksi hampir kebanyakan dari radiasi solar yang sampai ke permukaan bumi, sedangkan laut, merefleksi sangat sedikit. 
  4. Radiasi yang sampai ke permukaan bumi yang tidak direfleksi, akan diserap oleh bumi. Di lautan, penyerapan ini sampai pada puluhan meter dari permukaan laut, sedangkan di daratan, hanya pada level yang lebih tipis. Seperti halnya yang terjadi pada atmosfir, penyerapan radiasi di permukaan bumi menyebabkan naiknya temperatur permukaan tersebut.
B.        Intensitas Cahaya Matahari.

           Sebagian kecil dari energy cahaya matahari yang menerpa permukaan bumi akan diserap oleh tumbuhan untuk kemudian dikonversi menjadi energy kimia melalui reaksi fase terang fotosintesis. Konversi energy cahaya menjadi energy kimia ini merupakan awal dari aliran energy yang kompleks yang berlangsung dalam biosfer dan menjadi tumpuan untuk kehidupan semua organism yang ada dimuka bumi. 
         Radiasi cahaya dari permukaan benda tersebut akan dipancarkan kesegala arah. Jika radiasi yang dipancarkan oleh benda ini menerpa suatu permukaan lain, maka energy cahaya tersebut dapat diserap, dipantulkan, atau diteruskan oleh permukaan penerima tersebut. Energy yang diterima akan dibagi habis antara ketiga kemungkinan tersebut, maka a + r + t = 1. Untuk benda yang bersifat seperti black body, seluruh energy cahaya yang diterima akan diserap, maka a = 1, berarti r = 0 dan t = 0. Untuk benda yang bersifat opaque, tidak ada cahaya akan diteruskan, oleh sebab itu, maka t = 0 dan a + r = 1.
  • Keterangan symbol :
·      a : absorbtivity (porsi serapan), adalah fraksi atau persen energy cahaya yang diserap oleh suatu permukaan atau benda.
·      r :  reflectivity (porsi pantulan, adalah fraksi atau persen energy cahaya yang dipantulkan oleh suatu permukaan atau benda.
·      t : transmisivity (porsi terusan), adalah fraksi atau persen energy cahaya yang diteruskan oleh suatu benda.
Serapan dan pancaran radiasi terjadi melalui suatu proses yang sama, yakni perubahan status energy dari atom atau molekul penyerap dan pemancar. Oleh sebab itu, untuk penjang gelombang tertentu, jumlah energy yang diserap akan sama dengan jumlah energy yang dipancarkan oleh suatu benda atau permukaan.
Pada Fisika Cahaya, Cahaya sering didefinisikan sebagai radiasi elektromagnetik yang dapat ditangkap mata manusia, tetapi lebih lanjut pada pembahasan ini, cahaya akan pula mencakup radiasi radiasi elektromagnetik pada kisaran panjang gelombang yang tidak dapat ditangkap mata manusia, yakni mencakup cahay ainframerah dan ultraviolet, karena cahaya-cahaya pada panjang gelombangi ini juga penting pengaruhnya terhadap iklim suatu tempat dan juga berpengaruh penting terhadap metabolisme makhlukluk hidup terutama pada tumbuhan tertentu.
Selain panjang gelombang, frekuensi juga dapat dijadikan penciri dari masing-masing jenis cahaya. Hubungan antara panjang gelombang dengan frekuensi yakni panjang gelombang merupakan hasil bagi antara velositas atau kecepatan cahaya dengan frekuensi.
Frekuensi untuk masing-masing jenis cahaya adalah tetap dan tidak dipengaruhi oleh media yang dilaluinya, tetapi panjang gelombang dan kecepatan cahaya dipengaruhi oleh media.
Dalam Estimasi porsi radiasi langsung dan tak langsung, Perhitungan neraca energy matahari gelombang pendek membutuhkan data kerapatan aliran energy paling tidak untuk dua bentuk radiasi, yakni radiasi langsung dari matahari yang diterima oleh suatu permukaan pada posisi tegak lurus (diberi symbol Sp) dan radiasi diffuse (Sd).
Radiasi pantulan dihitung berdasarkan daya pantul rata-rata permukaan dan total radiasi gelombang pendek (St) yang diterima oleh permukaan tersebut. Daya pantul atau refletivitas rata-rata dari suatu permukaan disebut albedo.
Total energy cahaya yang diterima sutu permukaan horizontal (St) merupakan jumlah dari energy radiasi langsung (Sb) dan radiasi diffuse (Sd).
Cahaya matahari merupakan sumber utama energi bagi kehidupan, tanpa adanya cahaya matahari kehidupan tidak akan ada lagi pertumbuhan tanaman ternyata pengaruh cahaya selain ditentukan oleh kualitasnya ternyata ditentukan intensitasnya (Hari Suseno, 1976).
Intensitas cahaya berpengaruh nyata terhadap sifat morfologi tanaman. Tanaman yang mendapatkan cahaya matahari dengan intensitas yang tinggi menyebabkan lilit batang tumbuh lebih cepat, susunan pembuluh kayu lebih sempurna, internodianya lebih pendek, daun lebih tebal, tetapi ukurannya lebih kecil dibanding dengan tanaman yang terlindung. Beberapa effek dari cahaya matahari yang penuh (yang melebihi) kebutuhan optimum dapat menyebabkan layu, fotosistesi lambat, laju respirasi meningkat tetapi cenderung mempertinggi daya tahan tanaman. Intensitas cahaya yang tinggi di daerah tropis tidak seluruhnya dapat digunakan oleh tanaman.
Energi cahaya matahari yang digunakan oleh tanaman dalam proses fotosintesis berkisar antar 0,5 – 2,0 % dari jumlah total energi yang tersedia. Sehingga hasil fotosintesis berkurang apabila intensitas cahaya kurang dari batas optimum yang dibutuhkan oleh tanaman, yang tergantung pada jenis tanaman (Leopold & Kriedemann, 1975) hal ini juga berlaku terhadap jenis-jenis anggrek. Pemberian naungan pada tanaman baik secara alami & buatan, akan berarti mengurangi intensitas cahaya yang diterima oleh tanaman tersebut, hal ini akan mempengruhi pertumbuhan maupun hasil tanaman . Tanaman yang kurang
mendapatkan cahaya matahari akan mempunyai akar yang pendek, cahaya matahari penuh menghasilkan akar lebih panjang dan lebih bercabang. Begitu juga diperkuat ole menyatakan bahwa tanaman anggrek yang cukup sinar matahari perakaran akan berkembang lebih baik, jumlah akar akan banyak, ukurannya besar dan banyak bercabang.
Akar keluarnya lebih awal, jadi tidak seberapa jauh dari puncak tanaman jenis anggrek monopodial seperti Vanda, Bila cahaya matahari kurang, karena tanaman anggrek berada dalam keadaan terlalu teduh, maka proses assimilasi akan berkurang, sehingga hidratarang sebagai hasil proses tersebut juga kurang jumlahnya.

2.         C.            Cahaya Matahari Sebagai Sumber Energi
 Matahari merupakan sumber utama energi bagi kehidupan. Energi cahaya matahari masuk ke dalam komponen biotik melalui produsen. Oleh produsen, energi cahaya matahari diubah menjadi energi kima Energi kimia mengalir dari produsen ke konsumen dari berbagai tingkat trofik melalui jalur rantai makanan.
Energi kimia yang diperoleh organisme digunakan untuk kegiatan hidupnya sehingga dapat tumbuh dan berkembang. Pertumbuhan dan perkembangan organisme menunjukan energi kimia yang tersimpan dalam organisme tersebut. Jadi, setiap organisme melakukan pemasukan dan penyimpanan energi. Pemasukan dan penyimpanan energi dalam suatu ekosistem disebut sebagai Produktifitas ekosistem. Produktifitas ekosistem terdiri dari produktifitas primer dan produktifitas sekunder.
      Semua organisme memerlukan energi untuk pertumbuhan, pemeliharaan, reproduksi, dan pada beberapa spesies,pengaturan energi suatu ekosistem bergantung pada produktivitas primer. Produktifitas primer adalah kecepatan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia dalam bentuk bahan organik oleh organisme autotrof. Produktifitas sekunder adalah kecepatan energi kimia mengubah bahan organik menjadi simpanan energi kimia baru oleh organisme heterotrof. Bahan organik yang tersimpan pada organisme atotrof dapat digunakan sebagai makanan bagi organisme heterotrof. Dari makanan tersebut, organisme heterotrof memperoleh energi kimia yang akan digunakan untuk kegiatan kehidupan dan disimpan. Aliran energi dalam ekosistem tersebut sumber utama dan proses pertamanya adalah cahaya matahari.

2.         D.            Peranan matahari terhadap keberlangsungan ekosistem.
Karbohidrat merupakan jenis molekul yang paling banyak ditemukan di alam. Karbohidrat terbentuk pada proses fotosintesis sehingga merupakan senyawa perantara awal dalam penyatuan karbon dioksida, hidrogen, oksigen, dan energi matahari kedalam bentuk hayati. Pengubahan energi matahari menjadi energi kimia dalam reaksi biomolekul menjadikan karbohidrat sebagai sumber utama energi metabolit untuk organisme hidup. Dari karbohidrat hasil fotosintesis dalam tanaman inilah yang merupakan dasar dari perkembangan kehidupan makhluk hidup dalam suatu ekosistem yang kemudian masuk pada piramida makanan dan rantai makanan dalam suatu ekosistem yang dapat dijelaskan sebagai berikut :
  1. Komunitas dari suatu ekosistem berinteraksi satu sama lain dan juga berinteraksi dengan lingkungan abiotik. Interaksi suatu organisme dengan lingkungannya terjadi untuk kelangsungan hidupnya. Kelangsungan hidup organisme memerlukan energi. 
  2. Energi untuk kegiatan hidup diperoleh dari bahan organik yang disebut energi kimia. Bahan organik dalam komponen biotik awalnya terbentuk dengan bantuan energi cahaya matahari dan unsur-unsur hara, seperti karbon dan nitrogen. 
  3. Bahan organik yang mengandung energi dan unsur-unsur kimia ditransfer dari suatu organisme ke organisme lain melalui interaksi makan dan dimakan. Peristiwa makan dan dimakan antar organisme dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang terdiri dari tingkat-tingkat trofik dimana setiap tingkat trofik merupakan kumpulan berbagai organisme dengan sumber makanan tertentu. 
  4. Tingkat trofik pertama adalah kelompok organisme autotrof yaitu organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dengan bantuan cahaya matahari yaitu tumbuhan dan fitoplankton. Organisme autotrof disebut Produsen. Produsen pada ekosistem darat adalah tumbuhan hijau sedangkan pada ekosistem perairan adalah fitoplankton, ganggang dan tumbuhan air. 
  5. Tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosistem ditempati oleh berbagai organisme yang tidak dapat membuat bahan organik sendiri. Organisme tersebut tergolong organisme heterotrof. Bahan organik diperoleh dengan memakan organisme atau sisa-sisa organisme lain sehingga organisme heterotrof disebut juga konsumen. Pada tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosestem adalah Konsumen primer (herbivora).
2.         E.            Peranan Matahari Terhadap Tumbuhan Dan Organisme Berklorofil
Tidak diragukan bahwa tumbuhan dan organisme memegang peran utama dalam menjadikan bumi sebagai tempat yang dapat dihuni. Tumbuhan membersihkan udara untuk kita, menjaga suhu bumi tetap konstan, dan menjaga keseimbangan proporsi gas-gas di atmosfer.
Oksigen yang kita hirup di udara dihasilkan oleh tumbuhan. Bagian penting dari makanan kita juga disediakan oleh tumbuhan. Setiap tahun, seluruh tumbuhan di muka bumi dapat menghasilkan zat-zat atau bahan-bahan sebanyak 200 miliar ton. Berbeda dari sel manusia dan hewan, sel tumbuhan dan organisme berklorofil dapat memanfaatkan langsung energi matahari. Tumbuhan dan organisme berklorofil mengubah energi matahari menjadi energi kimia dan menyimpannya sebagai nutrisi dengan cara yang sangat khusus. Proses ini disebut "fotosintesis".  
Fotosintesis merupakan proses biologi yang dilakukan tanaman dan organisme berklorofil untuk menunjang proses hidupnya yakni dengan memproduksi gula (karbohidrat) pada tumbuhan hijau dengan bantuan energi sinar matahari, yang melalui sel-sel yang ber-respirasi, energi tersebut akan dikonversi menjadi energi ATP sehingga dapat digunakan bagi pertumbuhannya. Reaksi umum dari proses fotosintesis adalah :
6 H2O + 6 CO2                        C6H12O6 + 6 O2

Cahaya Proses fotosintesis adalah reaksi yang hanya akan terjadi dengan keberadaan sinar matahari, baik kualitas maupun kuantitasnya. Hasil dari fotosintesis seperti yang sudah tersebut di atas adalah C6H12O6 atau dengan sebutan umum yaitu gula (karbohidrat).

2.          F.            Fotoperioditas
Istilah fotoperioditas digunakan untuk fenomena dimana fase perkembangan tumbuhan dipengaruhi oleh lama penyinaran yang diterima oleh tumbuhan tersebut. Beberapa jenis tumbuhan perkembangannya sangat dipengaruhi oleh lama penyinaran, terutama sehubungan dengan kapan tumbuhan akan memasuki fase generatifnya. Beberapa tumbuhan akan memasuki fase generatif (membentuk organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tersebut menerima penyinaran yang panjang (>14 jam) dalam setiap periode sehari semalam; sebaliknya adapula kelompok tumbuhan yang hanya akan memasuki fase generative jika menerima penyinaran yang singkat (< 10 jam). Kelompok tumbuhan yang membuthkan lama penyinaran yang panjang disebut tumbuhan hari panjang (long-day plant) dan kelompok tumbuhan yang membutuhkan lama penyinaran yang singkat disebut tumbuhan hari pendek (shot-day plant).
Kelompok tumbuhan yang fase perkembangannya tidak dipengaruhi oleh lama penyinaran disebut sebagai tumbuhan hari netral (netral-day plant). Kelompok tumbuhan ini tetap akan memasuki fase generative baik jika menerima lama penyinaran panjang ataupun sungkat. Sesunggunhnya tumbuhan terhadap lama penyinaran adalah lebih kompleks. Salisbury dan Ross dalam Benyamin Lakitan (1994) mengelompokkan tumbuhan menjadi 9 kelompok berdasarkan tanggapannya terhadap panjang hari atau lama penyinaran. Berikut yang termasuk kelompok tersebut :
  1. tumbuhan hari panjang kuantitatif. 
  2. Tumbuhan hari panjang kulaitatif 
  3. Tumbuhan hari pendek kuantitatif 
  4. Tumbuhan hari pendek kualitatif 
  5. Tumbuhan hari netral 
  6. Tumbuhan hari sedang 
  7. Tumbuhan panjang hari ganda 
  8. Tumbuhan hari panjang-pendek 
  9. Tumbuhan hari pendek panjang.
Bentuk tanggapan dari masing-masing kelompok tanaman tersebut tidak akan dirinci pada pembahasan ini. Aspek yang inigin ditekankan adalah bahwa fase perkembangan tumbuhan dapat dipengaruhi oleh lama penyinaran dengan berbagai bentuk tingkatan dan pengaruh.
Dalam kaitannya dengan pemenuhan kebutuhan tumbuhan akan lama penyinaran yang ideal, lama penyinaran ini dapat dimanipulasi (diperpanjang atau dipersingkat). Penambahan lama penyinaran dapat dilakukan dengan menggunakan lampu listrik yang spectrum cahayanya semirip mungkin dengan cahaya matahari, dimana secara sederhana dapat digunakan gabungan antara cahaya dari lampu pijar dengan lampu fluorescence. Untuk kegiatan ilmiah, sekarang telah tersedia lampu listrik dengan spectrum cahaya mirip matahari, misalnya lampu yang diproduksi oleh Perusahaan General Electrics (Amerika Serikat). Untuk mempersingkat lama penyinaran dapat dilakukan dengan cara menutupi tanaman tersebut dengan kain hitam atau bahan lain yang sulit ditembus cahaya.
Dan secara garis besar dibedakan kreteria penyinaran cahaya matahari kedalam empat kelompok : 
  1. Sinar kuat, berarti sinar matahari penuh atau 100 % tidak ada penghalang / peneduh, ini ada di daerah tropis. 
  2. Agak teduh, intensitas sinar matahari 50 – 100 %. Adanya peneduh, kalau berupa tirai adalah masih ada antara untuk masuknya cahaya yang cukup.Peneduh yang berupa pohon biasanya pohon yang mempunyai daun majemuk yang tips seperti : Flamboyan, sengon, petai, petai cina, asam, pinus dan lain-lain. 
  3. Setengah teduh, intensitas cahaya yang menjadikan keadaan setengah teduh menggambarkan kondisi cahaya matahari yang masuk sebesar 50 %. Biasanya digunakan tirai kain, plastik bening disemprot cat putih susu, dapat pula dipakai tirai bambu. 
  4. Teduh sekali, suatu keadaan dimana sinar matahari tidak diterima langsung oleh tanaman, tetapi sinar diperoleh dari difrasi / pemancaran diffuse. Disini intesitas cahaya matahari besarnya kurang dari 5 %.
Berdasarkan ekologinya terhadap penerimmaan cahaya, tanaman diklasifikasikan sebagai berikut:
  1. Heliofit, yaitu tanaman yang tumbuh baik jika kena cahaya matahari penuh. 
  2. Skiofit, yaitu tanaman yang tumbuh baik di intensitas cahaya yang lebih rendah.
Bagi pertumbuhan tanaman ternyata pengaruh cahaya selain ditentukan oleh kualitasnya ternyata ditentukan intensitasnya (Hari Suseno, 1976).
Intensitas cahaya berpengaruh nyata terhadap sifat morfologi tanaman. Tanaman yang mendapatkan cahaya matahari dengan intensitas yang tinggi menyebabkan lilit batang tumbuh lebih cepat, susunan pembuluh kayu lebih sempurna, internodianya lebih pendek, daun lebih tebal, tetapi ukurannya lebih kecil dibanding dengan tanaman yang terlindung (Wilsie, 1962). Beberapa effek dari cahaya matahari yang penuh (yang melebihi) kebutuhan optimum dapat menyebabkan layu, fotosistesi lambat, laju respirasi meningkat tetapi cenderung mempertinggi daya tahan tanaman.
Intensitas cahaya yang tinggi di daerah tropis tidak seluruhnya dapat digunakan oleh tanaman (Curtis & Clark, 1950, Suseno, 1974). Energi cahaya matahari yang digunakan oleh tanaman dalam proses fotosintesis berkisar antar 0,5 – 2,0 % dari jumlah total energi yang tersedia. Sehingga hasil fotosintesis berkurang apabila intensitas cahaya kurang dari batas optimum yang dibutuhkan oleh tanaman, yang tergantung pada jenis tanaman (Leopold & Kriedemann, 1975)
Disamping itu intrensitas cahaya matahari mempengaruhi kualitas bunga. Intensitas cahaya kurang warna bunganya tidak secerah bunga yang cukup cahaya matahari. Tekstur/ketebalan bunga tidak seberapa sehingga bunga mudah sekali layu dan cepat gugur (Yos Sutiyoso, 19).
Menurut Williams et al, (1976) mengemukakan bahwa pengurangan sinar dari suatu tanaman yang telah optimal sinarnya, suhunya dan kelembabbannya akan menyebabkan pengurangan pertumbuhan akar dan tanaman menunjukkan gejala etiolasi. Daniel et al, (1979) menerangkan bahwa proses fotosintesis, cahaya berpengaruh melalui intensitas, kualitas dan lamanya penyinaran, tetapi yang terpenting adalah intensitasnya. Hal ini didukung oleh Soekkotjo (1977) menerangkan bahwa intensitas cahaya berpengaruh terhadap pembesaran dan differensiasi sel.
Sehubungan dengan laju fotosisntesi, intensitas cahaya yang semakin tinggi (naik) mengakibatkan lalu fotosisntesis semakin tidak bertambah lagi walaupun intensitas cahaya terus bertambah. Batas ini disebut titik saturasi cahaya atau titik jenuh cahaya (ligh saturation point). Pada keadaan ini cahaya bukan sebagai sumber energi maupun sebagai bentuk, tetapi sebagai perusak (foto destruktif). Intensitas cahaya yang tinggi mengakibatkan temperatur daun meningkat, sebagai akibat menutupnya stomata, sehingga sebagaian klorofil menjadi pecah dan rusak (fotodestruktif).
Menurut Kramerdan Kozlowski (1979) menerangkan bahwa laju fotosintesis tersebut diakibatkan oleh meningkatnya temperatur daun yang mengakibatkan penutupan stomata dan rusaknya klorofil, sehingga konsentrasi klorofil berkurang. Sedangkan pada intensitas cahaya yang semakin menurun sampai batas tertentu jumlah O2 yang dikeluarkan oleh proses fotosintesis sama dengan jumlah O2 yang diperlukan oleh proses respirasi. Batas ini disebut titik kompensasi cahaya (light compensation point).

2.         G.            Fotorespirasi
Fotorespirasi adalah sejenis respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh penerimaan cahaya yang diterima oleh daun. Diketahui pula bahwa kebutuhan energi dan ketersediaan oksigen dalam sel juga mempengaruhi fotorespirasi. Walaupun menyerupai respirasi (pernafasan) biasa, yaitu proses oksidasi yang melibatkan oksigen, mekanisme respirasi karena rangsangan cahaya ini agak berbeda dan dianggap sebagai proses fisiologi tersendiri.
Proses yang disebut juga "asimilasi cahaya oksidatif" ini terjadi pada sel-sel mesofil daun dan diketahui merupakan gejala umum pada tumbuhan C3, seperti kedelai dan padi. Lebih jauh, proses ini hanya terjadi pada stroma dari kloroplas, dan didukung oleh peroksisom dan mitokondria.
Secara biokimia, proses fotorespirasi merupakan cabang dari jalur glikolat. Enzim utama yang terlibat adalah enzim yang sama dalam proses reaksi gelap fotosintesis, Rubisco (ribulosa-bifosfat karboksilase-oksigenase). Rubisco memiliki dua sisi aktif: sisi karboksilase yang aktif pada fotosintesis dan sisi oksigenase yang aktif pada fotorespirasi. Kedua proses yang terjadi pada stroma ini juga memerlukan substrat yang sama, ribulosa bifosfat (RuBP), dan juga dipengaruhi secara positif oleh konsentrasi ion Magnesium dan derajat keasaman (pH) sel. Dengan demikian fotorespirasi menjadi pesaing bagi fotosintesis, suatu kondisi yang tidak disukai kalangan pertanian, karena mengurangi akumulasi energi.
Jika kadar CO2 dalam sel rendah (misalnya karena meningkatnya penyinaran dan suhu sehingga laju produksi oksigen sangat tinggi dan stomata menutup), RuBP akan dipecah oleh Rubisco menjadi P-glikolat dan P-gliserat (dengan melibatkan satu molekul air menjadi glikolat dan P-OH). P-gliserat (P dibaca "fosfo") akan didefosforilasi oleh ADP sehingga membentuk ATP. P-glikolat memasuki proses agak rumit menuju peroksisoma, lalu mitokondria, lalu kembali ke peroksisoma untuk diubah menjadi serin, lalu gliserat. Gliserat masuk kembali ke kloroplas untuk diproses secara normal oleh siklus Calvin menjadi gliseraldehid-3-fosfat (G3P).
Peran fotorespirasi diperdebatkan namun semua kalangan sepakat bahwa fotorespirasi merupakan penyia-nyiaan energi. Dari sisi evolusi, proses ini dianggap sebagai sisa-sisa ciri masa lampau (relik). Atmosfer pada masa lampau mengandung oksigen pada kadar yang rendah, sehingga fotorespirasi tidak terjadi seintensif seperti masa kini. Fotorespirasi dianggap bermanfaat karena menyediakan CO2 dan NH3 bebas untuk diasimilasi ulang, sehingga dianggap sebagai mekanisme daur ulang (efisiensi). Pendapat lain menyatakan bahwa fotorespirasi tidak memiliki fungsi fisiologis apa pun, baik sebagai penyedia asam amino tertentu (serin dan glisin) maupun sebagai pelindung klorofil dari perombakan karena fotooksidasi.
Karena tidak efisien, sejumlah tumbuhan mengembangkan mekanisme untuk mencegah fotorespirasi. Untuk menekan fotorespirasi, tumbuhan C4 mengembangkan strategi ruang dengan memisahkan jaringan yang melakukan reaksi terang (sel mesofil) dan reaksi gelap (sel selubung pembuluh, atau bundle sheath). Sel-sel mesofil tumbuhan C4 tidak memiliki Rubisco. Strategi yang diambil tumbuhan CAM bersifat waktu (temporal), yaitu memisahkan waktu untuk reaksi terang (pada saat penyinaran penuh) dan reaksi gelap (di malam hari).

2.         H.            Radiasi matahari untuk pengeringan produk pertanian.
Energi surya dapat dimanfaatkan ke dalam dua bentuk yaitu pemanfaatan secara termal dan pemanfaatan untuk listrik. Pada bidang pertanian pemanfaatan energi surya termal biasa digunakan pada proses pengeringan bahan pertanian.
Pengeringan bisa dilakukan secara alami (penjemuran) maupun secara buatan Terdapat berbagai tipe pengering surya yang telah berkembang saat ini, salah satunya adalah pengeringan yang menggunakan kolektor berbentuk bangunan yang disebut dengan efek rumah kaca ERK) yang telah dikembangkan di IPB oleh Kamaruddin dan para kolega penelitinya sejak tahun 1993 sampai saat ini secara (berkesinambungan.  
Pada prinsipnya pengeringan efek rumah kaca yaitu sinar matahari yang memiliki radiasi gelombang panjang masuk untuk kemudian diserap oleh absorber atau komponen lain di dalam bangunan pengering sehingga suhu absorber dan komponen tersebut akan meningkat. Radiasi yang dipancarkan oleh absorber/komponen dalam pengering dalam bentuk gelombang panjang sehingg a sulit untuk menembus dinding transparan. Dengan demikian, terjadi peningkatan suhu udara pengering dan udara dihembuskan melalui produk yang akan dikeringkan Udara yang telah lembab kemudian dikeluarkan dari bangunan pengering.

  • Pengaruh Perubahan Iklim Terhadap Pertumbuhan Tanaman

     Tanaman membutuhkan CO2 untuk pertumbuhannya. Peningkatan konsentrasi CO2 di atmosfir akan merangsang proses fotosintesis, meningkatkan pertumbuhan tanaman dan produktivitas pertanian tanpa diikuti oleh peningkatan kebutuhan air (transpirasi). Sebaliknya, kenaikan suhu di permukaan bumi mempunyai pengaruh yang "kurang menguntungkan" terhadap pertanian, sebab dapat mengurangi bahkan menghilangkan pengaruh positif dari kenaikan CO2.


  • Perubahan Iklim 
        Beberapa jenis gas di atmosfir, seperti CO2, CH4, dan N2O mempengaruhi iklim permukaan bumi karena kemampuanya dalam membantu proses transmisi radiasi dari matahari ke permukaan bumi, dan juga menghambat keluarnya sebagian radiasi dari permukaan bumi. Kalau konsentrasi dari gas-gas ini di atmosfir meningkat, radiasi yang keluar dari permukaan bumi akan terhambat, sehingga suhu permukaan bumi bertambah besar. Perkiraan besarnya peningkatan suhu bukanlah pekerjaan yang mudah, karena adanya umpan balik positif (dengan peningkatan uap air , H2O(gas), yang juga merupakan gas penghambat keluarnya radiasi dari permukaan bumi) dan umpan balik negatif (peningkatan pertumbuhan awan, menghambat transmisi radiasi matahari ke permukaan bumi).
Estimasi kenaikan suhu terbaik saat ini adalah yang dihasilkan oleh General Circulation Models (GCM), kenaikan suhu 2.5 - 5.5 oC diikuti dengan kenaikan laju sirkulasi hidrologi sebesar 5-15 % (IPCC, l996).
  • Pengaruh CO2 terhadap proses fisiologis tanaman
Gas CO2 merupakan sumber karbon utama bagi pertumbuhan tanaman. Konsentrasi CO2 di atmosfir saat ini belum optimal, sehingga penambahan CO2 kepada tanaman di dalam industri pertanian di dalam rumah kaca merupakan kegiatan normal untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman seperti tomat, selada, timun dan bunga potong.
Pengaruh fisiologis utama dari kenaikan CO2 adalah meningkatknya laju assimilasi (laju pengikatan CO2 untuk membentuk karbohidrat, fotosintesis) di dalam daun. Efisiensi penggunaan faktor-faktor pertumbuhan lainnya (seperti radiasi matahari, air dan nutrisi) juga akan ikut meningkat.

  • Proses di tingkat daun
  1. Fotosintesis
Hubungan antara CO2 "ambient" (dapat diartikan sebagai kondisi normal CO2 di atmosfir) dengan proses fotosintesis, baik di tingkat daun maupun di tingkat kanopi tanaman, dan kontribusinya terhadap akumulasi biomasa telah banyak diteliti. Energi untuk terlaksananya proses fotosintesis datang dari radiasi matahari pada panjang gelombang tertentu (PAR, Photosynthetically Active Radiation, 400-700 μm). Baik PAR, maupun CO2, konsentrasinya masih sub-optimal, sehingga fotosintesis akan meningkat dengan meningkatnya CO2, pada kondisi PAR rendah maupun tinggi.
Gambar 1 : Peningkatan laju assimilasi tanaman kedele (C3) dengan pertambahan PAR pada konsentarsi CO2 berbeda. 
     Tanaman terbagi atas dua grup utama, C3 dan C4, yang dibedakan oleh cara mereka mengikat CO2 dari atmosfir dan produk awal yang dihasilkan dari proses assimilasi. Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari), sehingga ada kompetisi antara CO2 dan O2 dalam menggunakan RuBP (Farquhar dan Caemmerer, l982). Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar. Contoh tanaman C3 antara lain : kedele, kacang tanah, kentang, sedang contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu.
Gambar 2 : Laju assimilasi (mol CO2 m-2 s-1) tanaman kedele dengan meningkatnya CO2 pada suhu berbeda.
      Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel "bundle sheath" (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan  sangat rendah, sekitarGRuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil dan  5 μ mol m-2 s-1. PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 μ mol m-2 s-1 sangat tinggi. Pada kisaran konsentrasi CO2 300 - 500 μ mol m-2 s-1, laju assimilasi tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2, walaupun PAR sangat tinggi. Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan.
Jika kita kembali ke Gambar 2, terlihat bahwa meningkatnya suhu daun dari 15 oC ke 35 oC menyebabkan laju asimilasi bertambah besar. Meningkatnya asimilasi dengan kenaikan suhu merupakan fenomena umum, sampai suhu optimum tercapai, lalu akan terjadi penurunan, seperti terlihat pada Gambar 3 di bawah ini. Adanya kenaikan CO2 di atmosfir akan merubah suhu optimum tanaman. Untuk tanaman kedele yang saya gunakan, kenaikan suhu optimum mencapai 12 %.

         Gambar 3 : Suhu optimum untuk proses assimilasi akan berubah dengan kenaikan CO2 di atmosfir. Data diambil dari tanaman kedele dan "fitting" menggunakan persamaan kurva Gauss untuk mendapatkan suhu optimum. Bertambah besarnya suhu optimum ini menguntungkan bagi tanaman karena pada saat konsentrasi CO2 di atmosfir mencapai 2 kali konsentrasinya saat ini, akan terjadi kenaikan suhu sampai 5.5 oC.

10:37 | Labels: |

 

0 comments:

Post a Comment

Subscribe to: Post Comments (Atom)
agus mulyadi. Powered by Blogger.

iklan