Tanggal Lulus :
III. BAHAN DAN METODE 3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Agrometeorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, FMIPA IPB, Bogor untuk menyusun tiga buah submodel, yaitu perkembangan tanaman, pertumbuhan tanaman, dan neraca air.
3.2. Bahan dan Alat
Personal computer (PC) yang dilengkapi software Visual Basic 6.0. Sebagai data masukan dalam analisis digunakan data iklim harian dari stasiun stasiun Meteorologi
Darmaga, Bogor (0605536’ LS 10607498’ BT). Unsur cuaca yang digunakan sebagai masukan meliputi radiasi surya, curah hujan, suhu, kelembaban nisbi, dan kecepatan angin. Data pertumbuhan dan perkembangan tanaman jagung diperoleh dari Suwarto (2005).
3.3. Metode
Kegiatan pemodelan ini menggunakan data hasil penelitian sebelumnya (Suwarto 2005). Pemodelan tanaman jagung mencakup model pertumbuhan dan perkembangan, serta neraca air tanaman.
3.3.1. Submodel Perkembangan
Fase perkembangan tanaman diduga berdasarkan konsep heat unit, dengan asumsi bahwa tanaman tidak dipengaruhi panjang hari (tanaman netral) Laju perkembangan tanaman terjadi bila suhu rata-rata harian melebihi suhu dasar, yang dalam hal ini suhu dasar tanaman jagung ditetapkan 80C (Kropff & Van Laar 1993). Kejadian fenologi dihitung mulai tanam sampai matang dan diberi skala 0 – 1, yang dibagi menjadi lima kejadian yaitu tanam, emergence, tanaman muda, tasseling, dan matang (Suwarto 2005). Rentang skala dan jumlah heat unit tanaman jagung dapat dilihat pada Tabel 1 (Suwarto 2005) :
Tabel 1. Skala fase perkembangan tanaman jagung
Fase perkembangan Heat Unit Skala Arjuna Tanam – emergence emergence – T. muda T.muda – tasseling Tasseling – matang 72 383 475 748 s ≤ 0.04 0.04 < s ≤ 0.27 0.27 < s ≤ 0.55 0.55 < s ≤ 1 Pioner 4 Tanam – emergence emergence – T. muda T.muda – tasseling Tasseling – matang 72 384 577 871 s ≤ 0.04 0.04 < s ≤ 0.24 0.24 < s ≤ 0.54 0.54 < s ≤ 1 3.3.2. Submodel Pertumbuhan
Submodel pertumbuhan mensimulasikan aliran biomassa hasil fotosintesis ke organ-organ tanaman (akar, batang, daun, dan tongkol) serta kehilangannya berupa respirasi dengan mempertimbangkan faktor ketersediaan air yang disimulasikan dalam submodel neraca air. Pembagian biomassa hasil fotosintesis ke berbagai organ tanaman (daun, batang, akar dan tongkol) merupakan fungsi perkembangan tanaman yang dihitung dalam submodel perkembangan. Submodel ini
juga mensimulasi perkembangan luas daun yang diduga melalui indeks luas daun (ILD).
Produksi Biomassa (Pb)
Produksi biomassa potensial dihitung secara harian berdasarkan jumlah radiasi yang diintersepsi (Qint) tanaman jagung serta efisiensi penggunaan radiasi oleh tajuk (ε). Radiasi yang diintersepsi oleh tajuk tanaman (Qint) diduga menggunakan hukum Beer yang merupakan fungsi dari radiasi surya yang datang (Qo) dan indeks luas daun (ILD). Perhitungan produksi biomassa selengkapnya dapat dilihat dibawah ini (Charles-Edwards et al. 1986) ) k.ILD e εQo(1 εQint Pb= = − − Keterangan :
Pb = Produksi biomassa potensial ε = efesiensi penggunaan radiasi
Produksi biomassa potensial (Pb) tersebut tidak memperhitungkan air sebagai faktor pembatas. Produksi biomassa aktual dihitung dengan mempertimbangkan ketersediaan air yang telah disimulasikan pada sub model neraca air sebagai water deficit factor (wdf) yang merupakan perbandingan antara antara transpirasi actual (Ta) dan transpirasi maksimum (Tm).
Produksi biomassa aktual (Pa) dialokasikan ke daun, batang, akar, dan tongkol yang perbandingannya tergantung pada fase perkembangan tanaman (s). Sebagian dari biomassa yang terkumpul pada masing-masing organ tanaman tersebut akan hilang dalam proses respirasi pertumbuhan (Rg) dan pemeliharaan (Rm). Respirasi pemeliharaan dihitung dari fungsi berat dan suhu udara (McCree 1970 dalam Handoko 1994), sehingga perubahan berat dari masing-masing organ (daun, batang, akar dan biji) adalah sebagai berikut :
dWx = ηxPa - Rg - Rm = ηx (l-kg) Pa - km Wx Q10 dWx = penambahan berat organ x (kg ha-1 d-l) Pa = Biomassa aktual
ηx = proporsi biomassa yang dialokasikan ke organ x
kg = koefisien respirasi pertumbuhan km = koefisien respirasi pemeliharaan Wx = berat organ x (kg ha-1)
T = suhu udara (°C) Q10 = 2 (T-20)/10
Proporsi biomassa yang dialokasikan pada masing-masing organ (ηx) dihitung berdasarkan fungsi fase perkembangan (s) tanaman. Proporsi biomassa ini merupakan
Nisbah antara bobot bahan kering organ (BKorgan) dengan bobot kering total (BKtot) diturunkan dari data observasi penelitian sebelumnya.
Indeks Luas Daun (ILD)
Perubahan ILD dihitung dari perkalian antara parameter luas daun spesifik (sla) dengan laju pertumbuhan daun harian (dWD) sebagai berikut (Handoko 1994) :
dILD = sla*dWD dengan :
dILD = perubahan indeks luas daun sla = luas daun spesifik (ha kg-1)
dWD = perubahan berat daun (kg ha-1hari-1) 3.3.2. Submodel Neraca Air
Sub model neraca air ini mengasumsikan curah hujan merupakan satu-satunya sumber air. Sebagian air yang jatuh akan tertahan oleh tajuk tanaman sebelum masuk ke dalam tanah. Air yang terinfiltrasi ke dalam tanah akan masuk ke dalam pori-pori tanah sampai lapisan tanah menjadi jenuh. Jika kadar air tanah sudah jenuh, maka air akan menuju lapisan di bawahnya melalui perkolasi. Dalam hal ini tanaman hanya dapat memanfaatkan air sampai lapisan tertentu. Air yang yang keluar dari lapisan terbawah akan hilang melalui drainase.
Intersepsi tajuk tanaman
Intersepsi air hujan oleh tanaman (Ic) dihitung menurut Zinke (1967) dalam Handoko (1994) yang merupakan fungsi curah hujan harian (R) dan indeks luas daun (L).
Ic = min (0.4233 ILD, R) 0 < ILD < 3 = min (1.27 ILD, R) ILD > 3 Infiltrasi dan Perkolasi
Air yang terinfiltrasi ke dalam tanah (Is) merupakan selisih curah hujan (R) dengan Intersepsi (Ic):
Is = R - Ic
Jika kadar air tanah {θ(m)} pada suatu lapisan telah jenuh atau melebihi kapasitas lapang {θfc(m)}, maka air akan bergerak ke lapisan yang paling bawah melalui perkolasi {Pc(m)}, yang dihitung melalui metode jungkitan (Handoko 1994) sebagai :
Pc(m) = [θ(m)- θfc(m)] θ(m) > θfc(m) Pc(m) = 0 θ(m) ≤ θfc(m) Evapotranspirasi
Evapotranspirasi potensial (ETp) dihitung berdasarkan formula Penman (Penman 1948 dalam Handoko 1994). Nilai ETp ini merupakan batas atas dari evapotranspirasi maksimum (ETm). Nilai evaporasi maksimum (Em) dan transpirasi maksimum (Tm) merupakan fungsi dari evapotranspirasi maksimum di atas.
ETm = ETp
ETp = {∆ Qn + γ f(u) (es-ea)}/{λ( ∆+ γ)} Em = ETm (e-kILD) GDMa Wdaun Ta wdf (k) [Qs] (ε) Wbatang Wakar Wtongkol Tm ILD (sp) (sla) [Suhu]
Tm = (l – e -k )ETm
∆ : gradien tekanan nap air jenuh terhadap suhu udara (Pa K-1) Q : radiasi neto (MJ m-2)
γ : konstanta psikrometer (66.1 Pa K-1) f(u) : fungsi kecepatan angin (MJ m-2 Pa-l) (es-ea): defisit tekanan uap air (Pa)
λ : panas spesifik untuk penguapan (2.454 MJ kg~l)
k : koefisien pemadaman ILD : indeks luas daun Evaporasi Aktual
Bila tidak terjadi genangan maka evaporasi tanah aktual dihitung dengan metode Ritchie (Ritchie 1972 dalam Handoko 1994), yang terdiri dari dua fase penguapan. Fase pertama, kandungan air tanah bukan merupakan faktor pembatas dan evaporasi actual sama dengan evaporasi maksimum (Em). Pada fase kedua,, laju evaporasi menurun menurut fungsi waktu. Secara singkat, evaporasi aktual (Ea) pada kedua fase ini dapat dijabarkan sebagai berikut :
Tahap 1 : Ea = Em, ΣEs ≤U
Tahap 2 : Ea = αt2-0.5 – α (t2 – 1)0.5 ΣEs > U t2 : waktu selama fase kedua (hari) Em : evaporasi tanah maksimum (mm)
α
dan U:
parameter fisik tanahTranspirasi Aktual
Transpirasi aktual dihitung berdasarkan transpirasi maksimum (Tm) dan ketersediaan air tanah pada lapisan perakaran, yang batas atasnya merupakan nilai transpirasi maksimum (Tm). Berikut perhitungan Ta yang merupakan jumlah serapan air oleh akar pada masing-masing lapisan tanah.
wdf = (θ-θwp)/{0.4 (θfc-θwp)}, θfc ≥ θ > θwp
= 1, θ > θfc
= 0, θ < θwp
Laju penyerapan air oleh akar dihitung dengan persamaan :
Ta = wdf. Tm, Σ Ta < Tm
= 0, Σ Ta ≥ Tm
wdf = fungsi kadar air tanah θ = kadar air tanah
θwp = kadar air tanah pada titik layu permanen θfc = kadar air tanah pada kapasitas lapang Ta = transpirasi aktual
Tm = transpirasi maksimum 3.4. Kalibrasi Model
Proses kalibrasi dilakukan pada parameter model agar dugaan model dapat mendekati
hasil pengukuran. Hal ini dilakukan dengan mengubah parameter model sehingga hasil dugaan model mendekati hasil pengukuran.
3.5. Analisis Statistik
Pengujian secara statistik menggunakan uji-t untuk melihat perbedaan hasil simulasi dengan hasil pengukuran. Peubah yang dibandingkan meliputi, ILD, biomassa daun, batang, akar, dan tongkol. Selain itu pengujian model juga dilakukan dengan metode grafik dan perbandingan terhadap persamaan garis absis dan ordinat 1 : 1.
hujan Ic SWC Ea Ta Tsm Esm ETp Lai Drain inf [Rad. surya] [Angin] [RH] [Suhu] [Kec. Angin] (KL) (TLP) (KL) (α) (U)
0 1 2 3