BAB II. TINJAUAN PUSTKA 2.1 Ciri Umum Tanaman Kelapa Sawit
Landsat 6 5 Oktober 1993 Hilang saat peluncuran ETM
Landsat 7 15 April 1999 ** ETM+
** Beroperasi hingga saat ini
Tabel 2 Karakteristik dan kegunaan umum masing – masing kanal dari satelit Landsat Saluran (Band) Panjang Gelombang (μm) Resolusi Spasial
(m) Sifat dan Aplikasi
1 0.45 - 0.52 30 Dirancang untuk penetrasi kedalaman tubuh air, pemetaan perairan pantai, juga berguna untuk pembedaan jenis tanah /vegetasi, pemetaan tipe hutan 2 0.53 - 0.6 30 hijau, yang berguna untuk melihat perbedaan vegetasi Mengukur puncak pantulan vegetasi pada spektrum
dan tingkat kesuburan.
3 0.63 - 0.69 30 Memisahkan vegetasi, saluran pada serapan klorofil dan memperkuat kontras vegetasi dan bukan vegetasi 4 0.76 - 0.9 30 Tanggap biomassa vegetasi, identifikasi tipe vegetasi, memperkuat kontras tanah-tanaman dan lahan-air 5 1.55 - 1.75 30 Menentukan jenis tanaman dan kandungan air tanaman, serta membantu menentukan kondisi kelembapan tanah 6 10.4 - 12.5 60 Mendeteksi suhu objek, analisa gangguan vegetasi, perbedaan kelembapan tanah 7 2.08 - 2.35 30 Pemisahan formasi batuan, dan analisa bentuk lahan (Sumber : Kiefer 2004)
sekali satelit itu melewati daerah yang sama (http://Landsat.gsfc.nasa.gov/). Informasi dan status satelit landsat ditampilkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.
2.4Radiasi Surya
Permukaan matahari dengan suhu sekitar 6000 K memancarkan radiasi sebesar 73.5 juta W m-2. Radiasi yang sampai di puncak
atmosfer rata-rata 1360 W m-2, hanya sekitar
50 % saja yang diserap oleh permukaan bumi, 20 % diserap oleh air dan partikel-partikel atmosfer, sedangkan 30 % dipantulkan oleh permukaan bumi, awan dan atmosfer (Handoko 1993).
Matahari dapat memancarkan radiasi gelombang pendek sedangkan benda di alam yang mempunyai suhu permukaan lebih dari 0 Kelvin (-273 0C) dapat memancarkan radiasi
gelombang panjang yang nilainya berbanding lurus dengan pangkat empat suhu permukaan benda tersebut (hukum Stefan-Boltzman). Sehingga dari radiasi matahari akan diserap dan akan dipancarkan lagi dengan gelombang panjang. Hal tersebut menyebabkan adanya neraca energi.
Neraca energi merupakan kesetimbangan antara masukan energi dari matahari dengan kehilangan energi oleh permukaan setelah melalui proses-proses yang kompleks (Risdiyanto dan Rini 1999). Konsep dari neraca energi adalah jumlah energi yang mengalir antara benda-benda di permukaan, sedangkan selisih antara masukan (input) dan keluaran (output) pada sistem tersebut merupakan energi yang digunakan atau tersimpan. Neraca energi penting dipelajari
karena dapat digunakan sebagai penciri kondisi iklim lokal suatu lokasi yang memberikan informasi nilai masing-masing komponen radiasi yang terkonversi menjadi fluks pemanasan laten, fluks pemanasan udara dan fluks pemanasan tanah (Syukri 2004). Energi yang sampai pada suatu permukaan harus sama dengan energi yang meninggalkan permukaan pada waktu yang sama, semua fluks energi harus dipertimbangkan ketika persamaan keseimbangan energi ditentukan (Allen et al. 1998) .
Selisih antara energi radiasi yang diabsorbsi dan yang dipancarkan oleh permukaan bawah, atmosfer dan subsistem bumi atmosfer disebut radiasi netto.
Pemanasan atmosfer terjadi terutama ditentukan oleh jumlah radiasi yang diterima oleh permukaan dan respon permukaan terhadap radiasi yang diterima. Radiasi netto dari suatu permukaan terdiri dari radiasi langsung (direct) dan radiasi baur (diffuse) serta dari pancaran atmosfer yang diserap dan ditahan oleh suatu permukaan setelah kehilangan panas akibat emisi termal dari permukaan itu. Pemanasan neraca energi bumi secara umum dapat dituliskan sebagai berikut: Rn = Rs↓ - Rs↑ + Rl↓ - Rl↑ ... (1)
Keterangan : Rn : Radiasi netto
Rs↓ : Radiasi gelombang pendek yang datang
Rs↑ : Radiasi gelombang pendek yang
meninggalkan bumi
Rl↑ : Radiasi gelombang panjang yang
meninggalkan bumi
Sebagian dari radiasi gelombang pendek ada yang dipantulkan dan ada yang diserap atau diteruskan. Besar energi pantulannya tergantung pada albedo (α) permukaan. Albedo (α) yaitu nisbah antara radiasi pantulan dan radiasi datang (Risdiyanto dan Rini 1999). Nilai albedo untuk vegetasi sangat beragam. Keragaman nilai albedo pada vegetasi tersebut dapat disebabkan oleh tipe vegetasi, warna vegetasi, geometri kanopi, kandungan kelembaban, persen permukaan yang tertutup oleh vegetasi, ukuran dan luas daun, dan tahap (fase) pertumbuhan tanaman. Selain itu nilai albedo juga sangat dipengaruhi oleh besarnya sudut datang matahari dan panjang gelombang (Geiger et al. 1961). 2.5Interaksi Cahaya (Radiasi Matahari)
dengan Kanopi Tanaman
Kanopi tanaman memiliki tiga sifat optikal, tiga sifat optikal tersebut adalah reflektifitas (ρ) yaitu proporsi kerapatan fluks radiasi matahari yang direfleksikan oleh unit indeks luas daun atau kanopi, transmisivitas (τ) yaitu proporsi kerapatan fluks radiasi yang ditransmisikan oleh unit indeks luas daun, dan absorbsivitas (α) yaitu proporsi kerapatan fluks radiasi yang diabsorbsi oleh unit indeks luas daun (Impron 1999)
Radiasi matahari mempunyai peran penting dalam pemanasan dan fotosintesis di dalam kanopi tanaman. Radiasi juga berperan penting dalam proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman.
2.5.1 Cahaya dan PAR
PAR atau Photosynthetically Active Radiation adalah salah satu bagian dari spektrum radiasi matahari yang termasuk dalam cahaya tampak (300-800 nm). Dengan adanya PAR ini tanaman tampak berwarna hijau bagi manusia karena pemantulan terbesar pada spektrum sinar berwarna hijau (550 nm).
Cahaya tampak (visible light) penting bagi tanaman karena sangat berkaitan erat dengan fluks fotosintesis (400-700 nm). Cahaya dengan panjang gelombang selain fluks fotosintesis juga penting untuk tanaman (Prasad 1997).
Incident PAR adalah sejumlah PAR yang datang pada puncak atmosfer. Jumlah PAR yang ada di puncak kanopi bervariasi tergantung letak lintang dan topografi, variasi diurnal akibat perbedaan sudut datang
matahari, variasi penutupan awan dan gangguan atmosfer.
Intercepted PAR (IPAR) adalah sejumlah PAR yang ditangkap oleh lapisan kanopi sebagai incedent PAR pada kanopi yang terus menembus lapisan kanopi hingga ke tanah,
Absorbed PAR (APAR) adalah jumlah PAR yang diserap kanopi sesungguhnya setelah dikurangi Reflected PAR. Fractional PAR (fPAR) membagi inciden PAR ke dalam
intercepted (fIPAR) atau absorbed (fAPAR). Penyerapan PAR oleh kanopi tanaman yang terjadi pada proses sesaat atau proses yang berlangsung cepat dengan variasi bergantung hari dan secara musiman bergantung tahun (Prasad 1997).
2.5.2 Hubungan Antara Penyerapan Radiasi Dengan Indeks Vegetasi Fraksi penyerapan PAR oleh jaringan tanaman dalam suatu kanopi (fAPAR) tergantung dari luasan incident radiasi, struktur dan sifat optik kanopi, serta nilai reflektansi dari sifat latar belakang tanah (Myneni dan Williams 1994). Perkiraan perhitungan fAPAR membutuhkan gabungan dari penyerapab spektral pada interval panjang gelombang 0.4-0.7 µm. Myneni dan Williams (1994) menyatakan bahwa minimal terdapat lima kanal dalam interval 0.4-0.7 µm pada penyerapan oleh atmosfer kurang dari 10 %. Rata-rata 90 % PAR yang diterima langsung oleh tanaman memiliki tiga kanal 0.401-0.513 µm, 0.535-0.587 µm dan 0.589-0.685 µm (dengan masing-masing adalah 38 %, 20 % dan 32 %). Kontribusi kanal-kanal ini pada
fAPAR rata-rata adalah 0.35, 0.15, dan 0.36. Dengan tersedianya kanal ini, fAPAR yang terukur dapat merepresentasikan nilai 90 % pada tanaman aslinya. fAPAR dapat mencapai 95 % sesuai aslinya apabila terdapat kanal 0.589-0.685 µm. Hasil ini merupakan pengukuran terbaik pada perkiraan total
fAPAR yang diserap oleh tanaman (Myneni dan Williams 1994).
Berdasarkan hubungan tersebut dapat diketahui bahwa penyerapan radiasi (fAPAR) dapat diukur berdasarkan nilai panjang gelombang yang dipancarkan oleh tanaman yaitu melalui indeks vegetasi. Namun Myneni dan Williams (1994) menambahkan bahwa meskipun fAPAR secara fungsional berhubungan dengan nilai total indeks luas daun yang direpresentasikan melalui NDVI, untuk berbagai parameter (misalnya nilai reflektansi tanah) pengaruhnya sangat berbeda.
2.5.3 Distribusi Cahaya Dalam Kanopi Pola penyerapan, penerusan dan pemantulan cahaya untuk kebanyakan suatu permukaan daun hijau dibedakan dalam tiga wilayah panjang gelombang, yaitu tampak (300-800 nm), inframerah dekat (800-1 500 nm) dan inframerah menengah (> 1 500 nm). Pembagian energi cahaya dalam penyerapan, penerusan dan pemantulan tergantung pada morfologi (struktur bagian dalam daun dan sifat permukaan kanopi) dan fisiologi daun.
Sifat optis daun sangat diperlukan khususnya dalam intersepsi pemrosesan data penginderaan jauh(Prasad 1997).
2.6Indeks Luas Daun (Leaf Area Index) Pendugaan LAI dilakukan menggunakan pendekatan hukum Beer-Lambert yang dikenal juga dengan pendekatan optik. Prinsip kerja hukum Beer-Lambert adalah hubungan empiris dari cahaya yang meradiasi sebuah optik (permukaan homogen) dan optik tersebut menyerap serta meneruskan radiasi dari cahaya tersebut. Pancaran radiasi surya yang sampai pada permukaan kanopi tumbuhan yang bersifat homogen (hutan alam, perkebunan sawit karena sifat komposit nilai
pixel satelit yang digunakan) diserap (absorbsi) dan diteruskan (transmisi). Asumsi yang digunakan dalam perhitungan LAI dengan pendekatan hukum Beer-Lambert diantaranya adalah bahwa tajuk tumbuhan adalah homogen (dapat dipenuhi oleh sifat komposit nilai pixel satelit yang digunakan), semua radiasi yang datang langsung mengenai permukaan daun, langit dalam kondisi isotropik dan nilai koefisien pemadaman adalah konstan.
Dengan mengetahui besarnya radiasi surya di permukaan kanopi dan radiasi pada lapisan dengan ketinggian tertentu dalam kanopi serta nilai dari suatu koefisien pemadaman, dapat diketahui besarnya suatu nilai LAI dengan pendekatan hukum Beer-Lambert. Selain pendekatan secara optik menggunakan hukum Beer-Lambert, pendugaan LAI juga dapat dilakukan dengan dasar pantulan dari kanopi vegetasi. Intensitas pantulan tergantung pada panjang gelombang yang digunakan dan tiga komponen vegetasi yaitu daun, substrat dan bayangan.
Daun memantulkan secara lemah panjang gelombang biru dan merah. Namun memantulkan secara kuat panjang gelombang inframerah dekat. LAI daun berhubungan negatif dengan pantulan merah, tetapi berhubungan positif dengan pantulan inframerah dekat. Rasio pantulan merah
dengan inframerah dekat selanjutnya menunjukkan kenaikan LAI.
Twele et al. (2006) diacu dalam Zein (2009) mendapatkan hubungan eksponensial antara NDVI dengan LAI untuk tanaman hutan tropis (tropical forest) pada taman nasional Lore-Lindu. Persamaan yang diperoleh adalah LAI = -0.392 + 11.543 NDVI dengan nilai R2 = 0.777. Hubungan ini
dapat digunakan karena hasil interpolasi antara NDVI dengan LAI yang telah dilakukan oleh Twele et al. (2006) tersebut menunjukkan korelasi yang sangat baik.
Adapun beberapa hasil penelitian yang telah dilakukan seperti Schneider dan Eugster (2006) membuat suatu model pendugaan LAI dengan cara menghubungkan keadaan atmosfer pada suatu lokasi dengan faktor- faktor pendukung seperti keadaan tanah dan iklim lokal. Htut (2004) menggunakan persamaan empiris dari nilai NDVI. Setiawan (2006) menggunakan hukum Beer-Lambert dan validasi menggunakan data hasil pengukuran di lapangan. Hildanus (2005) menggunakan persamaan allometrik dan pendekan nilai NDVI. Nilai LAI tersebut ditampilkan pada Tabel 3 di bawah ini:
Tabel 3 Nilai LAI pada beberapa tipe vegetasi
Tipe Vegetasi Nilai LAI (min/max) Hutan campuran* 2.5/ 5.0 Hutan terbuka* 2.5/ 5.0 Hutan semak* 1.0/ 2.0 Padang rumput* 1.0/ 4.0 Rawa* 1.0/ 2.0 Perkebunan sawit** 1.42/ 7.19 Hutan alam*** 2.8/4.1 Hutan Tropis**** 5.973/8.077 Keterangan :
* Schneider dan Eugster (2006) ** Htut (2004)
*** Setiawan (2006) **** Hildanus (2005)
2.7Biomassa dan Cadangan Karbon
Perubahan lahan dari vegetasi hutan menjadi perkebunan sawit menjadi polemik yang sangat memuncak bagi Indonesia, karena di lain pihak Indonesia ingin mengembangkan perekonomian, namun harus menjaga keseimbangan alam. Cadangan karbon merupakan hal yang penting dalam keseimbangan alam. Akumulasi cadangan Karbon tahunan di Indonesia diperkirakan berkisar antara 0.01-0.03 Gt C-1 atau 59-118 g
C/ m2/ th ( Neuzil dalam Mudiarso et al.
2004). Angka tersebut jauh lebih tinggi dibandingkan dengan akumulasi di lahan
Tabel 4 Penelitian tentang cadanga karbon yang telah dilakukan
Peneliti Judul/Tema Metode
Subekti R et al (2004)
Pendugaan Cadangan Karbon Di Atas Permukaan Tanah Pada
Berbagai
Sistem Penggunaan Lahan Di Kabupaten
Nunukan, Kalimantan Timur
Menghitung cadangan karbon dari biomassa pohon (berat kering) dan diameter batang
setinggi dada.
Atiek W et al (2004)
Alih Guna Lahan Di Kabupaten Nunukan: Pendugaan Cadangan
Karbon Berdasarkan Tipe Tutupan
Lahan Dan Kerapatan Vegetasi Pada
Skala Lanskap
Membangun relasi kuantitatif antara informasi dari skala piksel pada citra satelit
dengan cadangan karbon dan mengklasifikasikan kelas-kelas penutupan lahan menjadi kelas-kelas penggunaan lahan
yang kemudian dikonversi menjadi kelas cadangan karbon berdasarkan atribut cadangan karbon dari kelas penggunaan
lahan Tin Moe
Htut (2004)
Combination Between Emperical Modelling and Remote Sensing Technology in Estimating Biomass and Carbon
Stock of Oil Palm
Menghitung cadangan karbon dengan mengstimasi nilai LAI, NDVI, dan
pemodelan empiris. Desi, T
(2010)
Penentuan Biomassa Atas Permukaan Menggunakan Persamaan Allometrik (Non- Destruktif) di Kawasan Hutan Gambut Eks PLG (Blok C dan Blok D) Kalimantan Tengah
Menguji dan mengitung biomassa dan cadangan karbon menggunakan persamaan
allometrik (Sumber : Widayati et al. 2004)
Tabel 5 Nilai kerapatan karbon pada beberapa tipe penutupan lahan Tipe Penutupan Lahan Dari
Klasifikasi Citra Satelit Tipe Penutupan Lahan pada Pengukuran Plot Karbon (Mg ha-1) Kerapatan
Hutan primer Hutan primer 230.1
Hutan bekas tebangan Hutan bekas tebangan 201.3
Semak Jakaw 0-10 tahun (bekas tebangan, padi, dan suksesi
sekunder) 19.4
Hutan Sekunder Jakaw > 10 tahun (bekas tebangan, padi, dan suksesi
sekunder) 58
Kebun campuran muda Agroforestri 0-10 tahun 37.7
Kebun campuran tua Agroforestri 11-30 tahun 72.6
- Imperata 4.2
Hutan Tanaman Industri Acacia 88.1
Mangrove Mangrove 176.8
Perkebunan muda Kelapa Sawit 91
(Sumber : Widayati et al. 2004)
gambut sub-tropis atau boreal yang hanya berkisar antara 20-100 g C/ m2/ th. Sementara
itu laju penyerapan Karbon melalui proses fotosintesis antara 8-80 g C/ m2/ th (Harden
dalam Mudiarso et al. 2004).
Cadangan karbon (C-stock) adalah jumlah karbon yang disimpan di terrestrial ekosistem (daratan) yang meliputi komponen biomasa dan nekromasa, baik di atas permukaan tanah dan di dalam tanah (bahan organik tanah, akar
tanaman dan mikroorganisme) per satuan luasan lahan. Tabel 4 dan Tabel 5 menunjukkan beberapa hasil penelitian yang dilakukan dilapangan maupun pemodelan tentang biomassa dan cadangan karbon pada berbagai vegetasi.
BAB III. METODE PENELITIAN