Kebutuhan bahan pangan masyarakat Indonesia semakin meningkat sejalan dengan pertambahan jumlah penduduk, sehingga mendorong berbagai upaya untuk peningkatan produksi bahan pangan secara berkelanjutan. Salah satu komoditas sayuran utama dan strategis dalam program ketahanan pangan adalah
tanaman kentang (Solanum tuberosum L.). Badan Pusat Statistik (BPS) tahun
2011 mencatat bahwa luas panen kentang di Indonesia sekitar 55 ribu ha dengan produksi nasional 864 ribu ton.
Di Indonesia tanaman kentang dikelompokkan dalam komoditas sayuran dan merupakan salah satu komoditas yang mendapat prioritas dalam program penelitian dan pengembangan sayuran dalam rangka mendukung ketahanan pangan dan diversifikasi pangan. Kentang juga merupakan salah satu komoditas sayuran diusahakan oleh sekitar 45 ribu petani, memiliki nilai ekonomi tinggi
karena usaha budidaya kentang mampu menghasilkan produksi antara 15 – 30
ton
ha-1
Peningkatan jumlah penduduk serta variasi kegunaan kentang mengakibatkan permintaan kentang cenderung meningkat setiap tahun, namun produktivitas masih rendah. Produktivitas kentang Indonesia yang rata-rata
dan harga yang relatif stabil (Sawit et al. 1997; Lakoy 2009), serta berpotensi besar sebagai penyedia sumber bahan pangan alternatif. Selain untuk konsumsi, kentang dapat dijadikan bahan baku untuk industri olahan makanan
(Temmerman et al. 2002).
15
ton ha-1 (BPS 2011) masih rendah, apabila dibandingkan dengan rata-rata negara
penghasil kentang yaitu 45 ton ha-1 (Gustianty 2008). Potensi kentang di
Indonesia menurut hasil penelitian mencapai 35 ton ha-1 (Nurtika 2007), sehingga
terjadi senjang (gap) produktivitas yang masih jauh yaitu 20 ton ha-1
Intergovernmental panel on climate change/IPCC (2007) memperkirakan pemanasan global dapat mengakibatkan peningkatan suhu udara di Indonesia
(57,1%). Salah satu penyebab terjadinya senjang produktivitas kentang ini adalah faktor fluktuasi unsur-unsur cuaca terutama curah hujan dan suhu udara, sehingga perubahan iklim diduga akan menyebabkan penurunan produksi kentang.
berkisar antara 2 – 3 o
Peningkatan konsentrasi GRK di atmosfer menyebabkan radiasi gelombang panjang yang dipancarkan permukaan bumi diserap GRK tersebut di atmosfer yang kemudian dipancarkan kembali ke bumi sehingga menyebabkan peningkatan suhu udara global. Aktivitas manusia menyebabkan peningkatan konsentrasi GRK di atmosfer berupa pembakaran bahan bakar fosil dan aktivitas lainnya yang menghasilkan emisi GRK yaitu CO
C. Pemanasan global (global warming) adalah suatu gejala
peningkatan suhu permukaan bumi yang disebabkan oleh emisi gas rumah kaca (GRK) dari bumi yang terus meningkat, sehingga meningkatkan konsentrasinya di atmosfer selama beberapa dekade terakhir (IPCC 2000; 2007).
2, CH4, N2
Perubahan iklim global akan mempengaruhi setidaknya tiga unsur iklim dan komponen alam yang sangat erat kaitannya dengan tanaman, yaitu: (a) peningkatan suhu udara yang juga akan berdampak terhadap unsur iklim lain, terutama kelembaban dan dinamika atmosfer, (b) perubahan pola curah hujan dan
peningkatan intensitas kejadian iklim ekstrim (anomali iklim) seperti El-Nino dan
La-Nina, dan (c) kenaikan tinggi muka air laut akibat pencairan gunung es di
kutub utara (Las et al. 2008 ; Paudel et al. 2011).
O dan halokarbon (kelompok gas yang mengandung florine, klorin dan bromin). Gas-gas tersebut terakumulasi di atmosfer yang menyebabkan peningkatan konsentrasinya sejalan dengan waktu (IPCC 2007).
Perubahan iklim akan mempengaruhi curah hujan dan produksi kentang di
Indonesia (Boer et al. 2001). Perubahan iklim akan membawa dampak terhadap
tanaman kentang yang menyebabkan hasil tanaman semakin rendah (Holden dan Breneton 2006). Hal ini sejalan dengan pendapat Craufurd dan Wheeler (2009), bahwa perubahan iklim dapat membawa dampak terhadap tanaman yang menyebabkan hasil tanaman semakin rendah karena peningkatan suhu udara atau penurunan curah hujan. Iklim adalah unsur utama yang mempengaruhi sistem metabolisme dan fisiologi tanaman, maka perubahan iklim akan berdampak buruk
terhadap keberlanjutan pembangunan pertanian (Laux et al. 2010).
Namun demikian, berapa besar pengaruh dampak perubahan iklim
terhadap produksi kentang nasional belum diketahui secara tepat dan memerlukan penelitian atau model prediksi kuantitatif yang mampu memprediksi dampak
perubahan iklim terhadap produksi kentang pada sentra-sentra produksi di Indonesia.
Evaluasi tentang interaksi iklim dan tanaman memerlukan analisis kuantitatif secara komprehensif untuk dapat menjelaskan hubungan keduanya, sehingga prediksi dan antisipasi terhadap perubahan iklim dapat dilakukan. Model simulasi tanaman dapat digunakan untuk keperluan prediksi tersebut dan penelitian ini akan menyusun model simulasi tanaman kentang yang mampu menjelaskan hubungan unsur-unsur cuaca/iklim dengan hasil tanaman kentang di Indoesia. Model selanjutnya digunakan untuk memprediksi dampak perubahan iklim terhadap produksi kentang nasional. Prediksi tersebut merupakan masukan dalam perencanaan adaptasi budidaya tanaman kentang terhadap perubahan iklim. Proses-proses yang terjadi pada produksi pertanian adalah sesuatu yang berulang, sehingga proses-proses tersebut dapat diidentifikasi untuk selanjutnya diformulasikan menjadi persamaan-persamaan matematik (Handoko 1994). Persamaan-persamaan matematik tersebut dapat disusun secara sistematis dan terintegrasi dalam suatu model simulasi tanaman untuk menggambarkan serta memprediksi perkembangan dan pertumbuhan tanaman sesuai hasil pengamatan lapang. Selanjutnya validasi hasil prediksi model menggunakan data pengamatan empiris diperlukan sebelum model tersebut dapat diaplikasikan.
Di samping validasi terhadap output model simulasi tanaman, pengujian
setiap persamaan yang digunakan untuk memprediksi tiap proses yang terjadi dalam perkembangan dan pertumbuhan tanaman menjadi sangat penting. Pustaka tidak selalu menyediakan persamaan atau parameter tiap jenis tanaman untuk dapat digunakan dalam menyusun model simulasi. Suatu persamaan atau parameter mungkin menjadi tidak berlaku jika persamaan atau parameter tersebut diturunkan di daerah lain yang mempunyai iklim atau kondisi lingkungan yang jauh berbeda meskipun untuk tanaman yang sama. Oleh sebab itu dalam menyusun model simulasi tanaman, penelitian lapang diperlukan untuk: (1) menurunkan berbagai persamaan dan parameter yang akan digunakan untuk menyusun model, dan (2) melakukan validasi terhadap hasil simulasi model
Setelah tervalidasi, model simulasi tanaman dianggap mampu menjelaskan mekanisme proses yang terjadi dalam pertumbuhan dan perkembangan tanaman.
Hasil kentang dapat diprediksi oleh model menggunakan input berupa parameter
(tanah dan tanaman) dan peubah-peubah (unsur-unsur iklim) yang berbeda mewakili berbagai daerah dan waktu tanam tertentu. Pendekatan semacam ini dapat menghemat waktu dan biaya sebagai alat analisis dan prediksi kuantitatif serta pemecahan masalah secara integral dalam pertanian dibandingkan dengan penelitian lapang pada banyak wilayah dan variasi waktu tanam. Namun demikian, model simulasi tanaman juga memiliki keterbatasan antara lain tidak
dapat menjelaskan serta memprediksi hal-hal yang dipengaruhi selain oleh input
model (Handoko 1994). Oleh sebab itu, pemahaman terhadap input, proses serta
output model yang disusun menjadi penting guna menjawab permasalahan yang dituangkan dalam tujuan model (Wolf 2002).
Sehubungan dengan masalah di atas, ditunjang oleh teknologi dalam bidang komputer yang makin meluas, penelitian lapang makin berkembang ke arah model simulasi dalam bidang pertanian, salah satunya adalah model simulasi untuk tanaman kentang. Tanpa analisis kuantitatif yang dapat menjelaskan interaksi iklim dan tanaman, maka prediksi dan antisipasi terhadap perubahan iklim ini akan sulit dilakukan. Oleh sebab itu, diperlukan model simulasi tanaman
untuk mengantisipasi dampak perubahan iklim (White et al. 2011), yang disusun
dalam penelitian ini.
Model simulasi tanaman kentang yang disusun dalam penelitian ini
menggunakan konsep efisiensi penggunaan radiasi (radiation-use efficiency/RUE
untuk memprediksi pertumbuhan dan hasil tanaman kentang. Ketepatan perhitungan pertumbuhan dan hasil tanaman kentang sangat ditentukan oleh parameter RUE serta perhitungan intersepsi radiasi surya yang ditentukan oleh koefisien pemadaman tajuk (k) tanaman kentang.
Nilai RUE berbeda-beda antar tanaman maupun varietasnya. Nilai RUE tanaman kentang pada berbagai varietas dan generasinya yang diusahakan di Indonesia belum banyak tersedia pada pustaka. Penelitian lapang didesain untuk menurunkan parameter-parameter tersebut serta yang lain guna menunjang
penyusunan model simulasi tanaman kentang. Penelitian ini akan menurunkan nilai RUE tanaman kentang varietas Granola (G1 dan G2) dan Atlantis (G4).
Suhu mempengaruhi kecepatan perkembangan tanaman serta laju respirasi tanaman. Perubahan iklim yang diperkirakan akan meningkatkan suhu udara diduga akan menyebabkan penurunan hasil tanaman kentang yang sangat rentan terhadap peningkatan suhu udara. Pengaruh kenaikan suhu udara dihitung melalui perubahan periode fase-fase perkembangan tanaman yang mempengaruhi
pertumbuhan tanaman kentang menggunakan konsep thermal unit serta melalui
peningkatan respirasi pemeliharaan akibat kenaikan suhu tersebut.
Tanaman kentang di Indonesia yang pada umumnya dibudidayakan pada ketinggian di atas 800 m dari permukaan laut (dpl) (Sutapradja 2008) yaitu pada
daerah pegunungan dengan tingkat kemiringan yang tinggi. Akibatnya, air sering
menjadi masalah serius pada musim hujan karena limpasan permukaan yang diakibatkan. Sebaliknya, pada musim kemarau kadar air tanah yang rendah menjadi kendala untuk menunjang pertumbuhan tanaman. Oleh sebab itu, penentuan waktu tanam yang tepat untuk mendapatkan ketersediaan air yang cukup tetapi mendapatkan radiasi surya yang tinggi serta meminimalkan kehilangan air melalui limpasan permukaan merupakan alternatif pengelolaan air yang penting. Untuk itu, diperlukan informasi mengenai hubungan curah hujan dan kehilangan air tanah melalui limpasan permukaan dan evapotranspirasi untuk mengetahui informasi dinamika air tanah. Penelitian lapang juga didesain untuk mengkaji hubungan tersebut yang selanjutnya digunakan untuk pemahaman proses dalam penyusunan model simulasi tanaman kentang.
Model simulasi tanaman kentang yang disusun akan menggambarkan proses perkembangan dan pertumbuhan tanaman, serta proses neraca air. Satu percobaan lapang di Pacet, Provinsi Jawa Barat, dilakukan untuk menurunkan parameter-parameter model pada proses kalibrasi, serta dua percobaan lapang di Galudra, Provinsi Jawa Barat dan Kerinci, Provinsi Jambi untuk proses validasi
model. Setelah model tervalidasi maka model dapat diaplikasikan sebagai alat
bantu pengambilan keputusan (decision-support tool) (Goudriaan et al. 1998 ;
Holden dan Breneton 2006). Decision-support tool ini dapat meliputi : penentuan
pemilihan varietas, pemilihan waktu tanam yang optimum, dan yang terpenting untuk simulasi dampak perubahan iklim terhadap hasil tanaman kentang.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan umum penelitian ini adalah untuk menyusun model simulasi perkembangan, pertumbuhan, dan neraca air tanaman kentang yang dapat menjelaskan mekanisme proses yang terjadi selama periode perkembangan dan pertumbuhan tanaman kentang. Model simulasi yang sudah disusun dan divalidasi digunakan untuk memprediksi potensi produksi dan antisipasi dampak perubahan iklim terhadap produktivitas kentang pada sentra-sentra produksi kentang di Indonesia.
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Menetapkan parameter tanah, tanaman melalui percobaan lapang dan
beberapa referensi serta pengumpulan data iklim, kemudian mengintegrasikannya untuk menyusun model simulasi perkembangan, pertumbuhan dan neraca air tanaman kentang.
2. Mendapatkan nilai kadar air tanah untuk menghitung kehilangan air melalui
evapotranspirasi aktual dan limpasan permukaan pertanaman kentang.
3. Menurunkan dan mendapatkan nilai efisiensi penggunaan radiasi (RUE)
tanaman kentang varietas Granola (G1, G2) dan Atlantis (G4) berdasarkan pertambahan berat kering dan jumlah radiasi surya yang diintersepsi oleh tajuk tanaman kentang.
4. Menyusun serta melakukan validasi model simulasi perkembangan,
pertumbuhan, dan neraca air tanaman kentang.
5. Mengaplikasikan model simulasi tanaman kentang yang sudah disusun untuk
memprediksi potensi produksi dan dampak perubahan iklim terhadap produksi tanaman kentang pada sentra-sentra produksi di Indonesia untuk membantu pemilihan opsi-opsi adaptasi dampak perubahan iklim.
1.3. Keluaran Penelitian
1. Parameter tanah, tanaman, dan cuaca yang didapat dari percobaan lapang dan
2. Nilai kadar air tanah, evapotranspirasi aktual dan limpasan permukaan pada lahan pertanaman kentang.
3. Nilai RUE tanaman kentang varietas Granola (G1 dan G2) serta Atlantis
(G4).
4. Model simulasi tanaman kentang yang mampu mensimulasi proses
perkembangan, pertumbuhan dan neraca air tanaman kentang berdasarkan variasi unsur-unsur iklim.
5. Potensi produksi dan prediksi dampak perubahan iklim terhadap produktivitas
tanaman kentang pada sentra-sentra produksi di Indonesia serta opsi-opsi adaptasi untuk mengantisipasinya.
1.4. Manfaat Penelitian
1. Pemahaman tentang faktor-faktor penting dalam peningkatan produktivitas
kentang.
2. Pemilihan opsi adaptasi dampak perubahan iklim untuk peningkatan
produktivitas kentang pada sentra-sentra produksi kentang di Indonesia.
3. Diperolehnya strategi peningkatan produktivitas kentang pada sentra-sentra
produksi kentang di Indonesia.
1.5. Kebaharuan (Novelty)
Sedikitnya ada empat hal sebagai kebaharuan (novelty) dalam penelitian
yang berjudul : Aplikasi Model Simulasi untuk Prediksi Dampak Perubahan Iklim
terhadap Produktivitas Tanaman Kentang (Solanum tuberosum L.) di Indonesia
yaitu :
1. Parameter penting yang digunakan untuk menghitung produksi biomassa
adalah konsep RUE (ε dalam g MJ-1
2. Produksi biomassa akan dipengaruhi oleh faktor ketersediaan air tanaman
yang dipenuhi oleh curah hujan. Ketersediaan air tanaman kentang yang dihitung dari intersepsi hujan oleh tajuk tanaman, evaporasi dan transpirasi
) yang berbeda-beda antar spesies
tanaman maupun varietasnya. Nilai ε tanaman kentang belum banyak tersedia
pada pustaka, khususnya yang menghitung total biomassa termasuk umbi
kentang. Penelitian ini menemukan nilai ε tanaman kentang varietas Granola
tanaman, dan limpasan permukaan (runoff). Penelitian ini menemukan nilai
evapotranspirasi aktual (ETa) dan runoff (Ro) selama masa pertumbuhan
tanaman kentang sehingga dapat diketahui proporsi kebutuhan air tanaman melalui ETa, kehilangannya berupa Ro serta ketersediaan air dari curah hujan.
3. Model simulasi tanaman kentang yang disusun dalam penelitian ini
merupakan alat prediksi kuantitatif dampak perubahan suhu udara dan curah hujan akibat perubahan iklim terhadap produktivitas tanaman kentang di Indonesia untuk menentukan opsi-opsi adaptasi perubahan iklim.
4. Terkait dengan fungsi model simulasi ini dapat diaplikasikan sebagai alat
analisis kuantitatif dalam pengambilan keputusan (decision-support tool),
yang meliputi : penentuan potensi produksi pada berbagai wilayah sentra produksi kentang di Indonesia, pemilihan varietas, dan pemilihan waktu tanam yang optimum.
5. Keempat hal tersebut di atas diharapkan dapat menyumbangkan informasi,
sehingga secara umum dapat membantu petani dan stakeholder dalam
meningkatkan produksi tanaman kentang.
Beberapa model simulasi tanaman yang sebelumnya telah berhasil
mensimulasikan pertumbuhan tanaman ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil penelitian penyusunan model simulasi tanaman
Peneliti Tanaman
Munchow & sinclair (1986) Kedelai Munchow & sinclair (1991) Jagung Amir & Sinclair (1991) Gandum
Handoko (1992) Gandum
Wolf (2002)* Kentang
Djufry (2005) Jarak Pagar
Rusmayadi (2009) Jarak Pagar
Keterangan : *) model mengaplikasikan konsentrasi CO2
terhadap tanaman kentang
Wolf (2002) telah menyusun simulasi pertumbuhan dan hasil kentang di negara Belanda. Model diaplikasikan untuk memprediksi pengaruh konsentrasi
CO2 terhadap pertumbuhan tanaman kentang, namun dalam pertumbuhan dan
1.6. Ruang Lingkup Penelitian
Percobaan lapang yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri tiga percobaan untuk menghitung kadar air tanah, menurunkan nilai RUE dari varietas dan generasi tanaman kentang yang berbeda, menetapkan fase-fase perkembangan tanaman serta mengkaji partisi biomassa pada organ tanaman yaitu akar, batang, daun dan umbi serta untuk validasi model simulasi tanaman kentang. Data yang diperoleh dari percobaan pertama digunakan untuk parameterisasi pada proses kalibrasi submodel perkembangan, pertumbuhan dan neraca air tanaman kentang yang disusun. Data dari percobaan kedua dan ketiga digunakan untuk proses validasi model dari model yang sudah disusun. Data cuaca harian dari ketiga lokasi percobaan yang meliputi curah hujan, suhu udara, radiasi surya, kelembaban udara dan kecepatan angin digunakan sebagai masukan model.
Submodel perkembangan mensimulasi perkembangan tanaman dari tanam
sampai panen. Laju perkembangan diduga berdasarkan konsep thermal unit
dengan menggunakan data suhu udara harian. Pengamatan dilakukan terhadap suhu udara dan fase-fase perkembangan tanaman. Submodel pertumbuhan mensimulasi produksi biomassa tanaman berdasarkan RUE serta faktor ketersediaan air yang dihitung berdasarkan nisbah antara transpirasi aktual dan maksimum. Dalam submodel ini, respirasi dihitung dari fungsi suhu udara dan
biomassa masing-masing organ.
Radiasi surya di atas dan di bawah tajuk tanaman masing-masing diukur
menggunakan sensor radiasi surya solarimeter dan tube solarimeter. Sebelum
alat pengukur radiasi surya dipasang di lokasi penelitian, dilakukan kalibrasi alat
untuk membandingkan setiap alat dengan input radiasi surya yang sama. Sensor
untuk mengukur radiasi surya datang di atas tajuk tanaman (Qo) diletakkan pada
ketinggian 1 m di atas tempat terbuka. Sensor untuk mengukur radiasi transmisi
(Qτ) diletakkan pada ketinggian 5 cm di atas tanah, di bawah tajuk tanaman
kentang. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit masing-masing dengan 3 kali pengukuran data dari pagi (jam 08.00) hingga sore (jam 16.00) hari, kemudian dihitung nilai rata-ratanya.
Untuk keperluan penyusunan submodel neraca air nilai kandungan air
setiap minggu dari tanam hingga panen. Pengukuran dilakukan pada kedalaman 10 cm, 20 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm, dan 100 cm. Oleh karena itu, dalam laporan ini sistematika dibagi secara bertahap dalam beberapa sub judul dengan maksud memberikan keterkaitan antara bagian satu dengan bagian lainnya.
Bab I memberikan gambaran umum penelitian secara keseluruhan dan juga dijelaskan tentang tujuan, keluaran, dan manfaat penelitian, kebaharuan (novelty) serta ruang lingkup penelitian.
Bab II menjelaskan tentang sintesa tanaman kentang, model simulasi tanaman kentang, dan perubahan iklim (Tinjauan Pustaka).
Bab III menghitung kehilangan air tanaman kentang melalui evapotranspirasi aktual dan limpasan permukaan pada tiga lokasi pertanaman kentang dengan ketinggian tempat dan curah hujan yang berbeda. Analisis dilakukan menggunakan perhitungan neraca air lahan berdasarkan pengamatan kadar air tanah serta curah hujan pada tiga lokasi pertanaman kentang.
Bab IV menjelaskan hubungan antara ketersediaan air tanah dan kehilangan air tanaman kentang yang sudah dianalisis berdasarkan neraca air lahan pada Bagian III dengan pertumbuhan dan hasil tanaman kentang yang di tanam di salah satu lokasi pertanaman kentang (Pacet).
Bab V menurunkan dan mendapatkan nilai RUE tanaman kentang varietas Granola (G1, G2) dan Atlantis (G4) berdasarkan penambahan berat kering dan jumlah radiasi surya yang diintersepsi oleh tajuk tanaman kentang.
Bab VI menjelaskan penyusunan model simulasi tanaman kentang. Dalam bagian ini juga dijelaskan pemanfaatan data percobaan pertama untuk parameterisasi pada proses kalibrasi model. Setelah itu dijelaskan pemanfaatan data percobaan kedua dan ketiga untuk keperluan validasi model.
Bab VII adalah aplikasi model simulasi tanaman sebagai alat analisis kuantitatif untuk memprediksi potensi produksi dan dampak perubahan iklim (peningkatan suhu udara dan penurunan curah hujan) terhadap produktivitas tanaman kentang di Indonesia sehingga dapat ditentukan opsi-opsi adaptasi perubahan iklim.
Seluruh kegiatan penelitian dalam disertasi ini dirangkum dalam alur penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 1. Pembahasan umum dijelaskan pada Bab VIII, kesimpulan dan saran pada Bab IX.
Gambar 1. Alur kerangka pemikiran pelaksanaan penelitian.
Permasalahan Tujuan model
Studi literatur Percobaan lapang Sub model pertumbuhan Sub model perkembangan Penyusunan model
Prediksi dampak perubahan iklim terhadap produksi kentang
Model tervalidasi Sub model neraca air Adaptasi perubahan iklim • Sentra-sentra produksi
• Data cuaca saat ini
• Skenario SRESA1
Kalibrasi (Percobaan I)
Validasi (Percobaan II dan III