Tanggal Lulus :
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pertumbuhan dan Perkembangan
Tanaman Jagung
Pertumbuhan dan perkembangan tanaman merupakan proses yang saling berhubungan dan berlangsung secara terus menerus sepanjang daur hidup tanaman, bergantung pada ketersediaan hasil asimilasi. Pertumbuhan dapat didefenisikan sebagai penambahan massa atau dimensi satu organ tumbuhan atau keseluruhan organ tumbuhan dalam interval waktu suatu fase tertentu atau dalam keseluruhan siklus hidup tanaman. Di lain pihak, perkembangan diartikan sebagai kemunculan suatu fase atau beberapa fase secara berurutan dalam keseluruhan hidup tanaman.
Hasil asimilasi yang dibutuhkan tanaman untuk hidup diperoleh dari hasil netto
karbohidrat yang merupakan selisih dari laju perolehan massa bruto dan kehilangan massa. Dalam periode waktu tertentu, laju perubahan bobot tanaman netto tanaman dapat ditulis (Charles-Edward, et al. 1986) :
∆W/∆t = laju perolehan massa bruto – laju kehilangan massa
Laju perolehan massa pada tanaman ini tergantung pada jumlah energi cahaya yang mampu diintersepsi oleh tajuk tanaman (Qint) dan efisiensi penggunaannya dalam proses fotosintesis (ε). Sedangkan laju kehilangan massa utama pada tanaman berasal dari respirasi. Sebagian energi hasil fotosintesis bruto hilang melalui dua cara, yaitu (1) digunakan untuk pemeliharaan kompleks kehidupan dalam organ tanaman agar proses-proses biokimia dan fisologi dapat berjalan sempurna dan (2) sintesis dan pembentukan jaringan baru dalam organ tanaman. Kedua bentuk respirasi ini disebut respirasi pertumbuhan (Rg) dan respirasi pemeliharaan (Rm) (Kropff & Laar 1993).
2.2. Fotosintesis
Fotosintes dapat didefenisikan sebagai proses pemanenan energi radiasi surya oleh jaringan tanaman. Tanaman menggunakan khlorofil untuk menangkap, menyerap dan mengubah energi radiasi surya menjadi energi kimia. Dalam proses ini CO2 dari atmosfer dan H2O dari perakaran diubah menjadi glukosa, suatu karbohidrat sederhana C6H12O6
dan O2 dilepas ke atmosfer.
0 H 6 O H C e.Par 6CO O 6H2 + 2+ → 6 12 6+ 2
Pancaran radiasi surya yang sampai kebumi terkonsentrasi pada panjang gelombang 300 – 3000 nm atau sering disebut radiasi gelombang pendek. Tidak seluruh rentang panjang gelombang tersebut cocok dalam proses fotosintesis. Daun sebagai medium fotosintesis memerlukan radiasi dengan kisaran panjang gelombang 390 – 760 nm sebagi pembangkit proses fotosintesis (Gardner et al. 1991) atau biasa disebut dengan istilah Photosynthetically Active Radiation (PAR).
Penerimaan radiasi surya oleh daun tidak terdistribusi merata, semakin jauh dari puncak tajuk masuk ke bagian bawah, penerimaan radiasi semakin berkurang. Dengan asumsi secara horizontal tajuk tanaman memiliki tajuk seragam pada setiap lapisan horizontal tajuk dan hanya berubah ketinggian didalam tajuk, maka radiasi surya yang diterima akan berkurang secara
eksponensial mengikuti Hukum Beer (Chang, 1974) :
Qint=Qo(1−e−k.ILD) dengan :
Qint = radiasi surya yang diintersepsi tajuk Qo = radiasi surya di puncak tajuk k = koefesien pemadaman ILD = indeks luas daun
Karbondioksida (CO2) merupakan salah satu bahan baku dalam proses fotosintesis. Keseimbangan antara pengambilan CO2
(fotosintesis) dan pengeluran CO2 (respirasi) dipercaya oleh para ahli merupakan hasil berat kering tumbuhan (Gardner et al. 1991). Secara umum ada dua lintasan fiksasi CO2
fotosintetik, yaitu lintasan C3 dan C4. Pada kondisi jenuh cahaya laju fotosintesis pada tanaman C4 lebih tinggi dari tanaman C3. Perbedaan ini mengakibatkan efisiensi fotosintesis tanaman C4 yang lebih tinggi dari tanaman C3 (Charles-Edward, et al. 1986). Suhu merupakan salah satu unsur cuaca selain radiasi surya yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman khususnya pada proses biokimia (Fitter & Hay 1991). Fotosintesis harus dipisahkan menjadi bagian-bagian penyusunnya untuk menetapkan pengaruhnya terhadap suhu. Umumnya peningkatan suhu akan meningkatkan aktivitas enzim dalam proses fiksasi CO2, laju kenaikan fotosintesis makin tinggi sejalan peningkatan suhu hingga mencapai temperatur yang menyebabkan enzim mengalami denaturasi (Gardner et.al. 1991). Penelitan pada sel chloerella yang dilakukan Hall dan Rao (1977) menunjukkan bahwa pada intensitas cahaya rendah laju fotosintesis tidak dipengaruhi oleh suhu, tetapi seiring dengan peningkatan intensitas cahaya laju fotosintesis bertambah sampai akhirnya tetap ketika intensitas cahaya mencapai titik jenuhnya.
2.3. Evapotranspirasi
Evapotranspirasi (ET) adalah kombinasi dua proses kehilangan air melalui jalur yang berbeda, yaitu melalui permukaan tanah (evaporasi) dan tanaman (transpirasi). Meskipun evaporasi dan transpirasi terjadi melalui jalur yang berbeda, namun keduanya sangat sulit dibedakan dan terjadi secara simultan (Allen et al. 1998).
Kehilangan air ke atmosfer ditentukan oleh faktor cuaca (atmospheric demand), tanaman dan tanah, serta kondisi dan pengelolaan lingkungan (Allen et al. 1998).
Faktor Cuaca. Penguapan memerlukan energi, yang terutama berasal dari energi
radiasi surya dan pada taraf tertentu energi dapat berasal dari suhu udara lingkungan. Energi atau bahang (heat) untuk penguapan dinamakan bahang laten untuk penguapan (latent heat of vaporization, λ). Nilai λ tergantung pada suhu air. Pada suhu 20oC, λ = 2,45 MJ kg-1. Artinya pada suhu air 20oC, dibutuhkan energi sebanyak 2,45 MJ untuk menguapkan 1 kg air. Defisit tekanan uap air merupakan gaya pendorong (driving force) untuk pemindahan uap air dari permukaan penguap ke atmosfer (Allen et al. 1998), yang prosesnya lebih dominan terjadi secara vertikal. Udara disekitar bidang penguap akan mengandung lebih banyak uap air (lembab). Oleh angin, massa udara lembab tersebut akan dipindahkan (yang prosesnya lebih dominan terjadi secara horizontal) ketempat lain. Angin juga membawa udara yang lebih kering dari tempat lain untuk menggantikan udara lembab yang sudah dipindahkan. Sehingga, unsur cuaca utama yang mempengaruhi evapotranspirasi adalah radiasi matahari, kelembaban udara, dan kecepatan angin (Allen et al. 1998).
Faktor tanaman dan tanah. Pemilahan ET menjadi E (evaporasi) dan T (transpirasi) sebagian besar ditentukan oleh kondisi vegetasi dan tanah (sifat fisik dan kebasahan). Dengan keberadaan vegetasi
,
radiasi netto (Qn) dapat dibagi menjadi : Qn yang diserap tanaman berperan dalam proses transpirasi, sedang Qn yang sampai ke permukaan tanah akan menentukan proses evaporasi. Apabila bidang penguap adalah lahan bertanaman, maka tingkat naungan oleh kanopi tanaman dan ketersediaan air tanah adalah beberapa faktor yang akan berpengaruh terhadap proses evaporasi. Kadar air tanah di zona perakaran tanaman dan karakteristik tanaman serta tipe budidaya merupakan beberapa faktor yang mempengaruhi proses transpirasi.Kondisi lingkungan dan pengelolaan. Pertumbuhan dan perkembangan tanaman yang terganggu akan mengurangi laju evapotranspirasi. Kondisi lingkungan yang dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangan tanaman misalnya kesuburan tanah yang rendah dan serangan organisme pengganggu tanaman. Pengelolaan budidaya tanaman seperti pengaturan populasi tanaman dan pemberian mulsa dapat memodifikasi lingkungan tumbuh tanaman yang mempengaruhi kesetimbangan energi dan pembagian Qn untuk transpirasi dan evaporasi. Setiap keadaan permukaan yang berbeda dari keadaan permukaan standar memerlukan faktor koreksi untuk
menyesuaikan nilai evapotranspirasi yang digunakan untuk perencanaan pengairan (ETc) (Allen et al. 1998).
2.4. Deskripsi Jagung
Jagung atau zea mays L. merupakan tanaman semusim yang berasal dari famili poaceae. Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari, namun terkadang dapat lebih cepat atau lebih pendek tergantung lama penyinaran dan suhu (Pursegloves 1975). Umur jagung yang ditanam Bunting (1977) dalam Fisher dan Palmer (1983) dapat mencapai 184 hari. Paruh pertama dari siklus merupakan tahap pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif. Berdasarkan tingkat taksonominya maka jagung dapat duraikan sebagai berikut :
Kingdom : Plantae Subkelas : Commelinidae Subkingdom : Tracheobionta Ordo : Cyperales Superdivisio : Spermatophyta Famili : Poaceae Divisio : Magnoliophyta Genus : Zea L. Kelas : Liliopsida Spesies : Zea mays L.
Akar jagung tergolong akar serabut yang dapat mencapai kedalaman 8 m meskipun sebagian besar berada pada kisaran 2 m. Pada tanaman yang sudah cukup dewasa muncul akar adventif dari buku-buku batang bagian bawah yang membantu menyangga tanaman tegak. Batangnya padat dan tingginya bervariasi dari 1 - 6 meter, tetapi umumnya 2 – 3 meter. Diameter batangnya 3 - 4 meter yang memiliki ruas (Pursegloves 1975). Batang jagung tegak dan mudah terlihat, sebagaimana sorgum dan tebu, namun tidak seperti padi atau gandum. Terdapat mutan yang batangnya tidak tumbuh pesat sehingga tanaman berbentuk roset. Batang beruas-ruas. Ruas terbungkus pelepah daun yang muncul dari buku. Batang jagung cukup kokoh namun tidak banyak mengandung lignin.
Dilihat dari strukutur bunganya, jagung memiliki bunga jantan dan bunga betina yang terpisah dalam satu tanaman (monoecious). Bunga jantan tumbuh di bagian puncak yang berupa karangan bunga (inflorescene) dan bunga betina tersusun dalam tongkol (ears). Bagian tongkol ini merupakan hasil ekonomi (economic yield /grain) dari tanaman jagung (Fisher & Palmer 1983). Daunnya tumbuh pada selang-seling di pinggiran batang, sekitar 8 – 21 helai (Pursegloves 1975). Permukaan daun ada yang licin dan ada yang berambut.
Stomata pada daun jagung berbentuk halter, yang khas dimiliki familia poaceae. Setiap stomata dikelilingi sel-sel epidermis berbentuk kipas. Struktur ini berperan penting dalam respon tanaman menanggapi defisit air pada sel-sel daun.
2.5. Hubungan Iklim dan Pertumbuhan Tanaman Jagung
Jagung merupakan tanaman yang dapat beradaptasi baik dengan lingkungannya. Tanaman ini dapat dijumpai mulai dari lintang 550N sampai 400S dan mulai atas permukaan laut sampai ketinggian 4000 meter (Goldsworthy 1974 dalam Fisher & Palmer 1983). Suhu minimum untuk pertumbuhan jagung sekitar 8 - 100 C sedangkan suhu maksimum yang dapat ditoleransi mencapai 400C. Untuk pertumbuhan optimal, jagung membutuhkan suhu rata-rata 24 0C selama periode pertumbuhan (Leng & Aldrich 1972, Martin et al. 1976, Muhadjir et al. 1977 dalam Muhadjir 1988).
Kebutuhan air terbanyak dibutuhkan pada fase pembungaan dan pengisian biji. Dalam hal ini distribusi curah hujan lebih penting daripada total curah hujan. Menurut penelitian diketahui bahwa penurunan hasil akibat kekeringan mencapai 15 % (Muhadjir 1988). Untuk mengatasi kekeringan disarankan untuk menanam jagung pada awal musim hujan atau
menjelang musim kemarau
(www.warintek.ristek.go.id). Curah hujan 85 – 100 mm per bulan sudah mencukupi kebutuhan air tanaman jagung (Muhadjir 1984, Oldeman 1977 dalam Muhadjir 1988) bila terlalu tinggi intensitas hujan maka hasil yang diperoleh tidak optimum. Hal ini disebabkan oleh leaching yang dapat memiskinkan tanah melalui degradasi struktur, erosi, dan pencucian nitrogen dan unsur hara lainnya (Moentono 1993).
Jagung merupakan jenis tanaman yang memiliki lintasan fotosintesis C4 (Hatch & Slack 1970 dalam Fisher & Palmer 1983), lintasan ini berbeda dengan dua tanaman serealia utama, yaitu gandum dan padi yang memiliki lintasan C3 (Fisher & Palmer 1983). Telah diketahui bahwa lintasan fotosintesis C4 mempuyai laju fotosintesis dan titik jenuh cahaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanaman C3, serta titik kompensasi CO2 yang lebih rendah dari tanaman C3. (Hesketh & Musgrave 1962, Hesketh 1963, Hesketh & Moss 1963 dalam Fisher & Palmer 1983). Hal ini sangat menguntungkan bagi kegiatan budidaya yang dilakukan di daerah tropis yang mempunyai suhu yang optimum bagi
proses fotosintesis (Evans 1975 dalam Fisher & Palmer 1983), hal ini juga didukung dari data produksi jagung yang tinggi
Hesketh dan Moss (1962) dalam Moentono (1993) mengemukakan bahwa daun jagung dapat mengalami jenuh atau kenyang cahaya pada konsentrasi CO2 yang rendah kira-kira 40 ppm. Tingkat fotosintesis pada konsentrasi CO2 500 ppm dapat mencapai 1,4 kali lipat fotosintesisnya pada konsentrasi CO2
320 ppm bila intensitas cahaya 1,0 ly/menit. Jika faktor-faktor lain tidak merupakan faktor pembatas, maka intensitas cahaya merupakan faktor utama yang menentukan kecepatan tumbuh tanaman jagung (Moss et al. 1961, Early et al. 1967, Wiliams et al. 1968, Duncan et al. 1973 dalam Moetono 1993)
ILD merupakan nisbah luas daun per satuan luas tanah. ILD merupakan salah satu indikator yang dapat digunakan dalam menganalisis pertumbuhan tanaman. Dari hasil penelitian, ILD 3,0 dapat menyerap 95 % radiasi surya, namun bila lebih besar dari 5,0 maka penyerapan radiasi akan menurun karena daun saling menutupi (Wereing & Cooper 1971 dalam Muhadjir 1988).
2.6. Sistem dan Model
Sistem adalah gambaran suatu proses atau beberapa proses yang teratur. Keteraturan ini mampu menjelaskan interaksi dari komponen-komponen yang ada didalamnya. Sedangkan model dapat didefenisikan sebagai penyederhanaan suatu sistem, sehingga tidak harus menjelaskan semua proses yang terjadi dalam suatu sistem secara lengkap. Makin banyak proses yang mampu dijelaskan maka makin rumit model tersebut. Oleh karena itu dalam penyusunan model, tujuan penyusunan model merupakan faktor utama yang harus diperhatikan (Handoko 1994).
III. BAHAN DAN METODE