i
PENDUGAAN CADANGAN KARBON DI ATAS
PERMUKAAN PADA HUTAN RAKYAT DENGAN
MEMANFAATKAN DATA
SYNTHETIC APERTURE
RADAR
SENTINEL-1 (STUDI KASUS DI KABUPATEN
SUKOHARJO)
HALAMAN JUDUL
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan
Mencapai derajat Sarjana S-1
Fakultas Geografi
Oleh:
ATHAR ABDURRAHMAN BAYANUDDIN
E100150113
FAKULTAS GEOGRAFI
ii
HALAMAN PENGESAHAN SKRIPSI
PENDUGAAN CADANGAN KARBON DI ATAS PERMUKAAN PADA HUTAN RAKYAT DENGAN MEMANFAATKAN DATA SYNTHETIC APERTURE RADAR SENTINEL-1 (STUDI KASUS DI KABUPATEN
SUKOHARJO)
ATHAR ABDURRAHMAN BAYANUDDIN
NIM: E100150113
Telah dipertahankan di depan Team Penguji
Pada hari Rabu, 26 Oktober 2016
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Team Penguji Tanda Tangan
Ketua : Dra. Alif Noor Anna, M.Si. (…………...……..)
Anggota I : Choirul Amin, S.Si., M.M. (……….……)
Anggota II : Drs. H. Yuli Priyana, M.Si. (……….)
Pembimbing : Dra. Alif Noor Anna, M.Si (………...…)
Surakarta, 31 Oktober 2016
Dekan
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi
dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang
pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu
dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, 28 September 2016
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN
Maka nikmat Tuhanmu yang manakahyang kamu dustakan? (Q.S Ar-Rahman)
“Man Jadda Wajada” (Siapa yang bersungguh sungguh, ia akan berhasil)
“Orang berilmu dan beradab tidak diam beristirahat di kampung halaman. Tinggalkan negerimu dan hidup asing (di negeri orang)”
- Imam Syafi’i
''Bila kamu tak tahan lelahnya belajar , maka kamu akan menanggung perihnya kebodohan '' - Imam Syafi’i
“Bermimpilah, karena Tuhan akan memeluk mimpi-mimpi itu.”
―Andrea Hirata, Sang Pemimpi
Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan (Q.S Al-Insyirah [94:5])
Bismillahirrahmannirrahim
Karya Ini Kupersembahkan:
Kepada Mamah dan Abi Tercinta, Keempat Adik-Adikku Tersayang, dan
v
PENDUGAAN CADANGAN KARBON DI ATAS PERMUKAAN PADA HUTAN RAKYAT DENGAN MEMANFAATKAN DATA SYNTHETIC APERTURE RADAR SENTINEL-1 (STUDI KASUS DI KABUPATEN
SUKOHARJO)
Athar Abdurrahman Bayanuddin1, Alif Noor Anna2
1Mahasiswa Fakultas Geografi, Universitas Muhammadiyah Surakarta 2Dosen Fakultas Geografi, Universitas Muhammadiyah Surakarta
e-mail: athar.be1@gmail.com
INTISARI
Tingginya jumlah karbondioksida di atmosfer merupakan salah satu penyebab terjadinya pemanasan global. Mempertahankan cadangan karbon hutan yang ada merupakan salah satu upaya untuk menurunkan emisi karbon, termasuk pada hutan rakyat yang perlu diinvetarisir guna memonitoring emisi karbon. Penelitian ini menggunakan data penginderaan jauh SAR (Synthetic Aperture Radar) Sentinel-1 untuk mengetahui cadangan karbon di atas permukaan pada hutan rakyat di Kabupaten Sukoharjo. Penelitian ini bertujuan untuk: 1) menganalisis hubungan antara nilai hamburan balik data SAR Sentinel-1 dual polarisasi dengan nilai cadangan karbon hutan rakyat berdasarkan nilai biomassaa hijau di atas permukaan; 2) menduga cadangan karbon di atas permukaan pada hutan rakyat di Kabupaten Sukoharjo dengan memanfaatkan data dual polarisasi SAR Sentinel-1; dan 3) menentukan jumlah dan agihan cadangan karbon di atas permukaan pada hutan rakyat di Kabupaten Sukoharjo berdasarkan data SAR Sentinel-1.
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode survei dengan teknik purposive sampling untuk melengkapi data penginderaan jauh terkait biomassa dan cadangan karbon di atas permukaan pada hutan rakyat menggunakan persamaan alometrik dan berdasarkan hasil ekstraksi nilai hamburan balik (backscatter) SAR Sentinel-1 setiap polarisasi VV (Vertikal-Vertikal), VH (Vertikal-Horizontal), dan band rasio VV/VH. Analisis statistik digunakan untuk memperoleh persamaan pendugaan cadangan karbon berdasarkan data SAR dan data lapangan. Sistem Informasi Geografi (SIG) digunakan untuk menyajikan data secara spasial sekaligus informasi jumlah cadangan karbon diatas perumukaan dan analisis data menggunakan pendekatan spasial secara kuantitatif dan kualitatif. Hasil penelitian menunjukkan: 1) hubungan yang signifikan dan berbanding terbalik antara nilai backscatter polarisasi VV (R= -0,438 (sangat rendah)) dan polarisasi VH (R= -0,612 (Rendah)) dengan cadangan karbon di atas permukaan; 2) cara untuk menduga cadangan karbon di atas permukaan pada hutan rakyat di Kabupaten Sukoharjo diperoleh dari data SAR Sentinel-1 menggunakan polarisasi VH dengan persamaan regresi linear sederhana terpilih (R2= 0,375; RMSE=101,1648) yaitu Y = -493,268 + -61,499 X; 3) Jumlah cadangan karbon di atas permukaan di Kabupaten Sukoharjo yaitu sebesar 228.456,36 Ton pada 7.738,287 Ha hutan rakyat serta memiliki pola agihan menyebar secara acak dan mengelompok. Jumlah terbanyak di hutan rakyat Kecamatan Bulu 49.540,21 Ton (1.782,008 Ha) dan paling sedikit di Kecamatan Gatak 49,50 Ton (1,357 Ha).
vi
ABOVE GROUND CARBON STOCK ESTIMATION IN COMMUNITY FOREST USING SYNTHETIC APERTURE RADAR DATA OF
SENTINEL-1 (STUDY CASE IN SUKOHARJO REGENCY)
Athar Abdurrahman Bayanuddin1, Alif Noor Anna2
1Student of Geography Faculty, Universitas Muhammadiyah Surakarta 2Lecturer of Geography Faculty, Universitas Muhammadiyah Surakarta
e-mail: athar.be1@gmail.com
ABSTRACT
The high amount of carbon dioxide in the atmosphere is one of the causes of global warming. Preserve carbon stocks is an effort to reduce carbon emissions, including in the community forest which need to be recorded. Remote Sensing Data of Sentinel-1 SAR (Synthetic Aperture Radar) was used to determine the above ground carbon stocks on community forest in Sukoharjo Regency. The objectives of this reasearh are: 1) analyze the relationship between the backscatter value of Sentinel-1 SAR dual polarization data and the value of carbon stock in community forest based on the above ground green biomass value; 2) to estimate above ground carbon stock of community forest in Sukoharjo Regency by utilizing the dual-polarization SAR Sentinel-1 data; and 3) to determine the total and the spatial distribution of above ground carbon stock on community forest in Sukoharjo Regency based on Sentinel-1 SAR data.
The method was used in this study is a survey method using purposive sampling to complement remote sensing data related to biomass and above ground carbon stock in community forest using allometric equations based on the the extraction result of backscatter value of each polarization VV (Vertical-Vertical), VH (Vertical-Horizontal), and band ratio VV/VH. Statistical analysis was used to generate equation for estimating carbon stocks based on the SAR data and field data. Geographic Information System (GIS) was used to represent data spatially well as information of above ground carbon stock value and used spatial data analysis approach both quantitatively and qualitatively.
The results showed that: 1) there is a significant and inversely relationship between the value of VV polarization backscatter (R = -0.438 (very low)) and VH polarization (R = -0.612 (Low)) on above graound carbon stock value. 2) How to Estimate Above ground carbon stock on community forest in Sukoharjo was obtained from Sentinel-1 SAR data using VH polarization with chosen simple linear regression equation (R2 = 0.375; RMSE = 101.1648) is Y = -61.499 -493.268 + X. The Total of above ground carbon stock in Sukoharjo Regency is 228,456.36 tons of 7738.287 hectares community forest and it has a spread spatial distribution pattern at random and clustered. The largest above ground biomass carbon stock is in the community forest of Bulu Sub-district is 49540.21 tons (1782.008 ha) and least in the Gatak Sub-district is 49.50 tons (1,357 ha).
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullah Wabarakatuh
Alhamdulillahirabbil’alamin, tiada kata paling indah yang patut penulis ucapkan atas segala limpahan rahmat, nikmat, dan kasih sayang yang Allah berikan.
Segala puji hanya patut untuk Allah, Rabb semesta alam. Tak lupa shalawat serta
salam akan selalu tercurah kepada Nabi Muhammad, Nabi yang menghantarkan
kita dari zaman gelap gulita ke zaman penuh cahaya. Atas seizin Allah yang Maha
Pemberi Kasih Sayang penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul “Pendugaan Cadangan Karbon Di Atas Permukaan Pada Hutan Rakyat Dengan Memanfaatkan Data Synthetic Aperture Radar Sentinel-1 (Studi Kasus di
Kabupaten Sukoharjo)”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat kelulusan dan
dalam mencapai gelar Sarjana (S1) Sains dalam bidang ilmu Geografi di Fakultas
Geografi, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Berbagai bentuk kegiatan selama proses penyusunan tugas akhir ini yang
tidak lepas dari Kuasa dan Izin Allah sehinga dapat berjalan dengan baik melalui
bantuan, dukungan, saran, bimbingan dan kerjasama oleh berbagai pihak. Karena
itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Drs. H. Priyono, M.Si. selaku Dekan Fakultas Geogafi, Universitas
Muhammadiyah Surakarta;
2. Ibu Dra. Alif Noor Anna, M.Si. selaku Dosen Pembimbing yang telah
menyempatkan waktu dengan penuh kesabaran membimbing dan membina
penulis sekaligus memotivasi dan menyemangati hingga skripsi ini dapat
berjalan lancar dan terselesaikan dengan baik;
3. Bapak Drs. H. Yuli Priyana, M.Si. dan Bapak Choirul Amin, S.Si., M.M.
selaku Dosen Penguji atas saran, bimbingan dan arahannya, sehingga Tugas
Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik;
4. Seluruh karyawan Fakultas Geografi, Universitas Muhamadiyah Surakarta atas
kerjasama, bantuan, dan dukungan, sehingga perkuliahan dan penyususnan
viii
5. Kedua orangtua penulis, Bapak Bayanuddin Anas dan Ibu Yunita Arisanti yang
selalu mencurahkan kasih sayangnya, mendoakan yang terbaik, memotivasi,
mengajarkan berbagai hal tentang kehidupan, pengorbanan, termasuk bantuan
finansial;
6. Kakek, nenek, om dan tante serta adik-adik yang menghibur dan memberi
bantuan baik materiil maupun non-materiil;
7. Om Faudzil Adhim dan Tante Mariana beserta keluarga yang telah
mendampingi dan memberi banyak bantuan selama perkuliahan di Surakarta;
8. Sahabat-sahabat ikhwan Mustaqim, Janata, Taufik, Ilham, Rasyid, Dion, Ibnu,
dan Restu; sahabat-sahabat akhwat Tiwi, Mei, Ira, Yayan, Miska dan Vivi atas
motivasi, kerjasama, bantuan, canda tawa dan segala cerita kebersamaan yang
dirangkai bersama hingga saat ini;
9. Teman-teman Fakultas Geografi khususnya keluarga mahasiswa transfer dari
Program Diploma Penginderaan Jauh dan SIG terim akasih atas doa dan
dukungannya;
10.Seluruh pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah
membantu dalam penyelesaian Skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan
satu persatu.
Penulis menyadari penelitian ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun agar
hasil penelitian dapat dikembangkan jauh lebih baik dimasa yang akan datang.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi berbagai pihak dan dapat digunakan
sebagaimana mestinya.
Wassalamu’alaikum Warahmatullah Wabarakatuh
Surakarta, 28 September 2015
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN SKRIPSI ... ii
PERNYATAAN ... iii
1.1.1Latar Belakang ... 1
1.1.2Perumusan Masalah ... 7
1.1.3Tujuan Penelitian ... 7
1.1.4Kegunaan Penelitian... 7
1.2 Telaah Pustaka dan Penelitian Sebelumnya ... 8
1.2.1Telaah Pustaka ... 8
1.2.1.1 Perubahan Iklim dan Emisi Karbon ... 8
1.2.1.2 Biomassa dan Cadangan Karbon Hutan ... 9
1.2.1.3 Hutan Rakyat Sebagai Cadangan Karbon ... 11
1.2.1.4 Pengertian Penginderaan Jauh ... 14
1.2.1.5 Penginderaan Jauh Sistem Aktif Radar ... 15
1.2.1.6 SAR (Synthetic Aperture Radar) ... 17
1.2.1.7 Penginderaan Jauh Radar untuk Estimasi Cadangan Karbon ... 18
1.2.1.7.1 Interaksi Sinyal SAR Terhadap Cadangan Karbon .. 18
1.2.1.7.2 Data SAR Sentinel-1 ... 21
x
1.2.3Kerangka Penelitian ... 28
1.3 Metode Penelitian... 30
1.3.1Alat dan Bahan Penelitian ... 31
1.3.1.1 Alat ... 31
1.3.1.2 Bahan ... 32
1.3.2Metode Pengumpulan Data ... 32
1.3.3Metode Pengolahan Data ... 33
1.3.3.1 Pengolahan Data SAR ... 33
1.3.3.2 Pembuatan Peta Hutan Rakyat/Klasifikasi Berbasis Objek ... 35
1.3.4Kerja Lapangan ... 35
1.3.5Metode Analisis Data ... 39
1.4 Batasan Operasional ... 42
BAB II DESKRIPSI GEOGRAFIS DAERAH PENELITIAN ... 44
2.1 Letak dan Luas ... 44
2.2 Topografi dan Kelerengan... 46
2.3 Jenis Tanah ... 47
2.4 Penggunaan Lahan ... 49
2.5 Iklim dan Curah Hujan ... 50
2.6 Kependudukan... 53
2.7 Penduduk Menurut Mata Pencaharian ... 54
BAB III HASIL PENELITIAN ... 55
3.1 Hamburan Balik (Backscatter) SAR Sentinel-1 pada Hutan Rakyat ... 55
3.2 Kandungan Biomassa Aktual dan Total Cadangan Karbon di Atas Permukaan pada Hutan Rakyat ... 59
3.2.1Struktur dan Komposisi Objek Hutan Rakyat di Lapangan ... 59
3.2.2Hasil Pengolahan dan Perhitungan Kandungan Biomassa Dan Cadangan Karbon di Atas Permukaan Aktual ... 61
xi
3.4 Statistik Regresi Nilai Backscatter (VV, VH, VV/VH) dengan
Cadangan Karbon di Atas Permukaan Pada Hutan Rakyat ... 66
3.4.1Regresi Variabel Nilai Backscatter Citra SAR Poarisasi VV dengan Variabel Cadangan Karbon di Atas Permukaan ... 67
3.4.2Regresi Variabel Nilai Backscatter Citra SAR Poarisasi VH dengan variabel cadangan karbon di atas permukaan 69 3.4.3Regresi Variabel Nilai Backscatter Citra SAR Poarisasi Rasio (VV/VH) dengan Variabel Cadangan Karbon di Atas Permukaan ... 70
3.5 Pendugaan Jumlah dan Agihan Cadangan Karbon di Atas Permukaan Pada Hutan Rakyat ... 72
3.5.1Akurasi Hasil Pendugaan Cadangan Karbon Di Atas Permukaan Masing-Masing Model Regresi ... 72
3.5.2Agihan Jumlah Cadangan Kabron di Atas Permukaan Pada Hutan Rakyat ... 73
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 79
4.1 Analisis Hamburan Balik (Backscatter) Data SAR Sentinel-1 pada Hutan Rakyat ... 79
4.2 Analisis Kandungan Biomassa Aktual dan Total Cadangan Karbon di Atas Permukaan pada Hutan Rakyat ... 80
4.3 Analisis Statistik Korelasi Nilai Backscatter dengan Cadangan Karbon Di Atas Permukaan ... 82
4.4 Analsis Regresi Nilai Backscatter dengan Cadangan Karbon di Atas Permukaan Hutan Rakyat ... 84
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Luas Hutan Rakyat Kabupaten Sukoharjo Tahun 2010-2014 ... 4
Tabel 1.2 Cadangan Karbon pada Hutan Rakyat dan Tegakan Agroforestri ... 13
Tabel 1.2 Frekuensi Gelombang Mikro dan Salurannya ... 15
Tabel 1.4 Ringkasan Penelitian Sebelumnya ... 26
Tabel 1.5 Rumus Allometrik untuk Menaksir Biomassa Pohon Atas ... 37
Tabel 2.1 Luas Wilayah Kabupaten Sukoharjo Menurut Kecamatan di Kabupaten Sukoharjo ... 46
Tabel 2.2 Klasifikasi Kelerengan di Kabupaten Sukoharjo ... 47
Tabel 2.3 Jenis Tanah Kabupaten Sukoharjo ... 47
Tabel 2.4 Zona Iklim Berdasarkan Klasifikasi Schmidt-Fergusson ... 51
Tabel 2.5 Jumlah Curah Hujan (mm) per-bulan di Kabupaten Sukoharjo Tahun 2005-2014... 52
Tabel 2.6 Luas Wilayah, Jumlah Penduduk, Pertumbuhan Penduduk dan Kepadatan Penduduk menurut Kecamatan di Kabupaten Sukoharjo Tahun 2015 ... 53
Tabel 2.7 Penduduk Usia 15 Tahun Keatas Yang Bekerja Menurut Lapangan Usaha Utama di Kabupaten Sukoharjo Tahun 2014 ... 54
Tabel 3.1 Luas Hutan Rakyat (Ha) Setiap Kecamatan di Kabupaten Sukoharjo.. 57
Tabel 3.2 Rekapitulasi Hasil Pengolahan Data Lapangan Kandungn Karbon Aktual dan Nilai Backscatter ... 63
Tabel 3.3 Korelasi Nilai Backscatter dengan Cadangan Karbon di Atas Permukaan ... 65
Tabel 3.4 Koefisien Determinasi Antara Nilai Backscatter VV dengan Nilai Cadangan Karbon di Atas Permukaan ... 67
Tabel 3.5 Analisis ANOVA antara nilai backscatter VV dengan nilai cadangan karbon di atas permukaan ... 67
Tabel 3.6 Koefisien Regresi Antara Nilai backscatter VV dengan Nilai Cadangan Karbon di Atas Permukaan ... 68
xiii
Tabel 3.8 Analisis ANOVA Antara Nilai backscatter VH Dengan Nilai Cadangan
Karbon di Atas Permukaan ... 69
Tabel 3.9 Koefisien Regresi antara nilai backscatter VH Dengan Nilai Cadangan
Karbon di Atas Permukaan ... 70
Tabel 3.10 Koefisien Determinasi antara nilai backscatter rasio (VV/VH) dengan
nilai cadangan karbon di atas permukaan ... 70
Tabel 3.11 Analisis ANOVA Antara Nilai backscatter Rasio (VV/VH) Dengan
Nilai Cadangan Karbon di Atas Permukaan ... 71
Tabel 3.12 Koefisien Regresi Antara Nilai Backscatter Rasio (VV/VH) dengan
Nilai Cadangan Karbon di Atas Permukaan ... 71
Tabel 3.13 Nilai RMSE Persamaan Regresi ... 72
Tabel 3.14 Jumlah Cadangan Karbon di Atas Permukaan pada Hutan Rakyat Per
Kecamatan di Kabupaten Sukoharjo ... 74
Tabel 3.15 Persentase Luas Hutan Rakyat Per Kecamatan Kabupaten Sukoharjo
untuk setiap Interval Kelas Kerapatan Cadangan Karbon di Atas
Permukaaan ... 76
Tabel 4.1 Statistik Citra SAR Sentinel-1 Wilayah Hutan Rakyat Kabupaten
Sukoharjo ... 79
Tabel 4.2 Model Persamaan Linear Sederhana Penduga Cadangan Karbon
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Distorsi Geometri pada citra SAR, efek foreshortening (a); layover (b);
Shadow (c) ... 16
Gambar 1.2 Daya Tembus Gelombang Radar Pada Vegetasi... 19
Gambar 1.3 Data SAR polarimetri dan kombinasinya dalam komposit RGB ... 21
Gambar 1.4 Kerangka Penelitan ... 30
Gambar 1.5 Diagram Alir Penelitian ... 38
Gambar 2.1 Peta Administrasi Lokasi Penelitian ... 45
Gambar 2.2 Peta Penggunaan Lahan di Kabupaten Sukoharjo... 49
Gambar 3.1 Citra SAR Sentinel-1 Kabupaten Sukoharjo Tahun 2016 Komposit R:G:B (polarisasi VV:VH:VV/VH) ... 56
Gambar 3.2 Peta Titik Sampel Biomassa di Atas Permukaan Hutan Rakyat Kabupaten Sukoharjo ... 58
Gambar 3.3 Contoh Sampel Plot Hutan Rakyat KabupatenSukoharjo Kerapatan Vegetasi Rendah: a) titik P2A; b) titik P36A. ... 60
Gambar 3.4 Contoh Sampel Plot Hutan Rakyat KabupatenSukoharjo Kerapatan Vegetasi Tinggi: a) titik P23A; b) titik P16A. ... 60
Gambar 3.5 Contoh Sampel Plot Hutan Rakyat Kabupaten Sukoharjo pada area berlereng miring: a) titik P24A; b) titik P33A ... 61
Gambar 3.6 Grafik Jumlah Kandungan Biomassa dan Karbon di atas permukaan pada masing-masing plot sampel ... 62
Gambar 3.7 Peta Cadangan Karbon di Atas Permukaan Pada Hutan Rakyat Kabupaten Sukoharjo, Berdasarkan Persamaan Regresi Polarisasi VH ... 75
Gambar 4.1 Hutan Rakyat di Kecamatan Bulu Pada Topografi Berbukit (a) dan Topografi Datar (b) ... 89
Gambar 4.2 Hutan Rakyat Berasosiasi dengan Permukiman di Kecamatan Weru ... 90
xv
Gambar 4.4 Kondisi Hutan Rakyat di Kecamatan Polokarto (Kiri) dan Kecamatan
Tawangsari (Kanan) ... 93
Gambar 4.5 Grafik Perubahan Suhu Udara Tahun 2006-2015 di Pos Klimatologi
Cengklik, Kecamatan Ngemplak, Kabupaten Boyolali. ... 95
Gambar 4.6 Grafik Perubahan Suhu Udara Tahun 2006-2015 di Pos Klimatologi
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A (Hasil PraPemrosesan Citra SAR Sentinel1) ... 1
Lampiran B (Hasil Perintungan RMSE) ... 2
Lampiran C (Statistik Citra SAR Sentinel1) ... 4
Lampiran D Dokumentasi Lapangan ... 5
