MODEL SIMULASI TANAMAN PADI VARIETAS
CIHERANG, INPARI 10, DAN INPARI 13
RAMDAN AJI DEWANTO
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Model Simulasi Tanaman Padi Varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
RAMDAN AJI DEWANTO. Model Simulasi Tanaman Padi Varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13. Dibimbing oleh IMPRON.
Model simulasi tanaman dapat digunakan untuk mengkuantifikasi pengaruh
unsur cuaca – misal radiasi matahari dan suhu udara – terhadap perkembangan,
pertumbuhan dan produksi tanaman. Penelitian ini bertujuan mengembangkan sebuah model simulasi tanaman sederhana yang disusun berdasarkan
pendekatan-pendekatan dan prosedur yang digunakan dalam model Shierary-Rice serta
parameter-parameter spesifik yang diperoleh dari percobaan lapang sebelumnya untuk menduga umur panen, bobot organ dan produktivitas tanaman padi varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13. Karena padi ditanam pada sawah beririgasi, model hanya terdiri dari dua submodel yaitu submodel perkembangan dan submodel pertumbuhan. Hasil kalibrasi model menunjukkan luaran model yang mendekati data observasi. Sementara hasil validasi model menunjukkan luaran model lebih tinggi dibandingkan data observasi. Perbedaan tersebut disebabkan
adanya faktor hama – yang menyebabkan pengurangan hasil – yang tidak
diperhitungkan dalam model ini.
Kata kunci: cuaca, perkembangan, pertumbuhan, produktivitas, Shierary-Rice
ABSTRACT
RAMDAN AJI DEWANTO. Crop Simulation Model for Rice Varieties Ciherang,
Inpari 10 and Inpari 13. Supervised by IMPRON.
Crop simulation model can be used to describe effect of weather elements –
such as solar radiation and air temperature – on development, growth, and
production of crops. This research aims to develop a simple crop simulation
model based on approaches and procedures used in Shierary-Rice model and
incorporating crop spesific parameters derived from previous researches to predict harvest date, organs weight, and productivities of Ciherang, Inpari 10 and Inpari 13 rice crop varieties grown in irrigated paddy fields. As water was not limiting factor, this model primarily consist of two submodels, namely development submodel and growth submodel. In calibration, the model was able to closely describe the observation data. However, model validation showed significant
overestimation. The differences were caused by pest factor – which cause some
production loses – which was not considered in this model.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Geofisika dan Meteorologi
MODEL SIMULASI TANAMAN PADI VARIETAS
CIHERANG, INPARI 10, DAN INPARI 13
RAMDAN AJI DEWANTO
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Model Simulasi Tanaman Padi Varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13
Nama : Ramdan Aji Dewanto NIM : G24100043
Disetujui oleh
Dr Ir Impron MAgrSc Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Tania June MSc Ketua Departemen
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu wa Ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Model Simulasi Tanaman Padi Varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 sebagai salah satu syarat memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Meteorologi Terapan.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :
1. Ibu, Bapak, dan Akbar yang telah memberikan semangat, doa, dan dukungan serta fasilitas yang telah diberikan selama ini kepada penulis 2. Bapak Dr Ir Impron MAgrSc selaku pembimbing tugas akhir yang telah
memberikan arahan, motivasi, dan bantuannya dalam penyelesaian tugas akhir
3. Bapak Ir. Bregas Budianto AssDipl, Bapak Yon Sugiarto SSi MSc, dan Bapak Dr Perdinan MNRE yang telah memberikan saran dan masukan untuk perbaikan tulisan ini
4. Pakdhe Nas dan Budhe Jilah atas nasihat, fasilitas, dan bantuan yang telah diberikan, serta Mbak Amel, Mas Reza, Mbak Dwi dan Queenta yang terus memberikan semangat dan dukungan
5. Khariza Dwi Sepriani atas waktu, bantuan, dan motivasi yang telah diberikan serta berbagai momen suka dan duka yang telah dilalui bersama 6. Kak Khoirul Iwan, Kak Nike, dan Kak Taufiq yang telah memberikan
bantuan data serta masukan untuk penelitian ini
7. Seluruh dosen atas ilmu-ilmu yang telah diberikan dan staf Departemen Geofisika dan Meteorologi atas bantuan selama studi penulis
8. Ranu, Bang Ardi, Bang Qinun, Hasyim, Nurani, Sugi, Ridha, Bang Wardi, dan teman-teman Saung Kuring lainnya atas persaudaraan dan kebersamaan selama empat tahun terakhir
9. Indro, Desul, Ismail, Duwi, Murni, Hasan, Rizal, Hamjun, Bayu, Thaisir, Shailla, Disti, Basit serta teman-teman GFM 47 lainnya yang telah memberikan persahabatan yang indah selama ini
10.Teman-teman Mahagiri yang telah membantu dan mendukung penulis untuk dapat menyelesaikan studi di IPB
11.Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat penulis sebutkan satu per satu dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Penulis sangat berharap semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi banyak pihak dan bagi ilmu pengetahuan. Penulis juga menyadari bahwa dalam tulisan ini masih banyak kekurangan maupun kesalahan. Oleh karena itu, masukan dari para pembaca sangat diharapkan guna memperbaiki sehingga tulisan ini bisa menjadi lebih baik.
DAFTAR ISI
PRAKATA vii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR LAMPIRAN xii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 1
TINJAUAN PUSTAKA 2
Fotosintesis 2
Respirasi 2
Pertumbuhan Tanaman 3
Perkembangan Tanaman Padi 3
Indeks Luas Daun, Bobot Daun Spesifik dan Luas Daun Spesifik 4
Padi Varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13 4
Model Simulasi Tanaman 4
Model Shierary-Rice 5
METODE 5
Waktu dan Tempat Penelitian 5
Bahan 5
Alat 5
Prosedur Analisis Data 5
Submodel Perkembangan 5
Submodel Pertumbuhan 7
Indeks Luas Daun (LAI) 7
Produksi Biomassa 7
Partisi Biomassa 8
HASIL DAN PEMBAHASAN 10
Kondisi Umum Cuaca di Lokasi Penanaman 10
Kalibrasi Model 11
Perkembangan Tanaman Padi 11
Indeks Luas Daun 12
Biomassa Daun, Batang dan Total 12
Produktivitas 14
Validasi Model 14
Perkembangan Tanaman Padi 14
Indeks Luas Daun 18
Biomassa Daun, Batang dan Total 19
Produktivitas 21
SIMPULAN DAN SARAN 22
Simpulan 22
Saran 23
DAFTAR PUSTAKA 24
DAFTAR TABEL
1 Perbandingan sifat agronomi padi varietas Ciherang, Inpari 10 dan
Inpari 13 menurut BBPadi (2009) 4
2 Nilai parameter dan nilai inisial yang digunakan dalam model 9 3 Perbandingan panjang fase perkembangan padi dugaan model dengan
data observasi Waktu Tanam II 11
4 Nilai luas daun spesifik (SLA) pada setiap selang umur yang
digunakan dalam model 12
5 Perbandingan produktivitas padi antara dugaan model dan data
observasi Waktu Tanam II 14
6 Perbandingan panjang fase perkembangan padi dugaan model dengan
data observasi Waktu Tanam I 15
7 Perbandingan produktivitas padi antara dugaan model dan data
observasi Waktu Tanam I 22
8 Perbandingan produktivitas padi hasil penelitian Ningrum (2014), penelitian Iwan (2012) Waktu Tanam I dan II, dan hasil dugaan
model 22
DAFTAR GAMBAR
1 Akumulasi heat unit dan skala perkembangan padi varietas Ciherang,
Inpari 10 dan Inpari 13 6
2 Diagram alir submodel perkembangan tanaman padi 6 3 Diagram Forrester submodel pertumbuhan tanaman padi 7 4 Suhu dan radiasi harian selama periode observasi di lokasi
penanaman 10
5 Kecepatan angin dan kelembaban relatif selama periode observasi di
lokasi penanaman 10
6 Curah hujan harian selama periode observasi di lokasi penanaman 11 7 Perbandingan antara indeks luas daun hasil model dan hasil observasi
Waktu Tanam II serta hubungan antara keduanya pada varietas
Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 13
8 Perbandingan antara biomassa daun hasil model dan biomassa daun observasi Waktu Tanam II serta hubungan antara keduanya pada
varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 15
9 Perbandingan antara biomassa batang hasil model dan biomassa batang observasi Waktu Tanam II serta hubungan antara keduanya pada varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 16 10 Perbandingan antara biomassa total hasil model dan biomassa total
observasi Waktu Tanam II serta hubungan antara keduanya pada
varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 17
11 Perbandingan antara indeks luas daun hasil model dan indeks luas daun observasi Waktu Tanam I serta hubungan antara keduanya pada
12 Perbandingan antara biomassa daun hasil model dan biomassa daun observasi Waktu Tanam I serta hubungan antara keduanya pada
varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 19
13 Perbandingan antara biomassa batang hasil model dan biomassa batang observasi Waktu Tanam I serta hubungan antara keduanya pada varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 20 14 Perbandingan antara biomassa total hasil model dan biomassa total
observasi Waktu Tanam I serta hubungan antara keduanya pada
varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 21
DAFTAR LAMPIRAN
1 Data cuaca Lelea, Indramayu selama masa tanam padi 26 2 Perbandingan nilai dugaan model dengan rataan nilai observasi
Waktu Tanam II serta galat dugaan model.. 30
3 Perbandingan nilai dugaan model dengan rataan nilai observasi
Waktu Tanam I serta galat dugaan model 31
4 Contoh tampilan program model 32
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Cuaca merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman padi. Percobaan lapang tentang respon tanaman padi terhadap perubahan cuaca sudah banyak dilakukan di Indonesia. Namun sangat sedikit model simulasi tanaman yang dibuat berdasarkan percobaan lapang tersebut. Padahal, sebuah model mekanistis dapat disusun berdasarkan data sebuah percobaan yang telah dilakukan. Selain itu, akurasi model dapat diuji dengan melakukan validasi terhadap data observasi lain yang banyak tersedia. Sebuah model yang telah teruji akurasinya dapat digunakan untuk mengurangi jumlah perlakuan dalam percobaan lapang. Perlakuan dalam model dapat diubah secara mudah, sehingga menghemat sumberdaya dalam melakukan percobaan lapang.
Model simulasi tanaman disusun berdasarkan hubungan kuantitatif antara unsur-unsur cuaca dengan tanaman (de Vries et al. 1989). Dengan menggunakan model simulasi tanaman, peneliti tidak hanya mengetahui apa pengaruh cuaca terhadap tanaman tetapi juga mampu mengetahui bagaimana mekanisme cuaca mempengaruhi tanaman tersebut.
Salah satu model yang menjelaskan pengaruh unsur-unsur cuaca terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman padi adalah model Shierary-Rice (Handoko 1994). Parameter-parameter yang digunakan dalam model Shierary-Rice diturunkan dari percobaan lapang dan literatur. Model ini disusun dalam bentuk program komputer dan dapat dijalankan dengan masukan berupa data cuaca harian yang terdiri dari suhu, radiasi matahari, curah hujan, kelembaban, dan kecepatan angin. Luaran dari model Shierary-Rice antara lain berupa dugaan waktu panen, bobot organ-organ tanaman, produktivitas serta komponen neraca air seperti kadar air tanah, infiltrasi, runoff, dan evapotranspirasi tanaman padi.
Shierary-Rice telah digunakan untuk simulasi pengaruh suhu dan curah hujan terhadap produktivitas tanaman padi di beberapa daerah di Indonesia dan hasilnya cukup mendekati data percobaan lapang (Handoko 1994). Pendugaan produktivitas padi dengan Shierary-Rice dapat dilakukan hingga tingkat varietas apabila nilai parameter yang lebih spesifik pada masing-masing varietas seperti efisiensi pemanfaatan radiasi surya dan akumulasi panas diketahui.
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
Fotosintesis
Fotosintesis merupakan proses fisiologi utama yang mengendalikan pertumbuhan dan produktivitas tanaman. Fotosintesis adalah proses reduksi CO2
dan pembentukan molekul-molekul organik dengan memanfaatkan energi dari radiasi yang diserap tanaman (de Vries et al. 1989). Hanya spektrum radiasi antara 400-700 nm yang efektif untuk proses fotosintesis. Spektrum tersebut dikenal dengan istilah Photosynthetically Active Radiation (PAR) yang nilainya sebesar 50 % dari radiasi global. Fotosintesis menghasilkan molekul organik berupa glukosa yang dimanfaatkan untuk membentuk organ-organ tanaman dan menyediakan energi untuk metabolisme tanaman melalui proses respirasi.
Berdasarkan mekanisme fotosintesisnya, tumbuhan dibedakan menjadi tumbuhan C3, C4 dan CAM. Sekitar 85% tumbuhan di dunia adalah tumbuhan C3, 5% tumbuhan C4, dan 10% sisanya adalah CAM (Yamori et al. 2014). CO2 pada
tumbuhan C3 berdifusi melalui stomata dan ruang antarsel kemudian langsung menuju kloroplas, sedangkan pada tumbuhan C4, CO2 masuk ke sel mesofil
terlebih dahulu. Perbedaan lain antara tumbuhan C3 dan C4 adalah tumbuhan C4 memerlukan energi – dalam bentuk ATP – lebih banyak daripada C3 (Yin dan Struik 2009). Sementara tumbuhan CAM melakukan fotosintesis pada siang dan malam hari. Saat malam hari sembari mengikat oksigen untuk respirasi, tumbuhan CAM juga mengikat CO2 dan melakukan mekanisme fotosintesis mirip tumbuhan
C4, sedangkan saat siang hari tumbuhan CAM melakukan fotosintesis seperti tumbuhan C3 (Yoshida 1981; Black dan Osmond 2003; Yamori et al. 2014).
Fotosintesis dapat dibedakan menjadi dua yaitu fotosintesis daun dan fotosintesis kanopi. Fotosintesis daun merupakan fotosintesis yang hanya terjadi pada daun-daun di bagian teratas tajuk tanaman. Sementara fotosintesis kanopi adalah akumulasi fotosintesis yang terjadi pada seluruh daun apabila diasumsikan seluruh daun identik. Namun kenyataannya tidak seluruh daun menerima radiasi yang sama. Radiasi paling besar akan diterima daun pada bagian atas dan akan terus berkurang hingga lapisan daun pada dasar kanopi akibat pemadaman oleh lapisan daun di atasnya. Koefisien pemadaman digunakan untuk memperhitungkan efek pemadaman tersebut. Nilai koefisien pemadaman adalah 0.6 untuk kanopi berdaun tegak dan 0.8 untuk kanopi berdaun horizontal (Goudriaan 1977 dalam de Vries et al. 1989).
Respirasi
Tanaman memerlukan energi untuk mempertahankan proses metabolisme di dalam setiap selnya dan untuk membentuk struktur tubuh tanaman. Energi untuk proses metabolisme diperoleh melalui respirasi pemeliharaan (Hirose et al. 1989 dalam Adu-Bredu et al. 1997). Respirasi tersebut mengubah karbohidrat hasil fotosintesis menjadi karbondioksida dan energi dalam bentuk ATP (Cannell dan Thornley 2000).
3 pemeliharaan tanaman sebesar dua kali lipat. Hubungan ini dikenal dengan istilah konsep Q10 (McCree 1974 dalam de Vries et al. 1989).
Proses pertumbuhan juga memerlukan energi. Respirasi pertumbuhan berperan dalam penyediaan energi tersebut dengan cara mengubah sebagian karbohidrat yang digunakan untuk membentuk struktur tubuh tanaman menjadi energi. Jumlah karbohidrat yang diperlukan sebagai energi untuk membentuk struktur tubuh tanaman disebut laju respirasi pertumbuhan. Respirasi pemeliharaan dan pertumbuhan sebenarnya sangat sulit dibedakan, tetapi dalam model biasanya laju respirasi pemeliharaan adalah proporsi dari bobot organ, sedangkan laju respirasi pertumbuhan adalah proporsi dari laju pertambahan biomassa harian (Irsel dan Seymour 2000).
Pertumbuhan Tanaman
Pertumbuhan dapat diartikan sebagai konversi biokimia dari karbohidrat yang tersimpan menjadi komponen organik lainnya yang digunakan untuk membentuk struktur tubuh tanaman. Perbandingan antara komponen organik yang dihasilkan untuk pembentukan struktur tubuh tanaman dengan biomassa yang dialokasikan untuk pertumbuhan disebut efisiensi pertumbuhan. Rasio ini berkisar antara 0.35 g g-1 hingga 1 g g-1 (de Vries et al. 1989). Sementara karbon yang hilang sebagai energi disebut laju respirasi pertumbuhan.
Selain dari hasil fotosintesis, sumber karbohidrat untuk pertumbuhan dan respirasi juga berasal dari remobilisasi karbohidrat yang tersimpan dalam bentuk cadangan di organ-organ vegetatif tanaman. Cadangan karbohidrat tersebut dibentuk saat fase vegetatif sebagai cadangan energi apabila tanaman hanya sedikit menerima radiasi. Setelah fase pembungaan cadangan karbohidrat tersebut dipindahkan menuju organ penyimpanan utama, seperti biji, buah, atau umbi.
Perkembangan Tanaman Padi
Perkembangan tanaman adalah proses perubahan fenologi tanaman dari inisiasi benih hingga mati (Watada et al. 1984). Selama proses perkembangan, tanaman mengalami diferensiasi jaringan dan organ. Perkembangan tanaman sering dinyatakan dalam skala perkembangan. Skala perkembangan merupakan angka untuk mewakili fenologi dari tanaman, misal 0 untuk persemaian benih dan 1 untuk tanaman yang sudah matang. Umumnya skala perkembangan adalah satu dimensi dan irreversible (Goudriaan dan Laar 1994).
4
Indeks Luas Daun, Bobot Daun Spesifik dan Luas Daun Spesifik
Indeks luas daun (ILD) atau Leaf Area Index (LAI) merupakan total luas Specific Leaf Area (SLA)adalah luas permukaan tajuk tanaman tiap satuan bobot kering daun (Kumar dan Shivay 2008). Nilai SLW dan SLA dapat berubah sesuai umur tanaman (de Vries et al. 1989).
Padi Varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13
Padi varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13 merupakan padi sawah yang termasuk dalam golongan padi indica. Beberapa sifat agronomi ketiga varietas tersebut dijelaskan dalam tabel berikut
Tabel 1 Perbandingan sifat agronomi padi varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13 menurut BBPadi (2009)
Sifat Varietas
Ciherang Inpari 10 Inpari 13
Umur tanaman (hari) 116-125 108-116 ± 99
Tinggi tanaman (cm) 107-115 100-120 ± 102
Bentuk tanaman tegak tegak Tegak
Anakan produktif (batang) 14-17 17-25 17
Bobot 1000 butir (g) 28 27.7 -
Rata-rata hasil (ton ha-1) 6 5 6.6
Potensi hasil (ton ha-1) 8.5 7 8
Model Simulasi Tanaman
Model merupakan penyederhanaan dari suatu sistem. Sementara simulasi adalah tindakan menjalankan suatu model untuk mendapatkan hasil terkait variabel yang diinginkan (Soltani dan Sinclair 2012). Menurut de Vries et al. (1989), model simulasi adalah sebuah modul ‒ seringkali dalam bentuk program komputer ‒ yang merepresentasikan proses-proses dalam sebuah sistem.
5 Model Shierary-Rice
Shierary-Rice merupakan model yang digunakan untuk simulasi pertumbuhan, perkembangan, dan neraca air tanaman padi tadah hujan atau irigasi dengan resolusi harian (Handoko 1994). Model ini memerlukan data cuaca harian yang terdiri dari curah hujan, radiasi surya, suhu, kelembaban, dan kecepatan angin. Parameter-parameter yang digunakan dalam Shierary-Rice diperoleh dari percobaan lapang dan pustaka.
Model Shierary-Rice terdiri dari tiga submodel yaitu submodel perkembangan, submodel pertumbuhan, dan submodel neraca air. Submodel perkembangan yang disusun berdasarkan konsep heat unit memodelkan laju perkembangan tanaman padi. Submodel pertumbuhan memodelkan aliran biomassa hasil fotosintesis ke daun, batang, akar, dan biji serta laju kehilangan biomassa akibat respirasi. Selain itu submodel pertumbuhan juga memodelkan perubahan indeks luas daun. Sementara submodel neraca air memodelkan dinamika air tanah yang melibatkan komponen-komponen neraca air meliputi curah hujan, irigasi, intersepsi tajuk, infiltrasi, perkolasi, runoff, kadar air tanah, evaporasi, dan transpirasi (Handoko 1994).
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan April 2014 hingga Januari 2015 di Laboratorium Agrometeorologi Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah data pertumbuhan dan perkembangan padi varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 serta data iklim Lelea, Indramayu periode Maret - Juli 2011. Keduanya diperoleh dari penelitian Iwan (2012) dan Sari (2012).
Alat
Alat yang digunakan dalam menjalankan model adalah perangkat lunak Microsoft Visual Basic 6. Pengolahan data dan pembuatan grafik dilakukan dengan menggunakan WPS Spreadsheet dan Microsoft Excel 2007.
Prosedur Analisis Data
Submodel Perkembangan
6
Gambar 1 Akumulasi heat unit (ΣHU, dalam °C hari) dan skala perkembangan (s) padi varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13 (Sari 2012)
7 Submodel Pertumbuhan
Submodel pertumbuhan memodelkan aliran biomassa hasil fotosintesis ke organ-organ tanaman (daun, batang, akar, dan biji) serta kehilangannya akibat respirasi (Handoko 1994). Submodel ini juga menjalankan simulasi perkembangan luas daun untuk menduga indeks luas daun (LAI).
[T] biomassa potensial, Ba : biomassa attainable, LAI : indeks luas daun, k : koefisien pemadaman tajuk, Rad int : radiasi yang diintersepsi tajuk tanaman, ε : efisiensi penggunaan radiasi, Rg : respirasi pertumbuhan, s : skala perkembangan W : bobot, T : suhu udara.
Indeks Luas Daun (LAI)
Indeks Luas Daun (LAI) dalam model menentukan jumlah radiasi surya yang diintersepsi oleh tajuk tanaman. LAI merupakan fungsi dari luas daun spesifik (SLA) dan bobot daun spesifik (SLW).
LAI = SLA .SLW
SLA : luas daun spesifik (m2 g-1) SLW : bobot daun spesifik (g m-2)
Produksi Biomassa
8
Produksi biomassa attainable dihitung dengan mengurangi biomassa potensial harian dengan laju respirasi pertumbuhan harian.
Ba = (1-kg) . Bp
kg : koefisien respirasi pertumbuhan
Ba : biomassa attainable (kg ha-1 hari-1)
Partisi Biomassa
Produksi biomassa tanaman attainable dialokasikan untuk organ daun, batang, dan biji. Sementara itu pertumbuhan akar tidak diperhitungkan dalam penelitian ini. Proporsi biomassa yang dialokasikan pada masing-masing organ (dWx) dihitung berdasarkan fungsi fase perkembangan tanaman (s) (Handoko
1994).
Pertumbuhan masing-masing organ dihitung dari selisih antara alokasi bahan kering ke organ tanaman dan yang hilang melalui respirasi sebagai berikut
dWx : penambahan massa organ x (kg ha-1 d-1)
ƞx : proporsi biomassa yang dialokasikan ke organ x
Ba : biomassa attainable (kg ha-1 d-1)
km : koefisien respirasi pemeliharaan
Wx : bobot organ x (kg ha-1)
Kalibrasi dan Validasi Model
Model ini dikalibrasi menggunakan parameter yang diperoleh dari literatur dan data observasi Iwan (2012) pada Waktu Tanam II (7 April 2011) di Lelea, Indramayu, Jawa Barat. Proses kalibrasi dilakukan dengan mengubah-ubah nilai LAI inisial hingga sebaran hubungan antara model dengan observasi Waktu Tanam II berhimpit dengan garis y = x. Luaran model semakin mendekati data observasi apabila hubungan antara luaran model dengan data observasi semakin berhimpit dengan garis y = x. Nilai parameter dan inisialisasi model yang digunakan setelah melalui tahap kalibrasi tercantum pada Tabel 2.
Validasi dilakukan dengan melihat perbandingan antara luaran model dan data observasi yang dilakukan Iwan (2012) Waktu Tanam I (28 Maret 2011) serta melihat hubungan keduanya dalam grafik. Dugaan model memiliki galat yang dihitung dengan persamaan berikut
9 µm : nilai variabel hasil dugaan model
µo : nilai variabel dari data observasi
Tabel 2 Nilai parameter dan nilai inisial yang digunakan dalam model Parameter dan
nilai inisial Ciherang Inpari 10 Inpari 13 Sumber
LUE (g MJ-1) 1.65 1.63 1.6 Iwan (2012)
Km - Daun - Batang - Biji
0.014 10-4 10-6
0.014 10-4 10-6
0.014 10-4 10-6
de Vries et al. (1989) Cannell dan Thornley (2000) Cannell dan Thornley (2000)
Kg 0.15 0.15 0.15 Cannell dan Thornley (2000)
k 0.5 0.5 0.5 Iwan (2012)
Tb (°C) 17 17 17 Sari (2012)
LAI inisial 0.12 0.1 0.12 Kalibrasi
Biomassa total inisial (kg ha-1)
101 86 98 Iwan (2012)
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi Umum Cuaca di Lokasi Penanaman
Simulasi model untuk proses kalibrasi dijalankan dengan masukan data cuaca selama Waktu Tanam II, yakni pada 7 April 2011 (Julian Date 97) hingga 24 Juli 2011 (Julian Date 205). Sementara validasi model dilakukan dengan data cuaca Waktu Tanam I, 28 Maret 2011 (Julian Date 87) hingga 14 Juli 2011 (Julian Date 195). Suhu udara harian di lokasi penanaman berkisar antara 24.6 - 29.3 °C dengan rata-rata sebesar 26.7 °C. Dalam kisaran suhu tersebut, padi dapat melakukan fotosintesis dan respirasi secara optimal (Yamori et al. 2014). Sementara rata-rata radiasi, kecepatan angin dan RH masing-masing adalah 19 MJ m-2 hari-1, 1.1 m s-1, dan 88 %. Radiasi cukup rendah pada 20 hari pertama karena curah hujan pada hari-hari tersebut cukup tinggi (Gambar 4).
Gambar 4 Suhu dan radiasi harian selama periode observasi di lokasi penanaman (Iwan 2012; Sari 2012). Pengamatan dimulai tanggal 28 Maret 2011 (Julian Date 87).
Gambar 5 Kecepatan angin dan kelembaban relatif selama periode observasi di lokasi penanaman (Iwan 2012; Sari 2012). Pengamatan dimulai tanggal 28 Maret 2011 (Julian Date 87).
11 Rata-rata curah hujan selama periode penanaman hanya sebesar 3 mm per hari, meskipun selama periode semai (20 hari) curah hujan cukup tinggi. Periode tanam padi bertepatan dengan awal musim kemarau di daerah Indramayu sehingga curah hujan cukup rendah. Namun lahan penanaman mendapat irigasi hingga menjelang panen sehingga padi tidak mengalami gangguan pertumbuhan akibat defisit air.
Submodel perkembangan tanaman menduga panjang fase-fase perkembangan masing-masing varietas padi. Perbandingan panjang fase perkembangan dari keluaran submodel perkembangan dengan data observasi Waktu Tanam II ditunjukkan pada Tabel 2. Varietas Inpari 13 memiliki panjang fase lebih singkat terutama pada Fase 3 (Primordia - Muncul malai) karena termasuk padi varietas genjah (BBPadi 2011; Iwan 2012). Sementara itu panjang fase-fase perkembangan Ciherang dan Inpari 10 secara umum hampir sama. Tabel 3 Perbandingan panjang fase perkembangan padi (hari) dugaan model
dengan data observasi Waktu Tanam II
Fase
Panjang fase perkembangan (hari)
Ciherang Inpari 10 Inpari 13
Model Observasi Model Observasi Model Observasi
Fase 1 20 20 19 20 19 20
Fase 2 31 31 31 32 30 31
Fase 3 21 24 20 21 17 18
Fase 4 30 27 30 28 32 30
Total 102 102 100 101 98 99
12
Indeks Luas Daun
Indeks luas daun (LAI) merupakan indeks yang menggambarkan perbandingan luas total permukaan daun tanaman padi terhadap luas permukaan lahan yang ternaungi. Nilai LAI mempengaruhi besarnya intersepsi radiasi matahari oleh tajuk tanaman padi. Perbandingan antara LAI dugaan model dan data observasi Waktu Tanam II ketiga varietas padi ditunjukkan pada Gambar 7.
Indeks luas daun padi meningkat sejak semai hingga mulai muncul malai. Saat benih baru disemai hingga siap tanam, LAI meningkat secara lambat karena pertumbuhan daun yang lambat. LAI meningkat cepat setelah ditanam hingga inisiasi primordia (Fase 2) karena pada fase ini anakan padi bertambah banyak sehingga semakin banyak lahan yang tertutup tajuk tanaman padi. Puncak peningkatan nilai LAI terjadi pada akhir Fase 2. LAI mulai menurun ketika muncul primordia akibat alokasi pertambahan biomassa untuk daun mulai berkurang. Setelah muncul malai, LAI terus menurun akibat pertambahan biomassa seluruhnya digunakan untuk mengisi bulir-bulir malai, sedangkan bobot daun terus berkurang akibat respirasi. Pola dinamika LAI tersebut dapat direplikasi dengan baik oleh model.
Galat LAI dugaan model terbesar terjadi pada usia 35 HSS (Lampiran 2). Penyebab besarnya galat pada usia 35 HSS tersebut adalah nilai SLA yang digunakan dalam model saat padi berumur 21-35 HSS jauh lebih besar dibandingkan selang umur lainnya (Tabel 4). Sebagai perbandingan, Putri (2012) telah melakukan simulasi Shierary-Rice untuk padi secara umum (tanpa membedakan varietas) dengan nilai SLA konstan sebesar 200 cm2 g-1. Nilai SLA yang besar akan memperbesar LAI sehingga meningkatkan intersepsi radiasi. Akibatnya, penambahan bobot organ juga akan menjadi lebih besar.
Tabel 4 Nilai luas daun spesifik (SLA) (cm2 g-1) pada setiap selang umur yang digunakan dalam model
Varietas Luas daun spesifik (cm
2
Biomassa Daun, Batang dan Total
13
Peningkatan biomassa batang tanaman padi dari semai hingga mulai muncul primordia (awal Fase 3) memiliki pola yang sama dengan peningkatan biomassa daun (Gambar 9). Namun biomassa batang tetap bertambah selama Fase 3 (Primordia - Muncul Malai), sedangkan biomassa daun justru mulai mengalami penurunan. Biomassa batang terus bertambah karena pada fase ini terjadi pemanjangan ruas, sehingga pertambahan biomassa tanaman hampir seluruhnya dialokasikan pada batang (Vergara 1991). Memasuki Fase 4, biomassa batang menurun akibat alokasi biomassa hasil fotosintesis seluruhnya digunakan untuk biji. Selain itu batang juga kehilangan biomassa akibat respirasi dan remobilisasi
14
sebagian biomassanya menuju biji yang berperan sebagai organ penyimpanan (de Vries et al. 1989)
Biomassa total tanaman padi terus meningkat hingga panen. Peningkatan ini terjadi karena meskipun biomassa daun dan batang menurun setelah umur tertentu, biomassa total tetap bertambah akibat tumbuh dan meningkatnya bobot malai. Bobot malai juga meningkat akibat aliran sebagian biomassa dari batang melalui proses remobilisasi.
Sebagian besar dugaan model pada tahap kalibrasi telah menunjukkan nilai yang mendekati nilai hasil observasi. Apabila dilihat perbandingan grafik antara dugaan model dan data observasi, hanya dugaan biomassa daun varietas Ciherang dan Inpari 10 yang sedikit over-estimate. Sementara galat terbesar dugaan model pada biomassa daun, batang dan total ketiga varietas juga terjadi ketika tanaman berumur 35 HSS (Lampiran 2).
Produktivitas
Salah satu hasil dugaan model yang cukup penting adalah produktivitas. Secara umum perbandingan produktivitas padi varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 hasil dugaan model dengan data observasi Waktu Tanam II tidak berbeda jauh. Perbandingan produktivitas padi antara dugaan model dan observasi tersebut ditampilkan dalam Tabel 5.
Tabel 5 Perbandingan produktivitas padi (ton ha-1) antara dugaan model dan data observasi Waktu Tanam II
Varietas Produktivitas padi (ton ha
-1
15 Tabel 6 Perbandingan panjang fase perkembangan padi (hari) dugaan model
dengan data observasi Waktu Tanam I
Fase
Panjang Fase Perkembangan
Ciherang Inpari 10 Inpari 13
Model Observasi Model Observasi Model Observasi
1 20 20 20 20 20 20
16
hubungan antara keduanya (kanan) pada varietas Ciherang (atas), Inpari 10 (tengah), dan Inpari 13 (bawah). ● model, ◆ ulangan 1, ▪ ulangan 2, ▲ ulangan 3, ― garis y = x.
17
18
Indeks Luas Daun
Dugaan model untuk LAI menunjukkan nilai yang over-estimate dibandingkan dengan LAI observasi Waktu Tanam I, terutama pada varietas Ciherang dan Inpari 13 (Gambar 11). Salah satu penyebabnya adalah adanya serangan hama kresek pada Waktu Tanam I. Hama kresek atau hawar daun bakteri yang disebabkan oleh Xanthomonas campestris pv.Oryzae dapat menyebabkan bercak daun dan daun menjadi kering seperti terbakar (BPTP 2003). Akibat dari mengeringnya daun ini luas daun berkurang sehingga LAI juga menjadi lebih kecil dari kondisi normal. Galat LAI dugaan model berkisar antara 6.6% hingga 185.5%, dengan galat terbesar terjadi pada umur padi 35 HSS (Lampiran 3).
19 Inpari 10 (tengah), dan Inpari 13 (bawah). ● model, ◆ ulangan 1, ▪ ulangan 2, ▲ ulangan 3, ― garis y = x.
Biomassa Daun, Batang dan Total
Dugaan model untuk biomassa daun (Gambar 12) dan batang (Gambar 13) secara umum menunjukkan hasil yang cukup sesuai dengan observasi, terutama setelah ketiga padi berusia 49 HSS. Sementara dugaan model untuk biomassa total menunjukkan hasil yang lebih besar daripada biomassa total observasi (Gambar 14). Perbedaan tersebut disebabkan oleh adanya serangan hama yang mengakibatkan turunnya hasil panen sehingga biomassa total juga menjadi lebih rendah. Galat biomassa daun, batang, dan total dugaan model terbesar juga terjadi saat usia 35 HSS pada ketiga varietas.
20
(kiri) serta hubungan antara keduanya (kanan) pada varietas Ciherang (atas), Inpari 10 (tengah), dan Inpari 13 (bawah). ● model, ◆ ulangan 1, ▪ ulangan 2, ▲ ulangan 3, ― garis y = x.
21
Gambar 14 Perbandingan antara biomassa total hasil model (Wtotal model) dan biomassa total observasi (Wtotal Obs.) Waktu Tanam I (kiri) serta hubungan antara keduanya (kanan) pada varietas Ciherang (atas), Inpari 10 (tengah), dan Inpari 13 (bawah). ● model, ◆ ulangan 1, ▪ ulangan 2, ▲ ulangan 3, ― garis y = x.
Produktivitas
Produktivitas ketiga varietas padi hasil dugaan model jauh lebih besar daripada data observasi Waktu Tanam I. Saat dilakukan observasi, Iwan (2012) menyatakan bahwa selama Waktu Tanam I ketiga padi tersebut terserang beberapa hama tanaman antara lain tikus, burung dan kresek. Persentase kerusakan tanaman akibat serangan tikus berkisar antara 5-35 % dari total populasi padi. Akibat serangan hama tersebut produktivitas ketiga padi menjadi
22
lebih rendah. Sementara selama Waktu Tanam II, ketiga padi sangat sedikit terkena serangan hama.
Tabel 7 Perbandingan produktivitas padi (ton ha-1) antara dugaan model dan data observasi Waktu Tanam I
Varietas Produktivitas padi (ton ha -1 dugaan produktivitas yang cukup akurat. Model yang sudah dikalibrasi selanjutnya digunakan untuk validasi dengan Waktu Tanam I dan menghasilkan perbedaan produktivitas yang cukup besar. Penyebab perbedaan tersebut adalah faktor serangan hama yang tidak diperhitungkan dalam model ini.
Ningrum (2014) telah melakukan penelitian tentang pengaruh cuaca terhadap produktivitas padi varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13 yang juga ditanam di Lelea, Indramayu. Ketiga varietas tersebut ditanam pada Mei hingga September 2012 dengan sumber air berasal dari irigasi. Produktivitas ketiga varietas pada penelitian tersebut lebih rendah dari data observasi dan dugaan model dalam penelitian ini.
Tabel 8 Perbandingan produktivitas padi (ton ha-1) hasil penelitian Ningrum (2014), penelitian Iwan (2012) Waktu Tanam I dan II, dan hasil dugaan model
Varietas
Produktivitas padi (ton ha-1)
Ningrum (2014)
Waktu Tanam I Waktu Tanam II
23 Tanam II. Faktor serangan hama dan penyakit tanaman merupakan variabel yang tidak diperhitungkan dalam model ini.
Besarnya galat dugaan model yang terjadi pada umur padi 35 HSS disebabkan nilai SLA yang digunakan dalam model pada selang umur 21-35 HSS jauh lebih besar dibandingkan dengan nilai pada selang umur yang lain dan nilai SLA yang digunakan pada penelitian sebelumnya. Nilai SLA yang terlalu besar akan meningkatkan LAI sehingga memperbesar intersepsi radiasi oleh tajuk tanaman. Akibatnya, penambahan bobot organ akan menjadi lebih besar.
Saran
24
DAFTAR PUSTAKA
Adu-Bredu S, Yokota T, Hagihara A. 1997. Long-term respiratory cost of maintenance and growth of field-grown Hinoki Cypress (Chamaecyparis obtusa). Ann. Bot-London 80: 753-758
[BBPadi] Balai Besar Penelitian Tanaman Padi. 2009. Deskripsi Varietas Padi. Subang (ID): Balai Besar Penelitian Tanaman Padi
[BBPadi] Balai Besar Penelitian Tanaman Padi. 2011. Inpari 13 padi sangat genjah dan tahan wereng coklat. Agroinovasi 3387
Black CC, Osmond CB. 2003. Crassulacean acid metabolism photosynthesis: ‘working the night shift’. Photosynth. Res. 76: 329-341
[BPTP] Balai Penelitian Tanaman Pangan. 2003. Masalah Lapang Hama, Penyakit, Hara pada Padi. Balai Penelitian Tanaman Pangan
Cannell MGR, Thornley JHM. 2000. Modelling the components of plant respiration: some guiding principles. Ann. Bot-London 85: 45-54
De Vries FWTP, Jansen DM, Berge HFMT, Bakema A. 1989. Simulation of Ecophysiological Processes of Growth in Several Annual Crops. Wageningen (ND): Pudoc
Goudriaan J dan Laar HH. 1994. Modelling Potential Crop Growth Process. Dordrecht(ND): Kluwer Academic Publishers
Handoko. 1994. Dasar Penyusunan dan Aplikasi Model Simulasi Komputer untuk Pertanian. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor
Irsel MWV, Seymour L. 2000. Growth respiration, and carbon fixation of Vinca: a time series analysis. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 125 (6): 702-706
Iwan K. 2012. Pengaruh ketersediaan air pada musim tanam II terhadap tanaman padi varietas Ciherang, Inpari 10, dan Inpari 13 [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor
Kumar D, Shivay YS. 2008. Definitional Glossary of Agricultural Terms. New Delhi (IN): I.K. International Publishing House
Ningrum DK. 2014. Pengaruh kekeringan terhadap produktivitas padi varietas Ciherang, Inpari 10 dan Inpari 13 [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor
Putri RP. 2012. Validasi model simulasi tanaman padi Shierary-Rice 3.0 [skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor
Sari NA. 2012. Pengaruh kondisi cuaca pada keragaan tiga varietas padi pada musim tanam II di Indramayu [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor Soltani A, Sinclair TR. 2012. Modeling Physiology of Crop Development, Growth
and Yield. London (UK): CABI
Sorensen ML. 2008. Agricultural Water Management Research Trends. New York (US): Nova Publishers
Vergara BS. 1991. Rice plant growth and development. Di dalam: In Luh BS, editor. Rice Production. New York (US): Avi Publishing Company. 13-21 Watada AE, Herner RC, Kader AA, Romani RJ, Staby GL. 1984. Terminology
25 Yamori W, Hikosaka K, Way DA. 2014. Temperature response of photosynthesis in C3, C4, and CAM plants: temperature acclimation and temperature adaptation. Photosynth. Res. 119: 101-117
Yin X, Struik PC.2009. C3 and C4 photosynthesis models: An overview from the perspective of crop modelling. NJAS-Wagen J. Life Sc. 57: 27-38
26
LAMPIRAN
Lampiran 1 Data cuaca Lelea, Indramayu selama masa tanam padi. Data diperoleh dari penelitian Iwan (2012) dan Sari (2012)
29 Lampiran 1 (lanjutan)
Tanggal CH
(mm)
Radiasi
(MJ m-2 hari-1) Suhu (°C) RH (%)
Kec Angin (m s-1)
18 Juli 11 0 21.0 26.5 95 1.5
19 Juli 11 0 20.4 26.2 95 1.2
20 Juli 11 0 20.3 26.7 97 1.2
21 Juli 11 0 19.3 26.4 97 1.4
22 Juli 11 0 21.0 27.1 96 1.4
23 Juli 11 0 21.1 27.1 97 1.0
24 Juli 11 0 21.5 27.5 95 1.1
25 Juli 11 0 21.8 28.0 95 1.4
26 Juli 11 0 21.7 27.2 96 1.6
27 Juli 11 0 21.5 24.8 95 2.2
28 Juli 11 0 20.7 26.8 97 1.1
29 Juli 11 0 20.8 26.7 96 2.3
30 Juli 11 0 21.6 28.2 97 2.3
30
Ciherang Inpari 10 Inpari 13
31
Ciherang Inpari 10 Inpari 13
32
Lampiran 4 Contoh tampilan program model a. Input
b. Output – Perkembangan
33 d. Output – Biomassa Daun dan Batang
34
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 22 Maret 1993 dan merupakan anak pertama dari pasangan Sukarman dan Sarwini. Penulis menempuh pendidikan dasar sejak tahun 1998 di SD Negeri 3 Kedungombo hingga tahun 2001 kemudian melanjutkan di SD Negeri 1 Kedungombo hingga tahun 2004 dan menamatkan pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 1 Baturetno pada tahun 2007 serta menyelesaikan pendidikan menengah atas di SMA Negeri 1 Wonogiri pada tahun 2010. Pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa IPB program Mayor melalui jalur USMI dengan memilih Program Studi Meteorologi Terapan, Departemen Geofisika dan Meteorologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
