Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Agrometeorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian berlangsung pada bulan April 2009 sampai September 2009.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah data iklim harian Kabupaten Cilacap (Tahun 1993-2008), data luas serangan wereng batang cokelat, dan statistik kondisi pertanian Kabupaten Cilacap.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Perangkat Microsoft Office 2007, Perangkat lunak Notepad, dan Climex 3.0.
Metode Penelitian
Data Iklim dan Wilayah Kajian
Data pokok iklim dan wilayah kajian dimasukkan ke dalam perangkat lunak
Climex dalam dua bentuk, yaitu untuk fungsi Compare location dan Compare years. Data wilayah untuk fungsi Compare location dimasukkan dengan bantuan perangkat Microsoft Acces. Data input fungsi Compare location terdiri dari data wilayah dan data iklim. Data wilayah terdiri dari data letak lintang, bujur, ketinggian tempat dan nama lokasi. Data iklim berupa data suhu udara, curah hujan, dan kelembaban udara bulanan.
Untuk fungsi Compare years, data input yang dibutuhkan adalah data time series iklim harian Kabupaten Cilacap. Data input dimasukkan ke dalam perangkat lunak dalam bantuk *DAT file yang berisi data suhu udara, curah hujan, dan kelembaban udara harian serta nama lokasi.
Data Karakteristik Spesies
Karakteristik spesies adalah sifat kesesuaian suatu spesies dalam mengadaptasi faktor-faktor iklim di suatu wilayah. Data ini didapat dari literatur sesuai spesies yang dikaji. Sifat kesesuaian ini diterjemahkan oleh Climex dengan variabel indeks yang terbagi menjadi dua, yaitu Indeks kesesuaian spesies (Growth Index) dan indeks stres spesies. Kedua indeks ini dikombinasikan menjadi variabel Ecoclimatic Index (EI), yang menggambarkan kesesuaian iklim spesies pada suatu lokasi.
EI adalah angka tunggal dengan skala antara 1-100. Nilai EI < 10 menunjukkan keadaan marjinal untuk perkembangan spesies, 10 ≤ EI ≤ 25 merupakan keadaan nyaman, sedangkan EI > 25 merupakan keadaan sangat nyaman. Nilai EI akan menunjukkan angka nol jika dua data karakteristik spesies tidak cocok, atau keadaan iklim wilayah tidak sesuai untuk perkembangan spesies (Sutherest et al. 1999 dalam Hoddle 2004).
Indeksi Pertumbuhan (GIA dan GIW). Climex menggunakan TGIW
-(weekly thermo-hydrological Growth Index), yang didasari oleh keadaan radiasi cahaya, dan atau keadaan substrat jika diperlukan. Namun, Penelitian ini hanya menggunakan dua variabel untuk mengetahui nilai Weekly Growth Index (GIW)
yaitu variabel TI dan MI karena keterbatasan data yang diperoleh. Skala variabel
TGIW berada diantara 0-1 yang mengambarkan keadaan pertumbuhan populasi.
TGIW dikalkulasi oleh Climex dengan persamaan :
TGIW = TIW MIW LIW RIW SVW DIW
Nilai LIW = RIW = SVW = DIW = 1, sehingga persamaannya menjadi :
TGIW = TIW MIW
dimana : TIW = Weekly Temperature Index atau tingkat kesesuaian
spesies terhadap suhu
MIW = Weekly Moisture Index atau tingkat kesesuaian spesies
terhadap kelembaban tanah
LIW = Weekly Light Index atau tingkat kesesuaian spesies
terhadap paparan cahaya matahari
RIW = Weekly Radiation Index atau tingkat kesesuaian spesies
SVW = Weekly Substrate Index atau tingkat kesesuaian spesies
terhadap keadaan non-climatic seperti jenis tanah dan kadar CO2
DIW = Weekly Diapause Index untuk parameter periode
dormansi spesies.
Weekly Growth Index (GIW) yang komprehensif adalah GIW yang didalamnya
terdapat komponen Biotic Index (BIW), yang menggambarkan efek interaksi
spesies terhadap pertumbuhan populasi. GIW akan dihitung rataannya untuk
mendapatkan variabel GIA (annual growth index) yang berskala antara 0-100,
dengan persamaan sebagai berikut:
Indeks Suhu (TI). Indeks suhu udara (TIW) menggambarkan respon suatu
spesies terhadap siklus suhu udara harian, nilai berkisar antara 0-1. Pertumbuhan populasi akan maksimal ketika TIW = 1, dan tidak ada pertumbuhan ketika TIW =
0.
Terdapat empat parameter yang didefinisikan sebagai kesesuaian spesies terhadap suhu udara. Parameter ini diperlukan untuk mengetahui variabel TIW,
parameternya adalah :
DV0 = Batas suhu bawah
DV1 = Batas bawah suhu optimum DV2 = Batas atas suhu optimum DV3 = Batas suhu atas
Gambar 1 Indeks suhu udara sebagai fungsi pertumbuhan populasi.
Parameter kelima adalah PDD, yaitu jumlah derajat hari di atas variabel DV0 yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus generasi. Variabel PDD digunakan untuk mengetahui jumlah potensi generasi populasi per tahun, juga untuk mengetahui minimal satu generasi spesies terbentuk ketika berada pada kondisi lingkungan terbatas. Jika jumlah derajat hari yang diatur dalam variabel PDD tidak tercapai, maka suatu spesies tidak dapat menyelesaikan satu generasi populasi. Hal ini mengakibatkan nilai EI = 0 dan populasi spesies tidak dapat bertahan pada suatu wilayah.
Pemodelan Climex menggunakan dasar derajat hari untuk menghitung Indeks Suhu udara (TI) dan jumlah generasi per tahun (dari PDD). Pada periode 24 jam, total derajat hari untuk pertumbuhan populasi dinotasikan sebagai Q, daerah arsiran yang berada di atas variabel DV0 tetapi di bawah variabel DV3 (Gambar 2). Climex menghitung daerah arsiran ini menggunakan algoritma yang dipublikasikan oleh Baskerville dan Emin (1969 dalam Sutherest et al. 2007).
Indeks suhu udara mingguan (TIW) didapatkan dari dua komponen.
Komponen pertama (Iq) menggambarkan pengaruh suhu udara terhadap laju
pertumbuhan populasi pada suhu udara optimal. Komponen kedua (Ih)
menggambarkan reduksi laju pertumbuhan populasi pada suhu udara yang tinggi. Suhu udara (⁰C)
Gambar 2 Indeks suhu udara (TI) dan hubungannya dengan derajat hari.
Indeks suhu udara mingguan (TIW), TIW = Iq Ih
Jika nilai Q A, maka Iq = Q/A (Gambar 3a)
Jika nilai Q A, maka Iq = 1 (Gambar 3a)
dimana A adalah akumulasi derajat hari di atas DV0 dengan asumsi suhu udara DV1 adalah konstan.
Komponen suhu udara kedua adalah Ih yaitu :
Jika Tmax DV2, maka Ih = 1,
Jika Tmax DV3 dan DV2, maka Ih = 1 – (Tmax – DV2) / (DV3-DV2),
Jika Tmax DV3, maka Ih = 0,
Perlu diperhatikan bahwa nilai Ih berkurang dengan meningkatnya suhu udara
maksimum di atas DV2 (Gambar 3b).
a) b)
Gambar 3 Indeks suhu udara sebagai fungsi rata-rata, maksimum dan minimum suhu udara harian.
Indeks Kelembaban (MI). Indeks kelembaban (MI) berdasar pada asumsi bahwa kelembaban tanah adalah faktor dominan yang menentukan vegetasi pada suatu wilayah yang mengakibatkan kondisi iklim mikro bagi organisme yang hidup di sekitar vegetasi. Keseimbangan kelembaban tanah mingguan dihitung menggunakan model hidrologi dari kandungan kelembaban tanah minggu sebelumnya dan curah hujan mingguan aktual dan evapotranspirasi.
Nilai Soil Moisture (SM) = 0 menggambarkan tidak ada kelembaban tanah; SM = 0.5 menggambarkan kapasitas kelembaban tanah adalah 50%; SM 1 menggambarkan volume air lebih besar daripada kapasitas maksimum tanah (Smax) atau disebut run-off. Parameter kedua yang dibutuhkan untuk mengetahui
Indeks Kelembaban (MI) adalah koefisien evapotranspirasi, yang berarti jumlah laju kelembaban relatif yang hilang dari vegetasi tanah dibandingkan dengan evaporasi panci kalas A. Koefisien evapotranspirasi standar yang digunakan dalam Climex bernilai 0.8 (Fitzpatrick dan Nix 1969 dalam Sutherest et al. 2007), yang menggambarkan lahan pertanian. Persamaan kelembaban tanah (SM) adalah :
SM =
Dimana : S i-1 = Ketersediaan air tanah minggu sebelum
Pi = Curah hujan aktual
Ei = Evaporasi aktual
Indeks kelembaban (MI) menggambarkan respon suatu spesies terhadap kelembaban tanah. Terdapat empat parameter kelembaban tanah :
SM0 = Batas bawah kelembaban tanah
SM1 = Batas bawah kelembaban tanah optimal SM2 = Batas atas kelembaban tanah optimal SM3 = Batas atas kelembaban tanah
Gambar 4 Indeks Kelembaban (MI) sebagai fungsi kesesuaian kelambaban tanah (SM)
Nilai Indeks Kelembaban (MI) berada antara 0-1. Ketika MI = 1, pertumbuhan populasi akam maksimal, dimana nilai SM antara SM1-SM2. Nilai MI = 0 (tidak ada pertumbuhan populasi) ketika nilai SM < SM0, atau SM > SM3.
Cekaman Dingin (CS). Cekaman dingin (CS) disebabkan oleh suhu udara dingin (Tmin) suatu daerah sangat rendah, dan menghambat pertumbuhan populasi.
Cekaman dingin akan mulai terakumulasi pada suhu tertentu (TTCS) dan pada laju akumulasi tertentu (THCS).
Gambar 5 Tingkat suhu udara minimun (TTCS) yang mulai terakumulasi pada laju akumulasi (THCS)
Jika Tmin TTCS, maka CS = (TTCS – Tmin) THCS
Jika Tmin TTCS, maka CS = 0.
Cekaman Panas (HS). Cekaman panas (HS) disebabkan oleh suhu udara maksimum (Tmax) suatu daerah sangat tinggi, dan menghambat pertumbuhan
populasi. Cekaman panas akan mulai terakumulasi pada suhu tertentu (TTHS) dan pada laju akumulasi tertentu (THHS).
Gambar 6 Tingkat suhu udara maksimum (TTHS) yang mulai terakumulasi pada laju akumulasi (THHS)
Jika Tmax > TTHS, maka HS = (Tmax - TTHS) THHS
Jika Tmax ≤ TTHS, maka HS = 0.
Cekaman Kering (DS). Cekaman kering (DS) disebabkan olah kelembaban tanah (SM) di suatu daerah terlalu rendah. Cekaman kering akan mulai terakumulasi ketika tingkat SM berada pada tingkatan tertentu (SMDS), dan dengan laju akumulasi mingguan tertentu (HDS).
Gambar 7 Fungsi Cekaman Kering (DS). Tingkatan Kelembaban Tanah mulai terakumulasi (SMDS) dan laju akumulasi mingguan (HDS)
Jika SM SMDS, maka DS = (SMDS – SM) HDS Jika SM SMDS, maka DS = 0.
Cekaman Basah (WS). Cekaman basah (WS) disebabkan oleh kelembaban tanah (SM) di suatu daerah terlalu tinggi. Cekaman basah akan mulai terakumulasi ketika tingkat SM berada pada tingkatan tertentu (SMWS), dan dengan laju akumulasi mingguan tertentu (HWS).
Gambar 8 Fungsi Cekaman Basah (WS). Tingkatan Kelembaban Tanah mulai terakumulasi (SMWS) dan laju akumulasi mingguan (HWS). Jika SM SMDS, maka DS = (SM – SMDS) HDS
Jika SM ≤ SMDS, maka DS = 0.
Indeks Ekoklimatik (EI). Nilai EI menggambarkan keadaan pertumbuhan populasi yang dipengaruhi oleh cekaman yang dapat memperhambat pertumbuhan populasi. Nilai EI berada antara 0 – 100, nilai EI mendekati 0 adalah keadaan suatu spesies tidak sesuai untuk berkembang pada suatu daerah tertentu. Adapun persamaan EI adalah :
Ecoclimatic Index (EI) = GIA SI SX
dimana EI = Ecoclimatic Index
GIA = Annual Growth Index
SI = Annual Stress Index SX = Annual Interaction Index
SI dicari dari persamaan :
SI = (1 – CS/100)(1 – HS/100)(1 – DS/100)(1 – WS/100) dimana CS = Cold Stress atau cekaman dingin
HS = Heat Stress atau cekaman panas DS = Dry Stress atau cekaman kering WS = Wet Stress atau cekaman basah SX dicari dari persamaan :
SX = (1 – CDX/100)(1 – CWX/100)(1 – HDX/100)(1 – HWX/100) dimana CDX = Cold-Dry Stress Interaction Index
CWX = Cold-Wet Stress Interaction Index
HDX = Heat-Dry Stress Interaction Index
HWX = Heat-Wet Stress Interaction Index
Skenario Perubahan Iklim. Perangkat lunak pemodelan Climex dapat memberi gambaran dampak perubahan iklim terhadap kesesuaian spesies di suatu daerah. Skenario yang ditetapkan dalam penelitian ini adalah kenaikan suhu udara 3○C, baik untuk suhu maksimum (Tmax) atau suhu udara minimum
(Tmin), jumlah curah hujan juga ditetapkan mengalami kenaikan 20% dari
keadaan normal (Sutherest et al. 2007).
