Cuaca dan iklim merupakan peubah utama yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Alasan utama yang melandasi pentingnya mempelajari pengaruh cuaca pada tanaman yaitu : 1). pengetahuan tentang cuaca tersebut akan membantu pemulia tanaman untuk memilih kultivar yang cocok terhadap kondisi iklim tempat tumbuh tanaman; 2). dasar tersebut akan membantu ahli agronomi dan fisiologi untuk menghitung efek cuaca pada pertumbuhan, perkembangan, dan hasil tanaman sehingga mereka dapat memutuskan pengaruh perlakuan dalam setiap percobaannya.
Iklim adalah salah satu faktor yang berpengaruh terhadap produktivitas dan dapat mengoptimalisasi penggunaan sumberdaya dalam sistem produksi (Koesmaryono et al. 1997). Pada pertumbuhan tanaman hampir semua unsur cuaca sangat mempengaruhinya, sedangkan faktor yang paling berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman adalah suhu udara dan panjang hari (Handoko 1994). Produk fotosintesis bruto sangat ditentukan oleh radiasi Photosintetically Active Radiation (PAR), sedangkan suhu udara dan radiasi inframerah sangat menentukan laju respirasi.
Sampai saat ini budidaya tanaman di dalam greenhouse (rumah tanaman) telah digunakan oleh hampir seluruh negara di dunia, khususnya pada ketinggian menengah karena hal itu dapat memungkinkan pengendalian kondisi meteorologi yang sangat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman (Haraguchi et al. 2005). Suhardiyanto (2009) mengemukakan bahwa penggunaan greenhouse dalam budidaya tanaman merupakan salah satu cara untuk memberikan lingkungan yang lebih mendekati kondisi optimum bagi pertumbuhan tanaman. Selanjutnya disebutkan bahwa penggunaan greenhouse (rumah tanaman) memungkinkan dilakukannya modifikasi lingkungan yang tidak sesuai bagi pertumbuhan tanaman menjadi lebih mendekati kondisi optimum bagi pertumbuhan tanaman.
Penggunaan naungan rumah plastik atau dalam istilah Suhardiyanto (2009) “rumah tanaman” diterapkan untuk menjawab tingginya permintaan akan kebutuhan terhadap buah-buahan, sayuran, dan bunga. Pada penelitian ini
digunakan tanaman tomat (Lycopersicum esculentum Mill) yang dibudidayakan dalam rumah tanaman sebagai indikator karena tanaman ini merupakan kebutuhan sehari-hari yang dikonsumsi masyarakat, dan seringkali petani kita mengalami kesulitan dalam budidaya tanaman tomat karena kendala cuaca/iklim (utamanya di saat musim hujan). Disamping itu, tanaman tomat juga merupakan salah satu tanaman yang penting dan utama di Indonesia. Tomat menempati peringkat kelima dari produksi buah-buahan dan sayuran di Indonesia (Impron 2011)
Pertumbuhan dan perkembangan tanaman merupakan rangkaian proses pembelahan sel dan diferensiasi sel dalam bentuk dua fase, yaitu vegetatif dan generatif Tumbuhan tumbuh karena adanya meristem yang menghasilkan sel baru, yang kemudian membesar dan berdiferensiasi. Fase perkembangan sel melalui pembelahan dan pembesaran serta diferensiasi sel terjadi setiap saat pada akar, batang dan daun (vegetatif). Tumbuhan meningggalkan catatan riwayat pertumbuhan dan memberikan kemungkinan untuk menduga potensi pertumbuhannya. Sesudah akar, batang dan daun kemudian terbentuk bunga, buah dan biji (generatif) untuk melestarikan spesies dan melengkapi daur hidupnya (Salisbury dan Ross 1995).
Pertumbuhan dan perkembangan tanaman berlangsung secara terus-menerus sepanjang daur hidupnya, bergantung pada tersedianya meristem, hasil asimilasi, hormon dan substansi pertumbuhan lainnya, serta lingkungan yang mendukung. Secara agronomi pertumbuhan tanaman dapat dinyatakan sebagai fungsi genotype dan lingkungan. Meristem pucuk menghasilkan pemula daun atau pembungaan, tergantung pada fotoperiode dan kemungkinan interaksi dengan temperatur. Setelah induksi pembungaan, terjadi transisi morfologis meristem dari keadaan vegetatif ke keadaan generatif (Gardner et al. 1991).
Secara fisiologi pertumbuhan dan perkembangan tanaman adalah penggunaan bahan makanan untuk pembentukan protoplasma dan dinding sel. Protoplasma terbentuk dari protein, sedangkan dinding sel terbentuk dari karbohidrat. Untuk kegiatan pertumbuhan (pembelahan sel secara mitosis), pengangkutan air, karbohidrat dan protein serta zat-zat lain ke arah mesitem harus berjalan lancar melalui pembuluh xilem da floem. Akibatnya terbentuk pucuk-pucuk baru, ranting dan daun dan perpanjangan akar. Proses pembentukan bunga
dimulai dengan pembelahan dari sel meristem ranting dan dahan melalui pembelahan miosis menjadi sel-sel meristem generatif. Perubahan ini terjadi akibat masuknya macam-macam zat hormon dan zat lain ke dalam sel meristem. Perubahan dari meristem vegetatif ke generatif membawa perubahan besar terhadap kehidupan tanaman : aktivitas respirasi meningkat, asimilasi meningkat, dan dengan demikian kecepatan pengangkutan air, makanan dan hara ke arah bunga juga meningkat (Darmawan dan Baharsjah 2010). Secara agronomi dan fisiologi pertumbuhan dan perkembangan tanaman dari fase vegetatif ke generatif merupakan suatu rangkaian yang berlangsung secara teratur untuk melengkapi daur hidup suatu tanaman. Hal ini dapat dibuat suatu pola dalam bentuk kurva pertumbuhan yang berbentuk sigmoid.
Tanaman akan memberikan respon fisiologi akibat interaksinya dengan lingkungan. Respon ekofisiologi sangat menentukan pertumbuhan dan perkembangan, termasuk peningkatan produksi tanaman. Proses-proses ekofisiologi mempengaruhi efisiensi fotosintesis, juvenilitas, pembungaan, pembuahan, perkecambahan, dan penuaan. Lingkungan biotik yang direspon tersebut antara lain : cahaya, suhu, dan kelembaban (Chozin 2006).
Campbell et al. (2001) mengemukakan masa pembungaan adalah periode waktu antara terbentuknya bunga (jantan dan betina), kemudian terjadi penyerbukan dan diikuti terbentuknya bakal buah. Sedangkan masa pematangan adalah terbentuknya buah secara sempurna sampai masak fisiologis.
Waktu pembungaan dan matang fisiologis tanaman tomat merupakan fase pertumbuhan generatif tanaman yang perlu diketahui. Dengan mengetahui hal tersebut maka persiapan waktu panen dan produksi dapat lebih terencana atau dapat dipersiapkan dengan baik, baik dari segi kuantitas maupun kualitas.
1.2. Perumusan Masalah
Dalam pembangunan pertanian, sumberdaya iklim seringkali tidak memperoleh perhatian yang serius dibanding faktor tanah dan lainnya (Koesmaryono 2005). Selanjutnya disebutkan bahwa di dalam budidaya pertanian sering terjadi ketidakharmonisan antara sistem pertanaman dan karakteristik iklim/cuaca sehingga menyebabkan rendahnya kuantitas dan kualitas produksi.
Pemberian naungan pada tanaman tertentu akan menyebabkan tanaman tersebut memperoleh intensitas radiasi matahari dan suhu udara yang lebih sesuai untuk pertumbuhannya. Dengan demikian pengaruh yang merugikan dari intensitas radiasi surya yang berlebihan dan suhu udara yang tinggi dapat dikurangi atau dihilangkan.
Penggunaan rumah tanaman merupakan salah satu metode budidaya tanaman dalam lingkungan yang terkendali (Controlled Environment Agriculture). Lingkungan pertumbuhan tanaman dijaga untuk berada atau mendekati kondisi optimum bagi tanaman yang dibudidayakan (Suhardiyanto 2009).
Pengendalian lingkungan dapat meliputi beberapa parameter lingkungan, seperti cahaya, suhu, kelembaban, konsentrasi CO2 dan sebagainya. Untuk kondisi di kawasan yang beriklim tropika basah, pengendalian suhu udara sangatlah penting. Kondisi lingkungan di sekitar tanaman perlu dijaga agar selalu mendekati keadaan optimum bagi pertumbuhan tanaman (Suhardiyanto 2009).
Radiasi surya yang dibutuhkan oleh tanaman dapat masuk ke dalam rumah tanaman sedangkan tanaman terhindar dari kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan, yaitu suhu udara yang terlalu rendah, curah hujan yang terlalu tinggi, dan tiupan angin yang terlalu kencang. Di dalam rumah tanaman, parameter lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan tanaman, yaitu radiasi surya, suhu udara, kelembaban udara, pasokan nutrisi, kecepatan angin, dan konsentrasi karbondioksida dapat dikendalikan dengan lebih mudah. Penggunaan rumah tanaman memungkinkan dilakukannya modifikasi lingkungan yang tidak sesuai bagi pertumbuhan tanaman menjadi lebih mendekati kondisi optimum bagi pertumbuhan tanaman (Suhardiyanto 2009).
Modifikasi iklim mikro (microclimate) dengan menggunakan rumah tanaman dimaksudkan agar tanaman yang dibudidayakan dapat memperoleh iklim/cuaca dan lingkungan tumbuh yang optimal sehingga dapat diperoleh kuantitas dan kualitas produksi yang optimal. Disamping itu, teknologi ini memungkinkan produksi secara lebih terencana, baik dan segi kuantitas, kualitas, maupun waktu panen.
Dalam bidang pertanian, untuk menentukan faktor yang paling berpengaruh terhadap pertumbuhan dan hasil produksi tanaman seringkali peneliti
mengalami kesulitan. Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan hasil tanaman seperti tanah, cuaca/iklim, dan manajemen adalah sangat kompleks, dimana untuk menentukan faktor yang paling berpengaruh dengan menggunakan statistik seringkali tidak diperoleh hasil yang akurat.
Elizondo et al. (1994) menggunakan model Artificial Neural Network (ANN) untuk memprediksi waktu pembungaan dan masak fisiologis tanaman kedelai dengan menggunakan parameter input yang terdiri dari data iklim (suhu maksimum, suhu minimum, dan fotoperiod) yang ditempatkan sebagai input layer. Suhardiyanto et al. (2007) mengembangkan model ANN untuk pendugaan suhu udara dalam rumah tanaman dengan menempatkan faktor lingkungan, seperti kecepatan angin, kelembaban udara, radiasi matahari, suhu udara di luar rumah tanaman, dan kemiringan atap dijadikan sebagai parameter input (Xi). Suhu udara di dalam rumah tanaman dijadikan sebagai parameter output (Yk).
Hubungan filosofi antara input layer yakni parameter iklim mikro adalah faktor iklim (intensitas radiasi surya, suhu dan kelembaban udara) menentukan laju pertumbuhan vegetative tanaman (tinggi tanaman, jumlah daun, dan jumlah tangkai daun). Sebagai contoh intensitas radiasi surya yang tinggi akan menghasilkan fotosintesis yang tinggi sehingga pertumbuhan lebih cepat.
Penelitian ini menggunakan metode heat unit dan pemodelan Artificial Neural Network (ANN) untuk menentukan waktu pembungaan dan masak fisiologis tanaman tomat yang ditumbuhkan di dalam rumah tanaman sebagai parameter output (Yk) dan parameter input berbasis pada data iklim dan data agronomis tanaman.
1.3. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah :
1). Menentukan fase pertumbuhan dan perkembangan tanaman tomat dengan pendekatan konsep satuan panas (heat unit).
2). Menganalisis karakteristik iklim mikro (microclimate) di dalam rumah tanaman untuk memprediksi waktu pembungaan dan masak fisiologis tanaman tomat dengan menggunakan metode Artificial Neural Network (ANN)
1.4. Hasil yang Diharapkan
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang keterkaitan faktor iklim/cuaca dan faktor agronomis tanaman dalam memprediksi waktu pembungaan dan masak fisiologis tanaman tomat yang ditumbuhkan di dalam rumah tanaman dengan menggunakan metode ANN. Selain itu, model ANN yang dibangun juga dapat digunakan untuk memprediksi parameter pertumbuhan tanaman lainnya seperti tinggi tanaman, jumlah daun, dan jumlah tangkai daun tanaman tomat.
1.5. Kerangka Pemikiran
Radiasi surya yang masuk ke dalam rumah tanaman sebagian akan mengalami pemencaran (refleksi) ke angkasa, sedangkan sebagian lainnya diteruskan (transmisi) ke dalam rumah tanaman dan diserap (absorbsi) oleh penutup rumah tanaman dan tanaman yang ada di dalamnya.
Proses aliran energi dalam rumah tanaman selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Proses perpindahan panas dalam rumah tanaman (diadaptasi dari Suhardiyanto 2009). Ventilasi Konveksi Konduksi Konveksi Radiasi termal ke angkasa Evaporasi Evapotranspirasi Radiasi Surya Ventilasi
Radiasi surya yang merupakan radiasi gelombang pendek setelah memasuki rumah tanaman berubah menjadi radiasi gelombang panjang. Radiasi tersebut selanjutnya dipantulkan dan mengenai atap rumah tanaman serta dipantulkan kembali ke dalam rumah tanaman yang menyebabkan suhu udara lebih tinggi dibandingkan dengan suhu udara di luar rumah tanaman. Karena radiasi surya terdiri dari berbagai spektrum panjang gelombang, maka dilakukan pengukuran terhadap intensitas radiasi surya yang masuk ke dalam rumah tanaman. Demikian halnya dengan komponen cuaca/iklim lainnya seperti suhu dan kelembaban udara.
Pengukuran parameter tanaman dilakukan untuk mengetahui seberapa besar respon tanaman terhadap iklim/cuaca yang ada di dalam rumah tanaman, utamanya terhadap waktu pembungaan dan matang fisiologis tanaman tomat. Pengukuran parameter tanaman seperti tinggi tanaman, jumlah daun, dan jumlah tangkai daun dimaksudkan untuk dijadikan sebagai parameter input (input layer) digabungkan dengan parameter iklim/cuaca (intensitas radiasi surya, suhu udara dan kelembaban udara) dalam pemodelan ANN untuk memprediksi waktu pembungaan dan masak fisiologis tanaman tomat.
Metode ANN sudah banyak diterapkan untuk melakukan prediksi dalam bidang klimatologi dan hidrologi. Lee et al. (1998) melakukan interpolasi spasial untuk menduga curah hujan harian di 367 titik berdasarkan data curah hujan dari 100 stasiun yang terdekat di Swiss. Model linier menggunakan ANN menghasilkan prediksi yang sangat baik, sedangkan model linier di daerah yang kecil memberikan hasil prediksi yang buruk.
Koesmaryono et al. (2007) telah memanfaatkan model ini untuk melakukan analisis dan prediksi curah hujan dan memanfaatkannya untuk pendugaan produksi padi dalam rangka antisipasi kerawanan pangan di sentra produksi Pulau Jawa. Model prediksi curah hujan yang disusun tersebut memiliki sensivitas yang beragam, berkisar dari 0.380 di Ngale Ngawi hingga 0.848 di Baros Serang. Model secara umum mampu menjelaskan 80 – 91% keragaman data dengan rata-rata kesalahan pendugaan 3.1 – 9.8 mm.
ANN juga telah banyak digunakan dalm bidang pertanian dan kehutananan. Liu et al. (2001) menggunakan ANN untuk memprediksi hasil tanaman jagung. Suhardiyano et al. (2006) menggunakan ANN dan algoritma genetik untuk menentukan waktu fertigasi pada sistem hidroponik tanaman ketimun yang ditumbuhkan dalam rumah tanaman (greenhouse). Hasil analisis menunjukkan ANN mampu menjelaskan hubungan antara faktor lingkungan dan volume fertigasi untuk sistem hidroponik berdasarkan kebutuhan air tanaman; hasil yang diperoleh menunjukkan nilai prediksi menghampiri nilai pengukuran di lapangan. Koefisien determinasi (R2) antara hasil prediksi dan nilai pengukuran yaitu 0.9673, 0.9432 dan 0.8248 masing-masing pada fase vegetatif, pembungaan, dan pembuahan.
Beberapa hasil penelitian lainnya yang terkait dengan model ANN dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Beberapa penelitian terkait yang menggunakan metode ANN No. Bidang Penulis (author) Fokus kajian
1. Pertanian Elizondo et al. 1994 Model ANN untuk memprediksi pembungaan dan matang fisiologis kedelai.
2. Klimatologi Kok et al. 1994 Imitasi prosedur rumah tanaman dengan menggunakan ANN.
3. Klimatologi Han dan Felker 1997 Estimasi evaporasi air tanah harian menggunakan ANN.
4. Klimatologi Yang et al. 1997 Aplikasi ANN untuk simulasi suhu tanah.
5. Pertanian Liu et al. 2001 Model ANN untuk menentukan hasil tanaman jagung.
6. Peternakan Cravener dan Roush 2001 Prediksi profil asam amino dalam pakan ternak dengan algoritma genetik dan ANN.
7. Pertanian Kaul et al. 2003 Model ANN untuk memprediksi hasil tanaman jagung dan kedelai. 8. Hidrologi Bowden et al. 2003 Penentuan input untuk model ANN dalam aplikasi sumberdaya air.
9. Pertanian Rowland et al. 2004 ANN untuk menentukan indikator seleksi pertanian yang berkelanjutan.
10. Pertanian Soehardiyanto 2007 Pendugaan suhu udara dalam rumah tanaman dengan indikator faktor-faktor lingkungan.
Dari berbagai perkembangan riset yang menggunakan model ANN sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya, penelitian ini mengembangkan model ANN untuk memprediksi waktu pembungaan dan masak fisiologis tanaman tomat dengan menggunakan data iklim (suhu udara, kelembaban udara, dan intensitas radiasi surya) serta data agronomis tanaman (tinggi tanaman, jumlah daun, dan jumlah tangkai daun). Selain itu, model ANN yang dikembangkan juga dapat digunakan untuk memprediksi faktor pertumbuhan tanaman tomat lainnya, seperti tinggi tanaman, jumlah daun, dan jumlah tangkai daun.
