11. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Respon Tanaman Terhadap Radiasi Surya
Radiasi surya merupakan energi yang dipancarkan oleh sinar matahari ke seluruh jagad raya dan sebagian kecil mencapai permukaan atmosfer kemudian diteruskan (transmission) ke permukaan bumi setelah melalui proses pemancaran (scattering), dan penyerapan (absorption) oleh atmosfer bumi. Proses dan besaran radiasi surya yang terjadi di atmosfer diilustrasikan pada gambar 1. Nilai radiasi surya yang tiba di puncak atmosfer sekitar 1350-1400 ~ m yang sering juga disebut - ~ tetapan surya (Rosenberg dan Verna 1983), namun radiasi yang sampai dipermukaan bumi tidak sebesar nilai tersebut karena telah mengalami proses pemantulan, penyerapan, dan pemencaran di atmosfer.
Akibat modifikasi radiasi surya di atmosfer maka terjadi perubahan kualitas, kuantitas, dan arah radiasi surya yang tiba dipermukaan bumi. Dari segi kualitas clan kuantitas, energi radiasi surya yang sampai dipermukaan bumi terdiri atas ultra violetKJV (7,8%), cahaya tampak (39.8%), infiamerah dekat/NIR (38.8%) serta sisanya radiasi di bawah W (1.2%) dan di atas
NIR
(12.4%). Akibat pemencaran radiasi yang terjadi di atmosfer maka radiasi yang tiba dipermukaan dapat dibedakan atas radiasi langsung dan radiasi baur. Radiasi langsung merupakan radiasi surya yang tiba langsung di permukaan bumi tanpa mengalami proses pemencaran. Radiasi baur adalah seluruh radiasi surya yang telah mengalami pemencaran di atmosfer baik melalui pemantulan maupun penerusan.Yang menjadi perhatian kita adalah sabuk ultraviolet, cahaya, dan infiamerah. Radiasi surya dengan intensitas 2 kal cm-2 menit-1 atau sekitar 1396 Wm-2 (tetapan surya). Bagian terbesar (99%) dari pancaran ini berada dalam kisaran panjang gelombang 0,2-4 pm. Ditinjau dari segi energi, maka pancaran yang tiba di permukaan kurang lebih 4% adalah ultraviolet, 44% adalah cahaya (pancaran kasat mata dan 52% adalah inframerah).
Gambar 1. Diagram proses pemencaran, penyerapan dan pemantulan radiasi surya di atmosfer sarnpai mencapai permukaan vegetasi (Geiger 1950).
Kira-kira 29% pancaran surya bbih panjang dari 1 pi. Kualitas ini tidak banyak berubah jika ketinggian matahari lebih dari 90. Di bawah ketinggian
ini
bauran langit bertambah pada langit cerah. Pada langit berawan bagian biru akan lebih besar. Di permukaan, panjang gelombang kurang dari 29 pm tidak ada karena diserap ozon di stratosfer.Radiasi surya sangat diperlukan oleh komunitas tanaman karena memiliki energi untuk proses fotosintetis, terutama energi dari cahaya tampak (400-700 nm), yang disebut PAR (photosinthetically active radiation). Interaksi antara radiasi surya dan tanaman hidup dapat dibagi atas tiga kategori yaitu efek termal, efek foto-energi, dan efek fotostimulus yang dapat diringkaskan dalam bentuk Tabel 1.
Tabel 1. Panjang gelombang radiasi dan pengaruhnya pada tumbuhan (Ross, 1975)
Pengaruh interaksi radiasi terhadap tumbuhan dibagi tiga bagian (Ross,1975): 1. Pcngaruh termal radiasi hampir 70% diserap oleh tanaman dan diubah sebagai
Fotomor- fogenetik Moderate
+
+
+
Tipe Radiasi Ultraviolet PAR Infia Merah Dekat (NIR) Radiasi Gelombang Panjangbahang dan energi untuk transpirasi, serta untuk pertukaran panas dengan Keterangan:
-
= tidak nyata berpengaruh,+
= nyata berpengaruhlingkungannya. Wilayah Spektral 0.29-0.38 0.38-0.71 0.7 1-4.0 3.0-100 Persen Radiasi Surya 0-4 ' 21-46 .50-79
-
Termal-
+
+
+
Fotosin- tesis-
+
-
-
2. Pengaruh fotosintesis karena hampir 28% dari energi yang a& diserap untuk fotosintesis dan disimpan dalam bentuk energi kimia.
3. Pengaruh fotomorfogenetik yaitu sebagai regulator dan pengendali proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Contoh proses ini adalah untuk proses gerakan nastik, orientasi, pembentukan pigmen, dan pembungaan.
Radiasi surya memegang peranan penting dalam kehidupan tanaman. Waren (1967) dalam Langer dan Hill (1982) menguraikan penggunaan energi surya sampai terbentuknya bahan kering tanaman secara bertahap sebagai berikut :
Energi surya yang niengenai daun (100%)
Panjang gelombang yang aktif (45%)
Tidak aktif untuk fotosintesis (55%)
Diserap daun (38%) . Refleksi dan transmisi (7%)
I
Diikat kloroplas (35%) Diserap dinding sel(3%)
Diikat untuk fotosintesis (4%) Hilang sebagai panas (3 1%)
Produksi bahan kering untuk Hilang karena respirasi pertumbuhan dan penyimpanan (2%) (2%)
Produksi bahan kering untuk pertumbuhan dan penyimpanan pada akhirnya akan menghasilkan berat kering tanaman. Hasil panen ini setara dengan hasil berat
kering tanaman yang merupakan keseimbangan antara fotosintesis dan respirasi (Gardner et al. 1 99 1).
Tiga karakteristik radiasi surya yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman adalah intensitas, lama penyinaran, dan panjang gelombang cahaya seperti dapat dilihat pada tabel 2.
c
Tabel 2. Pengaruh spektrum cahaya terhdap pertumbuhan tanaman
Sumber: Chang (1968) dalam Impron (1999).
Pengaruh terhadap tanaman
Tidak ada pengaruh spesifk yang diketahui. Radiasi diserap dan diubah menjadi panas tanpa mempengaruhi proses biokimia.
Pengaruh khas terhadap aktivitas pemanjangan organ tanaman. Wilayah infra merah jauh penting bagi fotoperiodisme, perkecambahan biji, kontrol pembungaan, dan warna buah.
Diserap oleh klorofil. Menghasilkan proses aktivitas fotosintesis yang kuat. Terkadang menunjukkan adanya aktivitas fotoperiodik yang kuat.
Wilayah spektrum hijau dengan efektivitas fotosintesis rendah dan aktivitas formatif lemah. Wilayah serapan terkuat oleh klorofil dan pigmen kuning. Merupakan wilayah aktivitas fotosintesis yang kuat pada cahaya biru violet. Mempunyai pengaruh formatif yang kuat.
Mznghasilkan pengaruh formatif. Tanaman menjadi lebih pendek dan daun lebih tebal.
Umumnya merugikan tanaman.
Secara cepat mematikan tanaman. Mempunyai aksi germisidal. Band 1 2 3 4 5 6 7 8 h (micron) >1,0 1
,O
- 0,72 0,72 - 0,61 0,61-0,51 ,0,51- 0,40 0,40 - O,S 15 0,3 15 - 0,28 <0,282.2. Ultraviolet (UV) dan Pengaruhnya Terhadap Tanaman
Adanya kebocoran lapisan ozon di lapisan straosfer yang terjadi dua dekade lalu mengakibatkan radiasi ultraviolet (W) dapat 1010s sampai ke permukaan bumi. Dari tiga spektra radiasi W yang paling berpengaruh terhadap proses fisiologi dan biokimia tanaman yaitu pada spektra W B (280 - 320 nm).
Sebagaimana dikemukakan di atas, matahari memancarkan radiasi dalam beberapa rentang panjang gelombang. Warna yang kita lihat sehari-hari berada dalam rentang panjang gelombang antara 410-740 nm, rentang ini menyusun 45% dari total radiasi matahari. Selcitar 46% dari total radiasi matahari berada pada daerah infiamerah dengan panjang gelombang lebih dari 740 nm, sementara ultraviolet yang memiliki panjang gelombang antara 100-400 nm menyusun 9% dari total radiasi matahari yang dipancarkan (Prawirowardoyo 1996).
Radiasi ultraviolet (UV) dapat dibagi ke dalam tiga kategori dasar, yaitu: 1.
W
A (320 - 400nm),
umurnnya spektrum W dan paling banyak di biosfer.Pengaruhnya sedikit terhadap ozon.
2. W B (280
- 320 nm); terdapat banyak di biosfer dan sangat kuat
dipengaruhi oleh ozon.3. W C (100
-
280 nm); sedikit di biosfer, sebagian besar di pencarkan (scattered) dan diserap oleh oksigen, nitrogen, dan ozon atmosfer.Sebagaimana dijelaskan di atas bahwa secara fisiologis tanaman menyerap radiasi dalam spektrum cahaya tampak, termasuk juga radiasi W yang memberikan pengaruh negatif pada tanaman. Bagian tanarnan yang paling kuat menyerap radiasi W adalah pada pigmen antosianin. Efek merusak dari radiasi W yaitu pada
panjang gelombang 290 nrn
(UV
B). Klorofil juga dapat dirusak oleh radiasi W. Meskipun demikian, tanaman juga mempunyai resistensi terhadap radiasi W dengan cara melindungsi sel-selnya dari UV clan mengembangkan toleransi terhadapnya. Sehingga dikenal ada tanaman yang sensitif dan tanaman yang resisten terhadap radiasi UV (Levitt 1980). Seberzipa besar sensitivitas dan resistensi tanaman terhadap radiasi UV sangat bergantung pada spesies dan kultivar serta tahap perkembangan tanaman (Barnest et al. 1983; Terramura et al. 199 1 dalam Kulandaivelu 1997).Kulandaivelu (1997) juga mengemukakan bahwa tanaman yang ditumbuhkan dalam bilik (chamber) dan nunah kaca (green house) lebii rentan terhadap UV B daripada tanaman yang tumbuh dibawah kondisi alami. Komponen cahaya tampak (350
-
750 nm) boleh dikatakan mempengaruhi rasio W B/UV AIPAR di lapang berbeda dengan pertumbuhan didalam bilik atau rumah kaca. Tingkat radiasi UV B yang tinggi dengan radiasi PAR yang rendah dapat mereduksi konsentrasi klorofil (Garrard et al. 1976; Terrini et al. 1981; Vu et al. 1982b dalam Kulandaivelu et al. 1997).Meskipun W B hanya sebagian kecil dari radiasi swya yang mengenai permukaan bumi, namun pengaruhnya terhadap proses biologi sangat penting. Radiasi UV B diketahui berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman (Caldwell 1981; Teramura 1983; Rozema et al. 1990; Runeckles dan Krupa 1 994; Correia 1995 dalam Correia et al. 1998).
Menurut Hale (1995) tidak semua tahap pertumbuhan tanaman sensitif terhadap W. Akan tetapi Hale menyatakan bahwa W - B mempengaruhi fisiologi
tanaman, dalam ha1 ini radiasi W - B menurunkan asimilasi netto karbon yang dihasilkan oleh fotosintesis tanaman.
Tanaman mengembanglcan adaptasi anatomis, morfologis dan biokimia untuk melindungi diri mereka terhadap W (Teramura, 1991). Selanjutnya dikatakan bahwa tanaman dataran tinggi lebih toleran terhadap paparan W daripada tanaman dataran rendah, ha1 ini dikarenakan dataran tinggi mendapatkan intensitas W - B lebih besar daripada dataran rendah sehingga tanaman yang mampu bertahan memiliki toleransi yang lebih tinggi terhadap UV-B bila dibandingkan dengan tanaman di dataran rendah.
2.3. Pengaruh Suhu Terhadap Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman Perkembangan maupun pertumbuhan tanaman sangat ditentukan oleh unsur- unsur cuaca seperti suhu udara. Namun faktor yang paling berpengaruh terhadap perkembangan tanarnan adalah suhu dan panjang hari, sedangkan pada pertumbuhan hampir semua unsur cuaca sangat mempengaruhinya (Handoko 1994).
Pengaruh suhu terhadap pertumbuhan terutarna pa& respirasi dan kecepatan proses biokimia dalam fotosintesis. Dalam proses respirasi, hasil fotosintesis
akan
diubah menjadi C02 dan H20, sehingga semakin besar respirasi laju pertumbuhan tanaman menjadi berkurang. Fotosintesis dan respirasi merupakan reaksi kimia yang dikenal dengan narna proses biokimia. Intensitaslkecepatan reaksinya sangat ditentukan oleh aktivitas katalisator. Hanya saja pada proses biokimia katalisatornya adalah enzim, yang daya toleransinya terhadap suhu lingkungan sangat terbatas dan bervariasi untuk tiap varietas tanaman karena enzim tersebut dari protein yangspesifik. Pada batas kisaran toleransi optimum, semakin tinggi suhu akan semakin meningkatkan aktivitas dari enzim, yang akhirnya akan meningkatkan produk fotosintesis dan respirasi. Meningkatnya cahaya dari angka optimumnya akan mengakibatkan p e n m a n produk, karena mulai terjadi perusakan enzim, yang akhirnya proses fotosintesis dan respirasi akan berhenti bila seluruh enzim rusak (mengurai) oleh suhu yang terlalu tinggi ( Nasir 1999).
Produk fotosintesis bruto sangat ditentukan oleh intensitas radiasi PAR dan tingginya suhu dam yang diakibatkan oleh penyerapan radiasi gelombang pendek tersebut. Terutama pada ciaun ymg memperoleh radiasi surya langsung di puncak tajuk, laju fotosintesis tidak terlalu terpengaruh oleh suhu udara. Sedangkan untuk respirasi berlangsung terus menerus selama 24 jam dan kecepatannya sangat dipengaruhi oleh suhu udara dan radiasi infiamerah.
Intensitas cahaya tinggi di siang hari berakibat meningkatkan hasil fotosintesis bruto. Bila siang hari cahaya surya terik kemudian diikuti oleh suhu udara rendah di malam hari, ha1 tersebut menguntungkan bagi tanaman karena meningkatkan prod& fotosintesis neto. Pengurangan produk fotosintesis oleh respirasi sangat ditentukan oleh suhu udara. Suhu udara yang terus menerus tinggi akan mengurangi produk fotosintesis neto. Suhu rendah akan mengurangi kecepatan reaksi metabolisme (fotosintesis dan respirasi), sehiigga pertumbuhan generatif untuk menghasilkan biji menurun. Ditinjau terhadap respon suhu udara, terdapat tiga batas suhu penting (suhu kardinal) pada tanaman yaitu suhu minimum, suhu optimum, dan suhu maksimum.
Untuk tanaman tomat, suhu optimumnya adalah 18-240C, suhu minimum 140C, dan suhu maksimum 260C (Nasir 1999).
Tanaman mengalami dua proses hidup yakni turnbuh (bertambah ukuran panjang, luas, volume dan bobot) dan berkembang yakni mengalami penggandaan dan pemisahan h g s i organ melalui fase-fase benih, kecambah, perturnbuhan vegetatif dan perturnbuhan generatif bunga, buah dan biji untuk memperoleh generasi baru (benih baru). Dalam batas kisaran toleransi kenaikan suhu udara akan diikuti oleh laju pertumbuhan dan semakii pendeknya periode antar fase perkembangan. Dalam ha1 ini u n t k tanaman semusim peningkatan suhu udslra &an menyebabkan semakii pendek umurnya.
Suhu tanah merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi pertukaran panas (bahang) di permukaan tanah, selain sifat-sifat fisik tanah seperti struktur dan tekstur tanah dan kandungan air (kelengasan). Mekanisme pertukaran bahang di permukaan tanah ini menentukan proses-proses yang terjadi di udara dekat permukaan. Pertukaran panas ini merupakan masalah pokok karena keadaan seluruh atmosfer ditentukan oleh proses ini (Rozari 1987).
Variasi suhu tanah harian maupun menurut kedalaman ditentukan oleh kondisi cuaca yang berhubungan dengan neraca energi. Pada kondisi yang normal pola fluktuasi suhu tanah diurnal sarna dengan suhu udara, namun tidak demikian dengan pola fluktuasi menwut kedalaman. Variasi suhu tanah harian ditentukan oleh variasi penerimaan radiasi surya yang mempengaruhi pertukaran panas antar lapisan.
2.4. Pengaruh Rumah Plastik dan Mulsa Terhadap Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman
Salah satu bentuk modifikasi iklim mikro pada tanaman yaitu dengan penggunaan rumah plastik dan mulsa atau penutup tanah. Menurut Nelson dan Suharsih (1996) rumah plastik atau rumah kaca adalah suatu bangunan yang ditutup dengan benda transparan untuk melindungi tanaman dari pengaruh negatif lingkungan. Akibat penutupan ini akan diatur jenis spektrum matahari nyang dibutuhkan oleh tanaman dengan menggunakan jenis penutup. Sumiati (1990) mengernukakan pexlggunaan naungan plastik bening dapat menekan evaporasi yang mungkin terjadi akibat tiupan angin, sehingga kelembaban tanah tetap terjamin untuk perturnbuhan dan perkembangan tanaman tomat. Selanjutnya dikemukakan bahwa naungan dapat menahan percikan air hujan yang deras, sehingga dapat menekan gugurnya bunga dan buah tomat serta menekan kemungkinan timbulnya penyakit. Hasil penelitian Sumiati (1990) yang dilaporkan Nurtika dan Abidin (1999) menunjukkan bahwa naungan plastik bening secara nyata dapat meningkatkan bobot buah per hektar. Selain itu, manfaat rumah plastik di daerah tropis antara lain yaitu melindungi tanaman dari curah hujan, angin dan sinar matahari yang terlalu kuat serta mengatur kelembaban ruang. Rumah plastik dapat menyerap sinar W yang berlebihan yang tidak menguntungkan bagi tanaman.
Dengan penggunaan mulsa maka terjadi perubahan pada iklim tanah dan iklim mikro dekat permukaan tanah. Secara umum, pemanfaatan mulsa yang menutup permukaan tanah dengm sisa tanaman atau plastik akan mempengaruhi iklim tanah; dan pengaruhnya dapat dilihat pada suhu dan kelembaban tanah, erosi
dan fisik tanah, hama dan penyakit, pertumbuhan gulma serta terhadap pertumbuhan clan produksi tanaman (Davies 1975). Selanjutnya dikemukakan bahwa mulsa dapat mencegah tanah dari curah hujan langsung sehingga mengurangi evaporasi dan mengurangi fluktuasi suhu tanah. Hal ini akan meningkatkan lengas tanah dan meningkatkan kapasitas panas.
Penggunaan mulsa atau penutup tanah pada tanaman ditujukan untuk menjaga kelembaban tanah. Mulsa yang dikenal selama ini adalah mulsa yang dibuat dari jerami kering atau jenis rumput lainnya yang dikeringkan. Akhir-akhir ini juga telah dikembangkan mulsa plastik untuk budidaya tanaman seperti mulsa plastik h i t m perak (silver black) dan lain-lain. Pada mulsa hitam perak, warna hitam berfungsi sebagai
UV
stabilizer sehingga plastiknya tahan sengatan sinar matahari dalam waktu yang lama. Sedang warna perak berfimgsi untuk memantulkan sinar matahari yang intensitasnya berlebihan.Fungsi mulsa hitam perak (silver black) antara 1ain:menekan pertumbuhan gulma; menjaga kestabilan kelembaban udara saat musim penghujan ataupun m u s h kemarau; mengontrol jumlah air yang tersedia; mengirit pemupukan karena distribusi yang baik, tidak hilang menguap, d m tidak dikonsumsi oleh tumbuhan lain (tanaman pesaing); mengurangi serangan hmna dan penyakit karena pantulan sinar bagian plastik yang berwarna putih, dan menghemat tenaga ke rja, waktu, dan biaya.
2.5. Syarat Tumbuh Tanaman Tomat
Tanaman tomat merupakan tanaman berbentuk perdu atau semak Di daerah temperate tanarnan ini merupakan tanaman semusim sedangkan di daerah tropis
merupakan tanaman tahunan yang hidup pendek. Tomat menghendaki penerimaan radiasi minimum 3 1 mWIcrn2, meskipun begitu tomat merupakan tanaman hari netral
(day-neutral vegetables) yang tidak terpengaruh oleh panjang hari (Yamaguchi
1983).
Tanaman tomat tergolong kedalam warm season crop yang memerlukan suhu optimum 200C - 280C dengan variasi pergantian suhu sebesar 180C pada malam hari dan 250C pada siang hari pada masa pembungaannya. Nasir (1999) mengemukakan bahwa suhu udara optimum untuk tanaman tomat yaitu 18 - 240C dengan suhu minimum dan suhu maksimum masing-masing 140C dan 260C. Suhu udara yang terlalu panas dan kering akan menyebabkan kepala putik cepat kering dan tabung sari tidak banyak tumbuh sehingga tidak banyak te rjadi pembentukan buah.
Tanaman tomat akan tumbuh optimal bila tanah dan iklim di mana tanaman ini tumbuh sesuai dengan yang diinginkan. Tekstur tanah yang baik yaitu medium dengan kedalaman akar medium (60 - 90 cm). Tingkat kesuburan tanah tinggi dengan pH 5.0-7.0. Tingkat kedalaman air tanah minimum selama periode pertumbuhan yaitu 50 em. Bila target penanaman tomat adalah kegenjahannya, maka tanaman tomat cocok ditanam di tanah lempung berpasir yang baik drainasenya. Namun bila yang ditargetkan adalah jumlah total produksi yang tinggi maka yang cocok adalah tanah lempung liat dan lempung berdebu.
Tanaman tomat sangat rentan terhadap iingkungan sehingga perlu penanganan lingkungan secara menyeluruh yaitu cahaya, temperatur, dan lingkungan
sekitar akar tanaman. Selain faktor tanah, iklim yang bervariasi perlu modifhsi yang mengarah kepada keadaan lingkungann yang diinginkan tanaman tomat.
Tanaman tomat menyenangi tempat yang terbuka dan cukup sinar matahari. Kurangnya sinar matahari menyebabkan pertumbuhan memanjang (etiolasi), lemah dan pucat karena pembentukan kloroplas tidak sempurna. Namun radiasi surya yang terlalu terik kurang baik karena transpirasi akan meningkat serta bunga dan buah muda gugur. Tanaman tomat tergolong tanaman C3 yang cepat jenuh radiasi.
