- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 1 RADIASI Oleh K a s i o n o I. RADIASI MATAHARI Panas (kalor) dari matahari sampai ke bumi melalui gelombang elektromagnetik. Perpindahan ini disebut radiasi, yang dapat berlangsung dalam ruang hampa. Radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya disebut radiasi panas (thermal radiation). Ada empat hal utama di mana radiasi sangat penting bagi kehidupan tumbuhan, yakni (1) efek panas, (2) fotosintesis, (3) photomorphogenesis, dan (4) mutagenesis. 1. Efek panas. Radiasi adalah mode utama dari pertukaran energi antara tanaman dan lingkungan udara, radiasi matahari memberikan masukan energi utama untuk tanaman, sebagian besar (70%) dari energi ini diubah menjadi panas dan digunakan sebagai energi untuk transpirasi dan melakukan pertukaran dengan lingkungannya serta terlibat dalam menentukan suhu jaringan dengan konsekuensi untuk tingkat proses metabolik dan keseimbangan antara mereka. Keadaan suhu berhubungan erat dengan kesetimbangan CO 2 di daerah daun. Pada suhu 25 o C kesetimbangan CO 2 sekitar 50 mol m -2 s -1 , dan meningkat dengan meningkatnya suhu permukaan daun. Nilai ini penting di dalam konteks perubahan iklim yang berkaitan dengan kenaikan suhu.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 1
RADIASI
Oleh
K a s i o n o
I. RADIASI MATAHARI
Panas (kalor) dari matahari sampai ke bumi melalui gelombang
elektromagnetik. Perpindahan ini disebut radiasi, yang dapat berlangsung dalam
ruang hampa. Radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat
suhunya disebut radiasi panas (thermal radiation). Ada empat hal utama di mana
radiasi sangat penting bagi kehidupan tumbuhan, yakni (1) efek panas, (2)
fotosintesis, (3) photomorphogenesis, dan (4) mutagenesis.
1. Efek panas.
Radiasi adalah mode utama dari pertukaran energi antara tanaman dan
lingkungan udara, radiasi matahari memberikan masukan energi utama untuk
tanaman, sebagian besar (70%) dari energi ini diubah menjadi panas dan digunakan
sebagai energi untuk transpirasi dan melakukan pertukaran dengan lingkungannya
serta terlibat dalam menentukan suhu jaringan dengan konsekuensi untuk tingkat
proses metabolik dan keseimbangan antara mereka.
Keadaan suhu berhubungan erat dengan kesetimbangan CO2 di daerah
daun. Pada suhu 25 oC kesetimbangan CO2 sekitar 50 mol m
-2 s
-1, dan meningkat
dengan meningkatnya suhu permukaan daun. Nilai ini penting di dalam konteks
perubahan iklim yang berkaitan dengan kenaikan suhu.
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 2
Gbr 1. Laju assimilasi ( mol CO2 m-2
s-1
) tanaman kedele dengan meningkatnya
CO2 pada suhu berbeda.
Pada gambar 1, terlihat bahwa meningkatnya suhu daun dari 15 oC ke 35
oC
menyebabkan laju asimilasi bertambah besar. Meningkatnya asimilasi dengan
kenaikan suhu merupakan fenomena umum, sampai suhu optimum tercapai, lalu
akan terjadi penurunan, seperti terlihat pada gambar 2 di bawah ini. Adanya
kenaikan CO2 di atmosfir akan merubah suhu optimum tanaman. Untuk tanaman
kedele, kenaikan suhu optimum mencapai 12 %.
Gbr 2. Suhu optimum untuk proses assimilasi akan berubah dengan kenaikan CO2
di atmosfir. Data diambil dari tanaman kedele dan "fitting" menggunakan
persamaan kurva Gauss untuk mendapatkan suhu optimum
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 3
Dengan kenaikan suhu, produksi biomasa akan berkurang jika CO2 di permukaan
daun mencapai titik kompensasinya (biasa terjadi di siang hari pada saat matahari
terik dan kecepatan angin sangat rendah atau di bawah kanopi hutan tropis), karena
CO2 meningkat.
2. Fotosintesis.
Beberapa radiasi matahari diserap oleh tanaman untuk mensintesa ikatan
kimia yang kaya energi dan mereduksi senyawa karbon. Proses (fotosintesis) ini
adalah karakteristik dari tanaman dan memberikan masukan utama energi bebas ke
dalam biosfer. Radiasi matahari yang dimanfaatkan tanaman untuk kegiatan
fotosintesis dikenal dengan photosynthesis aktive radiation (PAR) yang merupakan
bagian cahaya tampak (visible light) dari radiasi matahari, yang berada pada kisaran
panjang gelombang 380 nm s/d 750 nm.
Gbr 3. Photoshyntetic active radiation (PAR) dan spektrum warna yang berperan
dalam fotosintesis tanaman.
Energi cahaya yang diabsorbsi oleh sistem pigmen terutama khlorofil pada
reaksi cahaya mengakibatkan eksitasi electron (e-) yaitu elektron terangkat dari
kedudukan dasar ke kedudukan eksitasi I atau II pada sistem pigmen tersebut. Pada
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 4
keadaan ini, pigmen berada dalam keadaan reduksi. Eklektron yang tereksitasi tidak
kuat terikat pada atom atau molekul pigmen yang merupakan fungsi dari daya tarik
inti. Sebagai konsekuensinya, elektron ini akan mudah ditransfer ke molekul lain di
sekitarnya yang terdapat pada keadaan oksidatif. Cahaya biru mengakibatkan
elektron tereksitasi ke kedudukan eksitasi II, sedang cahaya merah denganenergi
yang lebih kecil hanya menghasilkan eksitasi elektron pada kedudukan eksitasi I.
Tetapi energi cahaya biru yang diabsorbsi melalui eksitasi elektron tersebut kurang
efektif untuk proses fotosintesis. Alasannya adalah bahwa energi ekstra dari foton
biru tidak dapat dipergunakan dengan baik, karena ini biasanya hanya bertahan
dalam waktu yang sangat singkat.
Adanya radiasi matahari yang mengenai khlorofil tanaman memungkinkan
khlorofil tersebut tereksitasi dalam proses fotosintesis yang hasilnya akan
membentuk bagian dari tanaman, termasuk hasil yang dipanen.
Gbr 4. Khlorofil ter-eksitasi oleh radiasi surya
Absorbsi radiasi matahari oleh berbagai pigmen lain juga berlangsung dan
berperan dalam proses fosintesis.
3. Photomorphogenesis.
Jumlah distribusi dan spektrum radiasi gelombang pendek juga memainkan
peranan penting dalam regulasi pertumbuhan dan perkembangaan.
Fotomorfogenesis penting untuk mengatur pembagian persediaan asimilat di antara
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 5
daun, batang, dan akar. Cahaya biru, selain berperan dalam fototropisme dan reaksi
energi tinggi, berpengaruh juga dalam fotomorfogenesis khusus terhadap fenomena
seperti simulasi respirasi, terbukanya stomata, dan sintesis protein.
4. Mutagenesis.
Tembakan / pancaran gelombang sangat pendek, energi radiasi sangat tinggi,
diantaranya ultraviolet, serta X dan radiasi gama, dapat memiliki efek merusak pada
sel hidup, terutama yang mempengaruhi struktur dari bahan genetik dan
menyebabkan mutasi.
Walaupun energi yang ditumpuk sinar radioaktif pada mahluk hidup relatif
kecil tetapi dapat menimbulkan pengaruh yang serius. Hal ini karena sinar radioaktif
dapat mengakibatkan ionisasi, pemutusan ikatan kimia penting atau membentuk
radikal bebas yang reaktif. Ikatan kimia penting misalnya ikatan pada struktur DNA
dalam kromosom. Perubahan yang terjadi pada struktur DNA akan diteruskan pada
sel berikutnya yang dapat mengakibatkan kelainan genetik, kanker, dll. Pengaruh
radiasi pada manusia atau mahluk hidup juga bergantung pada waktu paparan. Suatu
dosis yang diterima pada sekali paparan akan lebih berbahaya daripada bila dosis
yang sama diterima pada waktu yang lebih lama
A. Sifat radiasi
Panjang gelombang radiasi menjadi perhatian utama dalam fisiologi
lingkungan tanaman terletak antara 300 nm dan 100 µm mencakup ultraviolet (300
nm – 400 nm), radiasi photosynthesis aktif (PAR) pada kisaran 400 nm – 700 nm
dan infra merah / infra red (IR) pada kisaran 700 nm – 3000 nm. Dalam keadaan
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 6
udara bersih energi PAR matahari mendekati 50% dari energi total spektrum
matahari (besaran itu merupakan rata-rata radiasi langsung sebesar 40 – 50% dan
radiasi difus dari langit biru 50 – 60%. Jumlah energi radiasi (J) yang
dikeluarkan, dikirimkan atau diterima oleh permukaan per unit disebut fluks
radiasi.
Radiasi memiliki dua sifat yakni panjang gelombang dan partikel (energi
yang ditransfer sebagai unit diskrit disebut kuanta atau foton). Energi (E) dari foton
adalah berkaitan dengan panjang gelombang (λ) atau frekuensi osilasi (v). Osilasi
merupakan suatu perjalanan gelombang yg dicirikan dengan panjang gelombang
E = hc/ λ = hv
di mana h adalah konstanta Planck c (= 6,63 x 10-34
Js) dan c adalah kecepatan
cahaya (= 3 x 108 /m). Alternatif perhitungan frekuensi yang umum digunakan
adalah bilangan gelombang (= λ-1
dalam cm-1
).
Menggunakan persamaan diatas dapat dihitung bahwa foton cahaya merah
(misalnya dengan λ = 650 nm) akan memiliki energi, E = 3,06 x 10-19
J (yaitu, 6.63
x 10-34
x 3 x 108 / (6,5 x 10
-7), sedangkan untuk foton cahaya biru (λ=450 nm) E =
4.42 x 10-19
J, yaitu 44% lebih besar dari panjang gelombang.
Banyak senyawa dalam tanaman mengabsorbsi radiasi matahari pada
panjang gelombang tertentu, tetapi hanya sebagian kecil yang ikut dalam proses
transformasi fotokimia dan menghasilkan respons biologis tertentu. Misalnya ;
- Air mempunyai daya absorbsi yang tinggi pada panjang gelombang dalam
spektrurn infra merah. Sedangkan energi yang diabsorbsi pada panjang
gelombang tersebut digunakan dalam proses fotokimia dan harus dikeluarkan
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 7
dalam bentuk radiasi kembali (reradiasi) melalui proses konveksi udara atau
transpirasi air.
- Spektrum ultra violet sangat kuat diabsorbsi oleh asam nukleat dan protein
biarpun sebagian besar telah berkurang karena diabsorbsi oleh ozon di
atmosfer.
- Cahaya biru muda dapat menyebabkan asam nukleat yang telah dinonaktifkan
oleh ultra violet yang mengenainya menjadi fotoreaktif.
- Absorbsi yang sangat kuat dalam spektrurn PAR berlangsung pada gelombang
warna merah dan biru, sedangkan warna hijau absorbsinya rendah
- Karoten mengabsorbsi kuat pada daerah biru meskipun kemudian sejumlah
energi yang diabsorbsi oleh karoten ditransfer ke khlorofil melalui proses
resonansi induktif.
Fluks radiant bersih melalui satuan luas lingkaran permukaan adalah
densitas fluks (Φe, Wm-2
). Komponen dari insiden fluks pada permukaan disebut
Irradiant (Ie, Wm-2
) sedangkan yang dipancarkan oleh suatu permukaan disebut
daya pancar (atau cahaya excitance) (w Wm-2
). Subskrip “e” akan digunakan saat
perlu untuk membedakan sebuah fluks energi dari fluks foton, yang diidentifikasi
oleh 'p' subskrip, misalnya kepadatan fluks foton (Φp), memiliki unit mol m-2
s-1
..
B. Radiasi benda hitam
Setiap benda secara kontinu memancarkan radiasi panas dalam bentuk
gelombang elektromagnetik. Bahkan sebuah kubus es pun memancarkan radiasi
panas, sebagian kecil dari radiasi panas ini ada dalam daerah cahaya tampak.
Walaupun demikian kubus es ini tak dapat dilihat dalam ruang gelap. Serupa
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 8
dengan kubus es, badan manusia pun memancarkan radiasi panas dalam
daerah cahaya tampak, tetapi intensitasnya tidak cukup kuat untuk dapat
dilihat dalam ruang gelap.
Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi umunya benda terlihat oleh
kita karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena
ia memacarkan radiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika
suhunya melebihi 1000 K. Pada suhu ini benda mulai berpijar merah sepeti
kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu diatas 2000 K benda
berpijar kuning atau keputih-putihan, seperti besi berpijar putihatau pijar putih
dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas
relatif dari spectrum cahaya yang dipancarkannya berubah. Ini menyebabkan
pergeseran dalam warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan
untuk menaksir suhu suatu benda yang universal, benda ini disebut benda hitam
(black body).
Benda hitam adalah bahan ideal yang merupakan penyerap sempurna atau
memancarkan radiasi di semua panjang gelombang (tidak ada radiasi yang
dipantulkan keluar dari benda hitam). Dari pengamatan diperoleh bahwa semua
benda hitam pada suhu yang sama memancarkan radiasi dengan spektrum yang
sama.
Karena transisi energi yang terlibat dalam emisi dan penyerapan radiasi
adalah sama (tapi dalam arah yang berlawanan), maka mengikuti spektrum absorpsi
yang sesuai untuk spektrum emisi dan bahwa penyerap yang baik pada panjang
gelombang tertentu juga akan menjadi pemancar baik pada panjang gelombang
tersebut. Kemampuan mengabsorpsi (absorptance) (α) dari suatu material
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 9
didefenisikan sebagai fraksi dari radiasi insidentil pada panjang gelombang
tertentu, atau lebih dari panjang gelombang (band) tertentu, yang diserap oleh
material. Interval panjang gelombang atau panjang gelombang yang sesuai
biasanya diindikasikan sebagai subscript.
Emisivitas / kemampuan memancarkan (Ɛ) pada panjang gelombang
tertentu didefinisikan sebagai nisbah daya pancar suatu permukaan pada panjang
gelombang dan suhu tertentu, terhadap daya pancar benda hitam pada suhu dan
gelombang yang sama. Kemampuan maksimum untuk memancarkan disebut
radiasi benda hitam. Tabel di bawah ini memperlihatkan nilai Ɛ untuk beberapa
benda di bumi pada kesetimbangan thermal, maka serapan dan pancaran semua
benda adalah sama.
Tabel1 . Koefisien emisivitas (Ɛ) dari beberapa benda (Lee, 1978)
Permukaan Keterangan Koefisien Ɛ
Air : Cairan
Padat
Tanah : Pasir
Gambut
Batuan
Vegetasi : Rumput
Daun
Permukaan
Rata-rata
Pada titik beku
Kering
Basah
Kering
Basah
Sandstone
Bekas arang batu
Limestone
Umumnya
Pekarangan
Jagung, kacang
Kapas, tembakau
Kaktus
Tebu
0.99
0.95
0,97
0,95
0,98
0.97
0.98
0.98
0.98
0.92
0.98
0.97
0.94
0.96
0.98
0.99
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 10
Hutan
Rambut/bulu :
Kulit manusia :
Disidius
Konifer
Tikus
Srigala
-
0.95
0.97
0.98
0.99
0,97
Distribusi energi untuk pancaran dari benda hitam yang sebenarnya (Ɛ = 1
pada semua panjang gelombang) diberikan oleh hukum Distribusi Plank. Contoh
distribusi spektral yang diberikan oleh hukum ini bagi benda hitam pada 6000oK
(kurang lebih setara dengan matahari) dan 300oK (kurang lebih setara dengan
bumi).
Gambar 5. Spektrum dari emisi radiasi benda hitam pada berbagai suhu permukaan
Puncak panjang gelombang untuk benda hitam pada 6000 K (dekat dengan
suhu permukaan matahari) berada dalam daerah tampak dari spektrum 483 nm,
sementara puncak panjang gelombang untuk radiasi pada suhu daratan 300 K adalah
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 11
9,65 µm (baik untuk IR). Ada pengabaian tumpang tindih antara spektrum matahari
dan radiasi termal yang dipancarkan oleh benda-benda pada suhu normal daratan.
Akan lebih mudah, karena itu untuk membedakan antara radiasi gelombang pendek
yang jatuh antara 0,3 dan 3 µm terutama radiasi yang berasal dari matahari, dan
radiasi gelombang panjang (kadang-kadang disebut radiasi terestrial atau termal)
antara 3 dan 100 µm yang dipancarkan oleh benda-benda di suhu normal terestrial
Selain dipancarkan atau diserap oleh benda, radiasi akan direfleksikan atau
transmisikan. Kemampuan merefleksi (atau reflektansi) (p) dapat didefinisikan
sebagai fraksi dari peristiwa radiasi pada panjang gelombang tertentu yang te-
refleksi. Demikian pula kemampuan mentransmisi (atau transmitance) (t) adalah
fungsi dari radiasi insiden yang ditularkan oleh obyek. jumlah x + p + t pada setiap
panjang gelombang sama dengan 1. Penyerapan istilah koefisien (xs), koefisien
refleksi (ps) dan koefisien transmisi (t) akan digunakan untuk menggambarkan daya
serap, refleksi, dan transmisi radiasi matahari: dicatat bahwa nilai-nilai ini
tergantung pada distribusi spektrum peristiwa radiasi.
Hal ini diperlukan untuk membedakan antara radiasi yang dipancarkan oleh
benda dan yang tercermin. Salju, misalnya putih karena mencerminkan panjang
gelombang terlihat, antara 3 dan 100 µm (daerah gelombang panjang) hal itu
berlaku pada hampir seperti benda hitam yang menjadi penyerap yang baik dan
radiator. Bahkan sebagian besar benda-benda alam (tanaman, tanah, air) memiliki
emisivitas mendekati salah satu bagian spektrum gelombang panjang. Warna daun
menjadi hijau karena dominasi mencerminkan cahaya hijau.
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 12
C. Hukum radiasi
Semua hukum radiasi dibuat oleh ahli fisika di dasarkan atas satu konsep
benda hitam. Benda hitam (black body) atau yang lebih modern disebut full radiator
didefenesikan sebagai benda yang mengadsorbi semua radiasi elektromagnetik yang
mengenainya. Ini berarti benda tersebut tidak harus hitam warnanya.
1. Hukum Stefan Boltzmann
Jumlah energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu
dengan bahan sangat tergantung pada suhu, dirumuskan
Φe = ƐơT4
dimana (ơ) tetapan Stefan boltmann (= 5,67 x 10-8
Wm-2
K-4
) dan T adalah suhu
Kelvin. Untuk benda hitam Ɛ 1 =, tapi jika Ɛ ≠ 1 nilai eksponen mungkin tidak
persis 4. Dari rumus diatas dapat kita lihat bahwa semakin besar suhu semakin besar
pula radiasi yang dikeluarkan.
2. Hukum wien
Panjang gelombang dari energi yang maksimum (λm) berbanding terbalik
dengan suhu absolut
λm = α/T
λm = panjang gelombang dari intensitas radiasi maksimum
α = 0,288 cm oK
Panjang gelombang dari energy maksimum untuk radiasi surya dan radiasi
bumi adalah berturut-turut 0,47 dan 10 µ. Akibat dari perbeadaan yang besar dalam
hal suhu antara matahari dan bumi, radiasi spectrum dari matahari dan bumi tidak
berimpit. Oleh sebab itu 90% dari energy surya terletak antara panjang gelombang
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 13
0,15 µ dan 4 µ (merupakan panjang gelombang yang terlihat), 99% dari radiasi
bumi terletak antara 4 µ dan 120 µ (dalam infra merah).
D. Distribusi Spektral dan Unit Radiasi
Ada beberapa kemungkinan cara mengekspresikan radiasi. Hal itu
tergantung pada respon spektral detektor, masing-masing nilai tertentu untuk tujuan
yang berbeda. Misalnya, ketika pertukaran energi total konsen pada studi
keseimbangan energi, pengukuran energi total (dibuat dengan detektor yang sama
sensitifnya terhadap semua panjang gelombang) adalah paling relevan dengan Qe,
Φe atau Ie yang dijumlahkan lebih dari semua panjang gelombang.
Pada beberapa kasus, seperti fotosintesis atau morfogenesis hanya rentang
panjang gelombang terbatas yang efektif. Jadi biasanya untuk membatasi
pengukuran panjang gelombang yang sesuai. Pada fotosintesis, photosynthetically
active radiation (PAR) biasanya didefinisikan sebagai panjang gelombang antara
400 dan 700 nm.
Kebanyakan proses, termasuk fotosintesis, tidak sama responsif nya atas
seluruh kesesuaian panjang gelombang. Spektrum penyerapan beberapa pigmen
tanaman penting dalam fotosintesis dan morfogenesis, bersama dengan spektrum
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 14
tindakan yang menggambarkan efektivitas relatif panjang gelombang berbeda untuk
fotosintesis dan kepekaan spektral mata manusia. Sebuah detektor ideal akan
memiliki kepekaan spektral yang sama dengan proses yang sedang di
pertimbangkan. Contoh di mana detektor tersebut digunakan adalah dalam
pengukuran pencahayaan menggunakan unit photometrict. yang didasarkan pada
spectral respon mata manusia. Menggunakan seperti sumber detektor, yang berbeda
dengan distribusi spektral yang sangat berbeda (misalnya sinar matahari atau tabung
neon) akan muncul sama cerah pada pengamatan manusia ketika kepadatan fluks
bercahaya (dalam lux) adalah sama.
Seringkali efek radiasi lebih tergantung pada jumlah foton diserap, dari pada
energinya, dalam kasus ini lebih tepat untuk mengungkapkan radiasi sebagai
kepadatan fluks foton (mol m-2
s-1
). Kepadatan fluks foton dalam PAR yang umum
digunakan dalam studi fotosintesis. Pengaruh spesifik pancaran matahari menurut
Seeman (1979) dapat dikelompokkan sebagai berikut ;
1. Konstruksi bahan organik, fotosintesis, pembentukan vitamin D maupun
antosianin.
2. Transformasi bahan; pigmentasi, pembentukan eritama, dan menimbulkan
Dalam hal ini langit berwarna biru karena pembauran dari cahaya biru.
Kalau kita lihat persentase radiasi matahari baik yang di absorbsi, direfleksi atau
discattering adalah sebagai berikut :
(1) Radiasi yang hilang di atmosfer diakibatkan oleh :
(a) direfleksi oleh awan besar........................................................... 23%
(b) discattering oleh aerosol dan uap air........................................... 9%
(c) direfleksi oleh permukaan bumi.................................................. 2%
(2) Radiasi yang diterima bumi dan udara di sekitarnya diakibatkan :
(a) absorbsi langsung oleh bumi...................................................... 24%
(b) diradiasikan dari langit............................................................... 23%
(c) diabsorbsi oleh H2O, O2, O3 dan CO2........................................ 19%
G. Pengaruh Awan Terhadap Radiasi yang Datang
Penutupan awan secara total, luas dan cukup tebal merupakan suatu
penghalang yang nyata bagi penembusan radiasi surya yang dating. Banyaknya
radiasi dating yang di pantulkan tergantung dari jumlah tipe dan tebal awan
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 20
penutup, misalnya jumlah radiasi surya yang dipantulkan oleh langit tertutup awan
total dan luas kisarannya 44% - 50% untuk awan cirrostratus, dan dari 55% sampai
80% untuk tipe awan stratocumulus. Pengaruh awan ini juga berlaku sebaliknya
karena penutupan awan menahan banyak panas yang akan keluar dari bumi melalui
radiasi bumi sepanjang siang dan malam. Peranan awan negative ini menunjukkan
bahwa adanya awan mengurangi terjadinya suhu maksimum pada siang hari dan
juga megurangi suhu minimum pada malam hari.
H. Radiasi Baur
Radiasi baur adalah campuran antara cahaya hamburan dan cahaya pantulan.
Cahaya hamburan berasal dari radiasi surya langsung yang di hamburkan oleh
molekul-molekul udara, uap air dan partikel-partikel kecil, sedangkan cahaya
pantulan dihasilkan oleh pantulan radiasi surya langsung oleh partikel padat yang
besar di atmosfer. Radiasi baur inilah yang yang diukur oleh alat pengukur radiasi,
sebab alat ini tidak dapat mengukur masing-masing cahaya secara terpisah.
Intensitas surya baur tergantung dari letaknya lintang, sudut surya, keawanan
dan kekeruhan atmosfer (turbiditas). Apabila keadaan cerah dan sudut dating surya
20o maka perbandingan radiasi surya rangsung dan baur kira-kira 6 : 1 sedangkan
apabila sudut dating surya 70o maka perbandingan turun menjadi 2 : 1.
I. A l b e d o
Suatu pengendali yang penting dari pengaruh radiasi surya adalah albedo.
Sebagian besar dari radiasi surya yang dating dipantulkan kembali ke atmosfer
dengan tidak memanaskan sedikitpun permukaan bumi.
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 21
Radiasi pantul oleh suatu permukaan ( % )
Albedo = Radiasi datang atas suatu permukaan
Albedo tergantung dari macam bahan pembentuk permukaan, bentuk renik
permukaan, warna permukaan, kandungan air permukaan, sudut datang surya dan
lengas permukaan. Albedo pelbagai permukaan disajikan dalam tabel 2 di bawah ini
Tabel 2. Albeda dari beberapa permukaan,
Permukaan Keterangan % Albedo
Awan
Air Danau
Salju
Tanah
Vegetasi
Hewan
Menutup setebal 100 m
200 m
500 m
Matahari tinggi, berombak
Licin
Baru
Lama, kotor
Glatsier
Pasir putih, kering
Basah
Pasir kelabu basah, kering
Organik gelap
Liat
Berpasir
Rumput mati kering/basah
Steppe kering
Tundra
Serealea, tembakau
Kapas, kentang, tomat
Tebu, rain forest
Eucalyptus
Sapi, gelap/terang
Tikus kebun
Merpati
40
50
70
10
5
65 – 85
45
25 – 35
35
25
10 – 20
10
20
30
30/20
25
15
25
20
15
20
10/50
15
35
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 22
Pada umumnya, pertanaman memiliki albedo yang lebih tinggi dari hutan
tanaman berdaun lebar memantulkan lebih banyak dari yang berdaun sempit, dan
pemantulan bertambah dengan makin rapat penutupan tanah oleh tajuk. Tumbuhan
tahan kering bias memiliki daya pantul besar untuk konversi air. Walaupun tertutup
tanaman, kadar lengar bisa tercermin oleh daya pantul tanaman penutupnya
(Baharsjah dkk, 1983). Perbedaan cukup besar terjadi terutama selama 8 minggu
pertama dengan penutupan ubi kayu, jagung dan kedelai.
Ditinjau dari sabuk gelombang, maka ultraviolet memantul lemah. Untuk
batu-batuan ± 23%. Untuk tanah kebun 6%, pasir 17%, sedangkan dan memantul
10% dari sabuk ultraviolet. Perkecualian adalah salju yang untuk sabuk ini
mendekati benda putih (<80%).
Juga untuk sabuk cahaya, saljuu memantul kuat (80 – 85%). Walaupun
secara umum, bentuk tanggapan oleh pelbagai daun adalah serupa, tetapi seperti
terlihat untuk tanaman kol, ada yang memiliki tanggapan spectral yang berbeda.
Kekhasan seperti ini perlu di pelajari lebih banyak untuk nanti dimanfaatkan,
misalnya untuk system bercocok tanam ganda.
Kebanyakan permukaan mendekati pancaran benda hitam pada sabuk
gelombang infra merah. Pemantulan tertinggi pada sabuk ini terjadi pada permukaan
kertas alumunium dan cat alumunium diikuti cat hitam pada alumunium. Walau
demikian, pemantulan infra merah dekat (NIR) cukup tinggi.
J. Penyebaran Radiasi Surya dalam Sistem Atmosfer Bumi.
Radiasi surya yang terhalang sampai ke bumi akan diserap dan dipergunakan
sebagai energy dalam proses penggerak atau dikembalikan ke ruang angkasa secara
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 23
pancaran atau pantulan. Radiasi gelombang pendek dapat ditulis dalam bentuk
persamaan :
Pernyataan ini menyatakan bahwa radiasi surya yang jatuh di permukaan
horizontal pada puncak atmosfer yaitu nilai angot QA dapat dipantulkan dan
dipancarkan kembali ke ruang angkasa oleh awan (Cr) oleh molekul-molekul udara
kering debu dan uap air (Ar) atau oleh permukaan bumi (Q + q) α dimana Q adalah
radiasi langsung dan q radiasi surya baur yang jatuh di atas bidang horizontal di atas
tanah dan α adalah albedo. Radiasi surya ini juga dapat di absorbs oleh awan (Ca)
adalah molekul-molekul udara kering, debu dan uap air (Aa) atau permukaan bumi
(Q + q) (1-α)
QA = Cr + Ar + Ca + Aa + (Q + q) (1-α) + (Q + q) α
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 24
K. Radiasi dan Lama Penyinaran
Kebanyakan stasiun meteorology hanya mencatat data lama penyinaran
matahari. Sebenarnya terdapat hubungan antara radiasi dan lama penyinaran surya
seperti yang dikemukakan oleh angstrom (1924) sebagai berikut ;
QS/QA = a + b n/N
QS = jumlah radiasi surya yang benar-benar di terima
QA = nilai angot atau jumlah radiasi secara teoritis
n = lama penyinaran surya yang di ukur bumi
N = lama penyinaran surya maksimum yang mungkin yang terdapat di
atmosfer
a & b = adalah tetapan
Analisa yang dilakukan oleh Black, Banython dan Prescott (1945) tentang
nilai radiasi bulanan dan lama penyinaran surya dari 32 stasiun, mulai dari daerah
tropis sampai daerah kutub, menyimpulkan bahwa pada semua persamaan regresi
yang dihasilkan didapatkan nilai a = 0,23 dan b = 0,48. Dicatat b adalah tetap, tetapi
a berubah agak besar. Kemudian Glover dan Mc Cullok (1958) menjelaskan bahwa
tetapan a dalam persamaan Angstrom tergantung dari massa udara optic, karena itu
penting diperhatikan lintang dari suatu tempat. Dari tujuh stasiun dengan kisaran
lintang antara 00 sampai 60
0 di dapat bahwa b = 0,52 dan a = 0,29 cos α. Dimana α
adalah lintang suatu daerah. Perbedaan kekeruhan atmosfer pada persamaan
angstrom diabaikan, tetapi dianjurkan untuk menentukan tetapan-tetapan itu dari
data setempat bila mungkin. Untuk Indonesia, Black mendapatkan nilai a = 0,29 dan
b = 0,59.
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 25
Untuk daerah-daerah dimana tidak ada pencatatan data lama penyinaran
surya, radiasi surya dapat ditaksir dari keawanan. Black (1956) telah menganalisa
data dari 150 stasiun, kemudian di dapatkan persamaan :
c = keawanan rata-rata bulanan dalam per sepuluh
Hubungan antara radiasi dan keawanan tidak linier sebab pada hari tertutup
awan c = 1.0, awan rata-rata kelihatan relative lebih rapat dari pada hari dengan
nilai c pertengahan. Taksiran ini hanya merupakan pendekatan saja, selama tidak
ada keterangan tentang tipe awan ataupun waktu terjadinya.
II. RADIASI BUMI
Karena adanya radiasi matahari maka bumi menjadi benda yang ber-radiasi
pula. Kira-kira 47% dari gelombang pendek energy surya yang diserap bumi pada
permukaan daratan maupun lautan, yang kemudian dirubah ke dalam panas atau
digunakan untuk evapotranspirasi. Spektrum dari radiasi bumi merupakan energi
gelombang panjang, sifat gelombang panjang ini adalah tidak bisa dilihat oleh mata
telanjang. Radiasi yang dipantulkan bumi itu “Terrestrial radiation” ( radiasi yang
berkaitan dengan bumi).
Menurut hasil penyelidikan kurang lebih 80% - 90% dari radiasi bumi
diabsorbsi oleh atmosfer. Di antara gas-gas yang ada di atmosfer, pengabsorbsi
radiasi bumi yang utama adalah CO2, dan uap air. Hilangnya dari bumi maksimal
dicapai pada waktu langit cerah. Selama siang hari sampai pukul ± 15.00 lebih
QS/QA = 0,803 – 0,340 c – 0,458 c2
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 26
banyak energi yang diterima matahari daripada yang diradiasikan bumi. Pada
malam hari energi bumi yang hilang terus menerus melalui radiasi bumi yang
mengakibatkan pendinginan dari permukaan dan penurunan temperatur.
2.1 Radiasi Pada Saat Langit Cerah
Keadaan radiasi dengan adanya penutup awan sangat berbeda-beda dengan
keadaan langit yang cerah. Radiasi yang dipancarkan bumi akan mencapai awan dan
oleh awan akan diabsorbsi serta selanjutnya dipantulkan lagi ke bumi, sehingga
mengakibatkan temperatutr awan dan bumi menjadi lebar. Lapisan awan yang
terdiri dari butir-butir air menyerap dan meradiasikan semua panjang gelombang .
Pada awan bagian dasar, semua radiasi bumi diserap dengan sempurna. Akibat dari
serapan total ini, pengaruh penutupan awan agak banyak menghalangi pendinginan
bumi pada malam hari.
Apabila langit tertutup awan rendah di malam hari, maka panas yang hilang
dari bumi kira-kira 1/7 dari kehilangan panas pada langit cerah. Makin tinggi awan,
makin kurang efektif menahan kehlangan panas dari tanah. Jadi, kehilangan panas
netto di bawah cirrostratus pada ketinggian 6 Km adalah kira-kira 80% daripada
langit cerah, sedangkan kehilangn 14% di bawah awan nimbus dan stratus pada
ketinggian 1,5 km. Sebaliknya penutupan awan pada siang hari memantulkan
banyak radiasi surya yang di terima dan mengirimkan kembali ke ruang angkasa,
sehingga menghalangi pemanasan permukaan bumi dan juga mengurangi
penyimpanan energy di bumi. Penutupan awan mengakibatkan malam hari menjadi
agak panas dan siang menjadi agak dingin, sehingga pengaruh neto pada suhu rata-
rata untuk 24 jam mempunyai kisaran yang kecil. Sedangkan langit yang cerah akan
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 27
menaikkan suhu siang hari menjadi tinggi dan suhu malam rendah dengan kisaran
harian yang besar. Awan menyebabkan perubahan suhu yang besar tetapi dengan
kisaran yang kecil.
Akibat daripada sifat awan yang dapat mengabsorbsi dan meradiasikan
semua gelombang maka pengaruh penutup awan dapat menghalangi pendinginan
bumi pada malam hari, terutama pada musim kemarau. Keadaan/sifat awan ini oleh
manusia diterapkan bangunan rumah kaca (Green House) dimana kaca disamakan
dengan awan. Yang dimaksud dengan kaca ini adalah untuk menjaga fluktuasi
temperatur dalam ruangan yang tidak terlalu besar.
Bila terjadi pendinginan pada permukaan bumi sangat besar maka akan
terjadi peristiwa Frost (penimbunan/pembekuan). Peristiwa ini biasanya terjadi pada
malam hari dan musim kemarau di mana langit sangat cerah. Di Indonesia frost
banyak terjadi di dataran tinggi seperti pangalengan, pegunungan Ijen. Pada
tanaman dsan hewan tentunya frost ini banyak pengaruhnya, pada tanaman misalnya
dapat mengakibatkan pecahnya sel-sel daun terutama pada daun-daunan yang masih
muda dikarenakan cairan sel membeku. Daun-daunan ini akan kering, selanjutnya
mati yang tampaknya seperti terbakar, penduduk di daerah frost menyebutnya
sebagai akibat “embun api”.
Selain di dataran tinggi, tak jarang pada lembah-lembah juga terkena frost,
karena BD udara dingin yang besar akan mengalir ke daerah yang lebih rendah.
Untuk mencegah frost ini biasanya dilakukan :
(1) Penanaman pohon-pohonan dimaksudkan untuk mencegah angin yang lewat,
di mana angin ini dapat mempercepat radiasi bumi, yang dikenal dengan
“Wind barrier”
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 28
(2) Drainase dari udara dingin, yaitu dengan membuat selokan-selokan buntu,
dengan demikian diharapkan tidak mempengaruhi tanaman.
(3) Dengan pemanasan, di kebun dengan jarak-jarak tertentu diletakkan heater.
2.2 Intensitas Cahaya Jenuh dan Efisiensi Pengaruh Cahaya
Pada umumnya kecepatan fotosintesis semakin tinggi seiring dengan
meningkatnya intensitas cahaya. Hubungan ini bersifat hamper linier dengan kisaran
yang kecil. Pada nilai-nilai intensitas cahaya tertentu, kecepatan fotosintesis tidak
dipengaruhi oleh intensitas cahaya karena daun telah jenuh dengan cahaya. Bouning
dan Burnside (1956) mengklasifikasikan tanaman dalam dua kelompok menurut
kejenuhannya terhadap cahaya, yaitu jenis yang senang dengan sinar surya dan jenis
yang senang ternaungi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa jenis yang senang
surya adalah tanaman-tanaman lapang yang dicapai kejenuhan cahaya kira-kira
2500 f.c (foot candle) sedangkan jenis yang suka terlindungi dalam bayangan
kejenuhan cahaya kira-kira 1000 fc. Hasil pengamatan ini lebih rendah dibanding
pengamatan lain, tetapi taksiran tertinggi hanya berkisar kira-kira setengah dari
intensitas cahaya cerah pada tengah hari. Jadi, daun-daun yang tak terlindungi,
biasanya jenuh cahaya kira-kira dari pukul 10 pagi sampai pukul 16.00 sore.
Untuk beberapa tanaman, kecepatan fotosintesis bahkan dapat sedikit
menurun bila intensitas cahaya bertambah diantara titik-titik jenuh. Nutman (1937)
mengukur kecepatan fotosintesis daun kopi di lapang, ternyata nilai-nilai kecepatan
fotosintesis menurun pada keadaan intensitas cahaya matahari yang tinggi pada
tengah hari disebabkan menutupnya stomata. Jumlah assimilasi harian daun di
kebun kopi yang terlindung lebih besar daripada yang terkena sinar surya langsung.
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 29
2.3. Perbandingan Antara daerah Dalam Penggunaan Radiasi Surya Oleh
Tanaman di Lapangan.
Sering terdapat salah pengertian bahwa daerah tropis dianggap sebagai
daerah yang potensial untuk pertanian dan hasil yang rendah adalah akibat dari
kegagalan budidaya. Padahal mungkin hal ini disebabkan oleh suhu yang tinggi
pada malam hari sehingga mempercepat respirasi. Di daerah tropis yang basah,
radiasi surya pada umumnya lebih rendah daripada daerah beriklim sedang di
musim semi. Best (1962) menghitung bahwa selama tujuh bulan musim semi radiasi
surya rata-rata di daerah beriklim sedang kira-kira 1,5 kali daripada daerah tropis.
Hasil panen mungkin akan berbeda jumlahnya, misalnya hasil panen padi di daerah
equator rata-rata 1,5 – 1,8 ton/ha sedang hasil panen di spanyol dan Italia 4 sampai
dengan 5 kali lipat lebih tinggi. Hasil panen di kebun-kebun percobaan di daerah
equator 5 ton/ha sedangkan di bologna, Italia mencapai 12,5 ton/ha.
Produksi tanaman sepanjang tahun biasanya lebih tinggi di daerah beriklim
sedang. Tanah-tanah di daerah tropis lebih baik atau tanaman-tanaman dengan
periode vegetative yang lebih panjang yang dapat menggunakan cahaya sampai
suatu batas maksimum, sehingga hasil panen tertinggi pada umumhya dapat di capai
tebu, kelapa, kelapa sawit.
2.4 Radiasi pada komunitas tanaman (sifat radiasi tanaman)
Absorbsi, repleksi, dan transmisi spekturm untuk tipikal daun tanaman di
perlihatkan dalam gambar 2.11. walaupun ini gambaran umum, ini nyata untuk
spesies yang lain, rincian variasi dengan ketebalan, usia, kadar air, dan orientasii
morfologi permukaan.
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 30
Tabel3. Refleksi (ps) dan absorpsi (xs) koefisien untuk daun, vegetasi dan
permukaan lainnya.
ps(%) xs(%)
daun tunggal
Spesies Tanaman 29 -33 40 – 60
Luas daun gugur (matahari rendah) 26 – 32 34 – 44
Luas daun gugur (matahari tinggi) 20 – 26 48 – 56
Artemisia sp
Verbascum
Conifers
Tipe nilai artian total gelombang pendek ps ~ 30 xs ~ 50
Tipe nilai artian PAR pPAR ~ 9 xPAR ~ 85
Vegetasi
Rumput 24
Tanaman 15 – 26
Hutan 12 – 18
Tipe nilai artian total gelombang pendek ps ~ 20
Tipe nilai artian PAR pPAR ~ 5
Permukaan lain
Salju 75 – 95
Tanah basah 9 ± 4
Tanah kering 19 ± 6
Air 5 - > 20
Fitur utama dari spektrum ini adalah absorptance tinggi di sebagian besar
kecuali hijau (warna hijau daun), dan absorptance rendah dekat IR . Daun adalah
penyerap yang baik IR jauh, lalu ia berprilaku seperti benda hitam pada gelombang
panjang.
Table 3 menghadirkan beberapa tipe nilai koefisien absorsi dan refleksi pada
daun, vegetasi dan permukaan alam lainnya. Hasil ini menunjukkan bahwa
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 31
koefisien refleksi matahari untuk daun spesies tanaman subtropis biasanya dekat
dengan 0,30 dengan relatif sedikit variasi antara spesies.
Reflektansi dapat lebih tinggi untuk daun dibawah umur putih, daun berlilin atau
untuk daun dengan kadar air rendah. Tidak hanya kehadiran rambut daun cenderung
meningkatkan reflektansi permukaan, tapi ada bukti bahwa rambut pada permukaan
bawah daun dapat meningkatkan refleksi dari permukaan atas. Pantulan di PAR
cenderung agak kurang daripada di total gelombang pendek
Sebagaimana ditunjukkan dalam tabel 3 absorptance surya untuk banyak
daun adalah sekitar 0,5 meskipun ini cukup bervariasi, mencapai setinggi 0,88 untuk
jarum konifer. yang absorptance dalam PAR ini agak lebih tinggi, rata-rata sekitar
0,85.Absorptance sangat tergantung pada kadar air dan pubertas, sebagian besar
sebagai hasil dari pengaruhnya terhadap refleksi. Pengaruh rambut daun pada xPAR
dalam spesies Encelia terkait erat diilustrasikan pada Gambar. 2.13 mana gurun
sangat pubescent spesies E.farinosa memiliki reflektansi yang di PAR 50, lebih
besar dari spesies pesisir gundul E. californica. Daun tebal adalah faktor lain yang
menentukan absorptance, karena daun tebal (misalnya spesies sukulen) memiliki
transmisi sangat rendah.
Reflektansi pada tajuk tanaman cenderung lebih rendah dari meninggalkan
satu komponen. Efek ini terutama ditandai untuk tanaman tinggi seperti hutan,
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 32
sedangkan ps untuk beberapa insidens kanopi pendekatan bahwa individu daun
pendek. Seperti dengan permukaan lain, refleksi koefisien tanaman tergantung pada
ketinggian matahari, meningkat dengan faktor sekitar dua sebagai elevasi menurun
surya dari 60 'sampai 10' (Ross 1975). Tabel 3 emphasiess refleksi yang berbeda
dan perilaku dalam PAR dan dalam IR-dekat. Meskipun hanya 50% kejadian dari
radiasi gelombang pendek berada di wilayah ini. Oleh karena itu sifat spektral
dalam terlihat mendominasi keseimbangan radiasi daun.
. Ada beberapa complicationsn bahwa perlu untuk mempertimbangkan
radiasi umumnya terjadi bila pemodelan dalam kanopi tanaman. Ada meliputi:
1. Distribusi spektral.
Karena daun relatif transparan dalam IR, radiasi gelombang pendek jauh di
dalam kanopi tanaman relatif diperkaya dalam IR-dekat. mengilustrasikan
redaman yang relatif lebih besar PAR dari dekat-IR dalam tanaman gandum.
Sebagai contoh khusus ini, k untuk PAR lebih dari dua kali lipat untuk dekat-IR.
The propile pemadaman untuk radiasi gelombang pendek total antara orang-
orang untuk PAR IR suatu, menjadi sangat dekat dengan profil diamati untuk
radiasi bersih (karena radiasi bersih propile didominasi oleh komponen
gelombang pendek).
2. Heliotropism.
Model penetrasi radiasi yang lebih rumit dalam banyak spesies, khususnya di
kalangan Leguminoseae tersebut. Bahwa gerakan menunjukkan heliotropic daun
dengan pelacakan leaveas matahari di siang hari (lihat misalnya Ehleringer &
Forseth 1980).
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 33
III. Radiasi Dalam Tajuk
Radiasi yang diabsorbsi dalam tajuk tanaman dapat ditaksir dari selisih
radiasi yang sampaipada permukaan atas tajuk tanaman dengan radiasi yang lolos
pada permukaan tanah dibawah tajuk. Apabila suatu tajuk tanaman dibagi kepada
beberapa lapisan, tingkat radiasi yang ditransmisi dari setiap lapisan tergantung
pada tingkat radiasi yang datang pada lapisan tersebut dan tingkat pemadaman
lapisan tersebut seperti ditunjukkan persamaan berikut:
ȣI/ȣL = -kl
di mana I = radiasi yang lolos dari suatu penampang horizontal, I0 = radiasi
yang dating pada pada permukaan tersebut, k = koefisien pemadaman dan L = luas
daun yang sering dinyatakan dalam satuan Indeks Luas Daun (ILD). Harga k dapat
diperoleh secara empiris melalui data pengamatan atau ditaksir dari sudut elevasi
matahari dan sudut daun yang akan dibicarakan kemudian. Salah satu kelemahan
dari persamaan diatas adalah bahwa tingkat absorbsi dari radiasi langsung dan yang
ditransmisi tidak dibedakan, sedang kedua jenis radiasi tersebut berbeda dalam
efisiensi fotosintesis. Suatu analisis yang cukup rinci mengenai kuantitas cahaya
yang diabsorbsi oleh suatu satuan luas daun dilakukan oleh Monteith (1965).
Persamaan yang dikembangkan melibatkan perubahan dari kuantitas dan
kualitas cahaya setelah melewati lapisan tajuk. Dalam analisis tersebut, tajuk dibagi
menjadi lapisan-lapisan daun dengan luas suatu lapisan sama dengan ILD. Cahaya
yang menimpa daun dapat sebagian dipantulkan dan ditransmisikan, dan kuantitas
cahaya yang dipantulkan dan ditransmisi tergantung pada sifat daun yang
dinyatakan dengan koefisien t (tau) untuk transmisi. Sedang cahaya yang jatuh di
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 34
antara celah daun dari suatu lapisan daun akan lolos ke lapisan bawah, dan kuantitas
cahaya ini tergantung pada letak daun yang dinyatakan dengan koefisien "s".
Cahaya yang lolos dari suatu lapisan dapat menimpa permukaan daun pada
lapisan dibawahnya yang sebagian kemudian ditransmisi, dan yang jatuh di antara
celah daun akan terus lolos ke lapisan lebih bawah. Jika cahaya yang datang adalah
diumpamakan sebesar 1, kuantitas cahaya yang lolos dan ditransmisi dari lapisan 0,
1, 2 dan 3, adalah sebagai berikut.
ILD 0 1 2 3
Cahaya lolos 1 s s2 s
3
Transmisi cahaya 0 (1-s)t 2s(1-s)t 3s2(1-s)+ 3s(1-s)2t2
yang dapat dihitung dengan mudah melalui bantuan Gambar 10. Kuantitas cahaya
yang sampai pada permukaan daun dari suatu lapisan ILD tertentu (RAD) dapat
dirumuskan sebagai berikut
I = Io [ s + (1-st ) ]ILD
Pendekatan ini memungkinkan penaksiran luas daun yang menerima radiasi
langsung, yang diistilahkan dengan Luas Daun Terbuka (LDT), daun yang
menerima cahaya yang ditransmisi kemudian diistilahkan dengan Luas Daun
Ternaungi (LDN). Cahaya yang transmisi lebih dari satu kali tidak efektif untuk
proses fotosintesis.
Jumlah Luas Daun (ILD) yang efektif untuk fotosintesis yaitu LDT + LDN
dapat diketahui untuk harga s tertentu. Sebagai contoh, luas daun yang efektif untuk
fotosintesis pada tanaman dengan nilai s = 0,5 dan 0,8 secara berturut-turut adalah
sekitar 3,6 dan 4,7 pada ILD = 5
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 35
Model Cahaya Agroforestri
Cahaya adalah salah satu faktor utama yang mengendalikan ragaan sistem
agroforestri untuk menjalankan fungsinya yaitu fungsi agronomi (berkaitan dengan
produksi atau pendapatan) dan hutan (berkaitan dengan lingkungan). Tanaman sela
setahun atau disebut juga 'tanaman semusim' dapat diusahakan di antara pohon
apabila cahaya cukup tersedia. Tanaman semusim ini tidak akan berproduksi bila
pohon menaungi penuh, walaupun perbaikan kesuburan tanah telah diusahakan
semaksimal mungkin. Aspek ketersediaan cahaya bagi tanaman sela dalam sistem
agroforestri ini mendapat banyak perhatian, namun sayang sepanjang yang
diketahui sampai saat ini masih belum ada persamaan matematis yang tersedia (Van
Noordwijk, 1996; Ong et al., 1996).
Daun dalam ruang tajuk tersebar tidak merata (acak), sehingga cahaya yang
berpenetrasi melalui tajuk dapat sebagian lolos dari celah-celah daun dan sebagian
lagi ditransmisi sebagaimana diuraikan sebelumnya. Transmisi cahaya berbeda di
antara daun sehubungan dengan adanya perkembangan daun (ketebalan daun dan
kandungan pigmen seperti khlorofil).
Masalah lain yang kurang diperhatikan adalah pemadaman untuk PAR
(photosynthetic active radiation) yang berkurang dari lapisan atas ke lapisan bawah
tajuk, yang disebabkan oleh pertambahan lapisan daun atau luas daun sehingga
terjadi penyaringan oleh lapisan lebih atas akan gelombang cahaya aktif untuk
fotosintesis. Analisis intersepsi cahaya pada sistem agroforestri menjadi sangat
kompleks dengan variasi struktur/keragaman bentuk kanopi yang sangat besar
secara horizontal dan vertikal. Ini berkaitan dengan perbedaan dalam atribut
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 36
tanaman yang berkaitan dengan intersepsi cahaya yaitu (i) ukuran, bentuk dan
orientasi daun, (ii) distribusi daun dalam tajuk, (iii) lebar tajuk, dan (iv) tinggi
tanaman yang timbul akibat adanya perbedaan kombinasi spesies tanaman (pohon
dan tanaman semusim), pola pertanaman (jarak tanam), dan waktu tanam. Keadaan
ini dapat diperumit lagi oleh adanya perbedaan dalam perkembangan pertumbuhan
tanaman di antara spesies tanaman, perbedaan dalam alur fotosintesis antara
tanaman tipe C3 dan C4, perubahan posisi matahari dengan waktu dalam satu hari
dan di antara musim.
Sebagai contoh, ada jenis tanaman yang menggugurkan daun pada musim
tertentu seperti pohon jati (Tectona grandis) yang kehilangan hampir seluruh daun
pada musim kemarau, sehingga intersepsi cahaya sangat kecil. Contoh lain, adanya
perbedaan waktu tanam juga akan mempengaruhi jumlah intersepsi cahaya.
Tanaman semusim yang ditanam pada awal musim penghujan bersamaan dengan
awal pembentukan daun, maka pohon akan mengintersepsi cahaya jauh lebih besar
dari pada yang ditanam pada fase berikutnya. Intersepsi cahaya pada sistem
tumpangsari antara tanaman semusim, yang sering digunakan sebagai pendekatan
untuk memahami intersepsi cahaya pada sistem agroforestri (Ong et al., 1996), tidak
dapat digunakan sebagai acuan. Ini didasarkan atas kenyataan bahwa pemadaman
cahaya oleh tanaman semusim sangat berbeda dengan yang terjadi akibat adanya
pohon. Cahaya yang berpenetrasi melalui tajuk pohon tidak hanya akan dipadamkan
oleh daun saja, tapi juga oleh ranting dan dahan dengan sifat pemadaman yang
berbeda dengan daun. Pada sistem tumpangsari "sisipan” (addition intercrops) yaitu
tumpangsari dari satu jenis tanaman, yang ditanam pada populasi optimum dalam
system monokultur, dengan satu atau lebih jenis tanaman lain sehingga populasi
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 37
total tanaman meningkat, maka intersepsi cahaya dapat dianalisis secara parsial
untuk masing-masing lapisan daun dengan persamaan berikut (Ong et al., 1996).
Kompleksitas sistem agroforestri dapat terjadi karena ada berbagai spesies
pohon dengan jarak tanam yang tidak teratur dan fase perkembangan tanaman yang
berbeda, mengakibatkan analisis intersepsi cahaya secara rinci tidak lagi menarik
karena akan sampai pada persamaan yang terlalu banyak dan rumit. Suatu
pendekatan sederhana adalah cahaya yang berpenetrasi melewati tajuk pohon
diasumsikan tidak tersedia (tidak cukup) untuk poses fotosintesis tanaman semusim
yang ditanam di sela-sela pohon atau di antara barisan pohon. Dengan perkataan
lain, cahaya yang tersedia untuk tanaman semusim adalah cahaya yang jatuh
langsung pada tanaman tersebut, sehingga tanaman semusim dianggap sebagai
tanaman monokultur dengan tingkat radiasi lebih rendah akibat adanya naungan
pohon. Untuk pohon yang sudah cukup berkembang, asumsi ini cukup masuk akal
karena pemadaman cahaya oleh tajuk sangat besar khususnya bagian PAR
(photosynthetic active radiation) dengan distribusi daun pada lapisan tajuk pohon
yang sangat banyak. Cahaya yang ditransmisi lebih dari satu kali tidak efektif untuk
proses fotosintesis (Monteith, 1965).
Model sederhana untuk menaksir intersepsi cahaya dengan parameter yang
mudah diamati dapat dikembangkan dengan asumsi di atas. Kuantitas cahaya yang
sampai pada lorong tempat tanaman semusim ditanam ditentukan oleh (i) jarak
tanam pohon (spasi lorong), (ii) tinggi pohon, (iii) lebar tajuk, dan (iv) kepadatan
tajuk. Dengan asumsi diatas, area lorong yang dapat ditanami tanaman semusim
berdasarkan ketersedian cahaya adalah yang terletak di antara dua tajuk (bagian
terluar) suatu pohon dengan yang lainnya. Apabila jarak tanaman pohon adalah Z
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 38
dan lebar tajuk W, maka area yang dapat ditanami tanaman semusim adalah S = Z-
W.
Gambar 6. Ilustrasi dari besar sudut yang dibentuk oleh sinar datang pada bagian lorong (S=Z-W) dalam sistem agroforestri yang dipengaruhi oleh jarak tanam (Z), tinggi (H) dan lebar tajuk (W) pohon (Gambar a). Area yang tersedia untuk tanaman sela adalah di bagian lorong yang terbentuk oleh 2 barisan pohon yaitu S = Z-W (Gambar b), dan cahaya yang tersedia pada setiap lorong sebanding dengan sudut cahayadatang seperti ditunjukkan dalam gambar a.
Cahaya yang tersedia pada setiap titik di dalam lorong (S) ditentukan oleh kuantitas
cahaya datang dan lama dari titik tersebut tertimpa cahaya langsung. Dengan
perubahan posisi radiasi matahari dari mulai matahari terbit (pagi) hingga terbenam
(sore), kuantitas cahaya pada setiap saat sepanjang hari dapat dihubungkan dengan
sinusb Lama dari suatu titik tertimpa cahaya langsung tergantung pada letak titik
tersebut dalam lorong (S ) yang berhubungan dengan pengaruh tinggi pohon (H),
dan tingkat cahaya yang jatuh pada suatu titik semakin rendah semakin dekat titik
tersebut dengan tajuk pohon. Ini sebanding dengan sudut yang dibentuk oleh sinar
datang pada saat awal (antara matahari terbit hingga tengah hari) dengan sinar datang
pada saat akhir (tengah hari hingga matahari terbenam) titik tersebut tertimpa cahaya
langsung. Jika sudut ini dibagi dengan 1800 (sepanjang hari titik tertimpa cahaya
langsung), fraksi radiasi (RF) matahari dalam satu hari akan diperoleh seperti
ditunjukkan persamaan berikut. di mana RF = fraksi radiasi (0RF1; 0 = tertutup
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 39
penuh & 1 = terbuka penuh) p = 22/7 (untuk konversi ke derajat relatif pada
komputer), ATAN = arc tan (tangent), f = fraksi jarak S (0f 1), S = Z-W (jarak
antara tajuk terluar pohon, m), W = lebar tajuk pohon (m) dan H = tinggi pohon (m).
Persamaan diatas menunjukkan RF = 0 atau tanaman semusim tidak dapat ditanam
pada agroforestri dengan tajuk pohon yang menutup penuh permukaan tanah (S=W).
Intersepsi cahaya oleh tanaman semusim kemudian dapat ditaksir dengan
persamaan sebagai fungsi dari indeks luas daun dari tanaman semusim itu sendiri. Jadi
pertumbuhan tanaman semusim, berdasarkan taksiran cahaya yang tersedia dalam
lorong, akan semakin terhambat pada jarak yang semakin mendekati pohon. Ini sesuai
dengan hasil pengamatan dari Fernandes et al. (1993) pada tanaman jagung yang
ditumpangsarikan dengan pohon Inga eduslis Mart yang berumur 12-24 bulan. Rata-rata
harian dari kepadatan fluks radiasi yang jatuh langsung pada tanaman semusim dapat
dihitung dari hasil persamaan diatas yang merupakan rata-rata integrasi dari total fluks
cahaya yang jatuh di dalam lorong. Dengan melibatkan faktor Z, H dan W, rata-rata
fluks cahaya pada sistem agroforestri dapat ditaksir pada jarak tanam pohon, tinggi
pohon dan lebar kanopi yang berbeda.
Pengaruh Pemanasan Global Terhadap Prilaku Radiasi dan Lingkungan Tanaman
DALAM waktu 10 tahun mendatang, perubahan iklim akan mengubah
kondisi hidup tanaman di seluruh dunia, dan perbedaan wilayah akan sangat
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 40
berpengaruh. Daerah basah menjadi penyedia habitat bagi spesies baru, sedangkan
daerah kering dan panas kondisi keragaman tumbuhannya akan semakin memburuk.
Ilmuwan di Universitas Bonn, Gottingen, dan Yale dalam Proceedings of the
Royal Society memublikasikan temuan itu di London.Dr Jan Henning Sommerdari
Universitas Bonn menjelaskan perubahan iklim bisa membawa masalah besar
terhadap pola keanekaragaman hayati tanaman. Akibatnya, ekosistem dan umat
manusia akan ikut menerima dampaknya. Temuan yang semakin mengingatkan
manusia terhadap dampak buruk perubahan iklim itu disimpulkan setelah para
ilmuwan meneliti sejumlah spesies tumbuhan yang ditemukan diberbagai daerah
dalam kondisi iklim saat ini. Selanjutnya mereka menemukan keterkaitan dalam
perubahan iklim yang berbeda untuk 2100.Efekterburuk dari pemanasan global pada
spesies tanaman bisa dirasakan di hutan hujan tropis Amazon di Amerika Selatan,
Jerman, dan daerah subtropis lainnya di seluruh dunia.
Di sisi lain, para ilmuwan mengharapkan kondisi iklim masa depan akan
menyediakan ruang habitat untuk peningkatan jumlah spesies. "Namun, itu hampir
tidak dapat digambarkan sebagai keuntungan bagi spesies tumbuhan," kata Som
mer.Untuk itulah, langkah konkret diperlukan, terutama dari negara-negara industri
untuk mengurangi emisi gas rumah kaca yang masih tinggi. Dalam penelitian
mereka juga terungkap telah terjadi kenaikan suhu global sebesar 1,8 derajat celsius
pada 2000.
Profesor Dr Wilhelm Barthlott, Direktur Institut Nees, juga menuntut
negara-negara industri di seluruh duniaharusmemberikanperhdtian lebih besar paaa
dampak perubahan iklim terhadap keanekaragaman hayati karena hal itu merupakan
dasar keberadaan manusia.Dia dan tim peneliti telah menyelidiki keanekaragaman
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 41
tumbuhan di dunia selama 15 tahun. Hasilnya tidak jauh berbeda. Untuk itu,
Barthlott menyambut fakta yang dinyatakan PBB, yaitu menjadikan 2010 sebagai
Tahun Keanekaragaman Hayati. (sciencedaily//Ds/Ghp/M-l)
- Tugas Mata Kuliah Agroekologi – by : Kasiono 42
DAFTAR PUSTAKA
Ance Gunarsih Kartasapoetra. 2007. Klimatologi ; Pengaruh Iklim Terhadap Tanah
dan Tanaman. Kanisius, Jakarta.
Bayong Tjasyono HK. 2004. Klimatologi Dasar. Institut Tekhnologi Bandung.
Bandung.
Benyamin Lakitan. 1997. Dasar-dasar Klimatologi. Rajawali Press Jakarta.
Blantran de Razari, M. 1987. Mikroklimatologi. Program Pascasarjana Institut
Pertanian Bogor. Bogor.
Hamlyn G. Jones. Plant and Microclimate. A quantitative approach to
environmental plant physiology. Ong CK, Black CR, Marshall FM and Corlett JE, 1996. Principles of resource capture
and utilization of light and water. Dalam: Ong CK and Huxley P (eds.), Tree-Crop Interaction. CAB International, Wallingford & ICRAF, Nairobi, Kenya. pp.73-158
Media Indonesia on line. 2010. Pemanasan Global Ancam Anekaragam Tanaman. Di
unduh pada tangal 10 Desember 2010.
Tim Pengajar Klimatologi. 1985. Diktat Klimatologi Dasar. Fakultas MIPA Institut