GUSTI RUSMAYADI

PS AGROEKOTEKNOLOGI

FAPERTA UNLAM

Pemodelan Produksi

dalam Pertumbuhan dan

Perkembangan Tanaman

ISI MATERI 1. KOSEP MODELING

1. Terminologi 2. Model Diagram

2. ANALISIS ORGAN VEGETATIF 3. SUHU DAN PERKEMBANGAN TANAMAN 4. EFISIENSI PENGGUNAAN RADIASI BERDASARKAN

KARAKTERISTIK DAUN 5. MODEL PRODUKSI BIOMASSA POTENSIAL DAN AKTUAL

TANAMAN 6. MODEL ZONA AGROEKOLOGI 7. DESKRIPSI UNSUR MODEL 8. PROSEDUR PERHITUNGAN 9. PROGRAM KOMPUTER

1. Distribusi Cahaya-Sudut Daun

Daun mendatar < 35o

Daun sedang 35o – 60o

Daun tegak > 60% dari bidang datar

Peredaman cahaya

Daun datar k = 1, daun tegak k = 0,3

Intensitas cahaya pada suatu ketinggian dalam tajuk

Intensitas cahaya di atas tajuk atau komonitas tanaman

Bilangan napier

Koefisien peredaman

ILD kumulatif dari puncak tanaman sampai

ketinggian tertentu di atas tanah

I0

I

Contoh perhitungan untuk ILD dengan penyinaran 95% untuk daun tegak dan

daun horizontal

a) Daun tegak dengan k=0.4,

maka a) Daun horizontal dengan

k=0.8, maka

ln𝑄𝑡

𝑄0= −𝑘 𝐼𝐿𝐷

Pada bibit sawit daun erektopil, >70% dengan sudut >450, koef peredaman cahaya (k) = 0,3

Lanjutan

Sawit dewasa lebih plagiofil dengan k = 0.44,

sehingga ILD opt lebih tinggi

photo by Gusti Rusmayadi, 2009

• Tajuk kakao

lebih plagiofil

dengan k =

0,57 – 0,84,

• rata-rata 0,62,

ILD opt 10

2. Pemangkasan

Tujuan:

membentuk kerangka

tanaman yang baik,

mengatur percabangan dan

daun merata agar distribusi

cahaya di dalam tajuk

merata

Mengurangi percabangan dan daun yang tidak perlu, merangsang

pembentukan cabang dan daun baru yang lebih produktif

Dengan pemangkasan distribusi cahaya merata,

termanfaatkan secara maksimal, tidak banyak daun yang

kekurangan cahaya sehingga hasil meningkat

3. Strategi Memaksimalkan Pemanfaatan Cahaya Matahari

Durasi Luas Daun (DLD) DLD = ILD x waktu

Berkorelasi dengan BKT lebih tinggi dibanding ILD

• Peningkatan DLD Mempercepat tanaman mencapai ILD kritik : pemupukan N

optimal

Menahan laju kerusakan klorofil: sitokinin ?

Menahan laju keguguran daun

4. Strategi Meningkatkan Pemanfaatan

Cahaya: Tanam Teratur - Kerapatan Tanaman

Kerapatan tanaman – jarak tanam optimal dipengaruhi:

1. Ukuran tanaman

2. Kemampuan membentuk anakan

3. Ketahanan terhadap rebah, bila tahan dapat ditanam lebih

rapat

4. Ketahanan terhadap keguguran bunga dan buah muda

5. KONSEP MODELING

1.1. Terminologi

Semi dunia nyata tanaman

penyederhaanaan dunia nyata melalui

pendekatan sistem Gn. KENTAWAN

TUJUAN

1. Menegaskan pengertian dasar dari model sebagai suatu pendekatan dalam studi sistem

2. Mengenal berbagai istilah dalam model dan jenis model yang digunakan untuk studi

sistem pertanian sebagai pengantar dalam studi model

Sistem yaitu studi pengenalan dunia nyata melalui

pemilahan dunia nyata tersebut kepada bagian

bagiannya

Model adalah contoh sederhana dari

sistem dan menyerupai sifat-sifat sistem

yang dipertimbangkan, tetapi tidak sama

dengan sistem

dua sasaran pokok dari modeling

1. mengetahui hubungan sebab-akibat (cause-effect) dalam

suatu sistem, serta untuk menyediakan interpretasi

kualitatif dan kuantitatif yang lebih baik akan sistem

tersebut CITA BERWAWASAN PENELITIAN

2. berorientasi pada masalah yaitu untuk mendapatkan

prediksi yang lebih baik akan tingkah-laku dari sistem

yang digunakan segera dalam perbaikan pengendalian

atau pengelolaan sistem CITA BERWAWASAN

TERAPAN

1.2. Batas Sistem

Batas sistem adalah abstraksi dari batas yang menghimpun unsur dan

proses dari sistem sebagai bagian terpisah lingkungan total.

Unsur dalam sistem dipengaruhi oleh lingkungan, tapi sebaliknya

komponen tidak mempengaruhi lingkungan.

Lingkungan iklim mikro ↔ tanaman.

1.3. Peubah dan Parameter

Peubah keadaan (state variables) kuantitas yang menggambarkan kondisi komponen

Dalam sistem yang nyata:

• berat atau

• abstrak seperti fase perkembangan dan berubah dengan waktu sebagaimana

sistem berinteraksi dengan lingkungan.

• Contoh, kandungan air tanah dan biomassa tanaman adalah peubah keadaan

yang berubah dengan waktu

Parameter karakteristik dari unsur model atau peubah

laju (rate variables) dari persamaan yang digunakan dalam

model dan biasanya bersifat tetap (konstan) selama masa

simulasi.

Contoh parameter dapat membatasi:

• tanggapan fungsi fotosintesis pada cahaya,

• tahanan pada aliran air tanah, atau

• respirasi dalam sintesis biomassa

1.4. Proses

Hubungan timbal-balik diantara komponen dalam suatu sistem,

dan diantara peubah keadaan terjadi sebagai hasil dari berbagai

proses.

Misal:

• peubah keadaan biomasa tanaman berubah sebagai hasil dari

proses fotosintesis dan respirasi, dan

• air tanah berubah sebagai hasil dari hujan dan evapotranspirasi.

1.2. Model Diagram

Simbol Forester yang digunakan dalam diagram alir model

1.2.1. Klasifikasi Sistem Produksi

Klassifikasi sistem produksi tanaman dibuat oleh de Wit (Penning de Vries dan Van Laar, 1982)

1. Produksi Tingkat 1 (air dan unsur hara yang cukup)

a

2. Produksi Tingkat 2 (Laju pertumbuhan tanaman dibatasi oleh ketersediaan air

selama pertumbuhan tanaman atau selama jangka waktu tertentu.

4.3 Produksi Tingkat 3 (Pertumbuhan tanaman dibatasi oleh kekurangan nitrogen (N)

paling sedikit selama masa pertumbuhan tertentu dan oleh kekurangan air atau

keadaan musim yang kurang menguntungkan pada masa pertumbuhan yang lain)

a

4 Produksi Tingkat 4 (Pertumbuhan tanaman dibatasi oleh forfor (P) dan unsur hara

lain dalam tanah paling sedikit selama masa pertumbuhan tertentu

a

Model Zona Agroekologi

Metode Wageningen

Metode Zona Agroekologi

(ZAE) (FAO, 1979)

Metode ini disebut model linier, asumsi; hasil biomassa tanaman linear

dengan evapotranspirasi, dan Hasil maksimum diperoleh pada

evapotranspirasi maksimum.

Hasil maksimum diperhitungkan pada manajemen optimum, yaitu; air dan hara cukup tersedia

sesuai kebutuhan tanaman, dan tidak ada serangan hama

penyakit tanaman.

Penaksiran potensi produksi suatu pertanaman didasarkan atas potensi produksi pertanaman acuan (standar)

Hasil tanaman acuan dikoreksi menurut pertumbuhan dan lingkungannya

Masukan data berupa laju fotosintesis dan respirasi, masa pertumbuhan, ILD, HI, tingkat penyinaran dan temperatur.

Deskripsi Unsur Model

(1) Radiasi Matahari Radiasi aktif fotosintesis (PAR)

Cerah

Mendung

Kuantitas PAR pada lintang dan bulan tertentu

- Hari cerah (Ac)

- Hari mendung (0,2 Ac) (Lampiran A Tabel 1)

Total radiasi gelombang pendek yang mencapai

permukaan bumi ≈ PAR = 0,5 Rg

FRAKSI SIANG HARI MENDUNG, F

(F x 0,2 x Ac) + [(1 – F) x Ac] = 0,5 Rg

F = (Ac – 0,5 Rg)/0,8 Ac (10.1)

Ra, radiasi di permukaan atmosfer bersifat tetap

Rg = Ra (a + b n/N)

a = 0,25 dan b -= 0,45

n/N = fraksi cerah

Haraga Ra dan N Lampiran A Tabel 1 dan 2

(2) Laju Fotosintesis

Peningkatan laju fotosintesis dengan

peningkatan kuantitas PAR (Ac) tidak sama

dengan jenis tanaman berbeda

jenis tanaman dengan respon

• laju fotosintesis kepada peningkatan

kuantitas PAR (Gambar 10.5a)

•Laju fotosintesis daun dengan temperature

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

15

30

45

60

90

I

II

III, IV Pm

Pm

Pm

PI

(mg/dm2/jam)

PAR (Kal /cm2/menit)

PI

(kg/CH2O/jam)

III L

aju

foto

sint

esis

dau

n m

aksi

mum

0

Pm (kg/CH2O/jam)

Temperature siang hari

0

10

20

30

40

50

60

70

5 10 15 20 25 30 35 40⁰C

I

II

IV

Beberapa sifat fotosintesis

tanaman yg mempunyai lintasan

reduksi CO2 berbeda

Contoh tanaman masing-

masing golongan

Sifat tanaman Kelompok tanaman

I II III IV

Lintasan fotosintesis C3 C3 C4 C4

Laju fts pd kejenuhan

cahaya dan temp

optm (mg

CO2/dm2/jam)

20-

30

40-

50

70-

100

70-

100

Laju fts pd kejenuhan

cahaya

(Calcm2/men)

0,2-

0,6

0,3-

0,8

>1 >1

Temperatur optm fts

(⁰C)

15-

20

25-

30

30-

35

20-

30

GOLONGAN TANAMAN

CT

OH

TA

NA

MA

N

I II III IV

Gandum Kedelai Juwawut

&

Sorghum

Kentang Padi Sorghum

&

Jagung

Kc

panjang

Ubi kayu Jagung &

tebu

Ubi jalar

(4) Laju Produksi Biomassa Kotor

Laju produksi biomassa kotor

maksimum, bgm

Bgm = F bo [1 + 0,025 (Pm – 20)]

+ (1 – F) bc [1 + 0.01 (Pm – 20)

untuk ILD > 5 (10.6)

hari, Tsh

– Tmin) x (11 + to)/4 x

to)] sin (3,14(11 – to)/(11 + to)

Cerah, bc

Mendung, bo

(5) Indeks Luas Daun

Harga faktor koreksi ILD, K ILD

KILD = 0,299 ILD0,825 (10.7)

(6) Biomassa Total Bersih

(7) Respirasi

Kuantitas pemeliharaan biomassa, Bm

Rm = k bgm +c BM

k = 28,

c t = c30 (0.004 + 0.0019Tr +

0.001Tr2 (10.12)

c30 = 0.0283 (tanaman legum),

0.0108 non-legum

Produksi biomassa kotor (Bn) pada ILD = 5

Bn = 0.36 bgm/(1/N + 0,25 ct)

Produksi biomassa aktual (Bna) pada ILD sesungguhnya di lapangan

Bn = [0.36 bgm/(1/N + 0,25 ct)] K ILD (10.17)

Produksi bagian yang bernilai ekonomi (Bne) dikoreksi oleh indek panen, kh

Bne = kh Bna (10.18)

Perhitungan model ZAE

Keadaan Lokasi Sifat Tanaman

Tempat : Mojosari, IND Jenis : Padi

Lintang : 7o30' LS Masa Ptb: 120 hari

Bujur : 112o30'BT Gol.: II

Ketinggian: 30 m dpl Waktu TM: 1 Juli

C30: 0.0108

ILDm: 4

Kh: 0.35

Data Iklim

Rg Ac bc bo Tr Tmak Tmin Tsh N

Juli 423 311 386 203 26.8 31.5 20.3 28.8 12.3

Agustus 445 340 407 216 27.1 31.8 20.2 29.2 12.3

September 459 361 423 226 27.6 32.5 21.1 29.7 12.1

Oktober 467 373 433 233 28.4 33.9 21.7 30.6 12.0

Rata-rata 448.5 346.3 412.3 219.5 27.5 32.4 20.8 29.6 12.2

No. Langkah Acuan Perhitungan Hasil

1 Hitung F Pers (10.1) F = (Ac – 0,5 Rg)/0,8 Ac

F = (346.3 - 0.5x448)/0.8x346.3

F= 0.440433 0.44

2 Hitung Tsh Pers (10.3) Tsh = Trata + [(Tmak – Tmin) x (11 + to)/4 x 3,14 x (12 – to)] sin (3,14(11 – to)/(11 + to)

to=12-0.5 N

to=12-0.5x120 5.9125

Tsh= 29.55397 29.6

3 Dapatkan Pm Gbr (10.5) Untuk Tsh =29.6oC dan Gol. II 37.8

4 Hitung Fxbo 0.44x219 96.67509 96.7

5 Hitung (1-F)bc (1-0.44)x413 230.6814 230.7

6 Hitung bgm Pm>20 Pers (10.6) Bgm = F bo [1 + 0,025 (Pm – 20)] + (1 – F) bc [1 + 0.01 (Pm – 20)

411.4382 411.4

7 Hitung Ct Pers (10.12) c t = c30 (0.004 + 0.0019Tr + 0.001Tr2

0.00876 0.009

8 Hitung Bn ILD=5 Pers (10.16) Bn = 0.36 bgm/(1/N + 0,25 ct)

14075.29 14075.3

9 Dapatkan K ILD Pers (10.7) KILD = 0,299 ILD0,825

0.938363 0.94

10 Hitung Bna Pers (10.17) Bna=K ILD x Bn 13207.73 13207.7

11 Hitung Bne Pers (10.18) Bne = kh Bna 4622.705 4622.7

cal/cm2/hari oC

Parameter

Bulan

Tugas

Perhitungan model ZAE

Keadaan Lokasi Sifat Tanaman Kelp I Kelp II Kelp III Kelp IV Kelp V

Tempat : Banjarbaru, IND Jenis : Jagung

Lintang : 3o30' LS Masa Ptb: 90 hari

Bujur : 114o30'BT Gol.: IV

Ketinggian: 12 m dpl Waktu TM: 1 Februari

C30: 0.0108

ILDm: 4

Kh: 0.35

Data Iklim

Parameter

Bulan Rg Ac bc bo Tr Tmak Tmin Tsh N

cal/cm2/hari oC

Februari 390 31.5 20.3 28.8

Maret 408 31.8 20.2 29.2

April 404 32.5 21.1 29.7

Mei 282 33.9 21.7 30.6

Rata-rata 32.4 20.8 29.6

No. Langkah Acuan Perhitungan Hasil

reference

1. CHARLES-EDWARDS D.A, DOLEY D, RIMMINGTON, GM. 1986. Modelling plant growth and development. ACADEMIC PRESS.

2. RUSMAYADI G. 2007. Estimasi efisiensi penggunaan radiasi jarak pagar (Jatropha curcas L.) untuk parameter pemodelan tanaman. AGRITEK. 15:165-169,

3. RUSMAYADI G, HANDOKO, KOESMARYONO Y & GOENADI DH. 2008. Pemodelan tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L.) Berbasis efisiensi penggunaan radiasi surya, ketersediaan air dan nitrogen. JURNAL AGROMET INDONESIA, 22(1):31-48, DAN

4. RUSMAYADI G, HANDOKO, KOESMARYONO Y & GOENADI DH. 2009. Efisiensi penggunaan radiasi surya untuk pemodelan pertumbuhan dan perkembangan tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L.). AGROSCIENTIE. 16:78-89.

5. SITOMPUL S.M & GURITNO BM. 1995. Analisis pertumbuhan tanaman. GADJAH MADA UNIV. PRESS.

(3) Temperatur siang hari, Tsh

Tsh = Trata + [(Tmak – Tmin) x (11 + to)/4 x 3,14 x (12 – to)] sin (3,14(11 – to)/(11 + to)

(10.3)

to = 12 – 0,5 N

(4) Laju Produksi Biomassa Kotor

Cerah, bc

Mendung, bo

Laju produksi biomassa kotor maksimum, bgm

Bgm = F bo [1 + 0,025 (Pm – 20)] + (1 – F) bc [1 + 0.01 (Pm – 20) untuk

ILD > 5 (10.6)

(5) Indeks Luas Daun

Harga faktor koreksi ILD, K ILD

KILD = 0,299 ILD0,825 (10.7)

(6) Biomassa Total Bersih

Produksi biomassa kotor (Bn) pada ILD = 5

Bn = 0.36 bgm/(1/N + 0,25 ct)

Produksi biomassa aktual (Bna) pada ILD sesungguhnya di lapangan

Bn = [0.36 bgm/(1/N + 0,25 ct)] K ILD (10.17)

Produksi bagian yang bernilai ekonomi (Bne) dikoreksi oleh indek panen, kh

Bne = kh Bna (10.18)

Produksi biomassa kotor (Bn) pada ILD = 5

Bn = 0.36 bgm/(1/N + 0,25 ct)

(7) Respirasi

Kuantitas pemeliharaan biomassa, Bm

Rm = k bgm +c BM

k = 28,

c t = c30 (0.004 + 0.0019Tr + 0.001Tr2 (10.12)

c30 = 0.0283 (tanaman legum), 0.0108 non-legum