11

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengaruh Naungan Terhadap Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman

Salah satu bentuk modifikasi iklim mikro pada tanaman yaitu dengan

penggunaan naungan rumah plastik. Rumah plastik atau rumah kaca (greenhouse)

adalah suatu bangunan yang ditutup dengan benda transparan untuk melindungi

tanaman dari pengaruh negatif lingkungan. Akibat penutupan ini akan diatur jenis

spektrum matahari yang dibutuhkan oleh tanaman dengan menggunakan jenis

penutup.

Struktur greenhouse berinteraksi dengan parameter iklim di sekitar

greenhouse dan menciptakan iklim mikro di dalamnya berbeda dengan parameter

iklim di sekitar greenhouse. Hal ini disebut sebagai peristiwa efek rumah kaca

(greenhouse effect). Suhardiyanto (2009) menyebutkan greenhouse effect

disebabkan oleh dua hal, yaitu:

1. Pergerakan udara di dalam greenhouse yang relatif sangat sedikit atau

cenderung stagnan. Karena struktur greenhouse yang tertutup dan laju

pertukaran udara di dalam greenhouse dengan lingkungan luar yang sangat

kecil. Hal ini menyebabkan suhu udara di dalam greenhouse cenderung lebih

tinggi daripada di luar.

2. Radiasi matahari gelombang pendek yang masuk ke dalam greenhouse melalui

atap diubah menjadi radiasi gelombang panjang. Radiasi gelombang panjang

ini tidak dapat keluar dari greenhouse dan terperangkap di dalamnya. Hal ini

menimbulkan greenhouse effect yang menyebabkan meningkatnya suhu udara

di dalam greenhouse.

Radiasi gelombang pendek yang masuk ke dalam greenhouse diubah

menjadi gelombang panjang karena melewati bahan penutup, yaitu atap dan

dinding serta dipantulkan oleh lantai maupun bagian konstruksi greenhouse.

Radiasi gelombang panjang yang terperangkap di dalam greenhouse

menyebabkan naiknya suhu udara di dalam greenhouse. Untuk mengatasi masalah

tersebut, perlu diperhatikan bentuk greenhouse maupun sirkulasi udara di

dalamnya (Suhardiyanto 2009).

Pada mulanya greenhouse di kawasan yang beriklim subtropika banyak

digunakan dengan menggunakan kaca sebagai atap dan dinding. Hal ini terutama

12

jika greenhouse tersebut dibangun untuk fasilitas produksi tanaman sepanjang

tahun. Kaca merupakan bahan utama dalam pembuatan greenhouse (Suhardiyanto

2009).

Begitu juga yang terjadi di Indonesia, greenhouse pada umumnya

dibangun menggunakan kaca sebagai atap dan dinding. Itulah sebabnya

greenhouse kemudian identik dengan glasshouse dan diterjemahkan sebagai

rumah kaca. Namun dalam perkembangannya, penggunaan kaca sebagai bahan

penutup greenhouse sudah jauh tertinggal dibandingkan dengan penggunaan

plastik. Sehingga, istilah rumah kaca sebagai terjemahan dari greenhouse sudah

kurang tepat lagi. Agar lebih mencerminkan fungsi greenhouse sebagai bangunan

perlindungan tanaman maka digunakan istilah “rumah tanaman” sebagai

terjemahan dari greenhouse (Suhardiyanto 2009).

Rumah tanaman merupakan suatu bangunan yang berfungsi untuk

melindungi tanaman dari berbagai macam gangguan cuaca seperti hujan, angin,

dan intensitas radiasi matahari yang tinggi serta melindungi tanaman dari

serangan hama penyakit. Pada umumnya rumah tanaman diperlukan untuk

tanaman yang memiliki nilai ekonomi yang cukup penting seperti berbagai jenis

tanaman bunga-bungaan (diantaranya mawar, anyelir, gladiol, anggrek, dan

krisan), tanaman sayur-sayuran (diantaranya tomat, kapri, brokoli, sawi, dan

paprika), tanaman buah-buahan (diantaranya melon, anggur, dan semangka).

Selain itu, rumah tanaman di Indonesia sangat sesuai diterapkan untuk tanaman

komoditas ekspor yang menghendaki kualitas baik dan ukuran yang seragam

(Noor 2006).

Penggunaan rumah tanaman di kawasan yang beriklim tropika semakin

banyak, sebagai bangunan pelindung tanaman dalam budidaya sayuran daun,

sayuran buah, dan bunga. Tingginya suhu udara di dalam rumah tanaman dapat

mencapai tingkat yang memicu cekaman pada tanaman. Masalah lainnya adalah

tingginya kelembaban udara serta seringnya kerusakan atap rumah tanaman akibat

angin yang kencang (Suhardiyanto 2009). Selanjutnya disebutkan bahwa

tingginya kelembaban udara dapat rnengganggu pertumbuhan tanaman karena

merangsang pertumbuhan jamur yang rnenimbulkan penyakit pada tanaman. Oleh

karena itu, konsep rumah tanaman untuk kawasan yang beriklim tropika basah

13

perlu dikembangkan sesuai dengan kondisi iklim yang panas dan lembab tersebut.

Hal ini akan meningkatkan efisiensi penggunaan energi dalam pengendalian iklim

mikro di dalam rumah tanaman agar mendekati kondisi optimum bagi

pertumbuhan tanaman.

Di kawasan yang beriklim tropika basah, rumah tanaman berfungsi

sebagai bangunan pelindung tanaman pada budidaya tanaman dengan media tanah

maupun dengan sistem hidroponik. Untuk kawasan yang beriklim tropika basah

seperti di Indonesia konsep rumah tanaman dengan umbrella effect dipandang

lebih sesuai. Rumah tanaman lebih ditujukan untuk melindungi tanaman dari

hujan, angin, dan hama. Selain itu, rumah tanaman dibangun untuk mengurangi

intensitas radiasi matahari yang berlebihan, mengurangi penguapan air dari daun

dan media, serta memudahkan perawatan tanaman (Suhardiyanto 2009).

Berdasarkan fungsi tersebut maka tidak tepat jika rancangan rumah

tanaman di kawasan yang beriklim tropika basah menggunakan rancangan rumah

tanaman subtropika yang umumnya dikembangkan dengan konsep greenhouse

effect. Untuk kawasan yang beriklim tropika basah, rancangan rumah tanaman

yang telah dikembangkan di kawasan yang beriklim subtropika perlu diadaptasi

dengan konsep umbrella effect tersebut. Rancangan rumah tanaman untuk

kawasan yang berikim tropika basah sering disebut juga adapted greenhouse

(Suhardiyanto 2009).

Ketika rumah tanaman mulai diperkenalkan di kawasan yang beriklim

tropika, terjadi adaptasi rancangan atap dari berbagai rumah tanaman yang umum

digunakan di kawasan yang beriklim subtropika. Adaptasi tersebut menjadi tiga

jenis rumah tanaman yang kemudian umum digunakan di kawasan yang beriklim

tropika, yaitu semi monitor, modified standard peak, dan modified arch. Masing-

masing tipe rumah tanaman tersebut dilengkapi dengan bukaan ventilasi pada

bubungan. Bukaan ventilasi ini dibuat agar udara di dalam rumah tanaman yang

suhunya lebih tinggi dibandingkan dengan udara luar dapat mengalir keluar

melalui bukaan tersebut secara lancar (Suhardiyanto, 2009).

Suhardiyanto (2009) mengemukakan bahwa rancangan rumah tanaman

yang paling sesuai dan banyak digunakan di kawasan yang beriklim tropika

seperti Indonesia adalah modified standard peak dengan jumlah bentangan satu

14

atau lebih. Tipe atap tersebut memungkinkan bukaan ventilasi pada bubungan

rumah tanaman dapat dibuat dengan mudah dan strukturnya cukup stabil menahan

angin yang kencang. Untuk kawasan yang beriklim tropika orientasi rumah

tanaman sebaiknya memanjang ke timur dan barat sehingga atap rumah tanaman

menghadap ke utara dan selatan. Hal ini rnemungkinkan cahaya matahari dapat

mengenai tanaman secara lebih merata sepanjang hari. Namun, perbedaan yang

diakibatkan oleh perbedaan orientasi rumah tanaman ini tidak besar.

Modified standard peak greenhouse banyak digunakan di Indonesia karena

sesuai dengan kondisi iklim Indonesia yang memiliki intensitas radiasi matahari

dan curah hujan yang tinggi. Bentuk atap berundak dengan kemiringan tertentu

mempercepat aliran air hujan ke arah ujung bawah atap. Bentuk atap standard

peak dengan kemiringan sudut 250 - 350 tergolong optimal dalam

mentransmisikan radiasi matahari (Suhardiyanto 2009).

Dengan bukaan ventilasi pada bagian bubungan, suhu udara di dalam

rumah tanaman tipe ini dapat dipertahankan pada tingkat yang dapat ditolerir oleh

tanaman. Hal ini terjadi karena pertukaran udara berlangsung melalui bukaan

ventilasi pada bubungan dan dinding yang ditutup dengan screen. Ketika tidak ada

angin bertiup, udara masih dapat keluar dari rumah tanaman melalui bukaan pada

atap. Perbedaan kerapatan udara terjadi karena perbedaan suhu udara. Suhu udara

di bagian atas rumah tanaman cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan suhu

udara di bagian bawah. Hal ini menyebabkan terjadinya aliran udara ke atas, yaitu

ke arah bukaan pada atap, sehingga berlangsunglah ventilasi alamiah. Ketika

angin bertiup, ventilasi alamiah berlangsung secara lebih lancar (Suhardiyanto

2009).

Ventilasi alamiah perlu menjadi salah satu aspek pertimbangan yang

penting dalam perancangan struktur rumah tanaman di kawasan yang beriklim

tropika basah. Hal ini karena ventilasi alamiah merupakan metode yang sangat

murah untuk menjaga lingkungan di dalam rumah tanaman berada pada tingkat

yang baik bagi pertumbuhan tanaman. Selain itu, rancangan struktur rumah

tanaman sangat berpengaruh terhadap laju pertukaran udara dari dalam ke luar

atau sebaliknya melalui ventilasi alamiah. Pertukaran udara tersebut menentukan

kondisi iklim mikro di dalam rumah tanaman (Suhardiyanto 2009).

15

Ventilasi alamiah adalah pertukaran udara di dalam suatu bangunan

dengan udara di luarnya tanpa mengunakan kipas atau peralatan mekanik lainnya.

Pertukaran udara pada rumah tanaman sangat diperlukan untuk mencegah terlalu

tingginya suhu dan kelembaban udara. Selain itu, ventilasi alamiah juga menjaga

tersedianya CO2 yang sangat penting bagi proses fotosintesis pada daun tanaman

(Suhardiyanto 2009).

Tujuan penggunaan rumah tanaman adalah menciptakan iklim mikro yang

kondusif untuk pertumbuhan tanaman ketika kondisi iklim tidak kondusif. Atap

rumah tanaman sangat menentukan iklim mikro dalam rumah tanaman tersebut.

Pemilihan atap harus mempertimbangkan karakteristik fisik, termal, optik, dan

harga bahan tersebut (Suhardiyanto, 2009). Selanjutnya disebutkan bahwa

karakteristik termal atap rumah tanaman terhadap radiasi matahari meliputi

transmissivity, absorptivity, dan reflectivity. Dari segi optik, atap rumah tanaman

perlu mempunyai karakteristik dapat meneruskan sebanyak mungkin sinar tampak

yang diperlukan tanaman untuk fotosintesis.

Bahan dalam pembuatan sebuah rumah tanaman beraneka ragam.

Pemilihannya sangat ditentukan oleh banyak faktor, demikian pula mengenai

bentuk, konstruksi, dan sistem pengontrol lainnya disesuaikan dengan kondisi

iklim suatu daerah, tujuan penggunaan, jenis tanaman, dan biaya. Secara umum

bangunan rumah tanaman terdiri atas bagian kerangka sebagai penopang kekuatan

yang dapat terbuat dan besi, kayu atau bambu tergantung dari ketersediaan bahan

baku setempat. Masing-masing bahan baku tersebut mencerminkan ketahanan dan

kekuatan bangunan serta umur ekonomisnya.

Atap rumah tanaman terbuat dari bahan tembus pandang seperti kaca,

plastik film, fiberglass, panel aknilik dan panel polykarbonat (Noor 2006).

Konstruksi atap dan bahan plastik yang sesuai untuk Indonesia yang beriklim

tropis sehingga dapat mengurangi dari pengaruh negatif intensitas radiasi

matahari yang berlebihan. Jenis plastik terdiri atas plastik berproteksi UV dan

plastik biasa. Jika petani atau pengusaha ingin berinvestasi untuk jangka waktu

yang pendek, misalnya untuk beberapa tahun saja maka bahan penutup dari

plastik film dapat menjadi pilihan. Ada beberapa plastik film yang dapat

digunakan untuk bahan penutup rumah tanaman, yaitu polyethylene (PE), atau

16

polyvinyichloride (PVC) (Suhardiyanto 2009). Selanjutnya disebutkan bahwa PE

memiliki sifat fisik yang fleksibel dan ringan sehingga sering digunakan pada

rumah tanaman dengan atap melengkung. PE dapat mentransmisikan PAR 85-

87%. Kelemahan PE adalah umur pakainya yang hanya dua sampai empat tahun.

PE lebih popular sebagai bahan penutup rumah tanaman dibandingkan dengan

PVC. PE dengan UV stabilizer merupakan bahan penutup yang paling banyak

digunakan di Indonesia karena harganya relatif murah dan daya tahannya cukup

baik. Jenis plastik tersebut memiliki transmisivitas cahaya matahari yang baik,

serta tidak terlalu kedap terhadap radiasi gelombang panjang dibandingkan

dengan bahan kaca (Suhardiyanto 2009).

Naungan secara langsung berpengaruh terhadap intensitas cahaya yang

sampai di permukaan tajuk tanaman. Pemberian naungan pada tanaman selain

mengurangi intensitas cahaya juga spektrum cahaya yang diterima daun di bawah

naungan akan berbeda dengan spektrum cahaya langsung (Noor 2006). Bagian

energi matahari yang paling bermanfaat untuk fotositesis adalah spektrum cahaya

tampak (0.4 - 0.7 µm). Pada daerah tropik spektrum cahaya tampak dapat

mencapai 50 % dari total radiasi (Jones 1992).

Pemberian naungan akan menyebabkan iklim mikro di sekitamya berubah.

Pada siang hari sinar matahari yang masuk terhalang oleh naungan. Hal tersebut

menyebabkan berkurangnya akumulasi radiasi matahari yang sampai ke

permukaan tanah. Pada malam hari naungan dapat menahan radiasi gelombang

panjang yang dilepaskan permukaan tanah sehingga energi dari pelepasan radiasi

akan terakumulasi yang menyebabkan meningkatnya suhu udara di bawah

naungan. Keadaan masing-masing iklim mikro ini akan mempengaruhi proses

pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

Pemberian naungan berpengaruh terhadap produksi tanaman. Hasil

penelitian terhadap tanaman lada menunjukkan secara umum tanaman di bawah

naungan 50% (tingkat radasi surya 50%) memperlihatkan hasil produksi tertinggi

dibandingkan dengan tingkat radiasi 75% dan tanpa naungan (Faisal 1984).

Sumiati dan Filman (1994) mengemukakan bahwa hasil bobot buah cabai paprika

varietas Blue Star tertinggi dihasilkan dari tanaman yang dibudidayakan secara

konvensional di bawah naungan plastik transparan dengan kerangka naungan

17

berbentuk kubus setengah lingkaran dengan arah memanjang menghadap ke arah

timur-barat di Lembang, Jawa Barat. Sebaliknya, hasil penelitian Syakur et al.

(2003) menunjukkan bahwa penggunaan naungan plastik UV tidak berpengaruh

terhadap pertumbuhan dan produksi tanaman tomat, namun keunggulan dari

plastik ini yaitu memiliki waktu pemakaian yang lebih lama dan ketahanan yang

lebih baik dibanding plastik biasa.

Hasil penelitian Noor (2006) menunjukkan bahwa perlakuan naungan

27.5% dapat menurunkan intensitas radiasi matahari hingga 155 W/m2 (49%)

sehingga memberikan kondisi lingkungan yang sesuai untuk mendukung

pertumbuhan, produktivitas, dan mutu hasil paprika.

Kondisi optimum di dalam rumah plastik sebagaimana hasil penelitian

Yushardi (2007) yaitu pada penggunaan plastik polyetylena berproteksi ultraviolet

(UV) 14% dapat menurunkan suhu udara di dalam rumah plastik sebesar 3.0 °C

(7.4%).

Sumiati dan Filman (1994) mengemukakan penggunaan naungan plastik

bening dapat menekan evaporasi yang mungkin terjadi akibat tiupan angin,

sehingga kelembaban tanah tetap terjamin untuk pertumbuhan 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

dan Filman (1994) menunjukkan bahwa naugan 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 UV yang berlebihan yang tidak menguntungkan bagi tanaman.

2.2. Pengaruh Radiasi Surya Terhadap Pertumbuhan Tanaman

Radiasi surya sangat diperlukan oleh komunitas tanaman karena memiliki

energi untuk proses fotosintesis, terutama energy dari cahaya tampak (400 – 700

nm) yang disebut Photosintetically Active Radiation (PAR). Interaksi antara

radiasi surya dan tanaman hidup dapat dibagi atas tiga kategori yaitu efek termal,

18

efek foto-energi, dan efek fotostimulus yang dapat diringkaskan seperti pada

Tabel 2.

Tabel 2. Panjang gelombang radiasi dan pengaruhnya pada tumbuhan (Ross 1975)

Tipe Radiasi Wilayah

Spektral Persen Radiasi Surya

Termal Fotosintesis Fotomor fogenetik

Ultraviolet 0 - 4 - - Moderate + PAR 0.38-0.71 21-46 + + + Infra merah dekat

0.71-4.0 50-79 + - +

Radiasi gelombang panjang

3.0-100 - - - +

Keterangan : - = tidak nyata berpengaruh; + = nyata berpengaruh

Pengaruh interaksi radiasi surya terhadap tumbuhan terdiri atas tiga bagian

(Ross 1975) :

1). Pengaruh termal radiasi hampir 70% diserap oleh tanaman dan diubah sebagai

bahang dan energi untuk transpirasi serta untuk pertukaran panas dengan

lingkungannya.

2). Pengaruh fotosintesis karena hampir 28% dari energi yang ada diserap untuk

fotosintesis dan disimpan dalam bentuk energi kimia.

3). Pengaruh fotomorfogenetik yaitu sebagai regulator dan pengendali proses

pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Contoh dalam proses ini adalah

untuk proses gerakan nastik, orientasi, pembentukan pigmen dan

pembungaan.

Tiga karakteristik radiasi surya yang berpengaruh terhadap pertumbuhan

dan perkembangan tanaman adalah intensitas, lama penyinaran, dan panjang

gelombang cahaya seperti dapat dilihat pada Tabel 3.

19

Tabel 3. Pengaruh spektrum cahaya terhadap pertumbuhan tanaman

Band λ (mikron) Pengaruh terhadap tanaman

1 >1.02 Tidak ada pengaruh spesifik yang diketahui. Radiasi diserap dan diubah menjadi panas tanpa mempengaruhi proses biokimia.

2 1.0-0.72 Pengaruh khas terhadap aktivitas pemanjangan organ tanaman. Wilayah infra merah jauh penting bagi fotoperiodeisme, perkecambahan biji, kontrol pembungaan, dan warna buah.

3 0.72 – 0.61 Diserap oleh klorofil. Menghasilkan proses aktivitas fotosintesis yang kuat. Terkadang menunjukkan adanya aktivitas fotoperiodik yang kuat.

4 0.61 – 0.51 Wilayah spektrum hijau dengan efektivitas fotosintesis rendah dan aktivitas formatif lemah.

5 0.51 – 0.40 Wilayah serapan terkuat oleh klorofil dan pigmen kuning. Merupakan wilayah aktivitas fotosintesis yang kuat pada cahaya biru violet. Mempunyai pengaruh formatif yang kuat.

6 0. 40 – 0.315 Menghasilkan pengaruh formatif. Tanaman menjadi lebih pendek dan daun lebih tebal.

7 0.315 – 0.28 Umumnya merugikan tanaman.

8 <0.28 Secara cepat mematikan tanaman. Mempunyai aksi germisidal

Sumber : Chang (1968)

Radiasi atau cahaya matahari dapat dinyatakan dalam hal : 1). panjang

gelombang atau kualitas cahaya. 2). intensitas cahaya. 3). panjang hari. Ketiga

komponen radiasi tersebut mempunyai pengaruh terhadap pertumbuhan dan

perkembangan tanaman melalui berbagai proses fisiologi :1). fotosintesis

(intensitas, panjang gelombang). 2). fotorespirasi (intensitas). 3). fotoperiodisme

(panjang hari, fotoperiode). 4). fototropisme (arah datang cahaya). 5).

perkecambahan benih (panjang gelombang) 7). pembentukan anthocyanin

(intensitas, panjang gelombang). Pengurangan intensitas cahaya antara lain

dengan naungan akan meningkatkan kelembaban udara, tetapi menurunkan suhu

(Gardner et al. 1991).

20

2.3. Pengaruh Suhu Udara 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 tanaman adalah suhu dan panjang hari, sedangkan pada

pertumbuhan hampir semua unsur cuaca sangat mempengaruhinya (Handoko

1994).

Pertumbuhan tanaman sangat dipengaruhi oleh suhu udara. Sering

perubahan beberapa derajat saja sudah menyebabkan perubahan yang nyata dalam

laju pertumbuhan. Pada tahap tertentu dalam daur hidup tanaman, tiap spesies

atau varietas mempunyai suhu minimum, (rentang) suhu optimum dan suhu

maksimum. Di bawah suhu minimum ini tanaman tidak akan tumbuh; pada

rentang suhu optimum, laju tumbuhnya paling tinggi; dan di atas suhu maksimum

tanaman tidak akan tumbuh bahkan mati (Salisbury dan Ross 1995). Selanjutnya

disebutkan bahwa suhu tidak hanya mempengaruhi pertumbuhan jaringan. Sering

selang suhu tertentu mengawali tahap kritis pada daur hidup tanaman :

perkecambahan biji, awal pembungaan, dan induksi atau berakhirnya dormansi

pada tanaman tahunan. Respon perkembangan tanaman itu sering dipengaruhi

oleh faktor lingkungan selain suhu, antara lain tingkat cahaya, lama cahaya, dan

kelembaban udara.

Pengaruh suhu udara terhadap pertumbuhan terutama pada proses respirasi

dan kecepatan proses biokimia dalam fotosintesis. Dalam proses respirasi, hasil

fotosintesis akan diubah menjadi CO2 dan H2O, sehingga semakin besar respirasi

laju pertumbuhan tanaman menjadi berkurang. Fotosintesis dan respirasi

merupakan reaksi kimia yang dikenal dengan nama proses biokimia.

Intensitas/kecepatan 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 yang spesifik. 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 penurunan

produk, karena mulai terjadi perusakan enzim, yang akhirnya proses fotosintesis

21

dan respirasi akan berhenti bila seluruh enzim rusak oleh suhu yang terlalu tinggi

(Nasir 1999).

Produk fotosintesis bruto sangat ditentukan oleh intensitas radiasi PAR

dan tingginya suhu daun yang diakibatkan oleh penyerapan radiasi gelombang

pendek tersebut. Terutama pada daun yang 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 infra merah.

Pertumbuhan tanaman sangat dipengaruhi suhu. Perubahan suhu beberapa

derajat menyebabkan perubahan yang tajam terhadap laju pertumbuhan. Pada

tahap tertentu dalam daur hidupnya dan pada kondisi tertentu, tiap spesies atau

varietas memiliki suhu minimum, suhu optimum dan suhu maksimum. Di bawah

suhu minimum, tumbuhan tidak akan tumbuh; pada rentang suhu optimum laju

pertumbuhannya paling tinggi; dan di atas suhu maksimum, tumbuhan tidak akan

tumbuh bahkan mati.

Kurva laju pertumbuhan sebagai fungsi suhu (gambar 1) memperlihatkan

pertumbuhan berbagai spesies lazimnya menyesuaikan diri dengan lingkungan

alaminya. Spesies alpin dan spesies kutub utara mempunyai suhu minimum,

optimum dan maksimum yang rendah; spesies tropika mempunyai suhu utama

yang jauh lebih tinggi. Tumbuhan yang tumbuh mendekati suhu minimum atau

maksimum akan sering mengalami cekaman (Salisbury dan Ross 1995).

22

Gambar 2. Pertumbuhan tanaman sebagai fungsi suhu pada empat spesies tumbuhan (Sumber : Salisbury dan Ross 1995)

Suhu tidak hanya mempengaruhi pertumbuhan jaringan. Selang suhu

tertentu mengawali tahap kritis pada daur hidup pertumbuhan : perkecambahan

biji, awal pembungaan dan induksi dan berakhirnya dormansi pada tumbuhan

tahunan. Respons perkembangan itu sering dipengaruhi oleh faktor lingkungan

selain suhu, antara lain : tingkat cahaya, lama cahaya dan kelembaban. Interaksi

ini sangat beragam dan rumit.

Respon pertumbuhan terhadap suhu yang mendalilkan reaksi enzim yang

dipengaruhi oleh dua faktor yang berlawanan. Kenaikan suhu meningkatkan

energi kinetik molekul yang bereaksi dan hal ini meningkatkan laju reaksi; tetapi

kenaikan suhu juga menaikkan laju denaturasi enzim. Selisih antara kurva reaksi

dan kurva perombakan menghasilkan kurva yang setangkup yang mempunyai

suhu minimum, optimum dan maksimum sendiri (Gambar 2.). Kurva tersebut

berlaku untuk respirasi, fotosintesis dan berbagai respon tumbuhan lainnya,

disamping pertumbuhan (Salisbury dan Ross 1995).

23

Gambar 3. Aktivitas enzim dan suhu. I laju reaksi dengan Q10 = 2 khas untuk berbagai reaksi kimia yang dikendalikan enzim. III reaksi dengan Q10 = 6 khas untuk denaturasi protein. II kurva perkiraan selisih antara laju reaksi enzim dan Denaturasi (Sumber : Salisbury dan Ross 1995).

Selain respons positif bila suhu meningkat dari minimum ke optimum,

sebaliknya beberapa proses tertentu ternayata meningkat bila suhu menurun

mendekati titik beku. Pada vernalisasi, pemajanan tumbuhan tertentu pada suhu

rendah selama beberapa minggu memyebabkan tumbuhan mampu berbunga,

biasanya setelah dikembalikan ke suhu normal. Suhu rendah pada musim gugur

sering menyebabkan atau membantu berlangsungnya dormansi pada banyak biji,

tunas atau organ bawah tanah,

Perkembangan tanaman merupakan suatu kombinasi dari sejumlah proses

yang kompleks, yaitu pertumbuhan dan diferensiasi yang mengarah pada

akumulasi bobot kering. Proses diferensiasi ini mensyaratkan : (1) hasil asimilasi

yang tersedia dalam keadaan berlebihan untuk dimanfaatkan pada banyak

kegiatan metabolik; (2) temperatur yang menguntungkan; dan (3) terdapat sistem

enzim yang memperantarai proses diferensiasi (Gardner et al. 1991).

24

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, hal tersebut menguntungkan bagi tanaman karena

meningkatkan produk fotosintesis neto. Pengurangan produk fotosintesis oleh

respirasi sangat ditentukan oleh suhu udara. Suhu udara yang terus menerus

tinggi akan mengurangi fotosintesis neto. Suhu udara akan mempengaruhi

kecepatan reaksi metabolisme (fotosintesis dan respirasi), sehingga pertumbuhan

generative 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 – 24 oC, suhu minimum 14oC, dan suhu maksimum 26 oC

(Nasir 1999).

Tanaman mengalami dua proses hidup yakni tumbuh (bertambah ukuran

panjang, luas, volume dan bobot) dan berkembang yakni mengalami penggandaan

dan pemisahan fungsi organ melalui fase-fase benih, kecambah, pertumbuhan

vegetatif dan pertumbuhan generatif bunga, buah dan biji untuk memperoleh

generasi baru (benih baru). Dalam batas kisaran toleransi kenaikan suhu udara

akan diikuti oleh laju pertumbuhan dan semakin pendeknya periode antar fase

perkembangan. Dalam hal ini untuk tanaman semusim peningkatan suhu udara

akan ,menyebabkan semakin pendek umurnya.

2.3.1. Hubungan Suhu dengan Fotosintesis

Fiksasi CO2 dalam peristiwa fotosintesis merupakan reaksi yang

dikendalikan oleh enzim, dan meningkat dengan laju penambahan semakin tinggi

sejalan dengan meningkatnya suhu, hingga mencapai temperatur yang

menyebabkan denaturasi enzim

Semua reaksi di dalam tumbuhan sangat dipengaruhi oleh suhu luar. Pada

umumnya reaksi yang dikatalis oleh enzim akan meningkat dengan kenaikan suhu

dari 0 oC sampai 35 oC atau 40 oC. Nilai Q10 umumnya antara 2 sampai 3 dalam

rentang suhu 0 oC sampai 30 oC, sebagian karena panas akan meningkatkan

jumlah molekul yang mempunyai energi setara dengan atau lebih besar daripada

energi pengaktifan. Karena laju reaksi sangat bergantung pada katalis oleh enzim,

suhu juga mempengaruhi reaksi dengan mengubah bentuk enzim. Bentuk enzim

25

menentukan kemampuannya, baik untuk bergabung dengan substratnya maupun

untuk katalis. Berbagai enzim, bahkan yang berasal dari spesies yang sama,

responsnya terhadap suhu sering sangat berbeda. Hal ini berarti bahwa pada suhu

tertentu beberapa enzim berfungsi optimum, sedangkan yang lain tidak.

Pertumbuhan dan reproduksi organisme sangat beragam pada suhu yang

berlainan. Pada suhu tertentu hal ini mungkin bergantung pada suhu optimum

bagi kerja enzim tertentu yang mengendalikan reaksi pembatas laju pertumbuhan.

Perbedaan suhu optimum enzim akan menentukan di lingkungan mana

spesies akan hidup. Sebagai contoh, suhu optimum bagi proses fotosintesis pada

tumbuhan alpina dan tundra adalah 10 – 15 oC, sedangkan suhu optimum bagi

jagung sekitar 30 oC.

Tanaman budidaya bervariasi menurut kisaran suhu pertumbuhannya.

Tanaman budidaya yang tumbuh dalam kondisi dingin (tumbuh pada suhu utama

antara 0 – 5 oC) seperti gandum mempunyai keuntungan mampu menghasilkan

indeks luas daun (ILD) kritis cukup dini agar dapat bertepatan dengan saat energi

matahari maksimum. Tanaman budidaya musim hangat (tumbuh pada suhu

utama antara 5 – 15 oC) seperti jagung, harus menunggu suhu cukup tinggi untuk

bisa menunjang pertumbuhan, karena tanaman ini tidak dapat menghasilkan luas

daun secara cukup cepat untuk mencapai ILD kritis pada energi matahari

maksimum.

Tingkat energi radiasi dan suhu tanah serta udara merupakan dua variabel

lingkungan utama yang cenderung berfluktuasi sama. Peningkatan suhu

permukaan pada lokasi mana saja sangat dipengaruhi oleh energi radiasi yang

diterima (Gardner et al. 1991).

2.3.2. Hubungan Suhu dengan Respirasi dan Transpirasi

Respirasi tanaman juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain suhu.

Peningkatan suhu sebesar 10 oC akan meningkatkan laju reaksi 2 – 3 kali lipat

(Darmawan dan Baharsjah 2010). Demikian pula halnya dengan transpirasi.

Kehilangan uap air melalui stomata (80 – 90 %) dan kutikula (± 10%) akibat

adanya gradien tekakanan uap air antara rongga daun dan udara sekitarnya,

dipengaruhi oleh suhu. Radiasi matahari (cahaya) menimbulkan panas bumi yang

26

kemudian dipantulkan kembali ke udara daun, menyebabkan makin tingginya

suhu daun dan transpirasi semakin meningkat.

Transpirasi tidak hanya mempengaruhi proses fisika penguapan dan difusi,

tetapi juga mempengaruhi membuka dan menutupnya stomata pada permukaan

daun yang dilalui air yang ditranspirasikan dan lalulintas CO2. Naiknya suhu

daun misalnya, sangat meningkatkan penguapan dan sedikit difusi, namun

mungkin menyebabkan stomata tertutup atau terbuka lebar, bergantung pada

spesies dan faktor lain. Saat matahari terbit, stomata membuka karena

meningkatnya pencahayaan dan cahaya meningkatkan suhu daun, sehingga air

menguap lebih cepat. Naiknya suhu membuat udara mampu membawa lebih

banyak kelembaban, maka transpirasi meningkat, dan bukaan stomata

terpengaruh. Angin membawa CO2 dan mengusir uap air. Hal ini menyebabkan

penguapan dan penyerapan CO2 meningkat, meskipun semakin meningkatnya

kadar CO2 akan menyebabkan stomata menutup sebagian. Bila daun dipanaskan

oleh sinar matahari dengan panas yang melebihi suhu udara, angin akan

menurunkan suhunya. Akibatnya transpirasi menurun (Salisbury dan Ross 1995).

Meningkatnya suhu daun yang meningkatkan pula respirasi dan transpirasi.

Respirasi mengubah heksosa menjadi bahan-bahan struktural, cadangan makanan

dan metabolik yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman

(Campbell et al. 2003).

2.3.3. Pengaruh Suhu terhadap Perkecambahan

Selain imbibisi, proses perkecambahan juga meliputi sejumlah proses

katabolisme dan anabolisme yang dikendalikan enzim, dan karena sangat

responsif terhadap suhu. Suhu kardinal (maksimum, optimum dan minimum)

untuk perkecambahan pada kebanyakan biji tanaman budidaya pada dasarnya

merupakan suhu kardinal untuk pertumbuhan vegetatif yang normal. Suhu

optimum adalah suhu yang memberikan persentase perkecambahan yang paling

tinggi dalam periode waktu yang paling pendek (Gardner et al. 1991).

Biji yang belum mengalami masak lanjutan yang dormansinya sebagian atau

relatif berkecambah dalam rentangan waktu yang sempit, misalnya 5 – 15 oC bagi

spesies yang bertemperatur rendah. Biji yang mengalami masak lanjutan (kultivar

27

kebanyakan tanaman budidaya) tidak memiliki rentang perkecambahan yang

sempit. Temperatur kardinal untuk perkecambahan biji tanaman budidaya saling

menelumpang, tetapi kecepatan berkecambah pada seluruh tanaman budidaya

lebih lambat pada suhu yang rendah (Gardner et al. 1991).

2.3.4. Hubungan Suhu dengan Ketinggian Tempat

Suhu udara kering atmosfer bumi lebih dingin sekitar 1 oC setiap kenaikan

tegak 100 m. Jadi, jika udara kering pada suhu 30 oC di lembah. Suhu udara pada

ketinggian tegak 1.500 m akan mendingin menjadi 15 oC, kecuali jika dipanaskan

atau didinginkan oleh lereng gunung dan atau sinar matahari dalam perjalanan ke

atas. Hal disebabkan karena udara yang naik akan memuai karena tekanan lebih

rendah pada elevasi yang lebih tinggi (Salisbury dan Ross 1995).

Pertumbuhan dan perkembangan tanaman dipengaruhi oleh suhu, yang

berkaitan dengan reaksi enzim yang terlibat dalam metabolisme tanaman. Laju

reaksi enzim terhadap suhu merupakan rentang suhu kardinal, yaitu suhu

minimum, optimum dan maksimum.

2.4. Botani dan Syarat Tumbuh Tanaman Tomat

Morfologi atau penampilan fisik tanaman tomat bisa dibedakan menjadi

beberapa bagian, yakni akar, batang, daun, bunga, buah dan biji. Tanaman tomat

memiliki akar tunggang yang bisa menembus tanah sekaligus akar serabut (akar

samping) yang bisa tumbuh menyebar ke segala arah. Kemampuannya menembus

lapisan tanah terbatas, yakni pada kedalaman 30 – 70 cm. Sesuai sifat

perakarannya, tomat bisa tumbuh dengan baik di tanah yang gembur dan mengikat

air.

Batang berwarna hijau dengan bentuk persegi empat hingga bulat.

Sewaktu masih muda batangnya memiliki tekstur yang lunak, tapi setelah tua

berubah menjadi bulu atau rambut halus. Diantara bulu-bulu tersebut terdapat

rambut kelenjar yang mampu mengeluarkan bau khas.

Daun tomat berbentuk oval dengan panjang 20 – 30 cm. Tepi daun

bergerigi dan membentuk celah-celah yang menyirip. Diantara daun-daun yang

bersirip besar terdapat sirip kecil dan ada pula yang bersirip besar lagi. Umumnya

28

daun tomat tumbuh di dekat ujung dahan atau cabang, memiliki warna hijau dan

berbulu.

Bunga tanaman tomat tergolong sempurna (hermaphrodite), yakni

memiliki benang sari dan kepala putik pada bunga yang sama. Dengan demikian

tomat bisa melakukan penyerbukan sendiri, sekaligus mampu melakukan

penyerbukan silang dengan bantuan serangga. Penyerbukan silang lebih umum

terjadi di daerah tropis dibandingkan dengan di daerah beriklim sedang. Ukuran

bunga relative kecil dengan diameter sekitar 2 cm. Bunga berwarna kuning dan

tersusun dalam satu rangkaian dengan jumlah 5 – 10 bunga tergantung

varietasnya. Dalam satu kuntum bunga terdapat 5 – 6 helai mahkota yang

berwarna kuning cerah dan berukuran sekitar 1 cm, bertangkai pendek dengan

kepala sari yang panjangnya 5 mm. Kelopak berjumlah lima buah, berwarna hijau

dan terletak di bagian bawah atau pangkal bunga. Benang sari berjumlah enam

buah, bertangkai pendek dengan kepala sari yang panjangnya 5 mm, dan berwarna

sama dengan mahkota bunga. Pada benang sari terdapat kantong yang letaknya

menjadi satu dan membentuk bumbung yang mengelilingi tangkai kepala putik.

Bunga tomat tumbuh dari cabang yang masih muda dengan letak menggantung.

Buah tomat memiliki bentuk bervariasi, mulai bulat lonjong, bulat halus,

bulat beralur, bulat dengan bentuk datar pada ujung atau pangkalnya, hingga

bentuk yang tidak teratur. Bentuk dan ukuran tersebut tergantung varietas.

Sewaktu masih muda buahnya berwarna hijau muda sampai hijau tua. Setelah tua

buahnya menjadi sedikit kuning, merah cerah atau gelap, merah kekuningan, atau

kuning atau merah gelap.

Tanaman tomat merupakan tanaman hari netral (day-natural vegetable)

yang tidak terpengaruh oleh panjang hari (Yamaguchi 1983). Karena tanaman

tomat adalah tanaman netral; laju perkembangan dan kejadian fenologinya

didekati dengan konsep degree-day atau heat unit. Heat unit tidak dipengaruhi

oleh perbedaan lokasi dan waktu tanam (Koesmaryono et al. 2002). Laju

perkembangan tanaman terjadi bila suhu udara rata-rata harian melebihi suhu

dasar.

Idealnya tanaman tomat tumbuh di tempat yang dingin, cuaca kering dan

dataran tinggi (1000 - 1250 m dpl). Tanaman tomat tergolong kedalam warm

29

season crop yang memerlukan suhu optimum 20 °C - 28 °C dengan variasi

pergantian suhu sebesar 18 °C pada malam hari dan 25 °C pada siang hari pada

masa pembungaannya. Nasir (1999) mengemukakan bahwa suhu udara optimum

untuk tanaman tomat yaitu 18 - 24 oC dengan suhu minimum dan maksimum

masing-masing 14 °C dan 26 °C. Suhu udara yang terlalu panas dan kering akan

menyebabkan kepala putik cepat kering dan tabung sari tidak banyak terjadi

pembentukan buah. Suhu dibawah 12 °C dapat menyebabkan chilling injury, dan

suhu diatas 27 °C akan meghambat pertumbuhan dan pembentukan buah,

kerusakan pollen dan sel telur ketika suhu harian 38 °C atau lebih selama 5 - 10

hari.

Tanaman tomat akan tumbuh optimal bila tanah dan iklim dimana tanaman

ini tumbuh sesuai 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 cm. 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 lingkungan secara menyeluruh

yaitu cahaya, temperatur, dan lingkungan sekitar akar tanaman. Selain faktor

tanah, iklim yang bervariasi perlu modifikasi yang mengarah pada keadaan

lingkungan 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 mulai gugur. Tanaman tomat tergolong tanaman C3 yang

cepat jenuh radiasi.

30

2.5. Artificial Neural Network (ANN)

2.5.1. Jaringan Syaraf Biologi

Sistem syaraf merupakan sistem koordinasi atau sistem kontrol yang

bertugas menerima rangsangan, menghantarkan rangsangan ke seluruh bagian

tubuh, dan memberikan tanggapan terhadap rangsangan tersebut. Sistem syaraf

dengan pusat kendali di otak manusia memiliki struktur yang sangat kompleks

dan memiliki kemampuan yang luar biasa. Otak terdiri dari neuron-neuron dan

penghubung yang disebut sinapsis. Neuron bekerja berdasarkan impuls/sinyal

yang diberikan pada neuron. Neuron meneruskannya pada neuron lain.

Diperkirakan manusia memiliki 1012 neuron (Kristanto, 2004) dan 6.1018 sinapsis

(Siang 2005). Dengan jumlah neuron dan sinapsis yang begitu banyak, otak

mampu mengenali pola, melakukan perhitungan dan mengontrol organ-organ

tubuh dengan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan komputer (Siang, 2005).

Neuron memiliki tiga komponen penting yaitu dendrit, soma dan axon

(Fausett 1994). Adapun susunannya diperlihatkan pada Gambar 4. Dendrit

menerima sinyal dari neuron lain, sinyal tersebut berupa impuls elektrik yang

dikirim melalui celah sinaptik melalui proses kimiawi. Sinyal tersebut

dimodifikasi di celah sinapsis. Berikutnya, soma menjumlahkan semua sinyal-

sinyal yang masuk. Apabila jumlahan tersebut cukup kuat dan melebihi batas

ambang (threshold), maka sinyal tersebut akan diteruskan ke sel lain melalui

axon.

Bagian-bagian neuron manusia seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5

yaitu inti sel, dendrit, akson, dan sinapsis. Inti sel berfungsi memproses informasi

yang masuk ke dalam otak, dendrit merupakan serabut syaraf yang keluar dari

badan sel, strukturnya pendek. Dendrit berfungsi mengirimkan pesan (impuls) dari

badan sel ke jaringan lain. Akson merupakan serabut syaraf yang keluar dari

badan sel, strukturnya memanjang. Akson berfungsi mengirimkan impuls dari

badan sel ke jaringan yang lain. Sinapsis merupakan titik temu antara terminal

akson neuron satu dengan neuron yang lain.

31

Gambar 4. Susunan neuron manusia (a)

Informasi yang dikirimkan antar neuron berupa rangsangan yang dilewatkan

melalui dendrit. Informasi yang datang dan diterima oleh dendrit dijumlahkan dan

dikirimkan melalui akson menuju dendrit neuron lain. Pengiriman informasi ini

disertai dengan bobot sinapsis. Informasi akan diterima neuron lain jika

memenuhi batasan tertentu yang disebut nilai ambang (threshold), pada kondisi

ini neuron dikatakan teraktivasi . Struktur pada Gambar 4 diperjelas pada Gambar

5 berikut.

Gambar 5. Susunan neuron manusia (b)

2.5.2. Artificial Neural Network (ANN)

Artificial Neural Network (ANN) atau Jaringan syaraf tiruan (JST) adalah

sistem pemroses informasi yang memiliki karakteristik mirip dengan jaringan

syaraf biologi di dalam otak. ANN dapat digambarkan sebagai model matematis

dendrit

inti sel

akson

sinapsis

badan sel

32

dan komputasi untuk fungsi aproksimasi nonlinear, klasifikasi data, kluster dan

regresi nonparametrik (Kristanto 2004). Model matematika dari ANN ditunjukkan

pada Gambar 6 yang menunjukkan model yang disederhanakan dari sebuah

neuron tiruan yang merupakan dasar dari ANN.

Gambar 6. Model matematika ANN

Gambar 6 menunjukkan bahwa input dalam jaringan adalah mxxx ,...,, 21 yang

analog dengan jumlah rangsangan yang diterima dan nilai bobot koneksi

mwww ,...,, 21 yang analog dengan kekuatan sinapsis. Perkalian antara masing-

masing input dan nilai bobot koneksi akan dijumlahkan kemudian disimpan dalam

neuron, selanjutnya dimasukkan dalam fungsi nonlinier f. Fungsi f dapat

menghasilkan output y jika input melebihi atau sama dengan threshold, sebaliknya

jika input kurang dari threshold maka fungsi f tidak menghasilkan output. Model

matematika yang diperoleh dari ANN adalah

)...( 2211 mmwxwxwxfy +++= atau )(1∑=

=m

iiiwxfy

……….……..… (2.1)

fungsi f selanjutnya disebut fungsi aktivasi (Kristanto 2004).

∑ f wxy .=

1x

2x

mx

1w

2w

mw

33

Pada dasarnya ANN tersusun dari beberapa lapisan node (layer) yaitu

lapisan masukan (input layer), satu atau lebih lapisan terselubung (hidden layer)

dan lapisan keluaran (output layer). Node merupakan suatu unit komputasi yang

paling sederhana pada setiap lapisan yang dihubungkan dengan setiap node pada

lapisan berikutnya, hubungan antarnode (unit) diekspresikan oleh suatu bilangan

yang disebut bobot (weight). Setiap unit pada input layer akan menjadi masukan

pada hidden layer dan keluarannya akan menjadi masukan bagi layer berikutnya

sampai akhirnya menghasilkan keluaran pada output layer. Bentuk ANN dengan

multilayer neural network menurut Rich dan Knight (1983) dapat dilihat pada

Gambar 7.

Gambar 7. Model multilayer neural network (Rich dan Knight 1983)

Keterangan :

= variabel input node i pada lapisan input, 0,1,2, … , = output node j pada lapisan hidden, j = 0, 1, 2, …..,j = output node k pada lapisan output

= nilai bobot yang menghubungkan node I pada lapisan input dengan node j pada lapisan hidden

Vjk = nilai bobot yang menghubungkan node j pada lapisan hidden dengan node k pada lapisan output

x0 = h0 =

x1

x2

xi

h1

h2

hj

Ol

Ok

Wi

input layer hidden output

Vj

Yk

34

2.5.3. Arsitektur Jaringan

Pada jaringan syaraf, neuron-neuron dikumpulkan dalam lapisan yang

disebut lapisan neuron atau neuron layer. Neuron-neuron yang terletak dalam satu

lapisan memiliki fungsi aktivasi yang sama. Faktor terpenting dalam menentukan

kelakuan suatu neuron adalah fungsi aktivasi dan pola bobotnya. Ada empat jenis

arsitektur ANN yaitu jaringan lapisan tunggal (singlelayer network), jaringan

lapisan jamak (multilayer networks), jaringan dua lapisan dengan umpan balik,

dan jaringan lapisan kompetitif (competitive layer networks). Menurut Siang

(2005), arsitektur jaringan ini dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan

yang lebih rumit daripada singlelayer feedforward network karena dapat

mengenali data nonlinier dalam time-series.

Gambar 8. Multilayer feedforward networks

Gambar 8 menunjukkan arsitektur multilayer feedforward networks yang terdiri

dari lapisan input, lapisan hidden dan lapisan output. Perbedaan arsitektur ini

dengan singlelayer feedforward network terletak pada lapisan hidden. Pada

singlelayer feedforward network tidak terdapat lapisan hidden. Tidak ada aturan

baku mengenai penentuan jumlah neuron pada lapisan hidden. Berdasarkan

beberapa penelitian, untuk lapisan hidden tunggal jumlah neuron yang disarankan

adalah nnnn ,...,221,1

21,

21

±±

dimana n adalah jumlah neuron pada lapisan input. Menurut Yao dan Tan (1999)

aturan yang digunakan untuk menentukan jumlah neuron pada lapisan hidden

adalah

nmk .= ………………………… (2.2)

lapisan input lapisan hidden lapisan output

35

dengan k : jumlah neuron pada lapisan hidden,

n : jumlah neuron pada lapisan input,

m : jumlah neuron pada lapisan output.

2.5.6. Proses Pelatihan

Proses pelatihan dimulai dengan memberikan input ke dalam jaringan,

jaringan akan melakukan perhitungan sehingga diperoleh output sementara.

Selisih antara nilai aktual dengan output sementara digunakan untuk

memperbaharui seluruh bobot koneksi dalam jaringan. Algoritma

backpropagation terdiri dari tiga fase. Fase pertama yaitu pelatihan pola input

secara feedforward. Fase kedua adalah fase mundur, kesalahan yang terjadi adalah

selisih antara output jaringan dengan target. Kesalahan tersebut dipropagasikan

mundur, dimulai dari garis yang berhubungan dengan unit output yaitu unit

hidden. Fase ketiga adalah memodifikasi bobot untuk menurunkan kesalahan yang

terjadi. Ketiga fase tersebut diulang-ulang sampai kondisi penghentian dipenuhi.

Iterasi akan berhenti jika jumlah iterasi yang dilakukan sudah melebihi jumlah

maksimum iterasi yang ditentukan, atau jika eror yang terjadi lebih kecil dari

batas toleransi yang ditentukan.

Selama kondisi feedforward, unit input iX menerima sinyal input ix dan

mengirimkan sinyal tersebut ke unit hidden jZ . Sinyal input pada lapisan hidden

adalah

∑+=n

ijiijj vxvnetz 0_ ………………………... (2.3)

dengan 0jv adalah bobot garis yang menghubungkan bias pada unit input dengan

unit hidden jZ . Pada unit hidden dihitung aktivasi kemudian sinyal jz dikirimkan

ke unit output yaitu

)()_(1

0 ∑=

+==n

ijiijjj vxvfnetzfz …………. (2.4)

Masing-masing unit output kY menghitung aktivasinya ky , sinyal input dan sinyal

output pada lapisan output adalah

36

∑=

+=p

jkjjkk wzwnety

10_ …………………. (2.5)

)()_(1

0 ∑=

+==p

jkjjkkk wzwfnetyfy ………… (2.6)

dengan 0kw adalah bobot garis yang menghubungkan bias pada unit hidden

dengan unit output kY . Kemudian hasil perhitungan ky dibandingkan dengan

nilai target kt . Berdasarkan hasil perbandingan ditentukan himpunan kesalahan

untuk menghitung nilai faktor kδ (k=1,...,m). Faktor kδ digunakan untuk

mendistribusikan kesalahan pada kY ke lapisan sebelumnya. Nilai faktor jδ

dengan j = 1,..., p dihitung untuk masing-masing jZ , tetapi tidak diperlukan

pendistribusian kesalahan ke iX . Faktor jδ digunakan untuk memperbaiki bobot

antara lapisan hidden dan lapisan input. Penyesuaian bobot kjw (dari jZ ke kY )

didasarkan pada faktor kδ dan aktivasi jz pada jZ . Penyesuaian bobot jiv (dari

iX ke jZ ) didasarkan pada faktor jδ dan aktivasi ix pada iX .

Algoritma backpropagation menggunakan metode pencarian titik

minimum untuk mencari bobot dengan eror minimum. Eror output digunakan

untuk mengubah nilai bobot dalam arah mundur. Menurut Siang (2005) dalam

proses pencarian titik minimum dikenal dua macam mode yaitu mode incremental

dan mode kelompok (batch). Dalam mode incremental, bobot diubah setiap kali

pola input diberikan ke jaringan. Sebaliknya, dalam mode batch bobot diubah

setelah semua pola input diberikan ke jaringan. Eror yang diperoleh dalam setiap

pola input dijumlahkan untuk menghasilkan bobot baru. Menurut Fausett (1994),

eror (fungsi dari bobot dan bias) yang harus diminimalkan dalam proses pelatihan

adalah eror kuadrat. Fungsi yang dimaksudkan adalah

∑=

−=m

kkk ytE

1

2)(5.0 …………………….. (2.7)

Metode paling sederhana untuk merubah bobot adalah metode penurunan gradien

(gradient descent). Besarnya gradien dari fungsi eror terhadap bobot kjw adalah

37

∑=

−∂∂

=∂∂ m

kkk

kjkj

ytww

E1

2)(5.0 ……………………… (2.8)

Bobot diubah pada arah dimana unjuk kerja fungsi eror menurun paling cepat,

yaitu dalam arah negatif gradiennya. Sedangkan perubahan bobot dari neuron

pada lapisan output ke neuron pada lapisan hidden adalah

kj

kj wEw

∂∂

−=Δ α ……………… (2.9)

dengan kjw : bobot dari lapisan neuron ke-k ke neuron ke-j,

α : laju belajar (learning rate).

Besarnya gradien dari fungsi eror terhadap bobot jiv adalah

∑=

−∂∂

=∂∂ m

kkk

jiji

ytvv

E1

2)(5.0 …………….. (2.10)

sedangkan perubahan bobot dari neuron pada lapisan output ke hidden pada

lapisan input adalah

ji

ji vEv

∂∂

−=Δ α ……………………. (2.11)

dengan jiv : bobot dari lapisan neuron ke-j ke neuron ke-i.

α : learning rate.

2.5.7. Prediksi

Prediksi merupakan suatu proses yang menghasilkan himpunan output dari

himpunan variabel yang diberikan. Pada umumnya variabel yang dimaksud

adalah data di masa lampau. Ide dasar dari prediksi yakni mencari pendekatan

pemetaan antara data input dan output (Yao dan Tan 1999). Selanjutnya,

diasumsikan bahwa iu adalah data hari ini dan iv adalah data n hari kemudian.

Jika data n hari kemudian dapat diramalkan dengan menggunakan data hari ini,

maka terdapat pemetaan fungsional dari iu ke iv dimana )( iii uv Γ= . Dengan

menggunakan pasangan data lampau ),( ii vu maka sebuah fungsi umum ) (Γ yang

memuat ) (iΓ dapat diperoleh. Fungsi ) (Γ dapat diperoleh dari simulasi ANN.

38

Secara umum, masalah peramalan dimulai dengan diketahuinya sejumlah data

time-series nxxx ,...,, 21 . Permasalahannya adalah memperkirakan berapa harga

1+nx berdasarkan nxxx ,...,, 21 . Dengan backpropagation, record data digunakan

sebagai data pelatihan.