tugas agroekologi - radiasi - by kasiono

- 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.


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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


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


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

efek bakterisidal.

3. Akibat-akibat mengganggu; fotoperiodisme, fototropisme, fototaksis,

gerakan fotonaksis, fotomorfosis, stimulasi daraf dan kelenjar.

Berdasarkan tanggapan fisiologis tumbuhan, Detch Comitee on Plant Irradiation

mengusulkan sabuk-sabuk berikut ;

Sabuk I ; lebih dari 1.00 µ, tidak diketahui memiliki pengaruh spesifik .


Sabuk II ; antara 1,00 dan 0,70 µ meliki efek untuk pemanjangan tumbuhan.

Walaupun batas sabuk yang berpengaruh memanjangkan tidak

benar-benar tepat dengan batas sabuk ini, namun limpahan

pancarannya bias dijadikan ukuran yang memadai tentang tingkat

elongasi

Sabuk III ; antara 0,70 – 0,61 µ. Pancaran dalam sabuk ini diserap dengan

kuat oleh klorofil dan sangat menstimulir kegiatan fotosintetik

periodisme.

Sabuk IV : antara 0,61 – 0,51 µ. Kegiatan yang berhubungan pada

pembentukan relative lemah pada sabuk ini.

Sabuk V : 0,51 – 0,40 µ. Pada sabuk ini penyerapan oleh khlorofil dan pigmen

kuning relative kuat, dan di dapati kegiatan fotosintesis sangat

tinggi pada bagian warna biru dan violet. Pada sabuk ini memiliki

efek formatif (pembentukan) yang kuat.

Umumnya, kadar energi sabuk-sabuk di atas tidak banyak berubah dengan

kanungan zarah dari atmosfer, tetapi untuk sabuk ultraviolet hal itu terjadi. Sabuk

terbaawah bias dibagi dalam tiga segmen sebagai berikut ;

a. 0,4000 – 0,315 µ. Menimbulkan fluorescence pada tumbuhan dan ditanggap

kuat oleh emulsi fotografi.

b. 0,315 – 0,280 µ. Menimbulkan efek anti rachitis pada pembentukan vitamin

D. Sabuk ini dapat mematikan kuman dan menyebabkan penyakit kulit

eritema.

c. < 0,28 µ tidak pernah sampai ke permukaan.


E. Radiasi di lingkungan alam

Kepadatan fluks radiasi normal sinar matahari di bagian atas atmosfer pada

jarak rata-rata bumi dari matahari disebut konstanta matahari (ΦpA) dan sekitar

1360 W m -2. Nilai sebenarnya dari kerapatan fluks di bagian atas atmosfer

bervariasi sekitar ± 3,5% antara Juli dan Januari (ketika matahari terdekat dengan

bumi). Radiasi yang benar-benar mencapai permukaan bumi banyak memodifikasi

dari segi kuantitas, properti spektral dan distribusi sudut akibat penyerapan atau

hamburan oleh molekul di atmosfer dan oleh hamburan atau refleksi dari awan dan

partikel. Refleksi dari dan penularan melalui objek terestrial seperti daun juga

memodifikasi iklim radiasi.

Sebuah penyederhanaan berguna ketika membahas radiasi matahari adalah

untuk membedakan antara radiasi paralel relatif tidak dimodifikasi pada cahaya

langsung - radiasi matahari langsung dan pembauran radiasi gelombang pendek,

yang mencakup tercermin dan tersebar radiasi dari semua bagian dari langit. Jumlah

peristiwa radiasi langsung dan menyebar pada permukaan horizontal sering

disebut radiasi global.

Radiasi matahari yang diterima bumi tergantung oleh beberapa faktor, yakni;

1. Jarak bumi dengan matahari

Setiap perubahan jarak bumi dengan matahari menimbulkan variasi

terhadap penerimaan energy surya. Akibat dari orbit bumi melingkari matahari

yang eksentrik penerimaan energy radiasi matahari maksimum sebesar 1,49

kWm-2

di perihelion (pada tangal 3 januari) lebih besar 6% dari aphelion (pada

tanggal 4 juli sebesar 1,31 kWm-2

)


2. Intensitas radiasi surya

Intensitas radius matahari (IRM) merupakan absorbsi energi matahari

dalam satuan per cm2/menit. IRM ini merupakan fungsi dari sudut sinar matahari

yang mencapai bagian yang lengkung dari permukaan bumi, artinya sinar

dahsyat yang miring kurang memberikan energi, karena tersebarnya energi pada

permukaan yang luas dan karena sinar itu harus menempuh lapisan atmosfer

yang lebih tebal bila dibandingkan dengan sinar memperoleh sinar matahari lebih

banyak.

IRM yang besar mempunyai pengaruh yang besar pula pada proses

fotosintesis, selain itu juga mempengaruhi pada bentuk kehidupan, misalnya

daun yang hidup di bawah naungan akan berbentuk tipis dan lebar, maksud

pelebaran ini untuk memperoleh sinar matahari lebih banyak.

3. Panjang hari (fotoperiodisme)

Fotoperiodisme di defenisikan oleh Gardner dan Allard (1920), sebagai

tanggapan relative tanaman terhadap panjang relative siang dan malam. Sedangkan

menurut Geise (1964) sebagai control kegiatan tumbuh-tumbuhan dan hewan oleh

panjang masa terang (atau gelap) dari hari. Kehidupan makhluk hidup di bumi

tergantung pada spectrum pita yang sempit (0,40 – 0,70 mikronmeter) dari

gelombang elektromagnetik yang disebut cahaya.

Panjang hari, lamanya penyinaran matahari itu tergantung pada posisi bumi

mengelilingi matahari. Matahari seakan-akan bergerak dari 231/2

o lintang utara dan

231/2

o lintang selatan. Dengan adanya perubahan letak kedudukan matahari,

misalnya ada belahan bumi sebelah selatan, maka daerah selatan akan menerima


panjang hari, di utara terutama di kutub akan menerima panjang hari malam selama

6 bulan. Pengaruh lamanya penyinaran pada tanaman terutama pada proses

pembungaan misalnya, maka dibuat tiga kelompok tanaman, yaitu :

1. Long day Plant, adalah semua tumbuhan yang menghasilkan bunga

apabilaPenyinaran lebih dari 14 jam.

2. Short day Plant, tumbuhan yang dapat berbunga apabila penyinaran kurang dari

12 jam, misalnya strawberry.

3. Nuetral day Plant, tumbuhan yang dapat berbunga tanpa dipengurahi oleh

lamanya penyinaran , misalnya mentimun.

F. Pengaruh Atmosfer Terhadap Energi Surya

Energy surya yang melewati atmosfer di mana selama perjalanannya itu

akan mengalami beberapa hambatan (depletion) sehingga energi yang diterima, juga

akan mengalami pengurangan. Pengurangan ini terutama disebabkan oleh :

1. Absorbsi, yaitu penyerapan energi sinar matahari yang dilakukan oleh;

a. Oksigen. Menyerap spektruk ultra violet yang ekstrim (0,12 – 0,18 µm)

b. Ozon, menyerap terutama dalam daerah ultraviolet panjang gelombang

antara 0,22 – 0,33 µm dan sebagian kecil dalam panjang gelombang yang

dapat dilihat (0,44 – 0,76 µm).

c. Uap air. Menyerap spektrum pita dekat infra merah terpusat pada panjang

gelombang 0,93, 1,13, 1,42 dan 1,47 µm.

d. Karbondioksida menyerap spectrum dekat infra merah (2,7 µm).

2. Refleksi, pementulan energi sinar matahari oleh partikel-partikel yang

berdiameter lebih dari gelombang cahaya misalnya awan.


3. Scattering, pembawaan cahaya oleh pertikel-partikel yang berdiameter kurang

dari gelombang cahaya, misalnya uap dan aerosol. Beberapa sinar matahari

langsung tersebar dengan molekul atau partikel di atmosfer. Scattering Rayleigh

adalah dengan molekul lebih kecil dari panjang gelombang cahaya, yang paling

efektif untuk panjang gelombang pendek (biru), sedangkan Scattering Mie oleh

partikel yang lebih besar seperti tetesan air dan debu relatif panjang gelombang

independen. Pembaruan dirumuskan oleh RAYLEIGHT sebagai berikut :

Rs = f 1

λ 4

.............................................................Rs = RAYLEIGHT SCATT

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


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.


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


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


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


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.


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


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


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”


(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.


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.


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


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,


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).


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


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


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


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


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


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


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


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


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)


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

Pertanian Bogos, Bogor.

tugas agroekologi - radiasi - by kasiono

Documents