BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Biomassa dan Karbon Tersimpan 2.1.1 Definisi Biomassa dan Karbon Tersimpan Brown (1997) mendefinisikan biomassa sebagai jumlah total bahan hidup di atas permukaan tanah pada pohon yang dinyatakan dalam berat kering tanur ton per unit area. Komponen biomassa di atas permukaan tanah merupakan bagian yang terbesar dari jumlah biomassa. Tumbuhan banyak menyimpan karbon pada bagian atas permukaan tanah dan hanya sebagian kecil yang tersimpan di akar. Karbon atau zat arang adalah salah satu unsur yang terdapat dalam bentuk padat maupun cairan di dalam perut bumi, di dalam batang pohon, atau dalam bentuk gas di udara (atmosfer). Karbon di udara mempunyai peranan yang sangat penting dalam proses fotosintesis. Proses ini menyerap karbon dan menghasilkan gas oksigen yang sangat bermanfaat dan merupakan kebutuhan dasar bagi kehidupan manusia (CIFOR 2008) Komponen karbon tersimpan terdiri dari karbon tersimpan di atas permukaan tanah terdiri dari tanaman hidup (batang, cabang , daun, liana, epifit, dan tumbuhan bawah) dan tanaman mati (pohon tumbang, pohon mati berdiri, daun, cabang, ranting, bunga dan buah yang gugur, serta sisa pembakaran). Sedangkan karbon tersimpan di bawah permukaan tanah meliputi akar tanaman, baik yang masih hidup maupun yang sudah mati, organisme tanah dan bahan organik tanah. Karbon tersimpan di suatu penggunaan lahan dipengaruhi oleh jenis vegetasinya (Hairiah et al. 2005) Sedjo dan Salomon (1998) diacu dalam Lusiana et al. (2005) menjelaskan bahwa cara menaikkan stok karbon (penyerapan karbon) dapat dilakukan dengan cara : a. Pertambahan alami dalam pertumbuhan hutan dan biomassa. b. Meningkatkan stok pohon yang berada di dalam hutan, salah satunya yaitu menaikkan stok pertumbuhan atau mengurangi pemanenan hutan. c. Membangun hutan tanaman yang pertumbuhannya cepat.
4
Tumbuhan memerlukan sinar matahari, gas asam arang (CO) yang diserap dari udara serta air dan hara yang diserap dari dalam tanah untuk kelangsungan hidupnya melalui proses fotosintesis, CO2 udara diserap oleh tanaman dan diubah menjadi karbohidrat, kemudian disebarkan ke seluruh tubuh tanaman dan akhirnya ditimbun dalam tubuh tanaman berupa daun, batang daun, ranting, bunga, dan buah. Proses penimbunan karbon didalam tubuh tanaman hidup dinamakan proses sekuestrasi (C-sequestration). Dengan demikian, mengukur jumlah karbon yang tersimpan di dalam tubuh tanaman hidup (biomassa) pada suatu lahan dapat menggambarkan banyaknya gas CO2 di atmosfer yang diserap oleh tanaman. Sedangkan pengukuran karbon yang masih tersimpan dalam bagian tumbuhan yang telah mati (nekromassa) secara tidak langsung mengambarkan CO2 yang tidak dilepas ke udara lewat pembakaran (Hairiah et al. 2001). 2.1.2 Pengukuran Biomassa dan Karbon Tersimpan Besarnya biomassa dapat digunakan untuk menduga nilai karbon tersimpan yang terdapat didalamnya. Untuk mengukur besarnya biomassa tersimpan di atas permukaan tanah dapat menggunakan persamaan allometrik ataupun dengan cara destruktif. Parameter dan metode pengukuran biomassa dan nekromassa yang biasa digunakan, disajikan pada Tabel 1. Tabel 1 Parameter-parameter biomassa dan nekromassa di atas permukaan tanah dan metode pengukurannya Parameter
Metode
Tumbuhan bawah
Destruktif
Serasah kasar dan halus
Destruktif
Arang dan abu
Destruktif
Tumbuhan berkayu
Destruktif
Pohon-pohon hidup
Non-destruktif, persamaan allometrik
Pohon mati, masih berdiri
Non-destruktif, persamaan allometrik
Pohon mati, sudah roboh
Non-destruktif, rumus silinder
Tunggak pohon
Non-destruktif, rumus silinder
Sumber : Hairiah et al. (2001)
2.1.3 Karbon tersimpan di berbagai tipe penggunaan lahan Telah banyak dilakukan studi ataupun pengukuran karbon tersimpan di berbagai tipe pengunaan lahan yang ada di Indonesia. Pengukuran jumlah
5
cadangan karbon yang tersimpan di berbagai penggunaan lahan menunjukkan hasil yang berbeda-beda, bahkan untuk satu tipe penutupan lahan, tetapi berbeda lokasi memiliki jumlah karbon tersimpan yang berbeda pula. Keadaan ini dipengaruhi oleh struktur vegetasi dan pengelolaan yang bebeda (Purwanti 2008). Hutan Indonesia diperkirakan memiliki stok karbon antara 161–300 ton per hektar (Murdiarso et al. 1995 diacu dalam Lusiana et al. 2005). Gambaran jumlah karbon tersimpan di berbagai tipe penggunaan lahan di beberapa lokasi penelitian disajikan dalam Tabel 2. Tabel 2 Karbon tersimpan di beberapa tipe penggunaan lahan di beberapa lokasi penelitian Sistem
Lokasi
Karbon tesimpan (Mg.ha-1)
Hutan primer
Kabupaten Nunukan, Kalimantan Timur 1
230,1
Hutan primer
Taman Nasional Bukit Baka-Bukit Raya, Kalimantan Barat dan Kalimantan Tengah2
250,9
Hutan sekunder
Kabupaten Nunukan, Kalimantan Timur 1
212,9
Agroforestri sederhana
Leuwiliang, Bogor, Jawa Barat3
21,31-80,79
Alang-alang Padang Rumput Sawah (padi) Tagakan Schima wallichii di areal 1-4 tahun setelah pembakaran
Kabupaten Nunukan, Kalimantan Timur -
1
4,2
4
Kabupaten Nunukan, Kalimantan Timur
1,97 1
Hutan Sekunder Jasinga, Bogor, Jawa Barat
4,8 5
0,4-2,7
Sumber : 1Lusiana et al. (2005); 2HIMAKOVA (2009); 3Yuly (2008); 4Hairiah et al. (2001), 5
Nurhayati (2005)
Lasco et al. (2004) menerangkan tentang kadar kandungan karbon di dalam biomassa di hutan Filipina antara 41,5% - 50%. Hilmi (2003) juga telah meneliti kadar karbon tersimpan di dalam biomassa tegakan hutan mangrove di Indragiri Hilir, Riau. Jenis Rhizophora apiculata memiliki kandungan karbon tegakan berkisar antara 47.007,97 kg/ha sampai 119.372,88 kg/ha. (22,7%-55,1% biomassa). Jenis Rhizophora mucronata memiliki kandungan karbon tegakan berkisar antara 3.258,34 kg/ha sampai 3.957,44 kg/ha. (28,5%-49,3% biomassa). Jenis Bruguiera spp. Memiliki kandungan karbon tegakan berkisar antara 1.476.67 kg/ha sampai 8.746,11 kg/ha. (21,5%-38,6% biomassa).
6
2.2 Penutupan dan Penggunaan Lahan Lahan adalah lingkungan fisik yang terdiri atas iklim, relief, tanah, air, dan vegetasi serta benda-benda yang ada di atasnya sepanjang ada pengaruhnya terhadap penggunaan lahan (Arsyad 2000 diacu dalam Purwanti 2008). Pengunaan lahan adalah kegiatan penggunaan lahan, baik secara alami atau kegiatan manusia pada sebidang tanah. Sedangkan penutupan lahan dibedakan menjadi vegetasi dan non-vegetasi (Vink 1975 diacu dalam Purwanti 2008). Perubahan pengunaan lahan dari vegetasi menjadi non-vegetasi, seperti hutan menjadi permukiman dapat merubah albedo dari jumlah sinar matahari yang dapat diserap oleh permukaan tanaman, selain itu juga menjadi salah satu penyebab perubahan iklim secara global (Hairiah et al. 2001). Hairiah et al. (2001) juga menyebutkan bahwa perubahan pengunaan lahan (pemotongan pohon) dengan membakar biomassa di atas permukaan tanah dapat mengurangi total C sekitar 66% bila dibandingkan dengan pemotongan pohon tanpa membakarnya, kehilangannya relatif kecil yaitu sebesar 22%. Dalam plot tanpa bakar, beberapa karbon tersimpan dari vegetasi asli masih tersisa dan keberadaannya sebagai cabang/ranting yang besar (pada permukaan tanah), batang pohon, dan beberapa pepohonan yang dibiarkan. 2.3 Sistem Informasi Geografi 2.3.1 Dasar dan Definisi Sistem Informasi Geografi Menurut Prahasta (2005) sistem yang menangani masalah informasi yang bereferensi geografis dalam berbagai cara dan bentuk, secara umum disebut Sistem Informasi Geografis (SIG). Masalah informasi tersebut mencakup tiga hal, yaitu: 1. Pengorganisasian data dan informasi. 2. Penempatan informasi pada lokasi tertentu. 3. Melakukan komputasi, memberikan ilustrasi keterhubungan antara satu dengan lainnya, serta analisa spasial lainnya. Prahasta juga menyebutkan bahwa dalam beberapa literatur, SIG dinilai sebagai hasil penggabungan dua sistem, yaitu antara sistem komputer untuk bidang kartografi (CAC) atau sistem komputer untuk bidang perancangan (CAD)
7
dengan teknologi basisdata (database). Dengan demikian SIG mempunyai keunggulan inheren karena penyimpanan data dan presentasinya dipisahkan sehingga data dapat dipresentasikan dalam berbagai cara dan bentuk seperti Gambar 1.
Gambar 1 Ilustrasi pemisahan penyimpanan data dan presentasi dalam SIG (Prahasta 2005).
2.3.2 Fungsi Sistem Informasi Geografi Prahasta (2005) menjelaskan bahwa kemampuan SIG salah satunya dapat dikenali dari fungsi-fungsi analisis yang dapat dilakukannya. Secara umum, terdapat dua jenis fungsi analisis, yaitu fungsi analisis spasial dan fungsi analisis atribut (basis data atribut). Fungsi analisis atribut terdiri dari operasi dasar sistem pengelolaan basis data (DBMS) dan perluasannya : a. Operasi dasar basis data mencakup : o Membuat basis data baru (create database) o Menghapus basis data (drop database) o Membuat tabel basis data (create table) o Menghapus tabel basis data (drop table) o Mengisi dan menyisipkan data (record) ke dalam tabel (insert). o Membaca dan mencari data (field/record) dari tabel basis data (seek, find, search, retrieve)
8
o Mengubah dan meng-edit data yang terdapat di dalam tabel basis data (update, edit) o Menghapus data dari tabel basis data (delete, zap, pack). o Membuat indeks untuk setiap tebel basis data. b. Perluasan operasi basis data ; o Membaca dan menulis basis data dalam system basis data yang lain (export and import). o Dapat berkomunikasi dengan sistem basis data yang lain (misalkan dengan menggunakan driver ODBC). o Dapat menggunakan bahasa basis data standart SQL (structured query language). o Operasi-operasi atau fungsi analisis lain yang sudah rutin digunakan di dalam sistem basisdata. Fungsi analisis spasial terdiri dari: a.
Klasifikasi
(reclassify):
fungsi
untuk
mengklasifikasikan
atau
mengklasifikasikan kembali suatu data spasial (atau atribut) menjadi data spasial yang baru dengan menggunakan kriteria tertentu (topografi ataupun gradient permukaan bumi yang diturunkan / dinyatakan dalam persentasi nilainilai kemiringan). b. Overlay: fungsi ini menghasilkan data spasial baru dari minimal dua data spasial yang menjadi masukannya. Sebagai contoh, bila untuk menghasilkan wilayah-wilayah yang sesuai untuk budidaya tanaman tertentu, diperlukan dta ketingian permukaan bumi, kadar air tanah, dan jenis tanah, maka fungsi analisis overlay akan dikenakan terhadap data spasial (dan atribut) tersebut. c. Buffering: fungsi ini akan menghasilkan data spasial baru yang berbentuk polygon atau zone dengan jarak tertentu dari data spasial yang menjadi masukannya. d. 3D analysis: fungsi ini terdiri dari sub-subfungsi yang berhubungan dengan presentasi data spasial dalam ruang 3 dimensi. Fungsi analisis spasial ini banyak menggunakan fungsi interpolasi. Sebagai contoh, untuk menampilkan
9
data spasial ketinggian, tata guan tanah, jaringan jalan dan utilty dalam bentuk model 3 dimensi, fungsi analisis ini banyak digunakan. e. Digital image processing: fungsi ini dimiliki oleh perangkat SIG yang berbasiskan raster. Karena data spasial permukaan bumi banyak didapat dari perekaman data satelit yang berformat raster, maka banyak SIG raster yang juga dilengkapi dengan fungsi analisis ini. Fungsi analisis spasial ini terdiri dari banyak sub-sub fungsi analisis pengolahan citra digital. Sebagai contoh adalah sub fungsi untuk koreksi radiometrik, geometric, filtering, clustering dan sebagainya. f. Dan masih banyak lagi fungsi-fungsi analisis spasial lainnya yang umum dan secara rutin digunakan di dalam SIG. 2.3.3 Subsistem dalam Sistem Informasi Geografi SIG juga dapat diuraikan menjadi beberapa subsistem sebagai berikut (Prahasta 2005): a. Data input: subsistem ini bertugas mengumpulkan dan mempersiapkan data spasial dan atribut dari berbagai sumber. Subsistem ini juga bertangung jawab dalam mengkonversi atau mentransformasikan format-format data-data aslinya ke dalam format yang dapat digunakan oleh SIG. b. Data output: subsistem ini menampilkan atau menghasilkan keluaran seluruh atau sebagian basis data, baik dalam bentuk softcopy ataupun hardcopy seperti: tabel, grafik, peta, dan lain-lain. c. Data manajemen: subsistem ini mengorganisasikan, baik data spasial ataupun atribut ke dalam sebuah basis data sedemikian rupa sehinga mudah dipanggil di-update dan di-edit. d. Data manipulasi dan analisis: subsistem ini menentukan informasi-informasi yang dapat dihasilkan oleh SIG. Selain itu, subsistem ini juga melakukan manipulasi dan permodelan data untuk meghasilkan informasi yang diharapkan. Jika subsistem diatas diperjelas berdasarkan uraian jenis masukan, proses, dan jenis keluaran yang ada di dalamnya, maka subsistem SIG juga dapat digambarkan sebagai berikut:
10
DATA INPUT tabel laporan
OUTPUT
DATA MANAGEMENT AND MANIPULATION
Pengukuran lapang
peta Storage (data base)
Data digital lain input Peta (tematik, topografi, dll)
retrieval
tabel output laporan
processing Informasi digital (softcopy)
Citra satelit Foto udara Data lainnya
Gambar 2 Uraian-uraian subsistem SIG (Prahasta 2005). 2.3.4 Penginderaan Jauh Penginderaan jauh adalah ilmu dan seni untuk memperoleh informasi tentang suatu objek, daerah atau fenomena melalui analisis data yang diperoleh dengan suatu alat tanpa kontak langsung dengan objek, daerah, atau fenomena yang dkaji (Lillesand & Kiefer 1997). Radiasi eletromagnetik merupakan suatu bentuk energi yang kehadirannya dapat dinyatakan (diamati atau diukur) ketika menyentuh suatu materi. Elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan cahaya ini diasumsikan berjangkauan (berdomain) tertentu di dalam suatu spektrum gelombang cahaya atau elektromagnetik yang dapat dibagi kedalam beberapa interval. Karateristik gelombang elektromagnetik untuk setiap saluran atau band dalam citra landsat tersaji dalam Tabel 3.
11
Tabel 3 Saluran Citra Landsat TM Saluran
Kisaran gelombang
Kegunaan
1
0,45-0,52
Peningkatan penetrasi ke dalam tubuh air, mendukung analisis sifat khas pengunaan lahan, tanah, dan vegetasi.
2
0,52-0,60
Pengamatan puncak pantulan vegetasi pada spektrum hijau yang terletak di antara dua saluran spectral serapan klorofil. Pengamatan in dimaksudkan untuk membedakan jenis vegetasi dan penilaian kesuburan.
3
0,63-0,69
Saluran terpenting untuk memisahkan vegetasi. Saluran ini terletak pada salah satu bagian serapan klorofil dan memperkuat kontras antar kenampakan vegetasi dan nonvegetasi
4
0,76-0,90
Saluran yang peka terhadap biomassa vegetasi, juga untuk identifikasi jenis tanaman. Memudahkan pembedaan tanah dengan tanaman, serta lahan dan air.
5
1,55-1,75
Penentuan jenis tanaman, kandungan air pada tanaman, dan kondisi kelembaban tanah.
6
2,08-2,35
Pemisahan formasi batuan
7
10,40-12,50
Saluran infra merah termal, bermanfaat untuk klasifikasi vegetasi, analisis ganguan vegetasi, pemisahan kelembaban tanah, dan sejumlah gejala lain yang berhubungan dengan panas.
Sumber: Lillesand dan Kiefer, 1997
2.3.5 Aplikasi SIG untuk Pendugaan Karbon Pendugaan karbon tegakan Acacia mangium menggunakan citra landsat ETM+ dan SPOT-5 di BKPH Parung Panjang, KPH Bogor yang telah dilakukan oleh Dahlan et al. (2004) menunjukkan hubungan antara digital number dengan kandungan karbon baik Landsat ETM+ maupun SPOT-5 relatif kecil. Dengan demikian apabila menggunakan satu peubah bebas dalam penyusunan model akan menghasilkan keterandalan model yang relatif kecil dibandingkan dengan menggunakan lebih dari satu peubah. Korelasi antar peubah bebas yang relatif besar dapat dimasukkan dalam penyusunan satu model, hal ini dikarenakan tidak selamanya akan terjadinya multikolinearitas jika dimasukkan kedua peubah bebas yang mempunyai korelasi relatif besar dalam satu model. Kandungan karbon di atas permukaan tanah tegakan Acacia mangium Wild. di areal BKPH Parung panjang berdasarkan citra Landsat ETM+ sebesar 16,52 ton/ha. Studi yang dilakukan oleh Ulumuddin et al. (2005) tentang korelasi karbon dengan karakteristik citra lansat di Gunung Papandayan menjelaskan tentang hubungan antara stok karbon dengan kanal tunggal, indeks vegetasi dan texture
12
measure. Namun hubungannya masih relatif lemah (R<0,70), sehingga masih diragukan keakuratanya bila dibuat model estimasi. Akan tetapi bila dibuat regresi berganda metode stepwise, bisa diperoleh hubungan stok karbon dengan dua karakteristik spektral atau lebih yang korelasinya kuat (R>70). Hubunganhubungan itu bersifat empiris, masih sulit dijelaskan maknanya, baik ditinjau secara fisika maupun biologi. Walaupun demikian, hubungan-hubungan tersebut bisa digunakan untuk membuat model persamaan regresi untuk pendugaan stok karbon pada tingkat bentang alam pada populasi data yang sama dan area yang sama. Di Nunukan, Kalimantan Barat menunjukkan neraca karbon total yang diperkirakan berdasarkan tutupan lahan dari total areal pada masing-masing tipe penutupan lahan, termasuk luasan lahan yang diduga dari areal tutupan awan. Pada DAS Sebuku dan Sembakung, Kabupaten Nunukan, total cadangan karbon mendekati 228 Tg di tahun 1996 dan 189 Tg di tahun 2003, hal ini berarti telah terjadi penurunan cadangan karbon sebesar 17% dalam waktu 7 tahun. Rata-rata cadangan karbon menurun dari 211 Mg ha -1 menjadi 175 Mg ha-1, hal ini sebagian besar terjadi akibat adanya 217.000 ha hutan primer yang dikonversi menjadi tipe penggunaaan lahan lain. Dalam hal ini, penurunan cadangan karbon (17%) lebih rendah daripada penurunan luasan hutan primer (24%). Sedangkan pendugaan cadangan karbon berdasarkan nilai NDVI menunjukkan penurunan yang dramatis dari tahun 1996 ke tahun 2003. Pada tahun 1996, rata-rata nilai dugaan kerapatan karbon adalah 221 Mg ha-1, sedangkan pada tahun 2003 nilai cadangan karbon berkurang menjadi hanya 27 Mg ha -1 (Lusiana et al. 2005).
