RESPON MORFOFISIOLOGI TANAMAN KAKAO (Theobroma cacao L.) TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN DI KAWASAN AGROFORESTRI SEKITAR TAMAN NASIONAL LORELINDU SULAWESI TENGAH INDONESIA
ERMA PRIHASTANTI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
ii
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Respon Morfofisiologi Tanaman Kakao (Theobroma cacao L.) Terhadap Cekaman Kekeringan Di Kawasan Agroforestri Sekitar Taman Nasional Lorelindu Sulawesi Tengah Indonesia adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi dimana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini. Bogor, Agustus 2009
Erma Prihastanti G361050031
iii
ABSTRACT ERMA PRIHASTANTI. Morphophysiological Response of Cocoa (Theobroma cacao L.) to Dessication Stress in The Agroforestry at Margin Lore Lindu National Park Central Sulawesi Indonesia. Under direction of SOEKISMAN TJITROSEMITO DIDY SOPANDIE and IBNUL QAYIM . The objective of the research is to analyze morphophysiological response of cocoa trees in the cocoa agroforestry before and during water deficit stress experiment. Observations were done to learn about changes in soil water content, root water potential, root hydraulic conductivity, percentage of root embolism, anatomy of xylem root from root system of cocoa and Gliricidia sepium. Besides, the study also analyzed changes in nonstructural carbohydrate content, biomass and vitality of cocoa fineroot, N and P leaf content, resorption percentage of N and P leaf, and trichomata type and density of cocoa leaf. The reseach was conducted in O’o Village, South Kulawi District, Donggala Regency, which was around Lore Lindu National Park area, Central Sulawesi province, at 585 metres above sea level, and with a coordinate of 1.5524o North latitude and 120.0206o East longitude. The research was conducted from June 2006 to May 2008. The result showed that TDE system used was effective to reduce water infiltration down to 79%. The decrease in throughfall was followed by the decrease in soil water content at the depth 20 cm around cocoa and G. sepium trees. At this soil the decrease of water content around cacao tree was faster than around G.sepium tree. The root of cacao tree also grew more than that of G.sepium. Stress of water deficit for 13 months reduced water potential of cocoa and G. sepium root. At daytime, cocoa root water potential was lower than that G.sepium, but at predawn water potential of both cocoa and G.sepium root to 0,5 Bar. This indicated that process of nocturnal hydraulic lift took place in deeper level of soil at night. This condition is useful for cocoa which is short off water during the day. The difference of root water potential between cocoa and G.sepium against water stress is assumed to due to the difference in osmotic adjustment. The effect of stress water deficit for 13 months on root proline content of cocoa root and G. sepium was not significant, but it was significant with time. The proline content on cocoa and G. sepium fineroot showed a difference in changes where in cocoa root proline content increased 11,59 times, while in G sepium fineroot did only 5,44 times. Based on root hydraulic conductivity, cocoa root had low capacity in distributing water than that of G. sepium. This characteristic was shown in hydraulic conductance value, embolism percentage, structure of smaller xylem diameter and xylem pit membrane than that of G. sepium root. Nonstructural carbohydrate concentration of cocoa fineroot decreased along with the increase of research time.The decrease in nonstructural carbohydrate concentration was higher in cocoa with lower soil water content, but the carbohydrate content can still support the growth of cocoa fineroot.That was obvious with the increasing growth of live fineroot and the deacreasing dead fineroot. The changes in leaf of N and P content, N and P leaf resorption, SLA, and in leaf trichomata number that occurred for 13 months in water deficit stress with TDE were not significant, but the tendency was declining along with the increasing research time.
iv
Keyword : cacao agroforestry, TDE systems, root water potential, total root proline, hydraulic conductivity, root embolism, leaf N and P resorption, specific leaf area, soluble carbohydrates, biomass and vitality of fineroot, leaves trichomes.
v
RINGKASAN ERMA PRIHASTANTI. Respon Morfofisiologi Tanaman Kakao (Theobroma cacao L.) Terhadap Cekaman Kekeringan Di Kawasan Agroforestri Sekitar Taman Nasional Lorelindu Sulawesi Tengah Indonesia. Dibimbingan oleh SOEKISMAN TJITROSEMITO, DIDY SOPANDIE dan IBNUL QAYIM. Tanaman kakao merupakan salah satu tanaman tahunan paling penting di dunia. Sebanyak 3,5 ton biji kakao dunia dihasilkan pada tahun 2006. (ICCO 2007). Kakao diproduksi oleh lebih dari 50 negara yang berada di kawasan tropis yang secara geografis dapat dibagi dalam tiga wilayah yaitu Afrika, Asia Oceania dan Amerika Latin (Direktorat Jenderal Bina Produksi Perkebunan 2004). Salah satu faktor yang berpengaruh terhadap produksi kakao adalah curah hujan (Zuidema et al. 2005). Tanaman kakao menghendaki sebaran hujan yang relatif merata sepanjang tahun tanpa bulan kering. Daerah produsen kakao umumnya memiliki curah hujan antara 1250-3000 mm tiap tahun. Adanya pemanasan global menyebabkan terjadinya perubahan iklim seperti terjadinya musim kering yang panjang yang berasosiasi dengan ENSO (El Nino Southern Oscillation). Para ahli klimatologi memperkirakan peristiwa tersebut akan lebih sering terjadi di masa yang akan datang (Nepstad et al. 2007). Penelitian sosio-ekonomi tentang akibat kekeringan yang berasosiasi dengan ENSO terhadap produksi kakao di Sulawesi Tengah menunjukkan bahwa peristiwa tersebut dapat menurunkan produksi kakao sebesar 62 % (Keil et al. 2008). Penelitian pengaruh kekeringan karena ENSO secara langsung agak sulit dilakukan, karena hal itu tidak dapat diprediksikan dengan tepat kapan dan dimana terjadinya. Salah satu alternatif untuk melakukan simulasi ENSO adalah dengan menggunakan sistem atap (roofing) atau disebut throughfall displacment experiment (TDE) selama periode waktu tertentu. Penelitian cekaman kekeringan terhadap tanaman kakao dengan sistem TDE merupakan bagian dari penelitian ‘The Sulawesi Throughfall Displacement Experiment- Ecosystem and Economic responses to ENSO droughts in rainforest and agroforest” dari program penelitian “Stability of Rainforest Margins in Indonesia’ (STORMA) yang dibiayai oleh German Research Foundation (DFG-SFB 552). Penelitian tentang respons cekaman kekeringan tanaman kakao sudah banyak dilakukan terutama pada tanaman muda/semai. Namun demikian informasi tentang respons tanaman kakao dewasa (pohon) terhadap cekaman kekeringan tersebut masih sangat sedikit. Pada umumnya tanaman kakao ditanam pada sistem agroforestri dengan beberapa pohon pelindung seperti Gliricidia sepium. Selama ini belum banyak informasi tentang fungsi pohon pelindung khususnya dalam penyediaan air bagi tanaman kakao saat kondisi lingkungan mengalami cekaman kekeringan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisa respons morfofisiologi tanaman kakao pada sistem agroforestri sebelum dan selama perlakuan cekaman kekeringan dengan sistem TDE yaitu dengan mengkaji perubahan status air tanah dan akar serta kandungan proline fineroot, perubahan hydraulic conductivity dan persentase embolisme akar serta menganalisa anatomi akar dari akar kakao dan G. Sepium. Selain itu juga dikaji perubahan kandungan karbohidrat (glukosa, sukrosa dan pati), pertumbuhan dan vitalitas akar fineroot kakao, kandungan dan nilai resorpsi N dan P, specific leaf area, jumlah dan tipe trikomata daun kakao. Penelitian dilakukan di Desa O’o, Kecamatan Kulawi Selatan, Kabupaten Donggala yang merupakan daerah di sekitar kawasan Taman Nasional Lore
vi
Lindu, Propinsi Sulawesi Tengah, dengan ketinggian 585 m diatas permukaan laut, serta koordinat 1.5524o Lintang Utara dan 120.0206o Bujur Timur. Sedangkan tempat penelitian untuk pengamatan seedling kakao dilakukan di daerah Banyumas, Jawa Tengah. Penelitian dilakukan mulai Juni 2006 sampai dengan Mei 2008 yang meliputi survey lokasi, pembuatan plot penelitian, pembuatan konstruksi untuk sistem TDE (throughfall displacement experiment), pembangunan stasiun mikroklimat serta pengukuran variabel. Adapun pengukuran variabel dimulai sebelum periode roofing yaitu bulan Desember 2006-Februari 2007. Pengamatan selama periode roofing dilakukan setelah 5-7 bulan dan 13 bulan roofing. Periode 5-7 bulan roofing diduga tanaman telah mengalami cekaman ringan, sedangkan periode setelah 13 bulan diduga tanaman telah mengalami cekaman kekeringan yang berat. Penelitian ini dibagi dalam beberapa tahap. Masing-masing tahap percobaan diuraikan sebagai berikut: Penentuan dan pembuatan plot penelitian, pembuatan konstruksi dan pemasangan roofing, pengukuran throughfall dan cuaca. Adapun pengamatan variabel meliputi pengukuran kandungan air tanah di bawah pohon dilakukan dengan menggunakan tensiometer, pengukuran potensial air akar pohon kakao dan G. sepium diukur dengan menggunakan Scholander Pressure Bomb, pengukuran hydraulic conductivity dilakukan dengan menggunakan metode Sperry et al. (1988), pengukuran proline total akar berdasarkan metode yang dikembangkan oleh Bates et al. (1973), pengukuran glukosa dilakukan dengan metode fenol dan untuk sukrosa dilakukan dengan menggunakan metode Lane-Eynon. Penetapan pati digunakan metode hidrolisis asam. Pengukuran kadar N dilakukan dengan metode Kjedhal, pengukuran P dilakukan dengan metode Morgan Wolf. Pengamatan pertumbuhan akar kakao dan G. sepium digunakan metode ingrowth dan soil core. Perubahan pertumbuhan daun kakao diamati dengan pengukuran spesific leaf area (SLA) serta pengamatan trikomata daun. Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan SAS (Shapiro-Wilk Statistic). Hasil penelitian menunjukkan sistem TDE yang dipergunakan efektif mengurangi infiltrasi air sebesar 79%. Penurunan troughfall diikuti dengan penurunan kandungan air tanah pada lapisan tanah kedalaman 20 cm disekitar pohon kakao dan G. sepium. Penurunan kandungan air tanah lebih cepat terjadi pada tanah disekitar pohon kakao dan tanah disekitar pohon G.sepium. Cekaman kekeringan selama 13 bulan menurunkan potensial air akar kakao dan akar G. sepium. Pada waktu siang hari, potensial air akar menurun dimana potensial air akar kakao lebih rendah daripada akar G.sepium, namun demikian pada saat pagi hari potensial air akar keduanya naik kembali mencapai -0,5 Bar. Hal tersebut menunjukan telah terjadi proses nocturnal hydraulic lift dimana air diambil oleh perakaran G.sepium dari lapisan tanah yang lebih dalam saat malam hari dan dibawa keatas dan dimanfaatkan oleh akar kakao. Kondisi ini sangat bermanfaat bagi tanaman kakao yang mengalami kekurangan air pada waktu siang hari. Cekaman kekeringan selama 13 bulan pada tanaman kakao umur 7 tahun tidak meningkatkan kandungan proline fineroot kakao dan G.sepium. Tetapi menunjukkan perbedaan peningkatan dimana pada akar kakao meningkat 11,59 kali, sedangkan pada fineroot G. sepium hanya 5,44 kali. Berdasarkan sifat konduktivitas perakaran, akar tanaman kakao mempunyai kapasitas yang rendah dalam mengalirkan air dibanding G. sepium. Sifat-sifat itu ditunjukkan pada nilai hydraulic conductance, persentase embolisme, struktur diameter xilem dan lubang membran antar xilem yang lebih kecil dari akar G. sepium. Keadaan ini diduga sebagai adaptasi dari tanaman
vii
kakao yang mempunyai perakaran dangkal dalam menghadapi perubahan air tanah yang cenderung lebih cepat berkurang. Pada lapisan tanah 20 cm, fineroot hidup kakao meningkat secara signifikan seiring bertambahnya waktu diikuti penurunan kandungan pati, glukosa dan sukrosa pada finerootnya. Perubahan kandungan N dan P, resorpsi N dan P, nilai SLA serta jumlah trikomata daun yang yang terjadi selama 13 bulan pada cekaman kekeringan dengan TDE tidak signifikan, namun demikian cenderung menurun seiring dengan bertambahnya waktu. Keyword : cacao agroforestry, TDE systems, root water potential, root proline total, hydraulic conductivity, root embolism, leaf N and P resorption, specific leaf area, soluble carbohydrates, biomass and vitality of fineroot, leaves trichomes.
viii
© Hak cipta milik IPB, tahun 2009 Hak cipta dilindungi Undang-undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
ix
RESPON MORFOFISIOLOGI TANAMAN KAKAO (Theobroma cacao L.) TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN DI KAWASAN AGROFORESTRI SEKITAR TAMAN NASIONAL LORELINDU SULAWESI TENGAH INDONESIA
ERMA PRIHASTANTI
Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
x
Penguji pada Ujian Tertutup
:
Dr. Ir.Hamim,MSi Dr. Ir.Nurul Khumaida,MSi
Penguji pada Ujian Terbuka
:
Dr. Diah Ratnadewi Dr. Ir.Siswanto,DEA
