I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Tanaman membutuhkan kondisi lingkungan yang sesuai untuk tumbuh dan berkembang dengan baik. Unsur iklim mikro seperti radiasi, suhu, dan kelembaban relatif merupakan faktor utama dalam menentukan kualitas pertumbuhan tanaman. Akan tetapi, karakteristik kebutuhan akan unsur iklim mikro tersebut berbeda untuk setiap jenis tanaman sehingga tanaman akan tumbuh baik di wilayah dengan kondisi iklim yang menunjang kebutuhan tanaman tersebut. Sejumlah penelitian mengenai pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan yang terkait dengan unsur iklim mikro membutuhkan sarana penunjang modifikasi iklim mikro yang dapat dikontrol dengan mudah melalui teknologi yang memadai seperti fasilitas ruang tumbuh tanaman atau yang biasa disebut growth chamber. Growth chamber merupakan ruang untuk membantu pertumbuhan tanaman dimana terdapat fiturfitur khusus untuk memodifikasi iklim mikro di dalam ruang tersebut. Growth chamber sangat berguna dalam pembibitan tanaman untuk mendapatkan kualitas produksi tanaman yang diharapkan. Unsur-unsur iklim mikro dapat disesuaikan dengan kebutuhan tanaman tersebut, sehingga tanaman dapat tumbuh dengan baik tanpa harus ditanam pada wilayah tertentu. Growth chamber juga dapat digunakan untuk melihat kecenderungan pertumbuhan tanaman berdasarkan keadaan lingkungan yang diciptakan oleh growth chamber tersebut (Langhans dan Tibbits 1997). Growth chamber umumnya digunakan sebagai sarana penunjang di bidang kajian hortikultura dan agroklimat, Kebutuhan tanaman seperti karakteristik suhu dan radiasi yang bergantung pada letak geografis dari habitat asli tanaman merupakan salah satu hambatan dalam melakukan penelitian dengan biaya yang terbatas. Dengan adanya growth chamber, maka penelitian dapat berlangsung dengan efisien dari segi waktu dan biaya. Dewasa ini, growth chamber yang ditawarkan oleh pasaran sudah sangat beragam dengan fitur yang mutakhir. Namun bagi masyarakat awam, growth chamber tersebut relatif mahal dengan sistem pengoperasian yang cukup rumit. Fitur yang terdapat pada growth chamber tersebut pada akhirnya tidak digunakan secara maksimal. Oleh karena itu, dibutuhkan growth chamber sederhana yang lebih ekonomis dengan sistem
pengoperasian yang lebih mudah untuk digunakan oleh masyarakat secara umum. 1.2 Tujuan Membuat growth chamber sederhana yang lebih ekonomis dan mudah digunakan untuk menunjang pertumbuhan tanaman serta sebagai sarana penelitian yang membutuhkan perlakuan cahaya dan suhu terhadap tanaman.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pertumbuhan Tanaman Menurut Chairani (2008), faktorfaktor yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman dibagi menjadi dua faktor, yakni genetik dan lingkungan. 2.1.1 Faktor Genetik Gen adalah faktor pembawa sifat menurun yang terdapat di dalam makhluk hidup. Gen mempengaruhi setiap struktur makhluk hidup dan juga perkembangannya, walaupun gen bukanlah satu-satunya faktor yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Setiap jenis (spesies) memiliki gen dengan karakteristik tertentu sehingga masing-masing spesies tanaman memiliki karakteristik fisiologis yang berbeda satu sama lain. 2.1.2 Lingkungan - Curah hujan Besarnya curah hujan mempengaruhi kadar air tanah, aerasi tanah, kelembaban udara dan secara tidak langsung juga menentukan jenis tanah sebagai tempat media tumbuh tanaman. Oleh karenanya curah hujan sangat besar pengaruhnya terhadap pertumbuhan tanaman. - Ketinggian Ketinggian tempat menentukan suhu udara, intensitas cahaya matahari dan mempengaruhi curah hujan, yang pada gilirannya mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Perbedaan ketinggian tempat dari permukaan laut menyebabkan perbedaan suhu lingkungan. Setiap kenaikan 100m dari permukaan laut, suhu akan turun sekitar 0.50°C (Chairani 2008). Kondisi ini tentunnya akan mempengaruhi jenis tumbuhan yang hidup pada ketinggian tertentu. - Keadaan tanah Tanah merupakan komponen hidup dari lingkungan yang penting dalam mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Kondisi kesuburan
1
tanah yang relatif rendah akan mengakibatkan terhambatnya pertumbuhan tanaman dan akhirnya akan mempengaruhi hasil. Pengaruh keadaan tanah dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu: 1. Keadaan fisik tanah, yang ditentukan oleh struktur dan tekstur tanah, karenanya pengaruhnya terhadap aerasi dan drainase tanah. 2. Keadaan kimia tanah yang ditentukan oleh kandungan zat hara di dalam tanah. 3. Keadaan biologi tanah yang ditentukan oleh kandungan mikro/makro flora dan fauna tanah yang bertindak sebagai resiklus hara dalam tanah (dekomposisi). - Suhu Suhu udara mempengaruhi kecepatan pertumbuhan maupun sifat dan struktur tanaman. Tumbuhan dapat tumbuh dengan baik pada suhu optimum. Untuk tumbuhan daerah tropis suhu optimumnya berkisar 22370°C. Suhu optimum berkisar antara 25300°C dan suhu maksimum 35-400°C. Tetapi suhu kardinal (minimum, optimum, dan maksimum) ini sangat dipengaruhi oleh jenis dan fase pertumbuhan tanaman. - Cahaya Matahari Cahaya matahari (radiasi surya) mempengaruhi pertumbuhan tanaman melalui tiga sifat yaitu intensitas cahaya, kualitas cahaya (panjang gelombang) dan lamanya penyinaran (panjang hari). Pengaruh ketiga sifat cahaya tersebut terhadap pertumbuhan tanaman adalah melalui pembentukan klorofil, pembukaan stomata, pembentukan antocyanin (pigmen merah) perubahan suhu daun atau batang, penyerapan hara, permeabilitas dinding sel, transpirasi dan gerakan protoplasma. - Unsur Hara dan Air Hara dan air memegang peranan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Salah satu fungsi dari kedua bahan ini adalah sebagai bahan pembangun tubuh makhluk hidup. Pertumbuhan yang terjadi pada tanaman (sampai batas tertentu) disebabkan oleh tanaman mendapatkan hara dan air. Bahan baku pada proses fotosintesa adalah hara dan air yang nantinya akan diubah tanaman menjadi makanan. Tanpa kedua bahan ini pertumbuhan tidak akan berlangsung. Hara dan air umumnya diambil tanaman dari dalam tanah dalam bentuk ion. Unsur hara yang dibutuhkan tanaman dapat dibagi atas dua kelompok yaitu hara makro dan mikro. Hara makro adalah hara yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah besar
sedangkan hara mikro dibutuhkan dalam jumlah kecil. Nutrien yang tergolong ke dalam hara makro adalah Carbon, Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Sulfur, Posfor, Kalium, Calsium, Ferrum. Sedangkan yang termasuk golongan hara mikro adalah Boron, Mangan, Molibdenum, Zinkum (seng) Cuprum (tembaga) dan Klor. Jika tanaman kekurangan dari salah satu unsur tersebut diatas maka tanaman akan mengalami gejala defisiensi yang berakibat pada penghambatan pertumbuhan. - Hormon Tumbuhan Hormon (zat tumbuh) adalah suatu senyawa organik yang dibuat pada suatu bagian tanaman dan kemudian diangkut ke bagian lain, yang konsentrasinya rendah dan menyebabkan suatu dampak fisiologis. Diferensiasi tanaman juga diatur oleh hormon tanaman yang umumnya pada tumbuhan disebut dengan fitohormon. Saat ini dikenal hormon tumbuh seperti auksin, giberelin, sitokinin, asam absisi, etilen, asam traumalin, dan kalin. 2.2 Radiasi Tanaman merupakan organisme yang diberi tenaga oleh matahari, sehingga sinar radiasi menjadi faktor lingkungan yang sangat penting dalam pengaturan pertumbuhan perkembangan, dan reproduksi tanaman. Tanaman tidak hanya mengindera kehadiran sinar tersebut saja, tetapi juga bergantung kepada arah, intensitas, dan panjang gelombangnya (Campbell 1999). Radiasi yang dipancarkan dalam growth chamber merupakan sumber energi yang digunakan oleh tanaman untuk tumbuh dan berkembang. Efek radiasi pada tanaman dapat digunakan untuk mempelajari fotosintesis, fotomorfogenesis, dan sumber energi biologis (energi-bio). Sumber daya untuk radiasi dapat diusahakan dengan menggunakan berbagai macam lampu yang mempunyai emisi spectra dalam tiap lampu antara 400-700 nm. Menurut Sager dan Mc Farlane (1997), tipe lampu yang sering digunakan dalam growth chamber antara lain incandescent lamps, fluorescent lamps (cool white phosphor, daylight phosphor, warm white phosphor, deluxe cool white phosphor, gro-lux phosphor, dan vitalite phosphor), High Intensity Discharge (HID) lamps, Mercury lamps, Low Pressure Sodium (LPS) lamps, Xenon lamps, dan Light Emitting Diode (LED).
2
Gambar 1 Intensitas relatif dari spektrum radiasi matahari (Sumber: www.specmeters.com).
2.2.1
Warna Cahaya Sinar matahari memiliki spektrum cahaya yang lengkap dari gelombang 280 nm hingga 1100 nm. Cahaya merah dan biru merupakan spektrum cahaya yang paling bermanfaat bagi tanaman, di mana cahaya merah (610-750 nm) menstimulasi pertumbuhan vegetatif dan pembungaan, akan tetapi jika suatu tanaman mendapatkan cahaya merah yang terlalu banyak, tanaman tersebut akan menjadi lebih tinggi dan ramping. Cahaya biru (400-520 nm) berfungsi untuk menjaga laju pertumbuhan tanaman, sehingga tanaman dapat tumbuh ideal, khususnya pada pembibitan tanaman berdaun lebar dan pendek. Namun sebenarnya tanaman membutuhkan semua spektrum cahaya untuk melakukan fotosintesis dan secara tidak langsung akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman secara fisiologis. Masing-masing warna memiliki nilai suhu dalam skala Kelvin. Suhu warna tersebut mengindikasi keluaran warna cahaya tampak dari berbagai jenis sumber cahaya (Birn 2001). Hal tersebut dapat mendeskripsikan karakter dingin atau hangatnya cahaya yang tampak dari sumber cahaya tertentu. Dengan mengetahui spektrum warna yang baik untuk tanaman, maka dapat ditentukan pemilihan
warna lampu yang sesuai dari nilai warna suhunya.
Gambar 2 Suhu warna berdasarkan skala Kelvin (Sumber: www.seesmartled.com) 2.2.2
Intensitas Cahaya Menurut Rachmawati (2009), kualitas, intensitas, dan lamanya radiasi terhadap tanaman mempunyai pengaruh yang besar akan proses fisiologis tanaman tersebut. Cahaya mempengaruhi pembentukan klorofil,
3
fotosintesis, fototropisme, dan fotoperiodisme. Efek cahaya dapat meningkatkan kerja enzim untuk memproduksi zat metabolik untuk pembentukan klorofil. Sedangkan pada proses fotosintesis, intensitas cahaya akan mempengaruhi laju fotosintesis saat berlangsung reaksi terang. Oleh karena itu, secara tidak langsung cahaya menjadi salah satu faktor yang mengendalikan pertumbuhan dan perkembangan tanaman, hal tersebut disebabkan oleh hasil fotosintesis yang berupa karbohidrat digunakan untuk pembentukan organ-organ tumbuhan. Lebih lanjut, ia juga menyatakan bahwa perkembangan struktur tumbuhan juga dipengaruhi oleh cahaya (fotomorfogenesis). Efek fotomorfogenesis ini dapat dengan mudah diketahui dengan cara membandingkan kecambah yang tumbuh di tempat terang dan kecambah di tempat gelap. Kecambah yang tumbuh di tempat gelap akan mengalami etiolasi sehingga tampak pucat dan lemah karena produksi klorofil terhambat akibat kurangnya cahaya. Namun sebaliknya, pada kecambah yang tumbuh di tempat terang, daunnya akan terlihat lebih berwarna hijau, tetapi batang akan menjadi lebih pendek karena aktifitas hormon pertumbuhan (auksin) terhambat oleh adanya cahaya. Intesitas cahaya yang diterima oleh tanaman pengaruhi oleh daya listrik pada lampu dan seberapa dekat jarak tanaman tersebut terhadap sumber radiasi. Sama halnya seperti pada emisi spektral, setiap tanaman memiliki kemampuan yang berbeda dalam menyerap cahaya, sehingga intensitas cahaya yang dibutuhkan pun akan berbeda. Sebagai contoh, tanaman yang tumbuh liar di hutan tropis dengan kanopi rapat tidak membutuhkan cahaya sebanyak tanaman yang tumbuh di iklim kering dan panas seperti Mediteranian. Menurut Ross dan Sulev (2000), Photosynthetically Active Radiation atau yang biasa disebut dengan PAR didefinisikan sebagai radiasi dalam kisaran panjang gelombang 400-700 nm, atau 380-710 nm (Gaastra 1959, Nichiporovich 1960, McCree 1966), di mana pada kisaran panjang gelombang tersebut, tanaman aktif melakukan fotosintesis untuk tumbuh dan berkembang. Energi dari sinar matahari ditangkap oleh tanaman dalam bentuk partikel yang disebut photon dengan satuan µmol.m-2s-1 atau dengan µE.m-2s-1 di mana nilai mol setara dengan Einstein (Incoll, Long, dan Ashmore 1981). Sager dan Farlane (1997) menyatakan bahwa tingkat radiasi yang ideal untuk melakukan
fotosintesis pada tanaman C3 umumnya sekitar 400 µmol.m-2s-1 untuk 16 jam pencahayaan harian. Beberapa tanaman irradian tinggi, khususnya pada tanaman C4, membutuhkan setidaknya 500 µmol.m-2s-1 untuk 16 jam pencahayaan harian agar tumbuh dengan maksimal. Namun, tanaman daun yang tumbuh lambat dapat tumbuh baik hanya dengan 10 hingga 50 µmol.m-2s-1 untuk 8 jam pencahayaan harian.
Gambar 3 Spektrum penyerapan radiasi dari berbagai pigmen tanaman (Sumber: www.ledflowergrowlights.eu).
Gambar 4 Spektrum penyerapan cahaya oleh Fitokrom (Sumber: Koning 1994). Besar intensitas sinar radiasi yang dibutuhkan tanaman dapat juga diketahui dari nilai lumen (lm) yang merupakan satuan dari luminous flux. Luminous flux itu sendiri didefinisikan sebagai jumlah radiasi datang dari sumber radiasi per satuan waktu. Hal ini berkaitan erat dengan Illuminance yang merupakan nilai kerapatan dari luminous flux yang jatuh ke permukaan dengan satuan lm/m2 atau lux. Jika tanaman ditanam di lahan yang kurang mendapatkan sinar matahari, tanaman akan mengandung terlalu banyak air, tumbuh meninggi dan tidak terarah, bahkan tanaman
4
menjadi lemah dan mudah patah. Jika terlalu lembab seperti pada musim hujan, kemungkinan besar tanaman akan mengalami kebusukan akar dan mati (Chiramongkolgarn 2006). Kebanyakan tanaman rumah yang berbunga sangat cocok tumbuh pada jarak 10 sampai 12 inci dari sumber cahaya. Tanaman yang tidak berbunga seperti ivy atau philodendron, dapat diletakkan sejauh 36 inci dari sumber cahaya. Namun banyak tanaman berbunga, seperti anggrek dan gardenia, membutuhkan intensitas cahaya yang lebih tinggi untuk berbunga dan memproduksi buah, sama halnya dengan tanaman sayur. 2.2.3
Durasi Penyinaran Jenis tanaman apapun akan tetap membutuhkan istirahat. Tanaman melakukan respirasi di saat gelap, di mana hal tersebut sangat penting untuk proses pertumbuhan tanaman. Waktu istirahat yang seimbang berdampak kepada proses biologis tanaman tersebut, termasuk laju pertumbuhan, serta bentuk kuncup dan buah. Interval penyinaran sehari-hari terhadap tumbuhan mempengaruhi proses pembungaan. Lama siang hari di daerah tropis kira-kira 12 jam. Sedangkan di daerah yang memiliki empat musim, dapat mencapai 16-20 jam. Respon tumbuhan yang diatur oleh panjangnya hari disebut dengan fotoperiodisme. Fotoperiodisme dipengaruhi oleh fitokrom (pigmen penyerap cahaya). Fitokrom memiliki dua struktur kimia, yakni Pr dan Pfr, di mana Pr menyerap cahaya merah dan Pfr menyerap cahaya merah jauh (gambar 4). Cahaya merah memacu perkecambahan dan pembungaan, sedangkan cahaya merah jauh berpengaruh sebaliknya. Hal inilah yang menjelaskan mengapa pembungaan pada spesies tertentu biasanya terjadi secara serempak. (Rachmawati 2009). Umumnya, jenis tanaman dikelompokkan ke dalam tiga kategori sesuai dengan lama panjang hari yang dibutuhkan oleh tanaman tersebut, yakni tanaman hari pendek, tanaman hari panjang, dan tanaman netral. Tanaman hari pendek, seperti krisan, azalea, dan begonia, akan berkembang baik dengan penyinaran kurang dari 12 jam sehari. Sementara itu, tanaman hari panjang membutuhkan paling sedikit 14 hingga 18 jam penyinaran dalam sehari. Jika tidak mendapatkan cukup cahaya, maka tanaman tersebut akan terlihat pucat dan kurus. Tanaman netral, termasuk ke dalamnya tanaman daun, geranium, dan African violet, tidak responsif terhadap panjang hari untuk
pembungaannya sehingga umumnya dapat tumbuh baik sepanjang tahun. 2.3 Suhu Pertumbuhan dipengaruhi oleh kerja enzim dalam tumbuhan tersebut, sedangkan kerja enzim dipengaruhi oleh suhu. Setiap spesies atau varietas memiliki batas suhu minimum, rentang suhu optimum, dan suhu maksimum. Jika tanaman berada pada suhu minimum, maka tanaman tidak dapat tumbuh. Laju pertumbuhan tanaman paling tinggi pada suhu optimum, sedangkan pada batas suhu maksimum, tanaman tidak dapat tumbuh atau bahkan mati. Secara fisik, suhu merupakan bagian yang dipengaruhi oleh radiasi sinar matahari dan dapat diestimasikan berdasarkan keseimbangan panas. Secara fisiologis, suhu dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman, fotosintesis, pembukaan stomata, dan respirasi (Monteith 1977). Pengontrolan suhu dalam growth chamber biasanya digunakan untuk mengetahui efek suhu terhadap tanaman atau mempertahankan suhu sehingga kondisinya tetap optimal (Hicklenton 1977). 2.4 Kelembaban Relatif Laju transpirasi dipengaruhi oleh kelembaban udara. Jika kelembaban udara rendah, transpirasi akan meningkat. Hal ini memacu akar untuk menyerap lebih banyak air dan mineral dari dalam tanah atau media tanam. Meningkatnya penyerapan nutrien oleh akar akan meningkatkan pertumbuhan tanaman (Rachmawati 2009). Begitu pula sebaliknya, dalam Nederhoff 1997, Kelembaban udara yang tinggi dapat menghalagi proses transpirasi karena udara yang sangat lembab menjadi jenuh dengan uap air dan hingga tidak dapat menyerap lagi. Tingkat kelembaban udara yang umumnya direkomendasikan untuk pertumbuhan sebagian besar tanaman pangan yakni berada pada kisaran 60 hingga 70 %. Kondisi udara yang kering dalam ruangan akan menghambat pertumbuhan tanaman, oleh karena itu untuk beberapa kasus, diperlukan humidifier untuk menaikkan kelembaban udara di dalam growth chamber. Terdapat berbagai macam jenis humidifier yang dapat digunakan, di antaranya, evaporative humidifier dan natural humidifier. Evaporative humidifier sangat umum digunakan di mana pada humidifier ini, evaporasi bergantung kepada tingkat kelembaban ruangan, sehingga humidifier jenis dapat menyesuaikan diri secara otomatis
5
dalam mengevaporasikan cadangan air di dalamnya (EPA 1991). Sementara itu, Mark Friedman (2011) mempublikasikan cara membuat natural humidifier dengan memanfaatkan bahan-bahan rumah tangga, yakni wadah air dan sehelai kain. Wadah air berguna untuk menyimpan cadangan air dan mendistribusikannya melalui kain yang kemudian berevaporasi sehingga dapat melembabkan udara di dalam ruangan. Pengukuran kelembaban biasanya dikalibrasikan dengan kelembaban relatif, sehingga pengaruhnya terhadap status air dalam tanaman dapat dipelajari, juga interaksi antara tanah, tanaman, dan atmosfer lingkungan dapat dibandingkan secara langsung. Menurut Langhans dan Tibbits 1997, metode yang biasanya digunakan untuk pengukuran kelembaban dalam growth chamber antara lain psychrometric, electrochemical, hygroscopic, dew point, dan electrocapacitive. 2.5 Lingkungan Terkontrol untuk Produksi Pertanian Tanaman seringkali mengalami stres akibat kondisi lingkungan (environmental stresses) di mana pada kasus ini, tanaman dapat mengalami stres yang dipengaruhi oleh suhu, kelembaban, salinitas, dan faktor lingkungan lainnya. Stres pada tanaman ini merupakan faktor yang tidak menguntungkan bagi pertumbuhan tanaman itu sendiri (Taiz dan Zeiger 2001). Dalam beberapa kasus, stres biasanya diukur dengan ketahanan tanaman, produksi dan pertumbuhan tanaman, serta kualitas panen (Boyer 1982). Dalam Levitt (1980), kelebihan air pada tanaman dapat menyebabkan tanaman tersebut kekurangan oksigen, sedangkan kekurangan air akan menyebabkan dehidrasi pada tanaman di mana hal tersebut dapat mempengaruhi zona sel turgor yang selanjutnya dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Faktor lain yang dapat memicu stres pada tanaman, seperti yang tertulis pada Comparative Physiology of Salt and Water Stress, Plant, Cell and Environment (Munns 2002), adalah salinitas yang merupakan akumulasi dari garam mineral yang berlebih di atas level optimal. Tanah yang mempunyai salinitas tinggi sering mengandung sejumlah garam seperti Na2SO4, MgSO4, CaSO4, MgCl2, KCl, dan Na2CO3. Stres akibat kelebihan Na+ dapat mempengaruhi beberapa proses fisiologi dari mulai perkecambahan sampai pertumbuhan tanaman. Stres pada tanaman juga dapat
disebabkan oleh suhu lingkungan yang merupakan salah satu penghambat dalam proses fisiologi untuk sistem reproduksi tanaman ketika suhu tanaman berada di luar suhu optimal terendah maupun tertinggi (Monteith 1977). Dewasa ini, menurut Widya (2010), pertanian modern banyak memanfaatkan sistem pertanian dengan lingkungan yang terkontrol (Controlled Environment in Agriculture) atau lebih dikenal dengan sebutan CEA, yaitu sebuah sistem pertanian buatan yang dirancang khusus dengan tingkat pemantauan dan pengontrolan variabelvariabel lingkungan yang lebih intensif. Beberapa efek dari stres karena kondisi lingkungan dapat dikurangi dengan menggunakan sistem CEA di mana sistem ini dapat mempertahankan ataupun menstabilkan kondisi lingkungan sesuai kondisi optimal untuk pertumbuhan tanaman. Pertanian dengan lingkungan yang terkontrol, atau CEA, merupakan kombinasi antara budidaya pertanian, perkebunan, dan rekayasa untuk mengoptimalkan produksi tanaman, peningkatan kualitas panen, dan efisiensi produk. Tanaman dalam CEA dapat dipertahankan kondisi lingkungannya dengan menggunakan pencahayaan tamabahan, suplai nutrisi, suhu maupun kelembaban yang dapat dikontrol sesuai kebutuhan. Media tumbuh yang mengandung nutrisi dapat diformulasikan dan disesuaikan dengan karakter tanaman. Pengelolaan CEA dengan baik dapat menyediakan produk segar (termasuk bunga dan tanaman obat) dengan kualitas yang baik dengan sedikit bahan kimia. Dua hal penting dalam pengembangan CEA adalah suhu dan pencahayaan. Kedua parameter ini diusahakan dapat dikendalikan dengan baik secara seragam dan konsisten setiap harinya. Pencahayaan tambahan terkadang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil yang baik bagi pertumbuhan tanaman. Pada saat cuaca mendung atau hujan, di mana sinar matahari tidak dapat diterima dengan maksimal oleh tanaman, pencahayaan buatan ditambahkan untuk meningkatkan sinar yang diterima oleh tanaman untuk menunjang proses fotosintesis sehingga membutuhkan tambahan daya listrik untuk pencahayaan. Kebutuhan daya listrik akan semakin meningkat apabila ingin menghasilkan tanaman sepanjang tahun dalam berbagai musim. Growth chamber merupakan salah satu fasilitas CEA yang banyak digunakan oleh para ahli pertanian maupun para petani dan industri pertanian. Jenis
6
fasilitas CEA lainnya yakni greenhouse, phytotron, dan Controlled Ecological LifeSupport System (CELSS) . 2.5.1 Growth Chamber Growth chamber merupakan ruangan yang digunakan untuk menumbuhkan obyek yang diamati, seperti tanaman, dalam kondisi lingkungan yang tertutup dengan memberikan perlakuan khusus seperti modifikasi iklim mikro dalam ruang tersebut sehingga akan memberikan pengaruh langsung terhadap obyek yang diamati (Langhans and Tibbits 1997). Pada growth chamber, kondisi lingkungan dapat dipertahankan secara konsisten sesuai yang dikehendaki dengan pengaturan khusus pada radiasi, suhu, kelembaban, karbondioksida, pergerakan udara, serta kontaminasi udara berdasarkan tujuan yang hendak dicapai. Pada umumnya, pengoperasian growth chamber membutuhkan persyaratan khusus dalam pengaturan bermacam-macam faktor dengan tingkat presisi yang tinggi.
Gambar 5 Beberapa jenis growth chamber (Sumber: www.acmasindia.com) Fungsi lain dari growth chamber ialah untuk melakukan pengukuran akan kemampuan tanaman menyerap berbagai gas polutan sehingga tanaman dapat dikategorikan sesuai dengan tingkat toleransi terhadap polutan. Gas-gas tertentu yang dibutuhkan tanaman, seperti CO2 dan O2, juga dapat dikontrol untuk melihat pengaruh pertumbuhan dan perkembangan tanaman terhadap jumlah gas yang diserap. Pada beberapa jenis khusus growth chamber, kecepatan pergerakan udara dapat diatur dengan adanya wind tunnel untuk melihat pengaruh angin terhadap tanaman. Growth chamber khusus dapat menciptakan keadaan lingkungan yang lebih spesifik sesuai dengan kebutuhan penggunaannya. Umumnya, chamber ini merupakan modifikasi dari growth chamber
standar. Pada beberapa kasus, perlu dibuat chamber baru apabila kondisi lingkungan yang dibutuhkan lebih kompleks. Beberapa tipe growth chamber antara lain sebagai berikut (Langhans dan Tibbits 1997) : - Closed Chamber Growth chamber jenis ini dapat digunakan untuk mengontrol suhu, karbondioksida, oksigen, suplai air, serta gasgas kontaminan. Closed chamber menunjang penelitian yang berkaitan dengan kontrol toksik atau material radioaktif yang sulit dilakukan jika menggunakan jenis growth chamber lain. Growth chamber ini sangat terisolasi dari lingkungan di sekitarnya sehingga material yang dikontrol pada chamber tersebut tidak terkontaminasi dengan material dari udara luar. - Semi-Closed Chamber Hubungan polutan udara terhadap tanaman dapat diteliti dengan menggunakan jenis chamber ini. - Single Air-Pass Chamber Chamber ini memiliki desain khusus yang sangat ideal untuk meneliti polutan udara, di mana pada chamber ini polutan hanya akan melewati tanaman satu kali saja. - Air Ion Chamber Ion udara dapat didefinisikan sebagai partikel atmosferik yang secara elektrik terisi dari penambahan atupun kehilangan elektron, di mana partikel-partikel tersebut dapat mempengaruhi berbagai proses fisiologis pada tanaman (Kotaka 1978). - Wind Tunnel Chamber jenis ini berguna untuk penelitian mengenai polutan udara, transfer panas, kekuatan angin, transfer penyerbukan, perilaku serangga, dan dispersi partikulat atau bakteri. - Pesticide Chamber Sebagian besar jenis pestisida dan metabolitnya sangat rentan untuk terurai pada atmosfir growth chamber atau bahkan terbawa siklus udara yang bergerak melewati chamber tersebut, sehingga dibutuhkan fitur khusus untuk menahan ikatan kimia tersebut agar tetap stabil di dalam chamber. 2.5.2 Phytotron Phytotron merupakan rumah kaca yang tertutup secara keseluruhan yang digunakan untuk mempelajari pengaruh kondisi lingkungan pada tanaman maupun untuk pertumbuhan tanaman yang sesuai dengan kondisi lingkungan yang diinginkan, serta untuk memonitor konsumsi gas. Pada umumnya, phytotron menggunakan kaca
7
untuk atap dan sisinya sehingga dapat menerima sinar matahari secara langsung. Selain itu, suhu udara dan kelembaban juga dapat diatur dan disesuaikan. Keuntungan penggunaan phytotron ini adalah dapat menghasilkan ulang beberapa tipe kondisi lingkungan yang diinginkan dari kondisi yang dingin di antartika sampai daerah gurun maupun tropis. Studi tentang beberapa organisme seperti hubungan antara tanaman dan spesies tertentu juga dapat dilakukan.
udara disediakan dan didistribusikan secara merata dalam rumah kaca pada level yang optimal.
Gambar 7 Ravnsborgs Gård Greenhouse, Oslo (Sumber: Norsk Hydro ASA 2009)
(a)
(b) Gambar 6 Phytotron (a) RERAF di Denmark (Sumber: Hansen 2009) dan (b) NCSU Phytotron di Amerika Serikat (Sumber: www.ncsu.edu). 2.5.3 Greenhouse Greenhouse atau rumah kaca merupakan CEA yang paling umum dan banyak digunakan. Menurut Enoch (1998), rumah kaca didefinisikan sebagai ruangan tertutup yang transparan untuk menumbuhkan atau melindungi tanaman. Definisi lain menyebutkan bahwa rumah kaca merupakan sebuah bangunan yang dapat menyediakan kondisi optimal untuk menumbuhkan tanaman dengan kualitas yang relatif memuaskan sepanjang tahun. Faktor yang berpengaruh seperti suhu, sinar matahari, serta kelembaban
Pengaturan utama dalam sistem pendinginan udara pada rumah kaca terletak pada sistem ventilasi dari rumah kaca tersebut. Oleh karena itu, ketika udara di luar rumah kaca meningkat pada musim panas, ventilasi alami seringkali tidak dapat memenuhi kebutuhan suhu yang rendah untuk tanaman, sehingga dibutuhkan instalasi sistem tambahan seperti kipas dan pad pendingin (Hall, Scurlock, dan Bolhar-Nordenkampf 1993). 2.5.4 Controlled Ecological Life-Support System (CELSS) Menurut Fallah (2006) dalam INOVASI volume 6, konsep dasar CELSS atau mini-earth ini adalah produksi tanaman untuk bahan makanan menggunakan sistem yang tertutup dengan pencahayaan buatan yang dapat diatur intensitas dan waktunya, penambahan CO2 sampai level tertentu yang dibutuhkan tanaman, penggunaan nutrisi sesuai kebutuhan tanaman, kontrol suhu ruangan, dan kelembaban ruangan. Semua aspek tersebut dikontrol dan diprogramkan oleh komputer yang terkoneksi dan dapat dipantau dengan tingkat akurasi yang tinggi. CELSS tidak semata-mata dirancang hanya untuk memproduksi bahan makanan, akan tetapi untuk menunjang basis kebutuhan hidup manusia di luar lingkup bumi tanpa memerlukan suplai yang kontinyu dari bumi. Sistem ini dirancang untuk menyediakan bahan makanan, air bersih, serta atmosfer untuk bernafas dengan menggunakan tanaman sebagai komponen sentral untuk mengolah limbah.
8
cahaya yang diberikan, seperti halnya lampu halogen. Jika posisi tanaman terlalu dekat dengan bola lampu, maka daun dari tanaman tersebut akan mudah terbakar akibat panas dari lampu tersebut.
Gambar 8 CELSS, Kennedy Space Center, USA (Sumber: Globus 2002)
Gambar 10 Spektrum lampu Incandescent (Sumber: Sager dan Mc Farlane 1997). 2.6.2 Fluorescent Bulbs Lampu fluorescent mengeluarkan cahaya dua hingga tiga kali lebih besar dibandingkan dengan lampu incandescent pada jumlah energi yang sama. Warna cahaya yang tampak ditentukan oleh lapisan fosfor dari bagian dalam bola lampu. Terdapat dua jenis lampu fluorescent, yakni fluorescent tubes dan compact fluorescent.
Gambar 9 Skema sistem CELSS (Sumber: Ahad 2004) 2.6 Tipe Lampu yang digunakan pada Growth Chamber Masing-masing jenis lampu memiliki karakteristik yang berbeda satu sama lain. Hal ini meliputi emisi spektral, efisiensi fotosintesis, umur lampu, dan output loss. Kebutuhan akan jenis lampu ditentukan dari besar intensitas penyinaran yang ingin diperoleh, luas chamber, serta spektrum gelombang cahaya yang diperlukan. Beberapa jenis lampu yang umum digunakan pada growth chamber beserta karakteristikny menurut Sager dan Mc Farlane (1997) yakni, incandescent bulbs, fluorescent bulbs, dan HID. 2.6.1 Incandescent Bulbs Jenis lampu incandescent bagus sebagai sumber cahaya merah, namun buruk untuk sumber cahaya biru. Lampu ini juga mengeluarkan panas setimpal dengan jumlah
(a)
(b)
9
(c) Gambar 11 Spektrum dari jenis warna lampu fluorescent (a) cool white, (b) daylight, dan (c) warm white (Sumber: Sager dan Mc Farlane 1997). Lampu fluorescent jenis daylight (Gambar 11b) merupakan sumber cahaya biru dan kuning-hijau yang baik, namun jenis lampu ini kurang baik untuk sumber cahaya merah, sehingga tanaman di bawah lampu fluorescent daylight akan terhambat dalam pertumbuhan. Sebaliknya, lampu fluorescent warm white (Gambar 11c) mengemisikan banyak cahaya oranye dan merah, namun kurang pada spektrum cahaya biru dan hijau. Pertumbuhan tanaman yang baik dapat dicapai dengan menggunakan kombinasi dari lampu fluorescent daylight dan warm white agar spektrum cahaya menjadi seimbang dan ideal untuk tanaman. 2.6.3 High Density Discharge (HID) Lamps Jenis lampu HID seringkali digunakan untuk pembibitan komersil. Lampu ini umumnya mengemisikan cahaya dua kali lipat dari lampu incandescent ataupun fluorescent pada penggunaan jumlah energi yang sama. Fikstur yang ideal pada lampu HID membuat harga lampu ini relatif lebih mahal dibandingkan dengan lampu incandescent atau fluorescent. Lampu ini pun cenderung membutuhkan tegangan tinggi, sehingga jumlah pemakaian listrik harus dipertimbangkan lagi. Beberapa jenis lampu HID mengeluarkan cahaya yang sangat terang, sehingga harus ditempatkan di ruangan tertentu dan dianjurkan untuk memakai pelindung mata ketika memakai lampu ini. Metal Halide, High-Pressure Sodium (HPS), dan Mercury Vapor Lights merupakan jenis lampu HID. Lampu jenis metal halide mengemisikan cahaya putih kebiruan dengan
baik di mana cahaya ini sempurna untuk pertumbuhan tanaman. Dengan radiasi dari lampu ini, daun akan tetap hijau dan sehat, tanaman pun akan tumbuh dengan kuat. Sampai saat ini, lampu metal halide merupakan pilihan utama yang direkomendasikan untuk pembibitan. Selain dari lampu metal halide, lampu merkuri dapat mengemisikan cahaya kebiruan yang intensif, seimbang, dan memiliki intensitas tinggi. Sementara itu, lampu HPS biasanya digunakan untuk menunjang pembungaan dan pembuahan. Spektrum warna kuning-oranye pada lampu HPS membuat tanaman beradaptasi seolah-olah musim gugur akan tiba, di mana hal tersebut dapat menstimulasi produksi bunga dan buah. Namun jika digunakan secara berlebihan, lampu HPS akan membuat tanaman menjadi lebih ramping dan memiliki tangkai yang lemah.
Gambar 12 Spektrum lampu Metal Halide (Sumber: Sager dan Mc Farlane 1997).
Gambar 13 Spektrum lampu High-Pressure Sodium (Sumber: Sager dan Mc Farlane 1997).
10
