perubahan iklim dan cekaman abiotik salinitas - Biotrends

BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015
PERUBAHAN IKLIM DAN CEKAMAN ABIOTIK
SALINITAS
Anky Zannati
Laboratorium Genomik dan Perbaikan Mutu Tanaman
Pusat Penelitian Bioteknologi LIPI-Cibinong
Email: [email protected]
P
erubahan Iklim adalah
keadaan iklim global yang
berubah karena suhu rata-rata
telah naik ataupun turun secara
musiman (Friedland, 2010). Hal
tersebut terjadi akibat dari fluktuasi
radiasi matahari atau akibat letusan
gunung berapi secara berkala. Kini
perubahan iklim bukan hanya
disebabkan oleh peristiwa alam,
melainkan lebih karena berbagai
aktivitas manusia. Kemajuan pesat
pembangunan ekonomi memberikan
dampak yang serius terhadap iklim
dunia, antara lain lewat pembakaran
batu bara, minyak, dan kayu secara
besar-besaran, serta pembabatan
hutan. Kerusakannya terutama terjadi
melalui produksi gas-gas rumah kaca
(GRK), dinamakan demikian karena
gas-gas itu memiliki efek yang sama
dengan atap sebuah rumah kaca.
Gas-gas tersebut memungkinkan
sinar matahari menembus atmosfer
sehingga menghangatkan bumi,
sekaligus mencegah pemantulannya
ke ruang angkasa. Akibatnya bumi
dan atmosfer perlahan-lahan
memanas (Friedland, 2010)
(Gambar 1).
Kenaikan suhu
yang terjadi
mungkin tidak
terlalu tinggi,
tetapi di negara
tertentu, seperti
Indonesia, hal
tersebut dapat
menyebabkan
cuaca yang lebih
ekstrem.
Indonesia akan
mengalami badai
pesisir yang
lebih sering dan
lebih dahsyat,
serta kemarau
panjang dan
curah hujan
tinggi.
Melelehnya
gletser dan
lapisan es di kutub, menyebabkan
naiknya muka air laut antara 9 hingga
100 cm. Kenaikan muka air laut itu
akan mempercepat erosi di wilayah
pesisir, memicu intrusi air laut ke air
tanah, merusak lahan rawa di pesisir,
dan menenggelamkan pulau-pulau
kecil (Moediarta dan Stalker 2007).
Sebagai sebuah negara kepulauan
yang memiliki lebih dari 17.000 pulau
dan 80.000 kilometer garis pantai,
Indonesia amat rentan terhadap
kenaikan muka air laut. Kenaikan
satu meter dapat menenggelamkan
405.000 hektar wilayah pesisir dan
2.000 pulau yang terletak dekat
permukaan laut beserta kawasan
terumbu karang. Hal tersebut
berpengaruh pada batas-batas
negara. Penelitian mutakhir
mengungkapkan bahwa minimal 8
dari 92 pulau-pulau kecil terluar yang
merupakan perbatasan perairan
Indonesia sangat rentan terhadap
kenaikan muka air laut. Saat ini
sekitar 42 juta penduduk Indonesia
mendiami wilayah yang terletak 10
meter di atas permukaan laut.
Kenaikan muka air laut dapat
menggenangi ratusan pulau dan
Gambar 1. Fenomena efek rumah kaca ( Friedland,
2010)
5
menenggelamkan batas wilayah
negara Indonesia (Moediarta dan
Stalker 2007).
Perubahan iklim diperkirakan akan
memberikan dampak yang signifikan
terhadap produksi pertanian di
Indonesia, khususnya tanaman
pangan. Dampaknya dapat bersifat
langsung yaitu menurunnya
produktivitas karena meningkatnya
suhu udara dan pola hujan, serta
semakin seringnya gagal panen
akibat meningkatnya frekuensi dan
kejadian dampak iklim ekstrem
seperti banjir, kekeringan dan
salinitas (Boer dkk. 2009). Secara
tidak langsung, perubahan iklim
dapat merubah jenis hama dan
penyakit dominan pada tanaman
pangan (Wiyono, 2008). Apabila
teknologi pengendaliannya tidak
dikembangkan pada waktu yang
tepat, maka hal tersebut akan
berakibat pada menurunnya hasil
atau seringnya gagal panen akibat
serangan hama dan penyakit. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa
pemanasan global dan perubahan
iklim pada wilayah tropis diperkirakan
akan menurunkan produktivitas
tanaman pangan secara signifikan
apabila langkah-langkah adaptasi
tidak dilakukan. Sebagai contoh jika
peningkatan suhu akibat pemanasan
global meningkat sampai 5OC,
Jagung lebih sensitif terhadap
perubahan iklim dibandingkan Padi
akan mengalami penurunan hasil
pada tanaman jagung dapat
mencapai lebih dari 40%, sementara
padi 20% (Gambar 2).
Apabila upaya global dalam menekan
emisi GRK berhasil, maka diharapkan
rata-rata peningkatan suhu global
tidak lebih dari 2oC per tahun. Meski
begitu peningkatan suhu sebesar 2oC
tetap akan berdampak negatif
terhadap produktivitas tanaman
pangan. Perubahan iklim juga
berpengaruh dalam peningkatan
muka air laut, seperti yang sudah
BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015
Gambar 2. Perkiraan penurunan hasil tanaman padi dan jagung di daerah tropis
akibat pemanasan global dan perubahan iklim (Tschirley, 2007)
terjadi di beberapa wilayah Indonesia
dan diperkirakan akan terus
meningkat di masa depan. Kondisi itu
juga akan mengancam produksi
pangan Indonesia, khususnya di
wilayah pertanian yang ada di
sepanjang pesisir, sebagai akibat dari
terjadinya peningkatan salinitas air
tanah. Kondisi itu akan diperparah
apabila tingkat curah hujan dan
volume air sungai semakin turun
pada musim kemarau, karena pada
kondisi seperti itu air laut akan
semakin masuk ke wilayah daratan
dan akan menyebabkan peningkatan
salinitas (Grattan dkk. 2002).
Tanaman adalah spesies sesil (tidak
bisa berpindah tempat), oleh karena
itu tanaman harus dapat bertahan
pada kondisi lingkungan yang
berubah-ubah, termasuk pada kondisi
cekaman abiotik dan biotik akibat
perubahan iklim.
Cekaman Abiotik Salinitas pada
Pertanian
Cekaman abiotik menyebabkan
masalah dalam pertanian dengan
menghambat pertumbuhan dan
produktivitas tanaman. Cekaman
abiotik juga membatasi penggunaan
lahan untuk pertanian, karena
umumnya lahan yang tercekam
abiotik menjadi lahan yang marjinal
dan tidak digunakan (Lexer dan Fay
2005).
Selama evolusi, tanaman telah
mengembangkan mekanisme untuk
merasakan perubahan minimal
sekalipun dari kondisi pertumbuhan.
Hal itu memicu jalur sinyal transduksi
yang pada gilirannya akan
mengaktifkan gen responsif terhadap
cekaman, sehingga perubahan pada
tingkat fisiologis dan biokimia akan
terjadi.
Padi merupakan tanaman yang peka
terhadap terhadap berbagai cekaman
abiotik, termasuk salinitas,
kekeringan, rendaman dan suhu
rendah (Lafitte dkk. 2004). Gen-gen
yang terinduksi oleh cekaman abiotik
telah dikarakterisasi. Gen-gen
tersebut meliputi gen-gen yang
menyandikan enzim-enzim yang
diperlukan untuk biosintesis berbagai
osmoprotektan, enzim-enzim yang
menekan reactive oxygen species
(ROS), protein-protein late
embryogenesis abundant (LEA),
enzim-enzim untuk detoksifikasi, dan
faktor transkripsi untuk cekaman
abiotik seperti OsERF1 dan
OsDREB1(Shinozaki dkk. 2005).
Gen-gen tersebut digunakan para
peneliti untuk membuat tanaman
transgenik toleran cekaman abiotik.
Perubahan iklim global dikhawatirkan
dapat memicu degradasi lahan
pertanian dunia. Salinisasi adalah
salah satu degradasi yang
mengancam keberlangsungan
pertanian yang dapat meningkat
sebagai akibat dari aktivitas manusia.
20% dari lahan irigasi di dunia
diperkirakan tergangganggu akibat
salinisasi (Yeo 1999). Cekaman
salinitas dapat menurunkan
perkembangan dan produktivitas
pada spesies glikofit yang pada
umumnya merupakan produk
pertanian.
Salinitas adalah salah satu faktor
pembatas utama di lingkungan yang
berpengaruh pada pertumbuhan dan
6
produktivitas tanaman. Dampak dari
salinitas pada tanaman dapat diamati
pada fase tanaman dewasa sejalan
dengan kematian tanaman atau
menurunnya produktivitas. Toleransi
terhadap salinitas tinggi adalah
kemampuan tanaman untuk
berkembang dan menyelesaikan
siklus hidupnya pada suatu substrat
yang mengandung konsentrasi
garam terlarut yang tinggi. Tanaman
yang dapat bertahan dalam kondisi
konsentrasi garam tinggi di rizosfer
dan dapat tetap tumbuh dengan baik
disebut dengan halofit. Spesies
halofit obligat dapat hidup pada
konsentrasi 50% air laut, sedangkan
halofit fakultatif ditemukan pada area
perbatasan salin dan non-salin
(Parida dan Das 2005).
Cekaman osmotik disebabkan karena
meningkatnya kadar garam di luar
akar, yang akan menghambat
penyerapan air oleh akar (Munns dan
Tester 2008). Cekaman ionik terjadi
akibat akumulasi ion Na+ pada
tanaman, umumnya pada daun
dengan kadar yang melebihi ambang
batas yang akan memicu pada
kematian sel daun dengan terjadinya
klorosis dan nekrosis, kemudian
dilanjutkan dengan menurunnya
aktivitas metabolisme selular
termasuk fotosintesis (Glenn dkk.
1999).
Kemampuan spesies tanaman untuk
bertoleransi dalam menghadapi
kondisi hidup di lingkungan salin
berbeda-beda. Tanaman dapat
dikatakan toleran salinitas jika
tanaman mampu hidup di atas
kisaran nilai 15 ds/m konduktivitas
listrik atau electrical conductivity
(EC). Electrical conductivity adalah
kemampuan suatu larutan untuk
menghantarkan arus listrik. Satuan
yang dipakai adalah decisiemens per
meter (dS/m). Pada EC, 1 dS/m
setara dengan konsentrasi 10 mM
NaCl.
Tanaman padi relatif rentan terhadap
salinitas tanah, dan NaCl adalah
garam utama yang menyebabkan
masalah ini (Flowers 2004).
Konsentrasi tinggi dari ion Na+ dalam
tanah menyebabkan berbagai efek
yang merugikan pada tanaman,
seperti gangguan ion intraselular
yang mengakibatkan perubahan
homeostasis, disfungsi membran
dan terhambatnya metabolisme yang
mengakibatkan terhambatnya
pertumbuhan hingga pada akhirnya
terjadi penurunan hasil (Hasegawa
dkk. 2000). Hasil penelitian
BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015
diharapkan tidak hanya
berproduktifitas tinggi pada
lingkungan normal, tetapi juga dapat
mengurangi kehilangan produksi
pada lingkungan dengan cekaman
abiotik dan biotik akibat perubahan
iklim. Hal tersebut menjadi tantangan
tersendiri bagi para pembuat
kebijakan, peneliti dan semua
pemangku kepentingan lainnya di
Indonesia.
Referensi
Ainsworth EA dan Donald R. (2010).
How do we improve crop
production in a warming world?
Plant Physiol. 154:526–530.
Gambar 3. Pengaruh salinitas terhadap hasil tanaman padi (Grattan et al. 2002)
menunjukkan bahwa produktivitas
tanaman padi menurun secara linear
dengan meningkatnya salinitas air
tanah (Gambar 3).
Pertanian Indonesia
Perubahan iklim global akan
menyebabkan perubahan dalam
sistem pertanian. Produktivitas
tanaman akan terganggu.
Agroekosistem dapat berubah karena
terjadinya cekaman kekeringan yang
berkepanjangan, banjir dan salinisasi,
yang selanjutnya akan mengancam
ketahanan pangan (Rosenzweig dan
Tubiello 2007).
Pemanasan global diprediksi masih
tetap akan terjadi dalam beberapa
dekade mendatang, dan akibatnya
adalah permukaan air laut meningkat.
Rusono dkk (2010) menyebutkan
bahwa pada tahun 2025-2030 muka
air laut diprediksi akan mengalami
kenaikan sebesar 0.5 m, sehingga
luas lahan pertanian di Pulau Jawa
akan hilang sebanyak 313 ribu
hektar, dan 113 ribu hektar
diantaranya adalah lahan sawah.
Lahan yang terkena dampak
kenaikan air laut ini, harus bertahan
dengan kondisi garam yang tinggi.
Selain permasalahan tersebut,
peningkatan produksi padi pada
masa mendatang, akan banyak
menghadapi tantangan yang semakin
kompleks, berkaitan dengan
cekaman abiotik dan biotik akibat
dampak perubahan iklim.
Permasalahan yang tidak kalah
penting lainnya adalah kurangnya
varietas toleran cekaman lingkungan,
terutama cekaman kadar garam yang
tinggi. Pengembangan varietas
unggul untuk menghadapi cekaman
kini menjadi sangat penting.
Salinitas pada lahan pertanian telah
menjadi salah satu masalah serius
dalam produksi tanaman padi di
Indonesia. Lahan persawahan yang
mengalami intrusi air laut
menyebabkan tanah bersifat salin
saat ini semakin meluas. Daerahdaerah tersebut berada di sepanjang
pantai utara dan selatan Pulau Jawa
(Las dkk. 2008), juga di daerah Aceh
dan Nias yang beberapa tahun yang
lalu mengalami musibah tsunami.
Sulawesi Selatan dan Flores (Nusa
Tenggara Timur) juga telah
mengalami intrusi air laut ke daratan
dan telah masuk ke lahan pertanian
(Sembiring dkk. 2008).
Akibat luas lahan pertanian yang
cenderung terus menurun, maka di
masa mendatang jumlah beras yang
dihasilkan diprediksi tidak akan
mencukupi kebutuhan yang ada.
Cekaman abiotik, termasuk
kekeringan, salinitas, dan suhu
rendah, akan memengaruhi
pertumbuhan dan produktivitas
tanaman. Lebih dari 50% produksi
gabah bisa hilang akibat cekaman
abiotik tersebut (Ainsworth dan
Donald 2010). Oleh karena itu,
varietas padi di masa mendatang
7
Boer R A, Buono A, Rakhman,
Turyanti A. 2009. Historical and
future change of indonesian
climate. Technical report on
vulnerability and adaptation
assessment to climate change
for indonesia’s second national
communication. Minisry of
Environment and United Nations
Development Programme.
Friedland C. (2010). Chapter 19
Global Change: Climate
alteration and global warming.
Environmental Science 517547. WH Freman and Company.
Glenn EP, Brown JJ, Blumwald E.
1999. Salt tolerance and crop
potential of halophytes. Crit Rev
Plant Sci. 18:227–255.
Grattan SR, Zeng L, Shannon MC,
Roberts SR. 2002. Rice is more
sensitive to salinity than
previously thought. California
Agric. 56:189-195.
Hasegawa PM, Bressan RA, Zhu JK,
Bohnert HJ. 2000. Plant cellular
and molecular responses to
high salinity. Annu Rev Plant
Physiol Plant Mol Biol. 51:463–
499.
Lafitte HR, Ismail A, Bennett J. 2004.
New directions for a diverse
planet. The 4th International
Crop Science Congress 26 Sep
– 1 Oct. Brisbane Australia.
Las I, Surmaini E, Ruskandar A.
2008. Antisipasi perubahan
iklim: inovasi teknologi dan arah
penelitian padi di indonesia.
Seminar nasional padi. Inovasi
teknologi padi mengantisipasi
perubahan iklim global
BioTrends Vol.1 No.1 Tahun 2015
mendukung ketahanan pangan.
BB Padi, Cimanggu Bogor (ID)
Lexer C dan Fay MF. 2005.
Adaptation to environmental
stress: a rare or frequent driver
of speciation. J Evol Biol. 18:
893–900.
Yeo AR. 1999. Predicting the
interaction between the effects
of salinity and climate change
on crop plants. Sci Hortic
78:159–174.
Moediarta R dan Stalker P. 2007. Sisi
lain perubahan iklim. United
Nations Development
Programme [UNDP]
Indonesia(ID).
Munns R dan Tester M. 2008.
Mechanism of salinity tolerance.
Annu Rev Plant Biol. 59: 651681. DOI:
10.1146/annurev.arplant.59.032
607.092911.
Parida AK, Das AB. 2005. Salt
tolerance and salinity effects on
plants: a review. Ecotoxic and
Environ Safety. 60:324–349.
Rosenzweig C dan Tubiello FN.
2007. Adaptation and mitigation
strategies in agriculture: an
analysis of potential synergies.
Mitig Adapt Strat Glob Change.
12:855–873.
Rusono N, Maghfirra D, Indarto J.
2010. Rencana kebijakan
strategis perluasan areal
pertanian baru dalam rangka
mendukung prioritas nasional
ketahanan pangan. Jakarta (ID).
Direktorat Pangan dan
Pertanian [BAPPENAS]. ISBN:
978‐979‐18416‐7‐2
Sembiring H, Gani A, Iskandar T.
2008. Implications of salinity
research in Aceh for Indonesian
rice growing. International
workshop on post tsunami soil
management. Ministry of
Agriculture Indonesian Soil
Research Institute
Tschirley J. 2007. Climate change
adaptation: planning and
practices. Food Agriculture
Organization [FAO].
Environment Meeting on
Climate change. 10-12
September 2007. Rome.
Wiyono S. 2007. Climate change and
pests and diseases explosion.
Biodiversity in the middle of
global warming. KEHATI
Foundation. 28 Juni 2007.
Jakarta(ID).
8