Pembuatan Prototipe Ruang Tumbuh untuk

 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