11. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Respon Tanaman Terhadap Radiasi Surya

Radiasi surya merupakan energi yang dipancarkan oleh sinar matahari ke

seluruh jagad raya dan sebagian kecil mencapai permukaan atmosfer kemudian

diteruskan (transmission) ke permukaan bumi setelah melalui proses pemancaran

(scattering), dan penyerapan (absorption) oleh atmosfer bumi. Proses dan besaran

radiasi surya yang terjadi di atmosfer diilustrasikan pada gambar 1. Nilai radiasi surya

yang tiba di puncak atmosfer sekitar 1350-1400 ~ m - ~ yang sering juga disebut

tetapan surya (Rosenberg dan Verna 1983), namun radiasi yang sampai dipermukaan

bumi tidak sebesar nilai tersebut karena telah mengalami proses pemantulan,

penyerapan, dan pemencaran di atmosfer.

Akibat modifikasi radiasi surya di atmosfer maka terjadi perubahan kualitas,

kuantitas, dan arah radiasi surya yang tiba dipermukaan bumi. Dari segi kualitas clan

kuantitas, energi radiasi surya yang sampai dipermukaan bumi terdiri atas ultra

violetKJV (7,8%), cahaya tampak (39.8%), infiamerah dekat/NIR (38.8%) serta

sisanya radiasi di bawah W (1.2%) dan di atas NIR (12.4%). Akibat pemencaran

radiasi yang terjadi di atmosfer maka radiasi yang tiba dipermukaan dapat dibedakan

atas radiasi langsung dan radiasi baur. Radiasi langsung merupakan radiasi surya

yang tiba langsung di permukaan bumi tanpa mengalami proses pemencaran. Radiasi

baur adalah seluruh radiasi surya yang telah mengalami pemencaran di atmosfer baik

melalui pemantulan maupun penerusan.

Yang menjadi perhatian kita adalah sabuk ultraviolet, cahaya, dan infiamerah.

Radiasi surya dengan intensitas 2 kal cm-2 menit-1 atau sekitar 1396 Wm-2 (tetapan

surya). Bagian terbesar (99%) dari pancaran ini berada dalam kisaran panjang

gelombang 0,2-4 pm. Ditinjau dari segi energi, maka pancaran yang tiba di

permukaan kurang lebih 4% adalah ultraviolet, 44% adalah cahaya (pancaran kasat

mata dan 52% adalah inframerah).

Gambar 1. Diagram proses pemencaran, penyerapan dan pemantulan radiasi surya di atmosfer sarnpai mencapai permukaan vegetasi (Geiger 1950).

Kira-kira 29% pancaran surya bbih panjang dari 1 pi. Kualitas ini tidak banyak

berubah jika ketinggian matahari lebih dari 90. Di bawah ketinggian ini bauran langit

bertambah pada langit cerah. Pada langit berawan bagian biru akan lebih besar. Di

permukaan, panjang gelombang kurang dari 29 pm tidak ada karena diserap ozon di

stratosfer.

Radiasi surya sangat diperlukan oleh komunitas tanaman karena memiliki

energi untuk proses fotosintetis, terutama energi dari cahaya tampak (400-700 nm),

yang disebut PAR (photosinthetically active radiation). Interaksi antara radiasi surya

dan tanaman hidup dapat dibagi atas tiga kategori yaitu efek termal, efek foto-energi,

dan efek fotostimulus yang dapat diringkaskan dalam bentuk Tabel 1.

Tabel 1. Panjang gelombang radiasi dan pengaruhnya pada tumbuhan (Ross, 1975)

Pengaruh interaksi radiasi terhadap tumbuhan dibagi tiga bagian (Ross,1975):

1. Pcngaruh termal radiasi hampir 70% diserap oleh tanaman dan diubah sebagai

Fotomor- fogenetik

Moderate + +

+

Tipe Radiasi

Ultraviolet PAR

Infia Merah Dekat (NIR) Radiasi Gelombang Panjang

bahang dan energi untuk transpirasi, serta untuk pertukaran panas dengan

Keterangan: - = tidak nyata berpengaruh, + = nyata berpengaruh

lingkungannya.

Wilayah Spektral

0.29-0.38 0.38-0.71 0.7 1-4.0

3.0-100

Persen Radiasi Surya 0-4 '

21-46 .50-79

-

Termal

- + +

+

Fotosin- tesis

- + -

-

2. Pengaruh fotosintesis karena hampir 28% dari energi yang a& diserap untuk

fotosintesis dan disimpan dalam bentuk energi kimia.

3. Pengaruh fotomorfogenetik yaitu sebagai regulator dan pengendali proses

pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Contoh proses ini adalah untuk proses

gerakan nastik, orientasi, pembentukan pigmen, dan pembungaan.

Radiasi surya memegang peranan penting dalam kehidupan tanaman. Waren

(1967) dalam Langer dan Hill (1982) menguraikan penggunaan energi surya sampai

terbentuknya bahan kering tanaman secara bertahap sebagai berikut :

Energi surya yang niengenai daun (100%)

Panjang gelombang yang aktif (45%)

Tidak aktif untuk fotosintesis (55%)

Diserap daun (38%) . Refleksi dan transmisi (7%)

I Diikat kloroplas (35%) Diserap dinding sel(3%)

Diikat untuk fotosintesis (4%) Hilang sebagai panas (3 1%)

Produksi bahan kering untuk Hilang karena respirasi pertumbuhan dan penyimpanan (2%) (2%)

Produksi bahan kering untuk pertumbuhan dan penyimpanan pada akhirnya

akan menghasilkan berat kering tanaman. Hasil panen ini setara dengan hasil berat

kering tanaman yang merupakan keseimbangan antara fotosintesis dan respirasi

(Gardner et al. 1 99 1).

Tiga karakteristik radiasi surya yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan

perkembangan tanaman adalah intensitas, lama penyinaran, dan panjang gelombang

cahaya seperti dapat dilihat pada tabel 2. c

Tabel 2. Pengaruh spektrum cahaya terhdap pertumbuhan tanaman

Sumber: Chang (1968) dalam Impron (1999).

Pengaruh terhadap tanaman

Tidak ada pengaruh spesifk yang diketahui. Radiasi diserap dan diubah menjadi panas tanpa mempengaruhi proses biokimia. Pengaruh khas terhadap aktivitas pemanjangan organ tanaman. Wilayah infra merah jauh penting bagi fotoperiodisme, perkecambahan biji, kontrol pembungaan, dan warna buah.

Diserap oleh klorofil. Menghasilkan proses aktivitas fotosintesis yang kuat. Terkadang menunjukkan adanya aktivitas fotoperiodik yang kuat.

Wilayah spektrum hijau dengan efektivitas fotosintesis rendah dan aktivitas formatif lemah.

Wilayah serapan terkuat oleh klorofil dan pigmen kuning. Merupakan wilayah aktivitas fotosintesis yang kuat pada cahaya biru violet. Mempunyai pengaruh formatif yang kuat. Mznghasilkan pengaruh formatif. Tanaman menjadi lebih pendek dan daun lebih tebal. Umumnya merugikan tanaman.

Secara cepat mematikan tanaman. Mempunyai aksi germisidal.

Band

1

2

3

4

5

6

7 8

h (micron)

>1,0

1 ,O - 0,72

0,72 - 0,61

0,61-0,51

,0,51- 0,40

0,40 - O,S 15

0,3 15 - 0,28

<0,28

2.2. Ultraviolet (UV) dan Pengaruhnya Terhadap Tanaman

Adanya kebocoran lapisan ozon di lapisan straosfer yang terjadi dua dekade

lalu mengakibatkan radiasi ultraviolet (W) dapat 1010s sampai ke permukaan bumi.

Dari tiga spektra radiasi W yang paling berpengaruh terhadap proses fisiologi dan

biokimia tanaman yaitu pada spektra W B (280 - 320 nm).

Sebagaimana dikemukakan di atas, matahari memancarkan radiasi dalam

beberapa rentang panjang gelombang. Warna yang kita lihat sehari-hari berada

dalam rentang panjang gelombang antara 410-740 nm, rentang ini menyusun 45%

dari total radiasi matahari. Selcitar 46% dari total radiasi matahari berada pada daerah

infiamerah dengan panjang gelombang lebih dari 740 nm, sementara ultraviolet yang

memiliki panjang gelombang antara 100-400 nm menyusun 9% dari total radiasi

matahari yang dipancarkan (Prawirowardoyo 1996).

Radiasi ultraviolet (UV) dapat dibagi ke dalam tiga kategori dasar, yaitu:

1. W A (320 - 400 nm), umurnnya spektrum W dan paling banyak di biosfer.

Pengaruhnya sedikit terhadap ozon.

2. W B (280 - 320 nm); terdapat banyak di biosfer dan sangat kuat

dipengaruhi oleh ozon.

3. W C (100 - 280 nm); sedikit di biosfer, sebagian besar di pencarkan

(scattered) dan diserap oleh oksigen, nitrogen, dan ozon atmosfer.

Sebagaimana dijelaskan di atas bahwa secara fisiologis tanaman menyerap

radiasi dalam spektrum cahaya tampak, termasuk juga radiasi W yang memberikan

pengaruh negatif pada tanaman. Bagian tanarnan yang paling kuat menyerap radiasi

W adalah pada pigmen antosianin. Efek merusak dari radiasi W yaitu pada

panjang gelombang 290 nrn (UV B). Klorofil juga dapat dirusak oleh radiasi W.

Meskipun demikian, tanaman juga mempunyai resistensi terhadap radiasi W dengan

cara melindungsi sel-selnya dari UV clan mengembangkan toleransi terhadapnya.

Sehingga dikenal ada tanaman yang sensitif dan tanaman yang resisten terhadap

radiasi UV (Levitt 1980). Seberzipa besar sensitivitas dan resistensi tanaman terhadap

radiasi UV sangat bergantung pada spesies dan kultivar serta tahap perkembangan

tanaman (Barnest et al. 1983; Terramura et al. 199 1 dalam Kulandaivelu 1997).

Kulandaivelu (1997) juga mengemukakan bahwa tanaman yang

ditumbuhkan dalam bilik (chamber) dan nunah kaca (green house) lebii rentan

terhadap UV B daripada tanaman yang tumbuh dibawah kondisi alami. Komponen

cahaya tampak (350 - 750 nm) boleh dikatakan mempengaruhi rasio W B/UV

AIPAR di lapang berbeda dengan pertumbuhan didalam bilik atau rumah kaca.

Tingkat radiasi UV B yang tinggi dengan radiasi PAR yang rendah dapat mereduksi

konsentrasi klorofil (Garrard et al. 1976; Terrini et al. 1981; Vu et al. 1982b dalam

Kulandaivelu et al. 1997).

Meskipun W B hanya sebagian kecil dari radiasi swya yang mengenai

permukaan bumi, namun pengaruhnya terhadap proses biologi sangat penting.

Radiasi UV B diketahui berpengaruh negatif terhadap pertumbuhan dan

perkembangan tanaman (Caldwell 1981; Teramura 1983; Rozema et al. 1990;

Runeckles dan Krupa 1 994; Correia 1995 dalam Correia et al. 1998).

Menurut Hale (1995) tidak semua tahap pertumbuhan tanaman sensitif

terhadap W. Akan tetapi Hale menyatakan bahwa W - B mempengaruhi fisiologi

tanaman, dalam ha1 ini radiasi W - B menurunkan asimilasi netto karbon yang

dihasilkan oleh fotosintesis tanaman.

Tanaman mengembanglcan adaptasi anatomis, morfologis dan biokimia

untuk melindungi diri mereka terhadap W (Teramura, 1991). Selanjutnya dikatakan

bahwa tanaman dataran tinggi lebih toleran terhadap paparan W daripada tanaman

dataran rendah, ha1 ini dikarenakan dataran tinggi mendapatkan intensitas W - B lebih

besar daripada dataran rendah sehingga tanaman yang mampu bertahan memiliki

toleransi yang lebih tinggi terhadap UV-B bila dibandingkan dengan tanaman di

dataran rendah.

2.3. Pengaruh Suhu Terhadap Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman

Perkembangan maupun pertumbuhan tanaman sangat ditentukan oleh unsur-

unsur cuaca seperti suhu udara. Namun faktor yang paling berpengaruh terhadap

perkembangan tanarnan adalah suhu dan panjang hari, sedangkan pada pertumbuhan

hampir semua unsur cuaca sangat mempengaruhinya (Handoko 1994).

Pengaruh suhu terhadap pertumbuhan terutarna pa& respirasi dan kecepatan

proses biokimia dalam fotosintesis. Dalam proses respirasi, hasil fotosintesis akan

diubah menjadi C02 dan H20, sehingga semakin besar respirasi laju pertumbuhan

tanaman menjadi berkurang. Fotosintesis dan respirasi merupakan reaksi kimia yang

dikenal dengan narna proses biokimia. Intensitaslkecepatan reaksinya sangat

ditentukan oleh aktivitas katalisator. Hanya saja pada proses biokimia katalisatornya

adalah enzim, yang daya toleransinya terhadap suhu lingkungan sangat terbatas dan

bervariasi untuk tiap varietas tanaman karena enzim tersebut dari protein yang

spesifik. Pada batas kisaran toleransi optimum, semakin tinggi suhu akan semakin

meningkatkan aktivitas dari enzim, yang akhirnya akan meningkatkan produk

fotosintesis dan respirasi. Meningkatnya cahaya dari angka optimumnya akan

mengakibatkan p e n m a n produk, karena mulai terjadi perusakan enzim, yang

akhirnya proses fotosintesis dan respirasi akan berhenti bila seluruh enzim rusak

(mengurai) oleh suhu yang terlalu tinggi ( Nasir 1999).

Produk fotosintesis bruto sangat ditentukan oleh intensitas radiasi PAR dan

tingginya suhu dam yang diakibatkan oleh penyerapan radiasi gelombang pendek

tersebut. Terutama pada ciaun ymg memperoleh radiasi surya langsung di puncak

tajuk, laju fotosintesis tidak terlalu terpengaruh oleh suhu udara. Sedangkan untuk

respirasi berlangsung terus menerus selama 24 jam dan kecepatannya sangat

dipengaruhi oleh suhu udara dan radiasi infiamerah.

Intensitas cahaya tinggi di siang hari berakibat meningkatkan hasil fotosintesis

bruto. Bila siang hari cahaya surya terik kemudian diikuti oleh suhu udara rendah di

malam hari, ha1 tersebut menguntungkan bagi tanaman karena meningkatkan prod&

fotosintesis neto. Pengurangan produk fotosintesis oleh respirasi sangat ditentukan

oleh suhu udara. Suhu udara yang terus menerus tinggi akan mengurangi produk

fotosintesis neto. Suhu rendah akan mengurangi kecepatan reaksi metabolisme

(fotosintesis dan respirasi), sehiigga pertumbuhan generatif untuk menghasilkan biji

menurun. Ditinjau terhadap respon suhu udara, terdapat tiga batas suhu penting (suhu

kardinal) pada tanaman yaitu suhu minimum, suhu optimum, dan suhu maksimum.

Untuk tanaman tomat, suhu optimumnya adalah 18-240C, suhu minimum 140C, dan

suhu maksimum 260C (Nasir 1999).

Tanaman mengalami dua proses hidup yakni turnbuh (bertambah ukuran

panjang, luas, volume dan bobot) dan berkembang yakni mengalami penggandaan

dan pemisahan h g s i organ melalui fase-fase benih, kecambah, perturnbuhan

vegetatif dan perturnbuhan generatif bunga, buah dan biji untuk memperoleh generasi

baru (benih baru). Dalam batas kisaran toleransi kenaikan suhu udara akan diikuti

oleh laju pertumbuhan dan semakii pendeknya periode antar fase perkembangan.

Dalam ha1 ini un tk tanaman semusim peningkatan suhu udslra &an menyebabkan

semakii pendek umurnya.

Suhu tanah merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi pertukaran panas

(bahang) di permukaan tanah, selain sifat-sifat fisik tanah seperti struktur dan tekstur

tanah dan kandungan air (kelengasan). Mekanisme pertukaran bahang di permukaan

tanah ini menentukan proses-proses yang terjadi di udara dekat permukaan.

Pertukaran panas ini merupakan masalah pokok karena keadaan seluruh atmosfer

ditentukan oleh proses ini (Rozari 1987).

Variasi suhu tanah harian maupun menurut kedalaman ditentukan oleh

kondisi cuaca yang berhubungan dengan neraca energi. Pada kondisi yang normal

pola fluktuasi suhu tanah diurnal sarna dengan suhu udara, namun tidak demikian

dengan pola fluktuasi menwut kedalaman. Variasi suhu tanah harian ditentukan oleh

variasi penerimaan radiasi surya yang mempengaruhi pertukaran panas antar lapisan.

2.4. Pengaruh Rumah Plastik dan Mulsa Terhadap Pertumbuhan dan

Perkembangan Tanaman

Salah satu bentuk modifikasi iklim mikro pada tanaman yaitu dengan

penggunaan rumah plastik dan mulsa atau penutup tanah. Menurut Nelson dan

Suharsih (1996) rumah plastik atau rumah kaca adalah suatu bangunan yang ditutup

dengan benda transparan untuk melindungi tanaman dari pengaruh negatif

lingkungan. Akibat penutupan ini akan diatur jenis spektrum matahari nyang

dibutuhkan oleh tanaman dengan menggunakan jenis penutup. Sumiati (1990)

mengernukakan pexlggunaan naungan plastik bening dapat menekan evaporasi yang

mungkin terjadi akibat tiupan angin, sehingga kelembaban tanah tetap terjamin untuk

perturnbuhan dan perkembangan tanaman tomat. Selanjutnya dikemukakan bahwa

naungan dapat menahan percikan air hujan yang deras, sehingga dapat menekan

gugurnya bunga dan buah tomat serta menekan kemungkinan timbulnya penyakit.

Hasil penelitian Sumiati (1990) yang dilaporkan Nurtika dan Abidin (1999)

menunjukkan bahwa naungan plastik bening secara nyata dapat meningkatkan bobot

buah per hektar. Selain itu, manfaat rumah plastik di daerah tropis antara lain yaitu

melindungi tanaman dari curah hujan, angin dan sinar matahari yang terlalu kuat

serta mengatur kelembaban ruang. Rumah plastik dapat menyerap sinar W yang

berlebihan yang tidak menguntungkan bagi tanaman.

Dengan penggunaan mulsa maka terjadi perubahan pada iklim tanah dan

iklim mikro dekat permukaan tanah. Secara umum, pemanfaatan mulsa yang

menutup permukaan tanah dengm sisa tanaman atau plastik akan mempengaruhi

iklim tanah; dan pengaruhnya dapat dilihat pada suhu dan kelembaban tanah, erosi

dan fisik tanah, hama dan penyakit, pertumbuhan gulma serta terhadap pertumbuhan

clan produksi tanaman (Davies 1975). Selanjutnya dikemukakan bahwa mulsa dapat

mencegah tanah dari curah hujan langsung sehingga mengurangi evaporasi dan

mengurangi fluktuasi suhu tanah. Hal ini akan meningkatkan lengas tanah dan

meningkatkan kapasitas panas.

Penggunaan mulsa atau penutup tanah pada tanaman ditujukan untuk menjaga

kelembaban tanah. Mulsa yang dikenal selama ini adalah mulsa yang dibuat dari

jerami kering atau jenis rumput lainnya yang dikeringkan. Akhir-akhir ini juga telah

dikembangkan mulsa plastik untuk budidaya tanaman seperti mulsa plastik h i tm

perak (silver black) dan lain-lain. Pada mulsa hitam perak, warna hitam berfungsi

sebagai UV stabilizer sehingga plastiknya tahan sengatan sinar matahari dalam waktu

yang lama. Sedang warna perak berfimgsi untuk memantulkan sinar matahari yang

intensitasnya berlebihan.

Fungsi mulsa hitam perak (silver black) antara 1ain:menekan pertumbuhan

gulma; menjaga kestabilan kelembaban udara saat musim penghujan ataupun m u s h

kemarau; mengontrol jumlah air yang tersedia; mengirit pemupukan karena distribusi

yang baik, tidak hilang menguap, d m tidak dikonsumsi oleh tumbuhan lain (tanaman

pesaing); mengurangi serangan hmna dan penyakit karena pantulan sinar bagian

plastik yang berwarna putih, dan menghemat tenaga ke rja, waktu, dan biaya.

2.5. Syarat Tumbuh Tanaman Tomat

Tanaman tomat merupakan tanaman berbentuk perdu atau semak Di daerah

temperate tanarnan ini merupakan tanaman semusim sedangkan di daerah tropis

merupakan tanaman tahunan yang hidup pendek. Tomat menghendaki penerimaan

radiasi minimum 3 1 mWIcrn2, meskipun begitu tomat merupakan tanaman hari netral

(day-neutral vegetables) yang tidak terpengaruh oleh panjang hari (Yamaguchi

1983).

Tanaman tomat tergolong kedalam warm season crop yang memerlukan suhu

optimum 200C - 280C dengan variasi pergantian suhu sebesar 180C pada malam

hari dan 250C pada siang hari pada masa pembungaannya. Nasir (1999)

mengemukakan bahwa suhu udara optimum untuk tanaman tomat yaitu 18 - 240C

dengan suhu minimum dan suhu maksimum masing-masing 140C dan 260C. Suhu

udara yang terlalu panas dan kering akan menyebabkan kepala putik cepat kering dan

tabung sari tidak banyak tumbuh sehingga tidak banyak te rjadi pembentukan buah.

Tanaman tomat akan tumbuh optimal bila tanah dan iklim di mana tanaman

ini tumbuh sesuai dengan yang diinginkan. Tekstur tanah yang baik yaitu medium

dengan kedalaman akar medium (60 - 90 cm). Tingkat kesuburan tanah tinggi

dengan pH 5.0-7.0. Tingkat kedalaman air tanah minimum selama periode

pertumbuhan yaitu 50 em. Bila target penanaman tomat adalah kegenjahannya, maka

tanaman tomat cocok ditanam di tanah lempung berpasir yang baik drainasenya.

Namun bila yang ditargetkan adalah jumlah total produksi yang tinggi maka yang

cocok adalah tanah lempung liat dan lempung berdebu.

Tanaman tomat sangat rentan terhadap iingkungan sehingga perlu

penanganan lingkungan secara menyeluruh yaitu cahaya, temperatur, dan lingkungan

sekitar akar tanaman. Selain faktor tanah, iklim yang bervariasi perlu modifhsi

yang mengarah kepada keadaan lingkungann yang diinginkan tanaman tomat.

Tanaman tomat menyenangi tempat yang terbuka dan cukup sinar matahari.

Kurangnya sinar matahari menyebabkan pertumbuhan memanjang (etiolasi), lemah

dan pucat karena pembentukan kloroplas tidak sempurna. Namun radiasi surya yang

terlalu terik kurang baik karena transpirasi akan meningkat serta bunga dan buah

muda gugur. Tanaman tomat tergolong tanaman C3 yang cepat jenuh radiasi.

. Jarak tanam yang baik yaitu 80 x 50 cm. Lama periode pertumbuhan

sekitar 100 - 145 hari dengan hasil per buah 50 - 100 g. Tanaman tomat sangat

sesuai ditanam di daerah tropik dengan ketinggian lebih dari 700 m. Produksi

maksimum dapat mencapai 20 tonha atau sekitar 5 - 8 tonha pada musim hujan

tergantung jenis dan varietasnya.