ENERGI DAN PRUDUKSI PERTANIAN - Rizal Mahdi Blog's

konsep aliran energi dalam pertanian...

15 downloads 424 Views 5MB Size
ENERGI DAN PRODUKSI PERTANIAN

BAHAN KULIAH DASAR AGRONOMI FAKULTAS PERTANIAN IPB

12/27/2010

1

LINGKUP BAHASAN DAN TUJUAN 

Lingkup bahasan • Dipelajari konsep energi dalam pertanian, ekologi produksi, biomassa, keefisienan fotosintesis, dan usaha meningkatkan produktivitas



TIK • Mahasiswa dapat menjelaskan konsep energi pertanian,ekologi produksi, dan rantai makanan • Mahasiswa dapat menjelaskan usaha meningkatkan efisiensi penggunaan energi dalam pertanian 2

12/27/2010

KONSEP DASAR  

Energi = kemampuan untuk bekerja Hukum termodinamika • Energi dapat berubah bentuk, tetapi tidak pernah hilang • Pada transformasi energi, ada kehilangan dalam bentuk lain  entropi

 

Sumber energi lingkungan  matahari Tumbuhan mampu mengubah energi fisik menjadi energi kimia  produsen primer Produksi dalam pertanian : laju energi surya yang ditangkap dan diubah pada peristiwa fotosintesis dan aktivitas kemosintetik yang dilakukan oleh produsen primer (tumbuhan)

12/27/2010

3

KEGIATAN TANAMAN 



Kegiatan atau proses kehidupan diawali dengan pengubahan energi fisik menjadi energi kimia oleh tanaman Pemanafaatan radiasi surya oleh tanaman hanya berkisar antara 1 - 2 % dari total radiasi (lihat neraca energi) • Sebagian besar radiasi digunakan untuk evaporasi dan transpirasi

 

Proses perubahan energi dalam sel tanaman dikenal dengan istilah fotosintesis Ekologi produksi adalah ilmu yang membahas mulai dari proses perubahan energi fisik menjadi kimia dan alirannya lewat tanaman dan hewan 4

12/27/2010

Neraca Energi Evaporasi, panas, refleksi dan radiasi gelombang panjang (93%)

100%

100%

7%

7% 1%

1%

2% 2%

2% 4%

1% 3%

1% 1% 5

12/27/2010

Energi cahaya  energi kimia

(263.000 langley)  1 langley = 1 g kalori/cm  140.000 langley sampai ke bumi  tersedia untuk tanaman dan hewan

Penyebaran di permukaan bumi dipengaruhi oleh      

keadaan awan altitude (tinggi tempat) latitude (letak lintang) topografi musim waktu dalam hari (Gambar 2)

6 12/27/2010

SEBARAN RADIASI SURYA HARIAN 100

Panas (kalori/j/cm2)

Radiasi dari matahari (pemanasan)

Radiasi dari bumi (pendinginan)

Radiasi dari bumi 50

Permukaan tanah dan tanaman

0

Tengah malam

Matahari terbit

Tengah hari

Matahari terbenam

Tengah malam

7 12/27/2010

FOTOSINTESIS DAN RESPIRASI 



 

Proses fotosintesis terjadi pada cahaya tampak (PAR) (400-700 nm atau 0,4-0,7) Proses fisiologi fs diterangkan melalui Reaksi Calvin Hasil fotosintesis : karbohidrat (glukosa) Efisiensi pengubahan energi pada tanaman hidup berkisar  20% • serealia 20% BK



Respirasi adalah suatu kegiatan tanaman untuk mendapatkan energi (ATP). Pada tanaman dikenal • Resiprasi normal • Fotorespirasi : respirasi yang terjadi pada intensitas cahaya tertentu  tanaman golongan C3

12/27/2010

8



Hasil proses fotosintesis total setelah dikurangi dengan respirasi disebut fotosintesis netto yang diekspresikan dalam bentuk bahan kering atau disebut biomassa • Fs netto = Fs total – Rs , Jika : Fs netto > 0  biomassa



Titik kompensasi cahaya • Fs tot – Rs = 0







Jika Fs tot – Rs < 0  keadaan negatif Keadaan negatif dalam praktik budidaya harus dihindari, karena akan merugikan tanaman. Cara yang dilakukan dapat berupa : • • • •

Pengaturan jarak tanam (populasi atau kerapatan) Pemangkasan (membuang cabang negatif) Pemupukan Pengaturan morfologi tanaman (sudut daun; ukuran luas daun; ketebalan daun) • Kandungan klorofil daun

9 12/27/2010

Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Fotosintesis Tinggi Titik jenuh cahaya

[CO2]-2

Absorpsi CO2

[CO2]-1

Fotosintesis > Respirasi Titik kompensasi cahaya

Pengeluaran CO2

Tinggi Intensitas cahaya Fotosintesis < Respirasi

Tinggi

10 12/27/2010

Efisiensi Fotosintesis 



 



 

intensitas cahaya tertentu  meningkatkan atau menurunkan laju fotosintesis Efisiensi tertinggi tercapai pada intensitas cahaya yang rendah, sebab sebagian besar cahaya diserap Hutan 15-20 lapis daun (95%) pada daun bawah Fs = Rs tumbuhan pendek efisiensinya > pohon (sistem pembuluh luas) tanaman C4 lebih efisien daripada C3 peningkatan kemampuan penangkapan cahaya menjadi 2-4%  peluang masa depan vs Teori Malthus (peningkatan produksi pangan sejalan dengan peningkatan penduduk) 11

12/27/2010

EFISIENSI PENGGUNAAN ENERGI 









Efisiensi penggunaan energi dapat dilakukan dengan cara mengefisienkan pemanfaatan bahan (bagian tanaman) yang ada. Misalnya dengan memanfaatkan limbah sehingga energi yang terkandung tidak hilang Usaha memperpendek rantai pangan juga dapat meningkatkan efisiensi, misalnya mengkonsumsi langsung produsen primer (Clorela) Pemanfaatan produk pertanian yang tidak dapat digunakan sebagai bahan pangan menjadi hidrokarbon cair atau gas Usaha memberbesar penangkapan energi surya oleh tanaman (dengan cara budidaya atau rekayasa tanaman) Dalam pertanian energi yang dihitung bukan hanya energi surya tetapi seluruh unsur budidaya (Energi Budidaya) 12

12/27/2010

Rantai Makanan

13 12/27/2010

Bahan Kering (Total Biomassa) yang Dapat Dipanen (t/ha/tahun) Umum

Tinggi

Tebu

35

90

Jagung

10

40

Gandum

5

20

Padi

4

16

Bit gula

8

15

Rumput daerah sedang

7

25

Rumput tropik

15

50

Ubi kayu

8

35

Tanaman

14 12/27/2010

Energi Budidaya pada Produksi Kentang (per ha) Input

Tenaga kerja

Waktu atau jumlah 108 hari

Alsintan

Equivalen Energi (103 kkal)

% total

19

0,3

225

3,9

Bahan bakar

105 liter

862

15,0

Irigasi

3 ha-cm

415

7,0

Pestisida

15,5 kg

380

6,8

Pupuk (10:10:10)

1335 kg

3832

66,8

5733

100,0

Total

Hasil : 27.800 kg/ha Output : 27.800 kg x 767 kkal/kg = 21.322.600 kkal Output/input : 21.322.600/5.733.000 = 3,72 15 12/27/2010

Energi per unit Energi Budidaya

Jumlah Energi Budidaya yang Digunakan untuk Menghasilkan Suatu Produk (Biji, Hijaun, atau Buah) 6

Sorgum 5 Tebu 4 3 Kedelai

2

Kentang Kapri

Tomat

1 0 0

12/27/2010

Jagung pipilan

4

8

12

16

24 28 20 Energi Budidaya (103 Mkal/acre/tahun)

Keterangan : 1 acre = 0,4 ha)

16

KONSEP ALIRAN ENERGI DALAM PERTANIAN 



Pertanian merupakan teknologi yang mengarahkan aliran dan konsentrasi energi Tanaman pertanian harus dipandang sebagai perangkap untuk menangkap, mengubah, dan menyimpan energi (bioindustri)  harus diusahakan untuk memperbaiki dan meningkatkan efisiensi penggunaan energi

matahari

1-3 x 1023

tanaman

1 x 1021

herbivor

5 x 1020

karnivor Karnivor sekunder 12/27/2010

1 x 1020 3 x 1019 1019

1020

1021

1022

Keefisienan Penggunaan Energi

1023 17

Pengukuran Produktivitas 



Tujuan utama adalah meningkatkan efisiensi pengubahan energi surya ke produk yang berfaedah dengan meningkatkan produktivitas Untuk mengukur produktivitas dapat dilakukan dengan • Pendugaan melalui oksigen yang dikeluarkan atau CO2 yang digunakan • pengukuran klorofil pada vegetasi tertentu pada luasan tanah tertentu • Satuan enegri yaitu kalori yang dihasilkan  cara ini memberikan satuan tunggal

18 12/27/2010

MENAIKKAN PRODUKSI PERTANIAN 

Memanfaatkan konsep dasar untuk peningkatan produksi • • • •



faktor-faktor lingkungan faktor pembatas dan identifikasinya teknik budidaya peranan pemuliaan tanaman dan bioteknologi

Penggunaan limbah pertanian • Sisa tanaman sebagai pupuk • Sisa tanaman sebagai bahan baku industri 19

12/27/2010

Menaikkan Produksi Pertanian 

Penangkapan energi  

Pengaturan arah barisan tanaman morfologi tanaman • • •





tipe tanaman (roset; meninggi) bentuk daun, ukuran daun, sudut daun, ketebalan daun sudut percabangan

Aparatus fotosintesis : kloroplast

Programing produksi pertanian  

Usaha untuk menggunakan semua faktor secara efisien Pengambilan keputusan yang tepat dapat dilakukan dengan Linear Programing

20 12/27/2010

Contoh Perhitungan Jika 1 ha sawah ditanam 2 kali setahun  Produktivitas per musim = 4 ton gkg  Rendemen beras 60 %  Tiap 100 gram beras mengandung 300 kkal

• Maka jumlah kalori yang dihasilkan = 2 x 4.000.000 x 0,6 x 300/100 kkal  p1 kkal



Jika kecukupan kalori/orang/hari = 2200 kkal,

p1kkal/ha = q1hari/ha 2200 kkal/orang/hari Jika 1 ha lahan tersebut ditanami jagung 2 x setahun  Produktivitas per musim = 4 ton pipilan  Bahan dapat dimakan 80 %  Tiap 100 gram jagung mengandung 350 kkal HEE =

• Maka jumlah kalori yang dihasilkan = 2 x 4.000.000 x 0,8 x 350/100 kkal  p2 kkal

HEE =

p2 kkal/ha = q2 hari/ha 2200 kkal/orang/hari 21

12/27/2010