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
