energi dan pruduksi pertanian - rizal mahdi blog's · pdf file12/27/2010 2 lingkup...
TRANSCRIPT
12/27/2010 1
ENERGI DAN
PRODUKSI PERTANIAN
BAHAN KULIAH
DASAR AGRONOMI
FAKULTAS PERTANIAN IPB
12/27/2010
2
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
12/27/2010
3
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
4
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
12/27/2010
5
Neraca Energi
100% 100%Evaporasi, panas, refleksi
dan radiasi gelombang
panjang (93%)
7%
2%
3%
2%
1% 1%
7%
2%
1%
1%
4%
1%
12/27/2010
6
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)
12/27/2010
7
Radiasi dari matahari
(pemanasan)
Radiasi dari bumi
(pendinginan)
Radiasi dari bumi
Permukaan tanah
dan tanaman
Matahari
terbit
Tengah
malam
Tengah hari Matahari
terbenamTengah
malam
0
100
50
Pan
as (
kal
ori
/j/c
m2)
SEBARAN RADIASI SURYA HARIAN
12/27/2010
8
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
9
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
12/27/2010
10
Pengaruh Intensitas Cahaya terhadap Fotosintesis
Intensitas cahaya
Ab
so
rp
si C
O2
Pen
gelu
aran
CO
2
Tinggi
Tinggi
Tinggi
Titik jenuh cahaya
Fotosintesis > Respirasi
Fotosintesis < Respirasi
Titik kompensasi cahaya
[CO2]-1
[CO2]-2
12/27/2010
11
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)
Efisiensi Fotosintesis
12/27/2010
12
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)
12/27/2010
13
Rantai Makanan
12/27/2010
14
Bahan Kering (Total Biomassa) yang Dapat Dipanen (t/ha/tahun)
Tanaman 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
12/27/2010
15
Energi Budidaya pada Produksi Kentang (per ha)
InputWaktu atau
jumlah
Equivalen
Energi (103 kkal)% total
Tenaga kerja 108 hari 19 0,3
Alsintan 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
Total 5733 100,0
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
12/27/2010
16
Jumlah Energi Budidaya yang Digunakan untuk
Menghasilkan Suatu Produk (Biji, Hijaun, atau Buah)
0
1
2
3
4
5
6
0 4 8 12 16 20 24 28
Sorgum
TebuJagung pipilan
Kentang
KapriTomat
Energi Budidaya (103 Mkal/acre/tahun)
En
erg
i p
er u
nit
En
erg
i B
ud
idaya
Kedelai
Keterangan : 1 acre = 0,4 ha)
12/27/2010
17
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
1-3 x 1023
1 x 1021
5 x 1020
1 x 1020
3 x 1019
1019 1020 1021 1022 1023
Keefisienan Penggunaan Energi
matahari
tanaman
herbivor
karnivor
Karnivorsekunder
12/27/2010
18
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
12/27/2010
19
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
12/27/2010
20
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
12/27/2010
21
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,
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
• Maka jumlah kalori yang dihasilkan = 2 x 4.000.000 x 0,8 x 350/100 kkal p2 kkal
p1 kkal/ha
HEE = = q1 hari/ha2200 kkal/orang/hari
p2 kkal/ha
HEE = = q2 hari/ha2200 kkal/orang/hari