HUBUNGAN ANTARA IKLIM DAN TANAMAN

Gambar 1. Hamparan sawah

Iklim merupakan kebiasaan alam yang digerakkan oleh gabungan beberapa unsur yaitu, radiasi matahari, temperatur, kelembapan awan, presipitasi, evaporasi, tekanan udara dan angin. Unsur-unsur tersebut berbeda pada tempat yang satu dengan yang lainnya. Perbedaan itu disebabkan karena adanya faktor iklim atau yang disebut juga dengan pengendali iklim, yaitu:

1. ketinggian tempat
2. latitude atau garis lintang
3. daerah tekanan
   
4. arus laut
5. permukaan tanah

Pengaruh timbal balik antara faktor tersebut akan menentukan pola yang diperlihatkan oleh unsur. Tetapi sebaliknya, unsur-unsur tersebut pada suatu batas tertentu akan mempengaruhi faktor juga, sehingga keadaannya cenderung untuk melanjutkan proses timbal balik tadi. Batas pola yang ditentukan umumnya stabil. Terjadinya penyimpangan tidak dapat dihindari pada proses tersebut. Penyimpangan yang dimaksud sesungguhnya adalah pengecualian yang harus diperhatikan. Sebagai contoh hal yang harus dikemukakan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Musim kemarau yang panjang
2. Curah hujan yang terus-menerus selama beberapa hari serta demikian lebat.
3. Perubahan suhu yang lebih panas daripada biasanya.

Penyimpangan di atas sebagai pengecualian dari keadaan yang biasanya (menurut hasil perhitungan dan prakiraan para ahli dan pengalaman berpuluh tahun telah menguji kebenarannya) walaupun kejadiannya hanya sebentar. Penyimpangan tersebut dapat menimbulkan bencana baik bagi manusia, ternak ataupun tanaman, seperti halnya penyimpangan yang ditimbulkan akibat banjir, suhu yang berubah menjadi terlalu panas, badai atau angin topan, kekeringan dan lain sebagainya.

Masalah tersebut tantangan bagi manusia untuk mengatasi dengan mengurangi atau menghindari pengaruh yang tidak menguntungkan bagi manusia. Manusia tak mungkin melawan hukum alam tapi hanya dapat bersahabat diantaranya melalui penyelidikan untuk mengetahui apa yang dikehendakinya, sehingga penyesuaian atau pendekatan dapat dilakukan.

Tentunya ada interaksi antara tanaman dan iklim. Pengaruh tanaman pada iklim lingkungan menjadi penting dengan semakin besarnya tanaman dan jumlah rumpun tanaman. Mulanya tanaman akan dipengaruhi oleh iklim mikro saja, namun kemudian lambat laun dipengaruhi oleh iklim meso dan iklim makro.

Iklim tak hanya mempengaruhi tanaman tapi juga dipengaruhi oleh tanaman. Hutan yang lebat dapat menambah jumlah kelembapan udara melalui transpirasi. Bayangan dari pepohonan dapat mengurangi suhu udara sehingga penguapan menjadi kecil.

Di dalam pertanian, kehutanan dan perkebunan pemeliharaan terhadap tanaman yang baru tumbuh adalah sangat penting karena tanaman yang muda masih lunak terutama peka terhadap kondisi iklim. Karena itu sebelum memperhatikan tanaman muda, perlu mengetahui lebih dahulu iklim setempat agar mencapai hasil yang maksimal.

Penyebaran iklim antar tempat di seluruh dunia secara global sangat beragam, dikendalikan oleh faktor-faktor ilmiah yang disebut sebagai faktor pengendali iklim (climatic control).

Skema pembentukan iklim di dunia (Trewartha, 1980) adalah sebagai berikut :

Gambar 2. Diagram mekanisme pembentukan, stratifikasi dan distribusi iklim

Sebaran tipe-tipe iklim tersebut turut membentuk keragaman varietas tumbuhan asli dan penyebaran plasma mutlak di seluruh dunia berinteraksi dengan faktor penentu lain yakni faktor genetik, tanah (zat hara) dan lingkungan biologi (manusia, hewan, tumbuhan dan jasad renik). Tiap tipe iklim juga berpengaruh kuat terhadap tanaman yang dibudidayakan terlebih lagi untuk kultivar yang didatangkan dari daerah lain yang iklimnya berbeda.

Keragaman iklim antar wilayah di dunia dikendalikan beberapa faktor alam yaitu:

1. Daya pancar radiasi di permukaan surya
2. Derajat lintang tiap tempat di permukaan bumi.
3. Ketinggian tempat di atas permukaan laut (m.dpl).
4. Halangan pegunungan (topografi).
5. Pusat-pusat tekanan tinggi dan rendah semi permanen.
6. Posisi tempat terhadap samudera.
7. Gerakan massa udara regional.
8. Arus lautan.

Di antara faktor tersebut 2, 3, 5 dan 7 berpengaruh jelas terhadap tanaman dan pertanian di Indonesia.

Derajat lintang bumi mengendalikan penerimaan radiasi surya di tiap tempat sehingga mengatur sebaran energi untuk proses biologi tumbuhan. Akibatnya terjadi perubahan teratur antara derajat lintang bumi di seluruh dunia dalam hal intensitas penerimaan radiasi surya, panjang hari, suhu udara dan juga presipitasi. Hal ini berakibat kepada sebaran keragaman varietas tumbuhan dan "growing season" (periode tumbuhan aktif). Akibatnya perubahan derajat lintang yang cukup besar akan berakibat pada aktivitas pertanian.

Ketinggian tempat di atas permukaan laut mudah berubah antar tempat pada jarak pendek faktor ini berpengaruh terhadap suhu udara. Penurunan suhu udara berhubungan erat dengan kenaikan tinggi tempat (lapse rate).

Perpindahan pusat-pusat tekanan udara tinggi dan rendah semi permanen antar benua di belahan bumi berbeda seperti contoh antara benua Asia dan Australia membangkitkan gerakan massa udara regional yang berganti arah setiap 6 bulan, disebut aktivitas Monsun atau angin musim. Fakta membuktikan bahwa tipe angin ini telah mengakibatkan pola distribusi air hujan dan musim (musim hujan dan musim kemarau) di sebagian kepulauan Indonesia. Selanjutnya juga telah mengakibatkan pola perwilayahan tanaman pangan dan tanaman perkebunan serta pola kegiatan pertanian.

Pengaruh iklim terhadap tanaman

Pengaruh iklim terhadap tanaman diawali oleh pengaruh langsung cuaca terutama radiasi dan suhu terhadap fotosintesis, respirasi, transpirasi dan proses-proses metabolisme di dalam sel organ tanaman. Fotosintesis dan respirasi adalah merupakan proses biokimia, sehingga memerlukan katalisator sebagaimana proses kimia fisik. Kecepatan proses tergantung pada aktivitas katalisator yang diatur oleh suhu. Pada kisaran suhu toleransi terlalu tinggi suhu akan mempercepat proses dan meningkatkan produksi. Perbedaannya adalah pada proses biokimia katalisatornya adalah enzim. Enzim adalah protein, zat yang peka terhadap suhu.

Pada proses fotosintesis, suhu reaksi dan jumlah energi yang terserap sangat ditentukan oleh intensitas radiasi PAR, sehingga pada daun di puncak tajuk yang memperoleh radiasi langsung pengaruh suhu terhadap fotosintesis tak terlalu besar. Fotosintesis hanya berlangsung siang hari. Adapun intensitas respirasi daun sepenuhnya dipengaruhi oleh suhu udara dan berlangsung secara terus-menerus sepanjang umur tanaman. Maka semakin rendah suhu udara harian akan semakin rendah penggunaan karbohidrat untuk respirasi. Produksi gugus karbohidrat netto harian pada tanaman merupakan produk bruto fotosintesis siang hari dikurangi pemanfaatan untuk respirasi selama 24 jam. Maka pada kisaran toleransi, semakin tinggi intensitas radiasi PAR yang berlangsung semakin lama, disertai suhu udara yang rendah akan menghasilkan produk fotosintesis netto yang semakin tinggi.

Fotosintesis dan Respirasi

Tanaman mengalami 2 proses hidup yakni tumbuh (bertambah ukuran panjang, luas, volume dan bobot) dan berkembang yakni mengalami penggandaan dan pemisahan fungsi organ melalui fase-fase benih, kecambah, pertumbuhan vegetatif dan pertumbuhan generatif bunga, buah dan biji untuk memperoleh generasi baru. Fotosintesis dan respirasi adalah merupakan awal proses hidup.

Fotosintesis : 6H₂O + 6CO₂ + Energi PAR → C₆H₁₂O₆ (glukosa) + 6O₂
Respirasi : C₆H₁₂O_{6 +} O₂ → 6O2 + 6H2O + Energi

Atmosfer menyediakan gas CO₂ dan O₂, mengatur presipitasi, mengatur radiasi PAR dan surya, dan tanah menyediakan zat hara agar kedua proses kehidupan tersebut dapat terselenggara.

Tanaman menggunakan klorofil untuk menangkap, menyerap dan mengubah energi cahaya surya PAR pada spektrum 0.38 -0.74 mikron menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Dalam proses ini CO₂ dari atmosfer dan H2O dari perakaran diubah menjadi glukosa, yaitu karbohidrat sederhana (C₆H₁₂O6) dan O₂ dilepas ke atmosfer. Melalui proses metabolisme di dalam sel tanaman, C₆H₁₂O6 diproses menjadi berbagai bahan karbohidrat (CH2O)n yang molekulnya lebih besar dengan kandungan energi kimia lebih tinggi. Bahan-bahan tersebut disimpan di berbagai organ seperti daun, batang, akar, umbi, biji, seluruh jaringan dan sistem organ lainnya.

Pertumbuhan (peningkatan ukuran panjang, luas, volume dan berat organ) adalah proses yang memerlukan energi. Dipenuhi dengan pembakaran sebagian karbohidrat hasil fotosintesis dengan respirasi. Dari proses respirasi yang terus-menerus dikeluarkan gas O2 ke atmosfer.

Respirasi adalah kebalikan dari fotosintesis, kedua reaksi ini berlangsung serentak. Proses respirasi berlangsung berkelanjutan selama hidup, hanya dapat dilambatkan pada saat tumbuhan atau organnya sedang dorman. Sedangkan fotosintesis hanya berlangsung pada periode cahaya siang hari atau perlakuan cahaya buatan dengan lampu. Neraca proses fotosintesis harus menghasilkan saldo positif di pihak fotosintesis.

Proses fotosintesis dan respirasi tergantung pada pengaruh radiasi surya, gas CO₂ dan O₂ di atmosfer, kadar air di daerah perakaran (tanah), pengaruh suhu udara dan suhu tanah. Sedangkan seluruh unsur khususnya iklim mikro di sekeliling tumbuhan saling berinteraksi. Dapat disimpulkan fotosintesis dan respirasi dipengaruhi langsung oleh unsur cuaca/iklim utama yaitu radiasi surya dan suhu sebagai faktor utama (main factors) dan unsur-unsur lainnya sebagai pendukung (cofactors).

Unsur-unsur iklim yang berpengaruh pada tanaman

Iklim adalah sintesis, kesimpulan atau statistik cuaca jangka panjang. Menurut Organisasi Meteorologi Sedunia (World Meteorogical Organization/WMO) waktu yang ideal untuk pengumpulan data iklim dari data cuaca adalah 30 tahun atau lebih. Cuaca adalah kondisi sesaat dari fisika amosfer. Jadi, unsur-unsur iklim dan cuaca adalah sama.

Unsur-unsur iklim dan satuannya adalah sebagai berikut:

1. Radiasi surya meliputi:

• intensitas radiasi (kal/cm2/menit , W/m²)
• intensitas cahaya/PAR (foot candle, lux, lumen)
• lama penyinaran (jam/hari, %)
• panjang hari (jam/hari).

2. Suhu udara dan suhu tanah (°C) : maksimum, minimum dan rata-rata.
3. Kelembapan udara nisbi (%) : maksimum, minimum, rata-rata.
4. Tekanan udara (mb) : maksimum, minimum, rata-rata.
5. Angin :

• kecepatan angin (knot atau mil laut/jam, km/jam, m/detik)
• arah angin (derajat arah)

6. Presipitasi :

• curah hujan (mm)
• hari hujan (hari)
• salju (mm)
• embun (mm)

7. Penguapan (mm) :

• Evaporasi permukaan air (Eo)
• Evapotranspirasi (ET)
• Evapotranspirasi Potensial (ETP)

Di antara unsur iklim tersebut, tekanan udara dan arah angin kurang erat hubungannya dengan tanaman. Beberapa unsur iklim yang kuat pengaruhnya terhadap tanaman akan diterangkan lebih lanjut.

Melalui unsur-unsurnya, iklim mempengaruhi tanaman dalam berbagai hal berikut :

1. Ketersediaan cahaya PAR (0.38-0.74 mikron) sebagai sumber energi karbohidrat.
2. Ketersediaan gas CO2 dan O2 di atmosfer, H₂O dan O2 di dalam tanah sebagai sumber atom C, H dan O pembentuk senyawa karbohidrat pada proses fotosintesis dan respirasi.
3. Kondisi fisika tanah dan ketersediaan zat hara tanah. Proses "Weathering" dan erosi oleh iklim dalam jangka panjang turut menentukan kesuburan tanah, sedangkan curah hujan turut mengatur kadar air tanah.
4. Kecepatan dan produksi fotosintesis dan respirasi ditentukan suhu daun dan organ tanaman lainnya. Intensitas radiasi surya, suhu udara maupun suhu tanah berpengaruh besar. Radiasi surya, suhu udara dan suhu tanah akan mempengaruhi kecepatan pertumbuhan dan perkembangan, kuantitas produksi dan mutu hasil panen.
5. Perkembangan populasi hama dan penyakit yang menentukan intensitas serangan dan waktunya.
   

Stratifikasi iklim

Faktor pengendali, sifat atmosfer, luas wilayah identifikasi dan dampaknya terhadap kegiatan manusia, cuaca dan iklim dapat dibedakan menjadi 3 yaitu:

1. Iklim global (Global climate) yaitu iklim berdasarkan dinamika atmosfer lapisan atas hingga puncak troposfer. Kondisi iklim ini dikendalikan oleh pusat-pusat tekanan rendah, dinamika massa udara skala besar dan arus lautan. Kondisi iklim global disebut juga iklim Makro, umumnya pengaruh keragaman penutup permukaan bumi telah minimum. Skala iklim global biasanya dipantau dengan sistem penginderaan jarak jauh menggunakan teknologi satelit.
2. Iklim meso (Meso climate) yaitu iklim yang didasarkan atmosfer agak dekat permukaan bumi pada suatu lokasi dengan luasan tertentu. Biasanya dipantau melalui stasiun klimatologi/ meteorologi di lapangan. Pemasangan alat pengukur mengikuti standar WMO, di permukaan tanah atau ketinggian <>
3. Iklim mikro (Micro climate) menggambarkan keadaan fisika atmosfer di sekitar objek spesifik atau di dekat permukaan tanah (<>

Gambar 3. Stratifikasi iklim/ cuaca dan beberapa unsur atau ciri-cirinya (Bey, A. 1991)

Dari stratifikasi iklim dapat disimpulkan bahwa iklim meso dan mikro berpengaruh kuat terhadap tanaman dan kegiatan tanaman mengingat lingkup ketinggian atmosfer yang diukur meliputi dan mencakup posisi dan ketinggian tanaman di dalamnya. Namun masing-masing strata iklim tersebut memiliki manfaat berbeda. Data iklim meso yang dieproleh dari suatu stasiun klimatologi mempunyaim beberapa manfaat sebagai berikut:

• Mengatur kultivar yang akan dibudidayakan.
• Mengatur jadwal tanam, pergiliran tanaman dan kombinasi kultivar yang akan ditumpang sari.
• Mengatur jadwal dan debit air irigasi.
• Mengatur naungan dan jajaranm pohon penghambat angin.
• Merencanakan sistem drainase.

Data iklim mikro memberikan informasi lebih rinci di lahan tanaman yang berpengaruh langsung pada tanaman, maka sangat bermanfaat untuk tindakan operasional terhadap tanaman antara lain:

• Merancang struktur lahan tanam seperti ukuran guludan tanam, saluran irigasi dan drainase, terasering dan sebagainya.
• Merancang ruang lahan tanam dengan berbagai pilihan: rumah plastik, rumah kaca, rumah jaring atau bahan lainnya.
• Memilih mulsa, biomas, lembar plastik atau bahan lainnya.
• Teknik pemanasan kebun, terutama pada lahan yang sesekali mengalami kondisi ekstrim dingin.
  

Respon tanaman terhadap cuaca dan iklim

Proses pertumbuhan (growth) dan perkembangan (development) untuk berproduksi tinggi pada tanaman dipengaruhi berbagai faktor sebagai berikut:

1. Faktor genetik,
merupakan penentu karakter atau sifat khusus tanaman. Kapasitas produksi, bentuk, rasa, susunan bahan kimia dan sifat-sifat lainnya yang dpengaruhi oleh faktor genetik.

2. Faktor bahan,
organ tumbuhan dibentuk berbagai bahan yang meliputi:

• Energi cahaya tampak atau PAR (Photosynthetically Active Radiation), spektrum radiasi surya pada kisaran panjang gelombang 0.38-0.74 mikron ini diubah menjadi energi kimia organik dan diisikan ke dalam gugus karbohidrat pada sel organ.

• Gas CO₂ untuk fotosintesis dan gas O₂ untuk respirasi dari atmosfer. Seluruh atom C yang dikandung tiap benda berasal dari makhluk hidup dan atmosfer adalah sumber tunggalnya.

• Air sebagai pembentuk sel, berasal dari presipitasi yang berlangsung di atmosfer.

• Zat hara mineral makro dan mikro berasal dari daerah perakaran, sebagai penentu sifat gugus karbohidrat.

3. Faktor Lingkungan

• Kondisi fisik lingkungan perakaran sangat mempengaruhi tumbuhan. Pertumbuhan dan aktivitas akar, kemudahan memperoleh air dan zat hara serta kokoh tidaknya posisi tumbuhan tergantung kondisi fisik lingkungan.

• Kondisi fisik atmosfer. Kadar gas, uap dan aerosols sangat mempengaruhi kehidupan tumbuhan. Atmosfer yang dikotori gas dan aerosols tertentu yang melebihi ambang batas kebersihan dan kemurnian atmosfer, akan berpotensi mengganggu dan meracuni tanaman.

• Lingkungan biologi, Di sekitar tanaman terdapat berbagai makhluk lain. Manusia, hewan, tumbuhan lain dan jasad renik seringkali berpotensi menguntungkan atau merugikan. Hubungan simbiosis menguntungkan tanaman atau makhluk lain yang bersangkutan. Sedangkan tanaman akan dirugikan bila hubungan yang terjadi berdampak allelopati, patogenik, parasitik dan predasius terhadap tanaman.

• Perubahan cuaca dan kondisi iklim. Pertumbuhan dan perkembangan dari hari ke hari sejak penebaran benih sampai selesai satu siklus tanaman semusim atau hingga sepanjang umur tanaman perenial (tahunan) sangat dipengaruhi cuaca sedangkan kemantapan hubungan dan pengaruh jangka panjang ditentukan oleh kondisi iklim.

Kondisi iklim /cuaca mikro secara langsung mempengaruhi proses fisiologi karena berhubungan dengan atmosfer di lingkungan tanaman sejak perakaran hingga puncak tajuk. Unsur yang berpengaruh kuat terutama radiasi surya, suhu udara, suhu tanah, kelembapan, kecepatan angin, presipitasi dan evapotranspirasi. Mekanisme pengaruh faktor pengendali dan unsur iklim terhadap tanaman dan lingkungan dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 4. Diagram hubungan antara iklim dan tanaman.

Pengaruh cuaca terhadap tanaman berbeda dengan pengaruh iklim. Suatu wilayah pusat produksi tanaman yang telah berlangsung puluhan hingga ratusan tahun, kondisi iklimnya jelas sesuai bagi kultivar yang dibudidayakan. Walau demikian sesekali mengalami cuaca ekstrim selama beberapa hari sehingga gagal panen.

Jadi, keadaan cuaca menentukan kondisi aktual hasil panen sedangkan kondisi iklim menentukan kapasitas dan rutinitas panen.

Sejak awal sang petani harus yakin bahwa kultivar yang akan ditanam memiliki kesesuaian yang optimum dengan bahan, lingkungan dan kondisi iklim setempat. Kemudian, petani harus tanggap terhadap keadaan cuaca tiap hari agar mampu mengantisipasi penyimpangan cuaca agar tak sampai mengakibatkan cekaman terhadap tanaman. Penggunaan pengukur cuaca mikro (dipasang di kebun untuk mewakili iklim mikro jaringan pertanian) dan pemantauan hariannya di negara maju telah banyak dilakukan sehingga apabila terjadi kondisi cuaca kritis dapat diantisipasi sebelum menimbulkan gangguan pada tanaman. Bila perlu petani harus melakukan modifikasi terhadap iklim mikro agar tanaman tumbuh, berkembang dan berproduksi optimum.

Gambar 5. Kekeringan salah satu kondisi cekaman cuaca.


Pemahaman yang baik terhadap hubungan cuaca-tanaman serta pengaruh iklim secara keseluruhan akan sangat membantu petani.

Sumber :

Ance Gunarsih Kartasapoetra. 2004. Klimatologi: Pengaruh Iklim terhadap Tanah dan Tanaman. Bumi Aksara. Jakarta.

Anonim. 1999. Kapita Selekta Agroklimatologi. Jurusan Geofisika dan Meteorologi Fakultas MIPA IPB. Bogor.

Bayong Tjasyono HK. 2004. Klimatologi. Penerbit ITB. Bandung.