EFISIENSI PENGGUNAAN AIR (WATER-USE EFFECIENCY) PADA TANAMAN

Gambar 1. Deskripsi proses transpirasi

Air merupakan salah satu bahan yang penting dan sangat menentukan pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Chang (1968) menyatakan air adalah :

1. Unsur penting dalam fisiologis tanaman
2. Bahan reaksi dalam fotosintesis dan proses hidrolisa
3. Bahan pelarut garam, gula dan larutan lainnya yang bergerak dari satu sel ke sel lainnya dan dari satu bagian ke bagian lain tanaman
4. Unsur penting pemeliharaan turgiditas tanaman yang diperlukan tanaman untuk perluasan sel dan pertumbuhan.

Kekeringan adalah kejadian meteorologi berhubungan dengan tidak tersedianya air hujan untuk mengisi simpanan air tanah dan tersedianya energi untuk evaporasi dan transpirasi. Toleransi tanaman dalam menghadapi kekeringan lebih menggambarkan cara tanaman tersebut bereaksi bukan hanya kemampuan untuk bertahan. Salah satu pendekatannya melalui menghitung seberapa efesiensi penggunaan air. 

Transpirasi adalah proses pengangkutan air yang berasal dari daerah perakaran (root zone) suatu tanaman melalui jaringan perakaran air tersebut diangkut sampai daun dengan membawa CO2 dan menguap lagi ke atmosfer. Siang hari bagian stomata akan terbuka sehingga udara dapat masuk ke dalam  daun melalui stomata membawa CO2 dan akn memperoleh karbohidrat yang kemudian hasil tersebut bermanfaat bagi pertumbuhan tanaman. Saat  stomata terbuka dan udara masuk, maka molekul air dari dalam daun keluar dan menguap lagi ke atmosfer. Peristiwa inilah yang dinamakan sebagai transpirasi. Evapotranspirasi adalah kombinasi dua proses, yakni evaporasi peristiwa kehilangan air dari permukaan tanah dan transpirasi.

Gambar 2. Proses transpirasi di stomata

Toleransi tanaman dalam menghadapi cekaman kekeringan menggambarkan mekanisme tanaman tersebut bereaksi. Mekanisme tersebut diantaranya : (1) menghindari kekeringan dengan memperpendek siklus hidup,dormansi, konservasi air melalui morfologi dan anatomi daun, pengambilan akar yang efektif melalui morfologi dan anatomi akar (2) toleransi terhadap kekeringan dengan cara pemeliharaan tugor, pembentukan larutan pelindung dan enzim (3) meningkatkan efesiensi penggunaan air (Murdiarso, 1991). Tanaman yang toleran kekeringan akan menekan laju kehilangan air sehingga meningkatkan efesiensi penggunaannya.

WUE (Water-use efficiency) adalah rasio akumulasi biomassa yang menyatakan asimilasi karbondioksida (A), jumlah biomassa tanaman (B), maupun hasil gabah tanaman terhadap air yang dikonsumsi (G), yang dinyatakan sebagai transpirasi (T), evapotranspirasi (ET) atau jumlah air yang masuk ke dalam suatu sistem (I). Skala waktu yang dapat digunakan untuk menentukan WUE dapat berupa : insidental (i), harian (d) ataupun musiman (s), sehingga WUE ditulis secara simbolis sebagai fungsi ketiga variabel tersebut. Misalnya : WUE (A, T, i) untuk menentukan efesiensi penggunaan air sebagai rasio asimilasi CO2 untuk transpirasi pengamatan yang sesaat (Sinclair et al., 1983).

Efesiensi penggunaan air adalah nisbah antara produksi bahan kering yang dihasilkan dengan jumlah air yang digunakan tanaman.WUE sangat diperlukan dalam menentukan adaptasi suatu tanaman pada suatu daerah dengan air sebagai pembatas, baik di masa sekarang ataupun perubahannya di masa akan datang. Data WUE sangat bervariasi sehingga penyatuan dan pendekatan kuantitatif diperlukan untuk menganalisis dan memprediksi pada lingkungan yang berbeda (Xu dan Hsiao, 2004).

WUE yang mengacu kepada rasio air yang digunakan dalam transpirasi, ada dua jenis yang sering digunakan yaitu :

1. WUE fotosintesis (WUE intrinsik) yang didefinisikan sebagai rasio tingkat asimilasi karbon (fotosintesis) terhadap tingkat transpirasi.
2. WUE produktivitas (WUE integrasi) didefinisikan sebagai rasio biomassa yang dihasilkan terhadap tingkat transpirasi.

Perhitungan penggunaan air dapat dilakukan dengan dua cara, yakni :

Cara agronomi  yakni :

Cara fisiologi :

Dimana : 

 Pn = Pg - R

Dimana Pn adalah laju fotosintesis neto dan Pg adalah laju fotosintesis bruto dan R adalah respirasi. Yd sering diartikan sebagai produksi ekonomis (Y) dimana :

Y = Yd x HI

HI (Harvest Index) bervariasi tergantung dari varietas tanaman. Produksi ekonomis per satuan transpirasi. Y/Er lebih baik dibandingkan dibandingkan per satuan evaporasi total Y/E. 

Perubahan WUE dapat juga ditunjukkan melalui melalui praktek di lapangan melalui komponen neraca energi di permukaan yaitu :

ET = Rn - G - H - P

Dimana ET adalah evapotranspirasi, Rn adalah radiasi neto, G adalah fluks bahang tanah (soil heat flux), H adalah fluks bahang terasa (sensible heat fluks) dan P adalah fluks fotosintesis. Praktek pengelolaan tanah tanah mempengaruhi WUE melalui  perubahan pada pertukaran energi (Rn, G dan H) serta melalui efesiensi fotosintesis (P) yang akan mempengaruhi neraca air di dalam tanah selama musim tanam.

Dalam suatu sistem pertanian tanah hujan, WUE terkait erat dengan curah hujan efektif karena merupakan satu-satunya sumber air. Efesiensi penggunaan curah hujan adalah ukuran dari biomassa atau hasil panen yang dihasilkan per kenaikan curah hujan sedangkan WUE berdasarkan dari evapotranspirasi.

Menurut Dorenbos dan Kassam (1979) defisit air untuk tanaman dan cekaman air (water stress) berpengaruh pada evapotranspirasi tanaman dan hasilnya. Apabila keperluan air tanaman telah dipenuhi oleh lengas tanah (kadar air tanah) maka :

ETa = ETm



Dimana ETa adalah evapotranspirasi aktual dan ETm adalah evapotranspirasi maksimum.

Soemarno (2004) menyatakan bila persediaan air tidak mencukupi untuk memenuhi kebutuhan tanaman, evapotranspirasi aktual (ETa) akan menurun hingga di bawah evapotranspirasi maksimum (ETm). Saat kondisi ini berkembang stress air di dalam tanaman dan berpengaruh buruk bagi pertumbuhan dan hasil tanaman. Pengaruh intensitas dan waktu stress sangat penting dalam penjadwalan suplai air yang terbatas selama periode pertumbuhan dnan prioritas penggunaan suplai air pada tanaman selama masa perumbuhannya.

Apabila lengas tanah tidak mencukupi maka ETa < ETm, selanjutnya Ya < Ym. Secara empirik hubungan tersebut dituliskan sebagai :

Dimana Ky adalah faktor respons hasil (yield responce factor), Ya adalah hasil aktual, Ym adalah hasil maksimum.

Nisbah pengurangan evapotranspirasi :

Nisbah pengurangan produksi :

Tanaman menunjukan respons berbeda terhadap defisit air. Beberapa tanaman akan tejadi peningkatan WUE sedangkan pada tanaman lain menurun dengan defisit air. Umumnya tanaman sangat peka terhadap defisit air selama awal pertumbuhannya, pembungaan dan awal fase pembentukan hasil (Soemarno, 2004).

Daftar Pustaka

Chang JH. 1968. Climate and Agriculture an Ecological Survey. Chicago. Aldine Publishing Company.

Doorenbos J and Kassam. 1979. Yield Response to Water : Irrigation and Drainage Paper No. 33. FAO. Rome.

Murdiyarso, D. 1991. Kebutuhan Air Tanaman dalam Kapita Selekta dalam Agrometeorologi. Ditjen Pendidikan Tinggi. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Jakarta.

Sinclair TR, Tanner CB and Bennet JM. 1983. Water-use efficiency in crop production. BioScience 34 (1) : 36-40.

Soemarno. 2014. Pengeloaan Air Tanah bagi Tanaman. Materi Kuliah Manajemen Sumber Daya Air. Program Pasca Sarjana Universitas Brawijaya. Malang.

Xu LK and Hsiao TC. 2004. Predicted versus measured photosynthetic water-use efficiency of crop stands under dynamically changing field environments. J Exp Bot 55(407) : 2395-2411