7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

1/10

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANGBiomasa merupakan salah satu variabel kunci yang menjadi perhatian

dalam studi tentang tanaman, baik tanaman yang dibudidayakan maupun tanaman

yang tidak dibudidayakan. Istilah biomasa dapat mengacu pada berat basah

maupun berat kering tanaman. Kandungan air kanopi daun atau canopy water

content (CWC) merupakan selisih berat basah daun dan berat kering daun dan

menjadi perhatian banyak aplikasi. Karena komponen utama tanaman hijau adalah

air, maka berat basah, berat kering dan kandungan air akan mempunyai asosiasi

yang kuat. Banyak faktor yang mempengaruhi asosiasi tersebut seperti jenis

spesies, umur, dan kondisi pertumbuhan tanaman. Dengan demikian kandungan

air dalam kanopi daun merupakan faktor penting dalam pemetaan dan pemantauan

kondisi ekosistem tanaman seperti deteksi stress pada tanaman (Ustin et al, 2004),

deteksi potensi kebakaran hutan (Chuvieco et al, 2002), atau peningkatan

kandungan air tanah (Yilmaz et al, 2008).

Padi merupakan tanaman budidaya yang terpenting dalam peradaban

manusia, padi juga merupakan makanan pokok bagi 90% penduduk Indonesia.

Oleh sebab itu pemenuhan produksi / swasembada beras / padi merupakan

masalah penting bagi bangsa Indonesia. Salah satu hal penting dalam produksi

padi adalah pemantauan kondisi air pada tanaman padi. Kekurangan air padatanaman padi akan mempengaruhi penurunan pertumbuhan dan produksi padi.

Pengaruh kekurangan air pada tahap vegetatif sampai keluarnya malai akan

menyebabkan pertumbuhan tanaman menjadi lebih pendek, jumlah anakan

berkurang, luas daun lebih kecil, pengisian bulir padi berkurang, dan akhirnya

akan mengurangi produksi padi (Shouichi Yoshida, 1981).

Resiko penurunan produksi padi karena kekeringan dapat dikurangi

dengan memantau status kandungan air dengan teknologi penginderaan jauh

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

2/10

2

(remote sensing). Dengan teknologi penginderaan jauh pemantauan kekeringan

dapat dilakukan secara cepat dan mencakup wilayah yang luas. Dalam

penginderaan jauh radiasi matahari yang direkam sensor (R), setelah dikoreksi

pengaruh atmosferiknya, merupakan fungsi dari lokasi (x), waktu (t), panjang

gelombang () dan arah / sudut perekaman () yang dapat diformulasikan sbb:

R = f(x, t, , ) (1.1)

(Sumber: Kumar, et al, 2001)

Jika ada perubahan salah satu parameter tersebut x, t, , yang menyebabkan

perubahan nilai R maka penginderaan jauh dapat digunakan untuk deteksi

parameter lingkungan salah satunya adalah kandungan air kanopi daun padi.

Kandungan air yang berbeda pada daun akan merefleksikan radiasi matahari yang

berbeda pada panjang gelombang yang berbeda juga. Semakin rapat resolusi

spektral sensor penginderaan jauh yang digunakan akan semakin detil perubahan

kandungan air yang bisa dideteksi. Dengan demikian diharapkan penggunaaan

data hyperspektral akan memberikan hasil deteksi kandungan air kanopi daun

yang lebih akurat.

Penyerapan radiasi matahari karena adanya kandungan air terjadi pada

panjang gelombang yang berpusat pada 970, 1200, 1450, 1950 dan 2500 nm

(Curran, 1989). Penyerapan radiasi matahari pada panjang gelombang 1450, 1950

dan 2500 nm dikarenakan adanya kandungan uap air pada atmosfer sehingga tidak

dapat digunakan untuk deteksi kandungan air pada daun. Sedangkan panjang

gelombang 970 dan 1200 nm dapat digunakan (Danson et al., 1992). Beberapa

teknik dikembangkan oleh para peniliti untuk deteksi kandungan air dalam daun,

antara lain Peuelas (1993) mengembangan water index (WI) dengan

menggunakan panjang gelombang 900 dan 970 nm, dan Gao (1996)

mengembangkan normalised difference water index (NDWI) dengan

menggunakan panjang gelombang 860 dan 1240 nm. Peneliti lain ada yang

langsung menghubungkan antara nilai reflektan atau turunan reflektan (first

derivative dansecond derivative) dengan kandungan air kanopi daun (Bisun Datt,

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

3/10

3

1999; Lydia Serrano et all, 2006; J.G.P.W. Clevers et al, 2008). Reflektan adalah

persentase antara radiasi matahari yang dipantulkan oleh tanaman dan direkam

oleh sensor dengan radiasi matahari yang diterima oleh tanaman (Marcus

Borengasser et al, 2008).

Kebanyakan riset tentang hubungan kandungan air kanopi daun dengan

reflektan dilakukan di luar negeri di daerah sub tropis seperti di Jepang, China,

Amerika dan Eropa, dengan demikian kemungkinan formula yang dihasilkan

belum tentu sesuai dengan daerah tropis dan kondisi tanaman padi di Indonesia.

Radiasi matahari yang datang ke permukaan bumi pada daerah sub tropis

mempunyai nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan radiasi yang diterima

pada daerah tropis. Pada daerah dengan lintang sekitar 30o Lintang Utara radiasi

yang diterima di permukaan bumi adalah 87% dari radiasi di katulistiwa, sedang

pada daerah di sekitar lintang 60o Lintang Utara radiasi yang diterima di

permurkaan bumi adalah 50% dibandingkan dengan di daerah tropis

(http://www.windows2universe.org/earth/climate/sun_radiation_at_earth.html).

Disamping itu pembentukan awan di daerah tropis lebih cepat dan tutupan awan

yang lebih sering dibanding dengan daerah sub tropis. Adanya tutupan awan yang

tebal menyebabkan akuisisi data hyperspektral sulit dilaksanakan, sedangkan

dengan adanya tutupan awan yang tipis menyebabkan perlunya koreksi atmosferik

data hyperspektral secara akurat dan tepat. Varietas tanaman yang digunakan juga

berbeda, J.G.W. Clevers et all (2008) meneliti kandungan air daun dengan data

hyperspektral pada padang rumput (grass land) di Belanda, Bisun Datt (1999)

meneliti kandungan air dengan data hyperspektral pada daun Eucalyptus di

Australia, dan Yen-Ben Cheng et al (2006) meneliti kandungan air daun dengan

data hyperspektral pada tanaman semi-arid shrublands dan hutan di Amerika

Serikat. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa panjang gelombang yang

sensitif terhadap kandungan air kanopi daun adalah pada zona sekitar 970 dan

1200 nm. Dengan adanya perbedaan lokasi, kondisi awan, dan curah hujan ada

kemungkinan bahwa panjang gelombang yang sensitif untuk deteksi kandungan

air kanopi daun di Indonesia khususnya Kabupaten Indramayu, Provinsi Jawa

Barat (Gambar 1.1) berbeda dengan lokasi di daerah sub tropis.

http://www.windows2universe.org/earth/climate/sun_radiation_at_earth.htmlhttp://www.windows2universe.org/earth/climate/sun_radiation_at_earth.html

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

4/10

4

Gambar 1.1. Lokasi Studi Kabupaten Indramayu, Provinsi Jawa Barat

Penggunaan data penginderaan jauh dengan data penginderaan

multispektral sering menyebabkan tidak akuratnya informasi karena penggunaan

jumlah kanal yang sedikit dan interval panjang gelombang yang lebar (broad

band), sehingga informasi yang direkam sensor merupakan nilai rata-rata.

Penginderaan jauh hyperspektral dengan jumlah kanal yang banyak (lebih dari

100) dan interval penggunaan panjang gelombang yang sempit (narrow band) dan

kontinyu mampu memberikan informasi yang detil tentang karakteristik tanaman

(Fu-Min Wang, et al., 2008).

Dengan tersedianya jumlah kanal yang banyak, interval panjang

gelombang sempit dan kontinyu, data hyperspektral menyediakan peluang untuk

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

5/10

5

analisis dengan ratusan kanal pita sempit untuk analisis karakteristik tanaman

yang lebih detil. Masalah utama pengolahan data hyperspektral secara

konvensional adalah volume data yang banyak dan redundansi jumlah kanal.

Salah satu solusi adalah dengan mengurangi jumlah kanal dengan ekstraksi kanal

yang sesuai untuk parameter tanaman yang dipilih. Teknik regresi banyak

digunakan untuk mencari hubungan antara reflektan dan karakteristik tanaman

dan memilih kanal yang sesuai untuk estimasi karakteristik tanaman.

1.2.

PERUMUSAN MASALAH

Data hyperspektral memiliki kelebihan jumlah kanal yang banyak (biasanya

lebih dari 100 kanal), interval kanal yang sempit (narrow band) sehingga dapat

diperoleh spektrum yang kontinyu (contiguous). Dengan demikian perubahan

sedikit kandungan air kanopi daun dapat dideteksi dengan perubahan nilai

reflektan pada tiap panjang gelombang yang ada.

Setiap panjang gelombang mempunyai sifat yang berbeda terhadap

kandungan air kanopi padi sehingga perlu diketahui panjang gelombang yang

sesuai untuk keperlu deteksi kandungan air kanopi daun. Beberapa hasil riset

terdahulu seperti yang sudah disebut pada latar belakang diringkas pada tabel 1.1.

Dari Tabel 1.1. tersebut timbul pertanyaan yang harus dijawab yaitu Apakah

indeks spektral dengan kombinasi panjang gelombang tersebut sesuai untuk

deteksi kandungan air kanopi daun tanaman padi di lokasi studi? dan pertanyaan

Apakah ada kombinasi kanal lain yang lebih optimal untuk deteksi kandungan air

kanopi daun padi di lokasi studi?. Untuk menjawab pertanyaan ini akan

dilakukan analisisi regresi linear antara indeks spektral dengan kombinasi kanal

seperti tersebut pada Tabel 1.1. dengan CWC dan juga analisis untuk mencari

kombinasi kanal yang optimal untuk deteksi kandungan air kanopi daun.

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

6/10

6

Tabel 1.1. Ringkasan hasil penelitian terdahulu

PenelitiIndeks spektral dan

kombinasi kanal

r2Jenis tanaman dan

lokasi penelitian

Peuelas (1993)

-

Tanaman hias / bunga

Gerbera, lada dan

buncis di Spanyol,

menggunakan data

spektrometer dengan

panjang gelombang

390-1100 nm

Gao (1996)

-

Padang rumput di

Amerika, menggunakan

data spektrometer

dengan panjang

gelombang 800-1400

nm

Bisun Datt

(1999)

atau

RI =Reflectance Index

0.61

0.58

Eucalyptus di Australia,

menggunakan data

spektrometer dengan

panjang gelombang 400

2500 nm

Yen-Ben Cheng

(2006)

0.63

Shrublanddan hutan di

Amerika, menggunakan

data AVIRIS dengan

panjang gelombang

400-2500 nm

Clevers (2008)First derivative kanal

942.5 nm

0.71

Padang rumput di

Belanda, menggunakan

data spektrometer

dengan panjanggelombang 450-2480

nm

Pertanyaan terakhir adalah Bagaimana cara mengaplikasikan formula dan

panjang gelombang yang diperoleh untuk membuat peta distribusi kandungan air

tanaman padi di lokasi studi dengan data hyperspektral yang diperoleh dari survey

udara dengan sensor HyMap?.

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

7/10

7

1.3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIANTujuan penelitian ini adalah:

a. Evaluasi kinerja indeks spektral dan kombinasi kanal hasil penelitianterdahulu untuk estimasi kandungan air kanopi daun padi.

b. Menentukan dan memberikan rekomendasi kanal yang optimal untuk estimasikandungan air kanopi daun padi dengan data hyperspektral pada spektrum

panjang gelombang 350-2500 nm.

c.

Membuat peta distribusi kandungan air kanopi dengan mengaplikasikanformula indeks spektral dan kombinasi kanal yang optimal pada data

hyperspektral hasil survey udara.

Manfaat penelitian:

a. Mengetahui indeks spektral dan kombinasi kanal yang sesuai untuk deteksikandungan air kanopi daun di wilayah Indramayu sehingga bisa digunakan

untuk pembuatan peta sebaran kandungan air kanopi daun padi dengan data

hyperspektral.

b. Indeks spektral dan kombinasi kanal yang optimal dapat dijadikan referensiawal untuk penghitungan kandungan air kanopi daun di lokasi lain di

Indonesia.

1.4. BATASAN DAN RUANG LINGKUP PENELITIANDalam disertasi ini yang dimaksud dengan:

a. Kandungan air kanopi daun / canopy water content (CWC) adalah jumlahair yang terdapat dalam daun, merupakan selisih berat basah daun dikurangi

berat kering daun. Berat basah daun merupakan berat daun tanaman padi yang

dicabut dan dipotong akarnya kemudian ditimbang (tidak termasuk batang

padi), sedangkan berat kering daun adalah berat daun tanaman padi yang

sudah dikeringkan di laboratorium pada suhu 60o Celcius.

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

8/10

8

b. Data hyperspektral yang dimaksud di sini adalah data dari hasil pengukurandengan alat ASD Field Spectrometer dan data hasil perekaman sensor

Hyperspectral Mapper (HyMap) yang dipasang pada pesawat udara. Data

hasil pengukuran ASD Field Spectrometer mempunyai jangkauan panjang

gelombang 350 2500 nm dengan resolusi spectral 1 nm. Sedangkan data

HyMap mempunyai jangkauan panjang gelombang 350 2500 nm dengan

resolusi spectral 10-15 nm.

Ruang lingkup penelitian:

a.

Lokasi penelitian adalah di lahan tanaman padi yang terletak di KabupatenIndramayu, Provinsi Jawa Barat (lihat Gambar 1.1.)

b. Penelitian dilakukan dengan metode menghubungkan antara nilai reflektandata hasil pengukuran Field Spectrometer atau HyMap dengan kandungan air

kanopy daun (CWC). Nilai reflektan yang akan dihubungkan dengan nilai

CWC dapat merupakan nilai asli reflektan tersebut dan nilai turunan reflektan

tersebut seperti indeks spektral. Multiple Linear Regression (MLR) akan

digunakan untuk mencari hubungan antara nilai reflektan dengan nilai CWC.

c. Fokus kajian dari penelitian ini adalah untuk menemukan kombinasi kanalyang tepat / optimal untuk prediksi kandungan air kanopi daun padi.

d. Diasumsikan bahwa data field spectrometer dan data hyperspektral yangdigunakan untuk penelitian sudah dikoreksi dengan benar sehingga data

reflektan yang ada merupakan reflektan tanaman padi yang sebenarnya.

1.5. KONTRIBUSI DAN ORIGINALITAS PENELITIANPenelitian ini akan memberikan kontribusi pada:

a. Indeks spektral yang sesuai untuk prediksi kandungan air kanopi daun (CWC)padi.

b. Kombinasi kanal yang optimal untuk deteksi kandungan air kanopi daun padidengan data hyperpspektral.

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

9/10

9

Originalitas penelitian ini adalah:

a. Lokasi penelitian di daerah tropis yang berbeda dengan lokasi penelitianterdahulu yaitu di daerah sub tropis.

b. Formula dan kombinasi kanal yang optimal untuk deteksi kandungan airkanopi daun (CWC) padi di Kabupaten Indramayu, Provinsi Jawa Barat.

7/29/2019 ITS-PhD-15748-Chapter1-244395

10/10

10

Halaman ini sengaja dikosongkan