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