Abiotik : Air

Pertumbuhan Tumbuhan

Selama siklus hidup tanaman, mulai dari perkecambahan sampai panen selalu membutuhkan air. Tidak satupun proses kehidupan tanaman yang dapat bebas dari air. Besarnya kebutuhan air setiap fase pertumbuhan selama siklus hidupnya tidak sama. Hal ini berhubungan langsung dengan proses fisiologis, morfologis dan kombinasi kedua faktor di atas dengan faktor-faktor lingkungan. Kebutuhan air pada tanaman dapat dipenuhi melalui tanah dengan jalan penyerapan oleh akar. Besarnya air yang diserap, oleh akar tanaman sangat tergantung pada kadar air dalam tanah ditentukan oleh pF (Kemampuan partikel tanah memegang air), dan kemampuan akar untuk menyerapnya ( Jumin, 1992). 

Air seringkali membatasi pertumbuhan dan perkembangan tanaman budidaya. Respon tanaman terhadap kekurangan air itu relatif terhadap aktifitas metaboliknya, morfologinya, tingkat pertimbuhannya dan potensial hasil panennya (Gardner, et. Al. , 1991). Burstom (1956), dalam Jumin (1992), menyebutkan bahwa defisit air langsung mempengaruhi pertumbuhan vegetatif tanaman. Proses ini pada sel tanaman ditentukan oleh tegangan turgor. Hilangnya turgiditas dapat menghentikan pertumbuhan sel (penggandaan dan pembesaran) yang akibatnya pertumbuhan tanaman terhambat.

Pengaruh Kekurangan Air Terhadap Tanaman

Kekurangan air terjadi dalam semua jaringan tanaman yang mengalami transpirasi. Dalam bagian ini akibat-akibat tersebut terhadap hasil pertanaman akan dibahas. Pengaruh kekurangan air terhadap hasil pertanaman terutama ditentukan oleh derajat dan waktu berlangsungnya kekurangan tersebut. 

Respon tanaman terhadap kekurangan air tersebut relatif terhadap aktifitas metaboliknya, morfologinya, tingkat pertumbuhannya dan potensial hasil panennya. Dari banyak penyelidikan empiris disimpulkan bahwa kekurangan air pada tahap awal ontogeni reproduktif menyebabkan pengurangan terbesar dalam hasil. Pengaruh kekurangan air terhadap perkecambahan dan pengadaan semai seringkali terlupakan. Kekurangan air pada tahapan ini dapat sangat mengurangi keberhasilan pertanaman dan juga hasil pertanaman. Walaupun demikian kekurangan air tidak perlu mengakibatkan pengurangan hasil ekonomik. Beberapa jenis pohon (misalnya kopi) memperlihatkan suatu periode kekurangan air untuk mendorong pembuangan, dan hasil gula dari tanaman tebu meningkat oleh kekurangan air yang terjadi dekat sebelum pemasakan (Goldsworthy dan Fisher, 1992).

Pertumbuhan sel merupakan fungsi tanaman yang paling sensitif terhadap kekurangan air (Tabel 1). Nilai Y w Jaringan meristem pada siang hari seringkali menyebabkan penurunan Y w dibawah yang membutuhkan untuk pengembangan sel. Hal ini menyebabkan pengurangan dalam hal sintesis protein, sintetsis dinding sel, dan pengembangan sel, yang menjelaskan hasil pengamatan bahwa banyak spesies mempunyai pertumbuhan yang terbesar pada malam hari pada saat potensial Y w terbesar. Pengaruh kekurangan air selama tingkat vegetatif ialah berkembangnya daun-daun yang lebih kecil yang dapat mengurangi harga LAI pada saat dewasa dan berakibat kurangnya penyerapan cahaya oleh tanaman budidaya tersebut ( Gardner, et. Al. , 1991). 

Tabel 1. Sensivitas Umum terhadap kekurangan air 

Sintesis klorofil dibatasi pada kekurangan air yang lebih besar. Defisit air pada saat proses fotosintesa berlangsung, berakibat pada kecepatan fotosintesa. Defisit air akan menurunkan kecepatan fotosintesa. Dari suatu penelitian disimpulkan bahwa perluasan daun dibatasi oleh ketersediaan air sehingga menurunkan efisiensi fotosintesa. Menurut Yahya ( 1988 ) dalam Jumin ( 1992 ), jumlah siklus defisit (stres) yang dialami tanaman pada kondisi yang berbeda akan menunjukkan pengaruh yang berbeda pula. Tanaman kapas yang tumbuh pada "Growth Chamber" (terkontrol) pada potensial air daun 16 bar mengakibatkan menutupnya stomata, dibandingkan bila ditanam pada lapangan terbuka, hingga potensail daun mencapai 27 bar belum menunjukkan menutupnya stomata walaupun tanaman juga mengalami siklus kekeringan. 

Pengaruh kekurangan kelembaban terhadap hasil panen bermacam-macam. Selama perkembangan vegetatif, kekurangan yang bagaimanapun kecilnya dapat mengurangi laju pelebaran daun dan LAI pada tingkat perkembangan berikutnya. Kekurangan air yang parah dapat menyebabkan penutupan stomata yang mengurangi pengambilan CO2 dan produksi berat kering. Kekurangan yang terus menerus dapat menyebabkan penurunan laju fotosintesis sehingga diperlukan beberapa hari setelah irigasi agar dapat kembali ke laju fotosintesis aslinya. Hasil penelitian Yahya ( 1982 ), menunjukkan bahwa stres air (tanpa irigasi) memperlambat munculnya bunga yang akibatnya memperpendek periode pengisian biji sehingga meningkatkan kandungan air dalam biji sewaktu panen, seperti yang ditampilkan pada Tabel 2. 

Tabel 2. Pengaruh Air Tanah Terhadap Saat Munculnya Bunga (hari setelah
Tanam) dan Kandungan Air Biji Waktu Panen ( % )

Contoh lain, kekeringan yang terjadi menjelang saat pembuangan sangat berpengaruh pada sistem reproduktif. Pada tanaman padi pengaruh ini menigkatkan sterilitas bunga dan menurunkan persen pengisian biji ( Tabel 3 ).

Tabel 3. Pengaruh Kekeringan Pada Hasil dan Komponen Hasil Padi

Selain mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan, kekurangan air menyebabkan berkurangnya aktifitas enzim (misalnya nitrat reduktase), tetapi beberapa enzim hidrolisi meningkat aktivitasnya (misalnya amilase). Hal ini juga akan mengakibatkan perubahan pada konsentrasi hormon tanaman misalnya asam absisat meningkat dalam daun dan buah. Pada kondisi kekurangan air, penimbunan asam absisat (ABA) merangsang penutupan stomata yang mengakibatkan berkurangnya asimilasi CO2 sehingga daun yang lebih tua dan buah seringkali gugur bila akumulasinya tinggi. Tetapi tidak seluruh tanaman menunjukkan peningkatan ABA, karena sitokinin dan etilen sering meningkat apabila ABA meningkat dan dapat meniadakan pengaruh ABA. Hal ini mungkin dapat menjelaskan terjadinya pemasakan buah yang lebih cepat dalam kondisi kekurangan air (Jumin, 1992).

Adaptasi tanaman terhadap kekurangan air 

Banyaknya sekali sifat-sifat yang membantu tumbuhan untuk meniadakan pengaruh keadaan yang tidak menguntungkan dan sebagai akibatnya memperluas jangkauan kisaran tempat hidupnya.

a. Adaptasi morfologi 

Sebagai contoh dapat dilihat pada tumbuhan gurun atau setengah gurun yang mempunya bentuk perakaran yang dalam yang memungkinkan pengambilan cadangan air di bawah tanah, dan pada rumpun-rumpun yang terancam rapar di daerah-daerah setengah kering, yang membantu menahan air bila ada dari sumber-sumber dalam udara (misalnya embun) (Polunin, 1990). Sifat morfologis lain yang dianggap menyokong kemampuan hidup tanaman di iklim kering, yaitu : rambut daun, berputarnya daun, penyimpangan air dalam bulb, umbi dan akar (Fitter dan Hay, 1991). 

b. Adaptasi anatomis 

Sebagai contoh suatu tanaman rumput yang memiliki anatomi daun yang spesifik, dapat mengikat CO2. Stomata tanaman CAM menutup di siang hari untuk mengurangi kehilangan air akibat transparasi ( Fitter dan Hay, 1991). 

c. Adaptasi Biokimia 

Adaptasi biokimia bertujuan untuk melindungi sel-sel dan jaringan dari kerusakan dan kematian selama keadaan kering yang berat. Contohnya biji-biji tanaman dari species ephemeral mendukung (mengandung cukup air) untuk perkecambahannya.

d. Mekanisme Cekaman Air

 Kekurangan air menimbulkan rangkaian proses adaptasi tanaman dalam jaringannya serta terlihat pada morfologi luar. Berikut ini contoh mekanisme cekaman air pada tanaman jagung dan Chickpea (Cicer arietinum L.). 

Secara keseluruhan dapat dilihat bahwa stres air yang ringan sekalipun pada suatu tanaman dapat mengakibatkan suatu pengurangan laju pertumbuhan dan gangguan beberapa proses metabolisme. Kekurangan air menurunkan perkembangan vegetatif dan hasil panen dengan cara mengurangi pengembangan daun dan penurunan fotosintesis daun, yang berakibat menurunnya fotosintesis tajuk. Tergantung pada parahnya, pengaruh ini dapat menurunkan kemampuan tanaman untuk mempertahankan hidup dan bereproduksi. Oleh karena itu, sangatlah penting pada seluruh spesies tanaman untuk menghindarkan stres air ataupun untuk mengembangkan adaptasi secara anatomis, morfologi dan biokimia agar dapat mentolerir stres air.

DAFTAR PUSTAKA 

Fitter. A. H. dan Hay, R. K. M. , 1991, Fisiologi Lingkungan Tanaman, Gadjah Mada 

University Press.

Gardner, F. P. , R. Brent pearce dan Goger L. Mitchell, 1991, Fisiologi Tanamanan Budidaya,

Universitas Indonesia Press.

Goldsworthy, P. R. , dan Fisher N. M. , 1992, Fisiologi Budidaya Tanaman Tropik,

Penterjemah Tohari, Gadjah Mada University Press.

Jumin, H. B. , 1992, Ekologi Tanaman suatu Pendekatan Fisiologi, Rajawali Press, Jakarta.
Polunin, N. , 1990, Pengantar Geografi Tumbuhan dan Beberapa Ilmu Serumpun, 

Penterjemah Gembong Tjitrosoepomo, Gadjah Mada University Press.

Ombrometer

Jumlah air hujan diukur menggunakan pengukur hujan atau ombrometer. Ia dinyatakan sebagai kedalaman air, yang merupakan penyingkatan dari liter per meter persegi. Yang terkumpul pada permukaan datar, dan diukur kurang lebih 0.25mm. Satuan curah hujan menurut si adalah milimeter.

Jumlah keseluruhan curah hujan (presipasi) pada suatu waktu tertentu adalah tinggi air yang aka menutup suatu permukaan tanah yang datar, jika tidak terjadi aliran permukaan (run off), aliran ke bawah (infiltrasi) dan penguapan (evaporasi ). Tinggi genangan ini dinyatakan dalam millimeter. Presipasi inni ada yang berbentuk cair dan es. Untuk daerah tropis yang penting adalah bentuk cair. Ketelitian pengukuran curah hujan di pengaruhi oleh angin, tinggi pemasangan dari permukaan tanah, letak ( jarak dari bangunan atau vegetasi), serta luas alat penangkap air hujan. Angin dan letak dapat menyebabkan perbedaan 50%. Penangkapan air hujan merupakan fungsi ketinggian alat. Makin terbuka tempatnya akan semakin besar perbedaan penangkapan dengan perbedaan ketinggian. Untuk akurasi hasil harus memperhatikan arah dan kecepatan angin yang naik. Dalam pelaksanaan ukuran penangkap hujan mempunyai pengaruh yang kecil saja terhadap jumlah hujan yang diterima kecuali untuk tipe-tipe yang percikan dan evaporasi air yang melekat pada corong kira-kira 1-2 persen.

Abiotik : Cahaya dan Fotosintesis

Fotosintesis adalah sebuah proses kimia yang namanya dikenal hampir oleh semua orang yang pernah bersekolah. Tetapi, kebanyakan orang tidak menyadari betapa sangat pentingnya proses ini bagi kehidupan di atas bumi, atau misteri apa yang ada di dalam proses ini.

Perhatikan rumus reaksi fotosintesis ini:

6H2O + 6CO2 + cahaya matahari Z C6H12O6 + 6O2 Glukosa

Artinya: Air dan karbondioksida dan cahaya matahari menghasilkan gula dan oksigen.

Secara lebih terperinci, yang terjadi dalam reaksi kimia ini adalah, enam molekul air (H2O) bergabung dengan enam molekul karbondioksida (CO2) dalam reaksi yang mendapatkan energi dari sinar matahari. Saat reaksi selesai, hasilnya adalah sebuah molekul glukosa (C6H12O6), gula sederhana yang merupakan elemen makanan yang penting, dan enam molekul gas oksigen (O2). Sebagai sumber semua makanan di planet kita, glukosa mengandung energi yang sangat besar.

Walaupun reaksi ini tampaknya sederhana, ternyata sangat rumit. Hanya ada satu tempat di mana reaksi ini terjadi: pada tumbuh-tumbuhan. Tumbuh-tumbuhan di dunia ini menghasilkan makanan dasar bagi semua makhluk hidup. Setiap makhluk hidup lainnya pada akhirnya mendapat asupan glukosa dengan berbagai cara. Binatang herbivora memakan tumbuh-tumbuhan secara langsung, dan binatang karnivora memakan tumbuh-tumbuhan dan/atau binatang lain. Manusia tidak terkecuali: Energi kita dihasilkan dari makanan yang kita makan dan berasal dari sumber yang sama. Apel, kentang, coklat, atau steak, atau apa pun yang Anda makan memberikan energi yang berasal dari matahari.

Akan tetapi, fotosintesis penting untuk alasan lain. Reaksi ini menghasilkan dua produk: Di samping glukosa, reaksi ini juga melepaskan enam molekul oksigen. Yang terjadi di sini adalah bahwa tumbuh-tumbuhan selalu membersihkan atmosfer yang terus-menerus “terpolusi” oleh makhluk bernapas manusia dan binatang, yang energinya berasal dari pembakaran dengan oksigen, sebuah reaksi yang menghasilkan karbondioksida. Jika tumbuh-tumbuhan tidak melepaskan oksigen, penghirup oksigen akhirnya akan menghabiskan semua oksigen dalam atmosfer, dan ini akan menjadi akhir bagi makhluk-makhluk tersebut. Alih-alih, oksigen di atmosfer secara terus-menerus diperbarui oleh tumbuh-tumbuhan.

Tanpa fotosintesis, kehidupan tumbuh-tumbuhan tidak akan ada; dan tanpa kehidupan tumbuh-tumbuhan, tidak akan ada kehidupan binatang atau manusia. Reaksi kimia yang mengagumkan ini, yang belum pernah ditiru laboratorium mana pun, terjadi pada rerumputan yang Anda injak, dan pada pepohonan yang mungkin bahkan tidak pernah Anda tengok. Ini juga pernah terjadi pada sayuran di atas piring makan malam Anda. Ini merupakan salah satu proses dasar kehidupan.

Yang menarik adalah betapa cermatnya rancangan proses fotosintesis ini. Ketika kita mempelajarinya, tidak akan luput dari pengamatan kita bahwa ada keseimbangan yang sempurna antara fotosintesis tumbuh-tumbuhan dan penggunaan energi oleh penghirup oksigen. Tanaman menyediakan glukosa dan oksigen. Penghirup oksigen membakar glukosa dengan oksigen di dalam sel-sel mereka untuk mendapatkan energi dan melepaskan karbondioksida dan air (dengan kata lain, mereka membalikkan reaksi fotosintesis) yang digunakan tumbuh-tumbuhan untuk membuat lebih banyak glukosa dan oksigen. Dan demikianlah proses ini berlangsung, sebuah siklus berkesinambungan yang disebut “siklus karbon”, dan siklus ini digerakkan oleh energi dari matahari. Untuk melihat betapa sempurnanya siklus ini diciptakan, mari kita pusatkan sesaat perhatian kita hanya pada salah satu unsur siklus tersebut: sinar matahari.

Pada bagian pertama bab ini, kita membahas cahaya matahari, dan mendapati bahwa komponen radiasinya dirancang secara khusus untuk memungkinkan kehidupan di bumi. Mungkinkah matahari sengaja dirancang juga untuk fotosintesis? Atau apakah tumbuh-tumbuhan cukup fleksibel sehingga dapat melangsungkan reaksi ini tanpa peduli cahaya apa pun yang mengenainya? Ahli astronomi Amerika, George Greenstein membahasnya dalam The Symbiotic Universe:

Klorofil adalah molekul yang melangsungkan fotosintesis… Mekanisme fotosintesis dimulai dengan penyerapan cahaya matahari oleh molekul klorofil. Namun agar fotosintesis terjadi, cahaya yang diterima harus berupa warna yang sesuai. Cahaya dari warna yang salah tidak akan menghasilkan keajaiban ini.

Analogi yang bagus adalah sebuah televisi. Agar TV menerima saluran (gelombang) yang dikehendaki, TV harus ditala pada saluran tersebut: Talakan TV pada saluran yang berbeda, maka tidak akan terjadi penerimaan. Ini sama dengan fotosintesis, dalam analogi ini matahari berfungsi sebagai transmiter dan molekul klorofil sebagai TV. Jika molekul dan cahaya matahari tidak saling sesuai – disesuaikan dalam hal warna – fotosintesis tidak akan terjadi. Kenyataannya, warna matahari sudah tepat.

Pada bab terakhir, kami menunjukkan kesalahan pada gagasan tentang kemampuan kehidupan untuk beradaptasi. Sebagian evolusionis berpendapat bahwa “kalau kondisi berbeda, kehidupan juga akan berevolusi agar sesuai sempurna dengan keadaan tersebut”. Berpikir secara dangkal tentang fotosintesis dan tumbuhan, seseorang bisa saja sampai pada kesimpulan serupa: “Andaikan cahaya matahari berbeda, tumbuhan akan berevolusi sesuai dengannya”. Namun kenyataannya ini tidak mungkin.

Meskipun dia sendiri seorang evolusionis, George Greenstein mengakui bahwa: Orang mungkin berpikir bahwa suatu adaptasi telah terjadi: adaptasi kehidupan tumbuh-tumbuhan terhadap sifat cahaya matahari. Bagaimanapun, andaikan matahari memiliki suhu berbeda dengan suhunya saat ini, bisakah molekul lain yang beradaptasi untuk menyerap cahaya dengan warna berbeda menggantikan klorofil? Cukup jelas jawabannya adalah tidak, sebab dalam batasan luas, seluruh molekul menyerap cahaya dari warna yang sama. Penyerapan cahaya dilakukan melalui eksitasi elektron dalam molekul ke keadaan energi yang lebih tinggi, dan hal yang sama terjadi pada molekul mana pun. Lebih lanjut, cahaya tersusun dari foton, paket-paket energi, dan foton dengan energi yang salah sama sekali tidak dapat diserap…. Sebagaimana kenyataannya, terdapat kesesuaian yang sempurna antara sifat fisika bintang dan molekul. Andaikan kesesuaian tersebut tidak terpenuhi, tentu saja, tidak mungkin terdapat kehidupan.

Secara singkat, yang dikatakan Greenstein adalah: Tidak ada tumbuhan yang mampu melakukan fotosintesis kecuali dalam batas yang sangat sempit dari panjang gelombang cahaya. Dan batasan tersebut persis dengan cahaya yang diberikan oleh matahari.

Keharmonisan antara sifat fisika bintang dan molekul klorofil yang dimaksud Greenstein adalah sebuah keharmonisan yang terlalu luar biasa untuk dijelaskan sebagai kebetulan. Hanya terdapat satu peluang dari 1025 kemungkinan bahwa matahari akan menyediakan jenis cahaya yang penting bagi kita, dan harus terdapat molekul dalam dunia kita yang mampu memanfaatkan cahaya itu. Keharmonisan sempurna ini merupakan bukti nyata rancangan yang disengaja dan direncanakan.