Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem Vol. 3 No. 3, Oktober 2015,

Transkripsi

1 Rancang Bangun Plant Factory untuk Pertumbuhan Tanaman Sawi Hijau (Brassica Rapa var. Parachinensis) dengan Menggunakan Light Emitting Diode Merah dan Biru Ryan Maulana Abdul Hakim*,Yusuf Hendrawan, Musthofa Lutfi Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang *Penulis Korespondensi, ryanmaulana016@gmail.com ABSTRAK Sektor pertanian selama ini telah memberikan sumbangan yang tidak sedikit dalam proses pembangunan nasional. Namun akhir-akhir ini, produktivitas sektor pertanian cenderung terus menurun dikarenakan kegiatan pembangunan yang hanya berorientasikan pada pertumbuhan ekonomi semata. Sistem plant factory merupakan cara baru untuk menumbuhkan tanaman di bawah lingkungan yang terkendali seperti didalam bangunan. Pada penelitian ini, faktor pertumbuhan yang akan digunakan sebagai kontrol adalah cahaya khususnya pencahayaan untuk pertumbuhan tanaman. Penelitian ini menggunakan objek penelitian berupa tanaman sawi hijau (Brassica rapa var. parachinensis) karena tanaman ini mudah di tanam di Indonesia. Penelitian ini mempunyai tujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan cahaya LED merah dan biru, serta perlakuan cahaya fluorescent terhadap pertumbuhan sawi, dan berikutnya untuk mengetahui berapa perbandingan antara cahaya LED dengan fluorescent untuk mencapai pertumbuhan optimum tanaman sawi pada plant factory. Dalam hal ini, perlakuan dengan fluorescent akan digunakan sebagai variabel kontrol dalam pengamatan. Data yang diukur berupa temperatur udara, intensitas cahaya dan pengukuran fisik tanaman. Metode yang digunakan untuk menganalisa data dari tanaman sawi adalah menggunakan anova satu arah dengan 4 jumlah perlakuan dan 24 hari masa pengamatan. Kata kunci : LED merah dan biru, Pengaruh faktor cahaya, Tanaman sawi hijau, Brassica rapa var. parachinensis., Anova satu arah Design of Plant Factory for Growth Green Mustard (Brassica Rapa var. Parachinensis) by Led Red and Blue Color ABSTRACT Agricultural sector until this moment is already give contribute that is nt little in the national development process. But in recently years, the productivity in this sector is show decreasing in value due to development activities that only oriented in economic value growth and then reduction the most agriculture land in Indonesia. Plant factory system is a new way to grow the plants in the building under controlled environment. In this study, a growth factor of plants that will be used as the control is intensity of light, especially the lightning for plant growth. Plants that can be cultivated in this plant factory systems is such as green mustard (Brassica rapa var. parachinensis) because this plants is easily to grown in Indonesia. There are two aims in this study the first is for know the difference effect of treatment with red-blue LED then compare to treatment with white fluorescent light for green mustard growth, and the second is for determining a best composition from each different treatment to reach the optimum growth of green mustard in the plant factory environment.in this case, treatment with fluorescent light will be used as a control variable for observation. The research parameter are air temperature, light intensity and plants physical measurement such as diameter and height. Methods for analyze green mustard s data measurement is using one way analysis of variance (anova) with 4 level treatments and 24 day of observation. Keywords : Red-blue LED light, Fluorescent light, Intensity of Light Effect, Green Mustard, Brassica rapa var. parachinensis., One Way Anova 382

2 PENDAHULUAN Menurunnya produktivitas di sektor pertanian negara Indonesia dikarenakan dua hal, yaitu pembangunan yang tidak merata dari seluruh sektor dan juga menurunnya jumlah petani yang ada di Indonesia. Berdasarkan Badan Pusat Statistik Indonesia (BPS) jumlah petani di Indonesia turun sebanyak 16% sejak 2003 hingga tahun 2013 (Sutarminingsih, 2013). Sistem plant factory merupakan solusi untuk mengatasi permasalahan diatas, karena pada sistem ini tidak dibutuhkan lahan yang luas dan tanaman dapat ditanam pada sebuah rumah ataupun gedung. Kelebihan lain dari sistem ini yaitu sistem ini bersifat terkontrol sehingga tanaman didalam tidak terpengaruh ketidakstabilan lingkungan di alam (Wakahara dan Mikami, 2011). Plant factory adalah sistem produksi tanaman yang terisolasi dari lingkungan luar, sehingga lampu buatan (fluorescent) populer digunakan sebagai cahaya buatan untuk tanaman. Akan tetapi lampu fluorescent memiliki spektrum cahaya yang masih tergolong panjang dan beberapa dari spektrum itu tidak dibutuhkan untuk fotosintesis tanaman (Shimizu et. al., 2011). Pada tumbuhan tingkat tinggi, hanya warna jingga, biru dan merah yang paling efektif dalam proses terjadinya fotosintesis karena memiliki nilai panjang gelombang efektif (Fried dan Hademenos, 1999). LED (Light Emitting Diode) menawarkan beberapa keuntungan seperti spektrum cahaya yang kecil, konsumsi daya yang rendah, dan produksi panas yang sedikit. Sehingga tanaman akan ditumbuhkan di laboratorium di bawah 3 lampu buatan yaitu, fluorescent, LED merah dan LED biru (Kobayashi et. al., 2013). Beberapa plant factory skala besar sudah menawarkan sistem pencahayaan LED dan sistem irigasi secara presisi, sehingga plant factory tersebut mampu mengoptimalkan pertumbuhan tanaman dan mengurangi kebutuhan air dan energi (Hendrawan et. al., 2014). Penelitian ini mempunyai 2 tujuan yaitu pertama untuk mengetahui pengaruh cahaya LED merah dan cahaya LED biru terhadap tinggi dan diameter pada pertumbuhan tanaman sawi hijau jika dibandingkan dengan lampu fluorescent dan tujuan yang kedua yaitu untuk mengetahui perlakuan terbaik antara komposisi perlakuan yang sudah dilakukan untuk mencapai pertumbuhan optimum tanaman sawi hijau (Brassica rapa var. parachinensis) berdasarkan parameter pengukuran yang sudah ditentukan. Selada jenis Butterhead ditanam secara hidroponik dengan dibawah pengaruh 3 cahaya buatan yaitu LED merah, LED biru dan lampu fluorescent. LED merah yang digunakan adalah jenis R220SB 10 watt, sedangkan LED biru menggunakan jenis B60XB 4 watt dan fluorescent jenis Philips Alto F32T8/DX 32 watt. Selada ditanam selama 17 hari dengan durasi pencahayaan selama 12 jam dan ditanam pada suhu ruangan sebesar 21,9 o C. Pupuk yang digunakan adalah pupuk jenis NPK khusus hidroponik. Parameter pengukuran yang digunakan adalah berat kering tanaman, berat kering batang, berat kering akar dan nilai klorofil. Setelah 17 hari masa pengamatan didapatkan kesimpulan bahwa lampu fluorescent mempunyai nilai berat kering akar, berat kering batang yang lebih baik daripada LED merah dan LED biru. Sedangkan untuk nilai klorofil tanaman LED biru memiliki nilai yang paling baik, diikuti fluorescent dan LED merah. Tetapi hasil kesimpulan diatas masih dianalisis lagi dengan software untuk pengujian lanjutan rancangan percobaan annova dengan metode Duncan. Hasil dari pengujian anova didapatkan kesimpulan bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan (tidak berbeda nyata) antara perlakuan satu dengan perlakuan lain yaitu antara perlakuan lampu fluorescent dengan lampu LED merah maupun LED biru (Kobayashi et. al., 2013). Alat dan Bahan METODE PENELITIAN Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah gergaji, spidol, penggaris, gunting potong, solder listrik 30 W, setrika listrik, tang, kunci pas, saklar listrik, adaptor AC-DC kompatibel (19 V- 3,42 A-65W), jangka sorong, luxmeter, termometer dan multimeter. Sedangkan bahan yang 383

3 digunakan untuk penelitian ini adalah media tanam, lampu fluorescent 8 W, LED, rangka besi, mur, baut, resistor, PCB single layer, lem, papan kayu triplek tebal 0,5 cm, selang air, polibag dan timah. Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah deskriptif kuantitatif dan anova satu arah untuk menentukan perlakuan terbaik. Berikut ini adalah gambar 1 yang merupakan diagram alir proses pembuatan plant factory: Gambar 1. Diagram Alir Proses Pembuatan Plant factory Pembuatan prototype plant factory ini selesai pada bulan November 2014 dengan dimensi 140 cm x 80 cm x 60 cm. Plant factory dibuat dengan rancangan 4 level perlakuan yaitu perlakuan 1 dengan 100% LED merah (255 buah LED merah), perlakuan 2 dengan 75% LED merah dan 25% LED biru (), perlakuan 3 dengan masing-masing 50% LED merah dan biru, dan terakhir perlakuan 4 dengan lampu fluorescent dengan kapasitas daya 8 watt. Berikut ini adalah gambar 2 yang merupakan rancangan ruang perlakuan pertumbuhan tanaman sawi hijau. Gambar 2. Penampang Ruang Penanaman Setelah dilakukan pengukuran ruang tanaman yang dibutuhkan agar tanaman sawi dapat tumbuh dengan baik, langkah berikutnya adalah memberikan cahaya buatan sebagai pengganti cahaya 384

4 matahari untuk tanaman agar tanaman dapat melakukan fotosintesis dengan baik. Sumber cahaya buatan ini memiliki komposisi berbeda dari masing-masing perlakuan seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. Berikut ini gambar 3 yang merupakan gambar sumber cahaya buatan untuk tanaman pada masing-masing perlakuan. Gambar 3. Foto Sumber Cahaya Buatan Untuk Tanaman Setelah proses pembuatan plant factory selesai dilakukan maka langkah berikutnya adalah memulai melakukan pengamatan dengan objek yaitu dengan tanaman sawi hijau. Mula-mula benih sawi hijau (Brassica rapa var. parachinensis) ditanam pada media kapas basah untuk dilakukan proses perkecambahan, proses ini dilaksanakan selama 3 hari. Setelah 3 hari proses perkecambahan dilaksanakan, barulah bibit sawi hijau tadi diletakkan pada media tanam tanaman yang sudah dicampur pupuk organik dengan lubang sedalam 3 cm di polibag lalu lubang ditutup kembali dengan media tanam. Bibit yang berupa kecambah tadi dipilih berdasarkan ukuran bibit yang seragam antara satu dengan yang lainnya. Setiap perlakuan terdapat 4 buah polibag dimana masing-masing polibag terdapat 2 tanaman sawi hijau, sehingga pada setiap perlakuan yang dilakukan terdapat 8 tanaman sawi hijau yang diamati selama 24 hari lamanya. Sebelum tanaman diamati selama 24 hari, keempat perlakuan sumber cahaya buatan tersebut di kalibrasi dengan menggunakan luxmeter. Hal ini dilakukan agar seluruh tanaman yang ditanam pada empat perlakuan yang berbeda tersebut mendapatkan porsi intensitas cahaya yang sama. Kalibrasi dilakukan dengan pengukuran menggunakan luxmeter dan berikutnya nilai intensitas cahaya diatur dengan menggunakan control box. Pada proses kalibrasi ini perlakuan 4 (fluorescent) digunakan sebagai kontrol pengukuran intensitas cahaya hal ini dikarenakan pada lampu fluorescent memiliki kebutuhan tegangan masukan tetap yaitu 220 volt sehingga nilainya tidak memungkinkan untuk diubah, tidak seperti perlakuan dengan menggunakan LED yang dapat diubah tegangan masukannya. Dari hasil kalibrasi tersebut didapatkan hasil intensitas cahaya untuk perlakuan 1 hingga perlakuan 4 berturut-turut sebagai berikut, 1830 lux, 1830 lux, 1820 lux dan 1820 lux. Berikut ini adalah gambar 4 yang merupakan diagram alir proses pengamatan. Pengamatan dilakukan selama 24 hari lamanya terhitung sejak proses perkecambahan dilaksanakan. Selama proses pengamatan dilaksanakan tanaman sawi hijau disinari dengan cahaya buatan pada masing-masing perlakuan selama 12 jam, sedangkan 12 jam sisanya tanpa cahaya. Hal ini dilakukan karena tanaman membutuhkan fase terang dan fase gelap selama pertumbuhannya. Tanaman sawi hijau disiram 2 kali sehari, yakni setiap pagi hari dan sore hari secara rutin setiap harinya. Proses penyiraman ini menggunakan metode drip irrigation. Selama 24 hari masa penanaman sawi hijau, setiap harinya dilakukan pengukuran parameter ukur yaitu diameter dan tinggi tanaman. Pengukuran bagian fisik tanaman ini hanya menggunakan indra manusia (human vision) dan tidak menggunakan software sehingga pengukuran dilakukan 385

5 manual yaitu dengan menggunakan jangka sorong dan penggaris saja. Bagian fisik tanaman yang diukur yang pertama adalah tinggi tanaman sawi hijau, disini tinggi tanaman yang diukur dimulai dari batang yang menancap di tanah hingga ujung tanaman (tidak termasuk akar tanaman) dan yang diukur berikutnya adalah diameter batang tanaman sawi hijau, diameter batang tanaman yang diukur merupakan diameter batang tanaman yang berada persis diatas permukaan tanah, karena tanaman masih relatif masih kecil bagian batang ini berbentuk lingkaran sehingga memungkinkan mengukur panjang diameter batang tanaman dari segala sisi tanaman sawi hijau. Gambar 5 Berikut ini menggambarkan tentang lingkungan tanaman di dalam plant factory Gambar 4. Diagram Alir Proses Pengamatan Tanaman dalam Plant Factory Gambar 5. Foto Lingkungan Tanaman dalam Plant factory 386

6 HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah dilaksanakan proses pengamatan dan pengukuran tanaman sawi hijau selama 24 hari setelah penanaman atau 3 minggu fase pertumbuhan dan 3 hari fase kecambah di dalam 4 perlakuan yang berbeda dalam plant factory, didapatkan angka hasil pengukuran tinggi dan diameter tanaman sawi hijau. Data-data tersebut merupakan pengolahan dari data mentah dari masing-masing populasi tanaman sawi hijau dalam plant factory. Data tersebut adalah angka yang berasal dari hitungan ratarata dari seluruh sawi yang sudah ditanam di plant factory dalam 4 perlakuan berbeda. Berikut ini adalah tabel 1 yang berisikan data dari angka-angka hasil hitungan rata-rata tinggi dan diameter tanaman sawi hijau pada seluruh perlakuan yang sudah dilakukan. Tabel 1. Data Hasil Pengamatan Tanaman Sawi Hijau dalam Plant Factory Dengan data berupa angka-angka diatas maka selanjutnya dapat dilakukan uji dengan statistik untuk mengetahui terdapat atau tidaknya perbedaan yang signifikan dari seluruh perlakuan yang sudah dilakukan. Metode statistik yang digunakan adalah anova (analysis of variance) satu arah karena pada data tersebut tidak terdapat perlakuan ulangan melainkan berupa data populasi. Dalam pengujian anova satu arah yang memiliki dua hipotesis yang akan digunakan masing-masing adalah H 0 yaitu tidak ada perbedaan nyata antar perlakuan dan H 1 yaitu paling sedikit terdapat satu perlakuan yang berbeda jika dibandingkan perlakuan yang lain nantinya hanya akan didapatkan satu kesimpulan saja. Ilustrasi dalam pengambilan hipotesis adalah sebagai berikut : F hitung > F tabel = tolak H 0 dan terima H 1 387

7 F hitung < F tabel = terima H 0 dan tolak H 1 Berikut ini adalah persamaan rumus yang digunakan untuk menghitung tabel anova dan Tabel 2 merupakan tabel anova setelah dihitung dengan menggunakan persamaan rumus tersebuti: FK = ( i j) 2 Xij / np (1) Dimana : FK i j Xij n p = faktor koreksi = konstanta perlakuan = konstanta hari = konstanta hari dan perlakuan = total perlakuan = total hari JKtotal = ( i j 2 ) Xij FK (2) Dimana : JK.t = jumlah kuadrat total i = konstanta perlakuan j = konstanta hari Xij = konstanta hari dan perlakuan FK = faktor koreksi JKant.perl = i ( j 2 ) Xij / p FK (3) Dimana : JK.ant = jumlah kuadrat antar perlakuan i = konstanta perlakuan j = konstanta hari Xij = konstanta hari dan perlakuan p = total hari FK = faktor koreksi JKdlm.perl = JKtotal - JKant.perl (4) Dimana : JK.d = jumlah kuadrat total dalam perlakuan JK.t = jumlah kuadrat total JK.ant = jumlah kuadrat antar perlakuan Xij = konstanta hari dan perlakuan Sumber Keragaman (SK) Derajat Bebas (db) Tabel 2. Tabel Perhitungan Anova Satu Arah Jumlah Kuadrat (JK) Kuadrat Tengah (KT) F Hitung F (3,92) 5% Ant.Perlakuan ,21 746,737 1,824 2,708 Dlm , , Perlakuan Total , Berdasarkan tabel anova satu arah diatas dapat dilihat bahwa F hitung < F tabel, mengacu pada pemodelan hipotesa sebelumnya maka kesimpulan yang diambil yaitu terima H 0 dan tolak H 1, dengan demikian dapat diartikan bahwa tidak ada perbedaan yang nyata antar perlakuan satu dengan 388

8 perlakuan yang lainnya, artinya berdasarkan hasil dari perhitungan statistik dengan metoda anova satu arah, artinya hasil pengamatan tanaman sawi selama 24 hari dari perlakuan satu hingga perlakuan empat untuk pengukuran rata-rata tinggi tanaman sawi hijau tidak terdapat perbedaan yang signifikan. Gambar 6. Grafik Rata-rata Pengukuran Tinggi Tanaman Sawi Hijau (mm) dari Seluruh Perlakuan Gambar 7. Grafik Rata-rata Pengukuran Diameter Tanaman Sawi (mm) dari Seluruh Perlakuan 389

9 Vol. 3 No. 2, Juni 2015, Apabila disesuaikan dengan parameter pengukuran yang sudah ditentukan sebelumnya yaitu tanaman yang memiliki nilai tinggi dan nilai diameter tanaman yang terbesar untuk menentukan perlakuan dengan pertumbuhan tanaman sawi yang paling optimum. Karena pada hasil pengukuran seluruh diameter tanaman dari keseluruhan perlakuan yang sudah dilakukan tidak terdapatnya perbedaan ukuran diameter dari setiap tanaman (Tabel 1) maka pertumbuhan optimum dan perlakuan terbaik tidak dapat diambil dengan parameter besarnya diameter tanaman, sehingga parameter yang memungkinkan untuk menentukan pertumbuhan optimum hanyalah dengan dari hasil pengukuran tinggi tanaman sawi hijau. Pada Gambar 6 berisikan informasi yang berupa grafik tentang pengukuran tinggi dan gambar 7 yang berisikan pengukuran diameter dari seluruh tanaman sawi hijau dalam 4 perlakuan selama 24 hari masa pengamatan. Seperti yang dikatakan sebelumnya bahwa penentuan pertumbuhan sawi hijau yang paling optimum dan perlakuan terbaik hanya didapatkan dari rata-rata pengukuran tinggi tanaman sawi hijau per hari dengan nilai terbesar, berdasarkan Tabel 1 dan Gambar 6 diperoleh bahwa perlakuan terbaik terdapat pada perlakuan 4 (fluorescent) karena tanaman sawi hijau tumbuh dengan nilai tinggi rata-rata tanaman per hari yang paling besar. KESIMPULAN Setelah dilakukan pengamatan selama 24 hari didapatkan suatu hasil penelitian, dimana pertumbuhan tanaman sawi di dalam plant factory dengan pemakaian cahaya buatan LED merah dan biru dibandingkan dengan lampu fluorescent dengan tingkat intensitas cahaya yang relatif sama adalah memiliki pengaruh yang tidak terlalu berbeda (hasil perhitungan anova satu arah). Tanaman dengan perlakuan kedua sumber cahaya buatan tersebut dapat tumbuh dengan baik. Berdasarkan parameter pengamatan yang sudah ditentukan sebelumnya yaitu pengukuran diameter dan tinggi tanaman yang terbesar untuk menentukan pertumbuhan optimum tanaman sawi hijau. Perlakuan terbaik adalah pada perlakuan 4 yaitu dengan lampu fluorescent, perlakuan ini memiliki rata-rata tinggi tanaman per hari dengan nilai terbesar daripada perlakuan lainnya dengan nilai 53,965 mm. Sehingga pada penelitian ini menanam tanaman sawi hijau dengan perlakuan lampu fluorescent tanaman tumbuh dengan optimum. DAFTAR PUSTAKA Fried, G dan Hademenos, G Schaum s Outlines of Theory and Problems of Biology. Penerbit Erlangga. Jakarta Hendrawan, Y. Firmanda, D. Murase, H Applications of Intelligent Machine Vision in Plant Factory. Preprints of the 19th World Congress The International Federation of Automatic Control. Cape Town, South Africa. Page Kobayashi, K., Amore, T., and Lazaro, M Light-Emitting Diodes (LEDs) for Miniature Hydroponic Lettuce. Optics and Photonics Journal, 2013, 3, University of Hawaii at Manoa, Honolulu, USA. Page Sutarminingsih Vertikultur, Pola Bertanam Secara Vertikal. Kanisius. Yogyakarta Shimizu, H., Saito, Y., Nakashima, H., Miyasaka, J., and Ohdoi, K Light Environment Optimization for Lettuce Growth in Plant Factory. Preprints of the 18th International Federations of Automatic Control (IFAC) World Congress Vol Kyoto University, Japan. Page 605 Wakahara, T and Mikami, S Adaptive Nutrient Water Supply Control of Plant Factory System by Reinforcement Learning. Journal of Advanced Computational Intelligence 2011: 15: Future University Hakodate, Japan. Page