BAHAN DAN METODE. Metode Penelitian

Transkripsi

1 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Agrometeorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian berlangsung pada bulan April 2009 sampai September Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah data iklim harian Kabupaten Cilacap (Tahun ), data luas serangan wereng batang cokelat, dan statistik kondisi pertanian Kabupaten Cilacap. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Perangkat Microsoft Office 2007, Perangkat lunak Notepad, dan Climex 3.0. Metode Penelitian Data Iklim dan Wilayah Kajian Data pokok iklim dan wilayah kajian dimasukkan ke dalam perangkat lunak Climex dalam dua bentuk, yaitu untuk fungsi Compare location dan Compare years. Data wilayah untuk fungsi Compare location dimasukkan dengan bantuan perangkat Microsoft Acces. Data input fungsi Compare location terdiri dari data wilayah dan data iklim. Data wilayah terdiri dari data letak lintang, bujur, ketinggian tempat dan nama lokasi. Data iklim berupa data suhu udara, curah hujan, dan kelembaban udara bulanan. Untuk fungsi Compare years, data input yang dibutuhkan adalah data time series iklim harian Kabupaten Cilacap. Data input dimasukkan ke dalam perangkat lunak dalam bantuk *DAT file yang berisi data suhu udara, curah hujan, dan kelembaban udara harian serta nama lokasi.

2 11 Data Karakteristik Spesies Karakteristik spesies adalah sifat kesesuaian suatu spesies dalam mengadaptasi faktor-faktor iklim di suatu wilayah. Data ini didapat dari literatur sesuai spesies yang dikaji. Sifat kesesuaian ini diterjemahkan oleh Climex dengan variabel indeks yang terbagi menjadi dua, yaitu Indeks kesesuaian spesies (Growth Index) dan indeks stres spesies. Kedua indeks ini dikombinasikan menjadi variabel Ecoclimatic Index (EI), yang menggambarkan kesesuaian iklim spesies pada suatu lokasi. EI adalah angka tunggal dengan skala antara Nilai EI < 10 menunjukkan keadaan marjinal untuk perkembangan spesies, 10 EI 25 merupakan keadaan nyaman, sedangkan EI > 25 merupakan keadaan sangat nyaman. Nilai EI akan menunjukkan angka nol jika dua data karakteristik spesies tidak cocok, atau keadaan iklim wilayah tidak sesuai untuk perkembangan spesies (Sutherest et al dalam Hoddle 2004). Indeksi Pertumbuhan (GI A dan GI W ). Climex menggunakan TGI W - (weekly thermo-hydrological Growth Index), yang didasari oleh keadaan radiasi cahaya, dan atau keadaan substrat jika diperlukan. Namun, Penelitian ini hanya menggunakan dua variabel untuk mengetahui nilai Weekly Growth Index (GI W ) yaitu variabel TI dan MI karena keterbatasan data yang diperoleh. Skala variabel TGI W berada diantara 0-1 yang mengambarkan keadaan pertumbuhan populasi. TGI W dikalkulasi oleh Climex dengan persamaan : TGI W = TI W MI W LI W RI W SV W DI W Nilai LI W = RI W = SV W = DI W = 1, sehingga persamaannya menjadi : TGI W = TI W dimana : TI W MI W LI W RI W MI W = Weekly Temperature Index atau tingkat kesesuaian spesies terhadap suhu = Weekly Moisture Index atau tingkat kesesuaian spesies terhadap kelembaban tanah = Weekly Light Index atau tingkat kesesuaian spesies terhadap paparan cahaya matahari = Weekly Radiation Index atau tingkat kesesuaian spesies terhadap radiasi matahari

3 12 SV W DI W = Weekly Substrate Index atau tingkat kesesuaian spesies terhadap keadaan non-climatic seperti jenis tanah dan kadar CO 2 = Weekly Diapause Index untuk parameter periode dormansi spesies. Weekly Growth Index (GI W ) yang komprehensif adalah GI W yang didalamnya terdapat komponen Biotic Index (BI W ), yang menggambarkan efek interaksi spesies terhadap pertumbuhan populasi. GI W akan dihitung rataannya untuk mendapatkan variabel GI A (annual growth index) yang berskala antara 0-100, dengan persamaan sebagai berikut: Indeks Suhu (TI). Indeks suhu udara (TI W ) menggambarkan respon suatu spesies terhadap siklus suhu udara harian, nilai berkisar antara 0-1. Pertumbuhan populasi akan maksimal ketika TI W = 1, dan tidak ada pertumbuhan ketika TI W = 0. Terdapat empat parameter yang didefinisikan sebagai kesesuaian spesies terhadap suhu udara. Parameter ini diperlukan untuk mengetahui variabel TI W, parameternya adalah : DV0 = Batas suhu bawah DV1 = Batas bawah suhu optimum DV2 = Batas atas suhu optimum DV3 = Batas suhu atas

4 13 Gambar 1 Indeks suhu udara sebagai fungsi pertumbuhan populasi. Suhu udara (⁰C) Parameter kelima adalah PDD, yaitu jumlah derajat hari di atas variabel DV0 yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus generasi. Variabel PDD digunakan untuk mengetahui jumlah potensi generasi populasi per tahun, juga untuk mengetahui minimal satu generasi spesies terbentuk ketika berada pada kondisi lingkungan terbatas. Jika jumlah derajat hari yang diatur dalam variabel PDD tidak tercapai, maka suatu spesies tidak dapat menyelesaikan satu generasi populasi. Hal ini mengakibatkan nilai EI = 0 dan populasi spesies tidak dapat bertahan pada suatu wilayah. Pemodelan Climex menggunakan dasar derajat hari untuk menghitung Indeks Suhu udara (TI) dan jumlah generasi per tahun (dari PDD). Pada periode 24 jam, total derajat hari untuk pertumbuhan populasi dinotasikan sebagai Q, daerah arsiran yang berada di atas variabel DV0 tetapi di bawah variabel DV3 (Gambar 2). Climex menghitung daerah arsiran ini menggunakan algoritma yang dipublikasikan oleh Baskerville dan Emin (1969 dalam Sutherest et al. 2007). Indeks suhu udara mingguan (TI W ) didapatkan dari dua komponen. Komponen pertama (I q ) menggambarkan pengaruh suhu udara terhadap laju pertumbuhan populasi pada suhu udara optimal. Komponen kedua (I h ) menggambarkan reduksi laju pertumbuhan populasi pada suhu udara yang tinggi.

5 14 Gambar 2 Indeks suhu udara (TI) dan hubungannya dengan derajat hari. Indeks suhu udara mingguan (TI W ), TI W = I q Jika nilai Q A, maka I q = Q/A (Gambar 3a) I h Jika nilai Q A, maka I q = 1 (Gambar 3a) dimana A adalah akumulasi derajat hari di atas DV0 dengan asumsi suhu udara DV1 adalah konstan. Komponen suhu udara kedua adalah I h yaitu : Jika T max DV2, maka I h = 1, Jika T max DV3 dan DV2, maka I h = 1 (T max DV2) / (DV3-DV2), Jika T max DV3, maka I h = 0, Perlu diperhatikan bahwa nilai I h berkurang dengan meningkatnya suhu udara maksimum di atas DV2 (Gambar 3b). Persamaan Indeks suhu udara tahunan (TI A ) adalah :

6 15 a) b) Gambar 3 Indeks suhu udara sebagai fungsi rata-rata, maksimum dan minimum suhu udara harian. Indeks Kelembaban (MI). Indeks kelembaban (MI) berdasar pada asumsi bahwa kelembaban tanah adalah faktor dominan yang menentukan vegetasi pada suatu wilayah yang mengakibatkan kondisi iklim mikro bagi organisme yang hidup di sekitar vegetasi. Keseimbangan kelembaban tanah mingguan dihitung menggunakan model hidrologi dari kandungan kelembaban tanah minggu sebelumnya dan curah hujan mingguan aktual dan evapotranspirasi. Nilai Soil Moisture (SM) = 0 menggambarkan tidak ada kelembaban tanah; SM = 0.5 menggambarkan kapasitas kelembaban tanah adalah 50%; SM 1 menggambarkan volume air lebih besar daripada kapasitas maksimum tanah (S max ) atau disebut run-off. Parameter kedua yang dibutuhkan untuk mengetahui Indeks Kelembaban (MI) adalah koefisien evapotranspirasi, yang berarti jumlah laju kelembaban relatif yang hilang dari vegetasi tanah dibandingkan dengan evaporasi panci kalas A. Koefisien evapotranspirasi standar yang digunakan dalam Climex bernilai 0.8 (Fitzpatrick dan Nix 1969 dalam Sutherest et al. 2007), yang menggambarkan lahan pertanian. Persamaan kelembaban tanah (SM) adalah : SM = Dimana : S i-1 = Ketersediaan air tanah minggu sebelum P i = Curah hujan aktual E i = Evaporasi aktual S max = Ketersediaan air tanah maksimal

7 16 Indeks kelembaban (MI) menggambarkan respon suatu spesies terhadap kelembaban tanah. Terdapat empat parameter kelembaban tanah : SM0 = Batas bawah kelembaban tanah SM1 = Batas bawah kelembaban tanah optimal SM2 = Batas atas kelembaban tanah optimal SM3 = Batas atas kelembaban tanah Gambar 4 Indeks Kelembaban (MI) sebagai fungsi kesesuaian kelambaban tanah (SM) Nilai Indeks Kelembaban (MI) berada antara 0-1. Ketika MI = 1, pertumbuhan populasi akam maksimal, dimana nilai SM antara SM1-SM2. Nilai MI = 0 (tidak ada pertumbuhan populasi) ketika nilai SM < SM0, atau SM > SM3. Cekaman Dingin (CS). Cekaman dingin (CS) disebabkan oleh suhu udara dingin (T min ) suatu daerah sangat rendah, dan menghambat pertumbuhan populasi. Cekaman dingin akan mulai terakumulasi pada suhu tertentu (TTCS) dan pada laju akumulasi tertentu (THCS). Gambar 5 Tingkat suhu udara minimun (TTCS) yang mulai terakumulasi pada laju akumulasi (THCS)

8 17 Jika T min TTCS, maka CS = (TTCS T min ) THCS Jika T min TTCS, maka CS = 0. Cekaman Panas (HS). Cekaman panas (HS) disebabkan oleh suhu udara maksimum (T max ) suatu daerah sangat tinggi, dan menghambat pertumbuhan populasi. Cekaman panas akan mulai terakumulasi pada suhu tertentu (TTHS) dan pada laju akumulasi tertentu (THHS). Gambar 6 Tingkat suhu udara maksimum (TTHS) yang mulai terakumulasi pada laju akumulasi (THHS) Jika T max > TTHS, maka HS = (T max - TTHS) THHS Jika T max TTHS, maka HS = 0. Cekaman Kering (DS). Cekaman kering (DS) disebabkan olah kelembaban tanah (SM) di suatu daerah terlalu rendah. Cekaman kering akan mulai terakumulasi ketika tingkat SM berada pada tingkatan tertentu (SMDS), dan dengan laju akumulasi mingguan tertentu (HDS). Gambar 7 Fungsi Cekaman Kering (DS). Tingkatan Kelembaban Tanah mulai terakumulasi (SMDS) dan laju akumulasi mingguan (HDS)

9 18 Jika SM SMDS, maka DS = (SMDS SM) HDS Jika SM SMDS, maka DS = 0. Cekaman Basah (WS). Cekaman basah (WS) disebabkan oleh kelembaban tanah (SM) di suatu daerah terlalu tinggi. Cekaman basah akan mulai terakumulasi ketika tingkat SM berada pada tingkatan tertentu (SMWS), dan dengan laju akumulasi mingguan tertentu (HWS). Gambar 8 Fungsi Cekaman Basah (WS). Tingkatan Kelembaban Tanah mulai terakumulasi (SMWS) dan laju akumulasi mingguan (HWS). Jika SM SMDS, maka DS = (SM SMDS) HDS Jika SM SMDS, maka DS = 0. Indeks Ekoklimatik (EI). Nilai EI menggambarkan keadaan pertumbuhan populasi yang dipengaruhi oleh cekaman yang dapat memperhambat pertumbuhan populasi. Nilai EI berada antara 0 100, nilai EI mendekati 0 adalah keadaan suatu spesies tidak sesuai untuk berkembang pada suatu daerah tertentu. Adapun persamaan EI adalah : Ecoclimatic Index (EI) = GI A SI SX dimana EI = Ecoclimatic Index GI A = Annual Growth Index SI SX SI dicari dari persamaan : = Annual Stress Index = Annual Interaction Index SI = (1 CS/100)(1 HS/100)(1 DS/100)(1 WS/100) dimana CS = Cold Stress atau cekaman dingin

10 19 HS = Heat Stress atau cekaman panas DS = Dry Stress atau cekaman kering WS = Wet Stress atau cekaman basah SX dicari dari persamaan : SX = (1 CDX/100)(1 CWX/100)(1 HDX/100)(1 HWX/100) dimana CDX = Cold-Dry Stress Interaction Index CWX = Cold-Wet Stress Interaction Index HDX = Heat-Dry Stress Interaction Index HWX = Heat-Wet Stress Interaction Index Skenario Perubahan Iklim. Perangkat lunak pemodelan Climex dapat memberi gambaran dampak perubahan iklim terhadap kesesuaian spesies di suatu daerah. Skenario yang ditetapkan dalam penelitian ini adalah kenaikan suhu udara 3 C, baik untuk suhu maksimum (T max ) atau suhu udara minimum (T min ), jumlah curah hujan juga ditetapkan mengalami kenaikan 20% dari keadaan normal (Sutherest et al. 2007).