III. METODOLOGI A. Tempat dan Waktu Pelaksanaan Kegiatan penelitian ini dilaksanakan selama tiga bulan terhitung dari minggu kedua April 2009 sampai minggu awal Juli 2009 di Laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP), Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Percobaan dan perancangan sistem kontrol dan monitoring akan dilakukan di rumah kaca yang terdapat di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian IPB. Rencana kegiatan penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1. B. Bahan Dan Peralatan Bahan untuk penelitian ini adalah tanaman tomat hibrida varietas Menara, media tanam arang sekam yang sudah disterilkan, polibag, dan unsur hara atau nutrisi AB Mix yang dikhususkan untuk pertumbuhan tanaman tomat. Tripod digunakan untuk membangun dudukan kamera CCD dalam sistem penangkap citra digital. Selain itu diperlukan juga sistem drip irrigation yang sudah terpasang di rumah kaca laboratorium Lapangan Teknik Pertanian di Leuwikopo. Peralatan yang digunakan adalah satu unit rumah kaca, kamera CCD, satu set komputer dengan bingkai penangkap citra (image frame grabber), dan sebuah program pengolah citra, serta kartu interfacing rangkaian relay untuk menghubungkan sistem irigasi pompa dengan komputer pengendali. C. Metodologi Dalam penelitian ini ada serangkaian tahapan yang dilalui sebelum dilakukan pengolahan citra untuk mengamati pertumbuhan tanaman tomat. Tahapan ini berupa kegiatan penumbuhan bibit tomat sampai tahap pindah tanaman ke polibag. Dari kegiatan pra penelitian ini nantinya akan berpengaruh pada hasil penelitian, sebab pertumbuhan optimum tanaman tomat dimulai dari kualitas benih dan bibit yang bagus pula. Setelah tanaman tumbuh normal di polibag, maka dilakukan pengambilan citra secara manual dan otomatis seperti yang dijelaskan pada bagan Gambar 6. Dari bagan ini dapat kita ketahui bahwa
penelitian mengenai pertumbuhan dan kebutuhan nutrisi tanaman tomat menggunakan objek berupa sekelompok tanaman tomat. Tanaman-tanaman tomat diamati pertumbuhannya setiap hari dengan satu tanaman digunakan sebagai sampel contoh. Tanaman sampel contoh digunakan dalam menganalisis kebutuhan nutrisi berdasarkan respon tanaman terhadap faktor pertumbuhan, yang dalam hal ini adalah air dan nutrisi. Sampel Tanaman Kamera CCD Via Firewire Tampilan di Layar Komputer Pompa Fertigasi Output Program Analisis Program Pengolah Citra Digital Disimpan dalam format bitmap (.bmp) Gambar 6. Diagram fertigasi otomatis berdasarkan analisis citra digital Adapun proses pra pengamatan dapat dijelaskan melalui beberapat tahapan sebagai berikut : C.1. Persiapan Awal Untuk media semai yang digunakan adalah arang sekam. Setelah dikeluarkan dari karung, maka arang sekam dipindahkan ke dalam pot tray dengan diameter kurang lebih 10 cm. Tahap selanjutnya adalah sterilisasi media semai. Sterilisasi media semai dilakukan dengan menggunakan uap panas dari air yang mendidih, yang dialirkan ke lemari sterilisasi atau pipa yang berlubang-lubang. Setelah mencapai suhu 80 o C, waktu sterilisasi ditambah dua jam lagi dan biasanya agar media tanam mencapai suhu 80 o C dibutuhkan waktu empat jam, sehingga total waktu sterilisasi adalah
enam jam. Lama waktu sterilisasi tergantung dari keadaan cuaca saat berlangsungnya kegiatan tersebut. Setelah media semai selesai disterilkan, maka biarkan sampai dingin. C.2. Persemaian Wadah semai yang digunakan biasanya adalah pot-pot kecil, wadah plastik (tray), atau disebarkan di lahan dengan kontrol tertentu. Pada penelitian ini digunakan wadah khusus yaitu tray. Wadah ini digunakan pada awal menyemai saja, setelah benih berkecambah (berumur tiga minggu) maka semaian dipindahkan ke wadah polibag ukuran 30 cm 30 cm. Sebelum kegiatan semai dimulai, terlebih dahulu media sekam dijenuhkan dengan menyiram air secukupnya ke dalam media tanam. Benih diambil dengan menggunakan pinset, lalu ditanam sedikit di bawah permukaan supaya ketika kecambah muncul akan relatif mudah untuk dipindahkan. Selanjutnya tray ditutup dengan kertas agar terjaga kelembabannya. Pada Gambar 3 dapat dilihat proses tanaman tomat saat masuk di dalam tray. Pemeliharaan yang dilakukan sebelum benih berkecambah hanya disiram air saja, tidak ditambahkan hara karena cadangan makanan benih dianggap cukup untuk masa pertumbuhannya. Selain itu, penempatan benih di dalam rumah kaca harus terkena sinar matahari dan naungan segera dibuka ketika benih sudah berkecambah. Apabila terlambat akan menyebabkan benih tidak tumbuh secara proporsional. Dalam arti kata, batang tumbuh panjang tapi terlalu kurus karena kekurangan sinar matahari. Keterlambatan penyinaran akan menyebabkan tanaman mengalami kemunduran daya tahan tumbuh, karena dengan batang yang terlalu panjang akan menyebabkan akar tidak dapat menyangga dengan baik. Ada baiknya tanaman pada periode ini dijemur pada pagi hari sekitar pukul 09.00 WIB sampai 11.00 WIB, lalu dimasukkan ke tempat terlindung setelah pukul 12.00 WIB sehingga benih akan tumbuh segar dan proporsional seperti pada Gambar 7.
Gambar 7. Benih tomat di dalam wadah (tray) yang baik mutunya C.3. Pembibitan Pada budidaya dengan menggunakan polibag, maka benih cukup dibesarkan dalam tray saja agar dapat mengefisiensikan biaya produksi. Setelah tiga minggu saat benih sudah kuat menopang dirinya sendiri, maka siap dipindahkan ke polibag ukuran 30 cm 30 cm. Umumnya benih yang sudah siap dipindahkan memiliki jumlah daun lebih dari enam helai dengan catatan, benih yang baik adalah proporsional tinggi dan diameter batangnya. Pada Gambar 8 adalah contoh benih yang kurang baik mutunya. Bibit yang seperti ini, kemungkinan tumbuh relatif sangat kecil, sehingga apabila digunakan untuk tanaman produksi sangatlah tidak dianjurkan dan lebih baik mengganti dengan bibit yang lebih baik mutunya. Gambar 8. Benih tomat yang kurang baik mutunya
C.4. Persiapan Infrastruktur Sebelum greenhouse digunakan sebagai tempat budidaya, terlebih dahulu disterilkan, terutama dari vektor-vektor pembawa penyakit dan hama tanaman. Sebelum dibersihkan, pastikan plastik yang menutupi greenhouse tidak berlubang atau koyak supaya dapat meminimalkan masuknya hama tanaman. Gunkan sarung tangan, masker dan baju panjang seperti peralatan yang terlihat pada Gambar 9. Terlebih dahulu greenhouse disapu dan dipel, selanjutnya disemprot menggunakan air hangat untuk membilas kotorankotoran yang masih menempel lalu disemprotkan cairan desinfektan selama tiga hari berturut-turut untuk memastikan kebersihan ruangan dari kontaminan. Upaya ini harus dilakukan minimal dua minggu sebelum pindah tanam sekaligus menunggu benih cukup umur untuk dipindahkan. Penyemprotan dengan larutan lysol dilakukan sekitar 15 cm diatas permukaan lantai tanaman agar larutan dari knapsack sprayer dapat tersebar merata. Langkah selanjutnya adalah pembersihan pipa-pipa irigasi tetes agar tidak terjadi penyumbatan akibat pengendapan. Caranya dengan mengalirkan deterjen ke dalam pipa dan dibilas dengan air bersih. Sterilisasi pipa dapat dilakukan dengan mengalirkan asam nitrat dengan konsentrasi 31 liter asam nitrat per 97 liter air, lalu dibiarkan di dalam pipa selama tiga jam. Kemudian alirkan larutan keluar pipa dan bilas dengan air bersih. Larutan asam nitrat ini mampu membersihkan endapan-endapan garam mineral dalam pipa lateral, manifold dan emiter sehingga distribusi hara akan lancar. Setelah itu, dilakukan kalibrasi emiter untuk memperoleh waktu yang tepat dalam mengalirkan sejumlah tertentu larutan nutrisi ke polibag. Hal ini penting dilakukan agar tidak terjadi pemborosan nutrisi. Salah satu hal yang penting adalah pengecekan terhadap sambungan pipa-pipa agar tidak ada kebocoran. Bila terjadi kebocoran, selain tekanan aliran berkurang, kerja pompa semakin berat, juga menyebabkan nutrisi yang harganya relatif mahal akan terbuang percuma, akibatnya efisiensi biaya tidak dapat dilakukan. Untuk itulah tahapan ini haruslah dikerjakan secara teliti dan menyeluruh.
Gambar 9. Peralatan sterilisasi greenhouse C.5. Persiapan dan Peletakan Media Tanam Arang sekam dan polibag dipersiapkan, pengisian media dilakukan di dalam greenhouse agar terjaga kebersihannya. Selain kebersihan media tanam, operator harus dalam keadaan steril. Jangan sampai hama tanaman yang ada di tapak kaki atau sol sepatu sehingga ikut mengkontaminasi rumah kaca. Polibag yang digunakan adalah ukuran 30 cm 30 cm dan polibag ini dapat dipakai berulang kali selama tidak rusak. Polibag diatur jaraknya sejauh 60 cm per unit. Selanjutnya dripper stick ditancapkan ke dalam media tanam. Sebelum benih ditanam, maka media tanam disiram dengan hara AB Mix dengan nilai EC 2.5 dan dibiarkan selama 12 jam. Untuk polibag biasanya disiram 1.5 liter- 2.0 liter, selain itu juga diberi furadan tiga gram per polibag. Selanjutnya dripper stick diarahkan dengan ditusuk dari jarak sekitar 3 cm-5 cm langsung ke daerah perakaran. C.6. Pemeliharan Pemeliharaan tanaman dilakukan setiap hari dengan menyiram air ke polibag tanaman. Setelah tanaman mulai tumbuh besar sehingga tidak sanggup menopang dirinya sendiri, maka dilakukan pengajiran. Pengajiran dilakukan untuk menopang tanaman dengan tali rami agar tanaman dapat berdiri tegak sesuai jalur polibag. Tali rami dipakai karena sifatnya yang mudah kering, sehingga kemungkinan pembusukan batang dapat dihindari. Setelah tanaman
mulai membentuk banyak cabang baru, maka dilakukan pembuangan tunastunas yang tidak berguna atau pewiwilan, kegiatan ini dilakukan dua hari sekali. Untuk membantu penyerbukan, tanaman tomat digoyang-goyang. Kegiatan ini dilakukan dua kali seminggu sejak bunga mekar. Kegiatan tadi secara rutin dilakukan disamping pemberian hara yang dikontrol berbasis monitoring dengan kamera CCD. Selain itu dilakukan juga pengendalian hama dan penyakit dimana dosis perawatan disesuaikan dengan literatur yang tersedia. Gejala kekurangan air tanaman tomat dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar 10. Gejala layu tanaman kekurangan air dan nutrisi Setelah melalui tahap pindah tanam, maka tahapan selanjutnya adalah pengambilan citra tanaman tomat secara manual untuk dianalisis pertumbuhannya. Kemudian dilaksanakan monitoring secara real time untuk dianalisis kebutuhan nutrisinya. C.7. Pengambilan Citra Tomat Menggunakan Kamera Digital Pengambilan citra tomat menggunakan kamera digital dilakukan untuk mengamati pertumbuhan tomat yang dilakukan secara manual, pengambilan gambar dilakukan setiap hari dimana jarak pengambilan citra tomat adalah 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 45 cm, 50 cm, dan 55 cm. Tujuannya agar ketika tanaman tumbuh besar, semua bagian depan tanaman dapat terekam di kamera digital. Sebelum dilakukan pengambilan gambar, bentangkan kain merah yang digunakan sebagai latar belakang untuk tanaman. Setelah itu pengambilan citra pun segera dilakukan. Tujuan
pembentangan kain merah ini adalah untuk memudahkan pengambilan citra biner atau dengan kata lain, pada program yang akan dibuat akan dilakukan menghapusan warna merah, sehingga citra yang terekam adalah murni citra tanaman tomat. Dari hasil pengambilan citra tanaman setiap harinya, maka akan dilakukan analisis sehingga diperoleh ukuran area tanaman, tinggi dan lebarnya dalam satuan piksel. Gambar disimpan dalam format bitmap agar dapat dilihat dalam ukuran sebenarnya atau tidak dikompres.setelah dilakukan perhitungan, maka dilakukan kalibrasi terhadap jarak-jarak yang sudah ditentukan tadi, tujuannya agar dapat output program komputer yang menganalisis ukuran tanaman dapat memberikan hasil yang baik. C.8. Monitoring Berbasis Kamera CCD Untuk mengoptimalkan pertumbuhan tanaman tomat, maka pemberian air dan unsur hara harus dikontrol sesuai dengan kebutuhannya. Pada penelitian ini, pemberian air dan unsur hara terhadap tanaman tomat selama pertumbuhan dikontrol berdasarkan pendekatan citra tanaman yang diperoleh dan selanjutnya diproses dengan program pengolahan citra yang telah dibuat. Hasil dari program ini adalah parameter keadaan tanaman (sifat elektro-optik) yaitu warna rata-rata RGB, tinggi, lebar, luas dan perimeter citra. Dalam merancang sistem monitoring keadaan tanaman secara real time berkala, maka citra tanaman perlu diambil secara berkala pula. Untuk itu perlu dibuat sistem penangkap citra yang terdiri dari kamera CCD, rel untuk pergerakan kamera, motor penggerak kamera, dan komputer yang dilengkapi dengan kartu penangkap citra. Kamera CCD akan bergerak untuk menangkap citra tanaman dari samping dan dari atas tanaman. Setelah sistem penangkap citra telah dibangun, maka selanjutnya adalah membangun program komputer untuk mengendalikan sistem. Program ini bertanggung jawab dalam pengambilan dan pengolahan citra yang akan dibangun. Program akan mengatur pergerakan kamera CCD, lalu menangkap citra tanaman tomat dan mengolahnya. Hasil pengolahan citra tanaman akan diinterpretasikan sesuai respon tanaman terhadap lingkungannya, lalu output dari program adalah perlunya menjalankan pompa untuk irigasi atau tidak. Pengambilan citra ini dilakukan secara terus menerus sejak tanaman masuk rumah kaca dengan
frekuensi dua hari sekali yaitu pada pagi dan petang hari. Saat program sudah berjalan, pada pagi dan petang kamera CCD akan menangkap citra tanaman dan mengolahnya di komputer. Hasilnya berupa informasi akan kebutuhan air saat itu. Dengan debit pompa yang sudah diketahui, maka jumlah air irigasi yang dialirkan akan sebanding dengan lamanya waktu untuk mengaktifkan pompa. Secara keseluruhan, komputer sebagai pusat pengolah citra dan pusat dari peralatan yang terhubung dengan dikendalikan oleh sebuah program yang akan dibangun, kamera CCD digunakan untuk menangkap citra, pompa dan saluran irigasi yang berfungsi mengalirkan air irigasi dari tangki penampung ke setiap tanaman berdasarkan perintah yang diberikan oleh program komputer. Gambar 11 di bawah ini memperlihatkan skema sistem irigasi otomatis berdasarkan respon tanaman tomat yang ditangkap oleh kamera CCD. Pada saat monitoring, kamera diletakkan sejajar dengan tanaman untuk menangkap citra tanaman tomat. Sedangkan selang waktu pemberian air, jumlah pemberian pupuk dan air juga diatur menggunakan program. Aplikasi nutrisi pada tanaman tomat bergantung pada umur tanaman, sehingga tiap perkembangan tanaman, program harus disusun untuk menyesuaikan waktu nyala pompa. Komputer Pengendali Kamera CCD Polibag x Pompa Air Tangki Air dan Nutrisi Gambar 11. Skema fertigasi otomatis berdasarkan citra kamera CCD