PENDEKATAN KUANTITATIF FISIOLOGI TUMBUHAN (BE3101)IDENTIFIKASI FAKTOR-FAKTOR YANG MEMENGARUHI TRANSPIRASI PADA TUMBUHAN

Tanggal Pengumpulan : 26 November 2014

Disusun Oleh:Kelompok 11Afaf Setia Ashari (11212008)Linea Alfa Arina (11212011)Grace Hutahaean (11212021)Elice Aldora Djamu (11212034)

Dosen:Dr. Elvi Restiawaty

PROGRAM STUDI REKAYASA HAYATISEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATIINSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2014

Ringkasan

Dalam menunjang usia hidup dan keseimbangan regulasi metabolisme, tumbuhan mengalami beberapa proses penting, meliputi fotosintesis, respirasi, transpirasi, evaporasi, serta transpor air dan mineral. Fotosintesis dan respirasi berkaitan dengan asimilasi karbon, sedangkan transpirasi, evaporasi, dan transpor air-mineral merupakan proses yang bertujuan menjaga keseimbangan metabolisme. Proses transpirasi penting dalam menjaga keseimbangan jumlah air yang masuk keluar dari dan ke dalam tumbuhan dengan cara penguapan cairan (air) yang terkandung pada jaringan tanaman dan pemindahan uap ke atmosfer. Akar dan stomata daun berperan penting dalam proses ini karena jalur masuk-keluarnya air tidak lepas dari 2 gerbang tersebut. Efektivitas dan efisiensi proses transpirasi memiliki peran penting dalam metabolisme tumbuhan. Oleh karena itu, para peneliti banyak fokus terhadap kuantifikasi laju transpirasi dari berbagai macam tumbuhan dengan tujuan mendapatkan laju transpirasi paling efisien bagi tumbuhan yang diteliti. Perbedaan struktur, habitat, cara hidup dari tumbuhan juga mengindikasikan perbedaan proses transpirasi yang terjadi. Akan tetapi, secara umum, faktor-faktor yang memengaruhi laju transpirasi antar jenis tumbuhan tidak banyak berbeda. Faktor-faktor transpirasi yang akan diulas pada tulisan ini meliputi: konsentrasi uap air dan potensial air melalui contoh tanaman pinus, suhu melalui contoh tanaman kaktus, dan konduktansi stomata dengan contoh tanaman jagung. Tujuan penulisan resume ini adalah untuk membahas fenomena-fenomena yang tejadi pada berbagai jenis tumbuhan dan pengaruhnya terhadap laju transpirasi serta keterkaitannya dengan model matematis laju transpirasi tumbuhan.Kata kunci: konduktansi, konsentrasi uap air, laju transpirasi, model matematis, potensial air, suhu

BAB IPendahuluan

1.1. Latar Belakang

Untuk aktivitas hidupnya, tumbuhan mengambil berbagai materi dari lingkungannya. Sebaliknya, tumbuhan mengeluarkan zat-zat tertentu ke lingkungannya. Zat-zat tertentu tersebut di samping merupakan sisa metabolisme2. yang memang harus keluar dari jaringan, juga beberaapa jenis zat yang lain dengan kepentingan tertentu. Dengan kata lain, tumbuhan melakukan pertukaran zat. Seperti halnya pada semua organisme, tumbuhan memiliki atau mengembangkan alat khusus untuk melakukan pertukaran zat. Alat ini dapat berupa unit organela sel tertentu, sel tertentu yang mengalami modifikasi, jaringan tertentu yang terspesialisasi mendukung fungsi pengeluaran zat atau bahkan merupakan organisasi tingkat organ. Daun merupakan organ paling penting untuk pertukaran gas. Pelepasan uap air melalui stomata disebut transpirasi. Bentuk pelepasan air transpirasi bersama-sama dengan air yang menempel pada permukaan daun dan batang, secara keseluruhan disebut evapotranspirasi. Evaporasi merupakan pelepasan uap air dari benda-benda tak hidup, seperti dari bebatuan, tanah, permukaan luar batang, dsb. Transpirasi merupakan satu mekanisme untuk membuah kelebihan air atau air sisa metabolisme. Laju transpirasi dipengaruhi oleh faktor internal tumbuhan yang bersangkutan, maupun berbagai faktor klimatik lingkungannya. Secara internal, transpirasi dikontrol dengan pengaturan konduktivitas stomata, daya hisap daun, dan tekanan akar, laju fotosintesis dan respirasi, serta jenis dan umur tanamannya. Sedang faktor eksternal yang penting adalah suhu, kelembaban udara, kecepatan angin dan beda potensial air antara tanah jaringan - atmosfer. Oleh bermacam-macam tenaga penggerak dan daya kohesi, maka dalam tubuh tumbuhan terbentuk aliran air atau benang air yang tak terputus. Di sisi lain, transpirasi dapat dipandang sebagai salah satu mekanisme pelepasan kelebihan panas tubuh tumbuhan, serta mendorong aliran air tanah masuk ke jaringan untuk mendapatkan berbagai nutrisi yang dibutuhkan. Transpirasi juga merupakan mekanisme kontrol keseimbangan dan stabilitas cairan tubuh. Stabilitas cairan tubuh terjaga apabila volume penyerapan air sebanding dengan volume kebutuhan air untuk mempertahankan turgiditas jaringan (tekanan hidrostatik) dan air untuk mendukung metabolisme serta stabilisasi suhu jaringannya. Bila transpirasi berlebihan atau tidak seimbang dengan aliran air yang masuk, maka jaringan akan kehilangan turgiditasnya. Tumbuhan menjadi layu atau bahkan mengering dan mati.3. Proses hilangnya air akibat transpirasi merupakan salah satu komponen penting dalam hidrologi karena proses tersebut dapat mengurangi simpanan air dalam badan-badan air, tanah, dan tanaman. Untuk kepentingan sumber daya air, data ini untuk menghitung kesetimbangan air dan lebih khusus untuk keperluan penentuan kebutuhan air bagi tanaman (pertanian) dalam periode pertumbuhan atau periode produksi. Oleh karena itu data transpirasi sangat dibutuhkan untuk tujuan irigasi atau pemberian air, perencanaan irigasi atau untuk konservasi air.Secara umum, proses transpirasi yang terjadi di daun merupakan fungsi dari variabel seperti konduktansi stomata, radiasi yang diterima tanaman, defisit jenuh udara, suhu dan kecepatan angin. Laju transpirasi dapat diukur berdasarkan beberapa persamaan/ model matematika.

3.1. Rumusan Masalah Apa saja yang menjadi faktor laju transpirasi tumbuhan? Bagaimana cara menghitung laju transpirasi tumbuhan?3.2. Tujuan Menentukan korelasi fenomena hidup tumbuhan terhadap faktor-faktor laju transpirasi Menentukan model untuk kuantifikasi laju transpirasi tumbuhan

4. BAB IITinjauan Pustaka

2.1 TranspirasiProses transpirasi meliputi penguapan cairan (air) yang terkandung pada jaringan tanaman dan pemindahan uap ke atmosfir. Tanaman umumnya kehilangan air melalui stomata. Stomata merupakan saluran terbuka pada permukaan daun tanaman melalui proses penguapan dan perubahan wujud menjadi gas seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1. Air bersama beberapa nutrisi lain diserap oleh akar dan ditransportasikan ke seluruh tanaman. Proses penguapan terjadi dalam daun, yang disebut ruang intercellular, dan pertukaran uap ke atmossfir dikontrol oleh celah stomata (stomatal aperture). Hampir semua air yang diserap oleh akar keluar melalui proses transpirasi dan hanya sebagian kecil saja yang digunakan oleh tanaman.5. 6. 7. Gambar 2.1 Skema stomata pada daun tanaman8. Transpirasi seperti evaporasi langsung tergantung pada suplai energi, tekan uap air dan angin. Kandungan lengas tanah dan kemampuan tanah melewatkan air ke akar juga menentukan laju transpirasi, termasuk genangan air dan salinitas air tanah. Laju transprasi juga dipengaruhi oleh karakteristik tanaman, aspek lingkungan dan praktek pengolahan dan pengelolaan lahan. Perbedaan jenis tanaman akan memberikan laju transpirasi yang berbeda. Bukan hanya tipe tanaman saja, tetapi juga pertumbuhan tanaman, lingkungan dan manajemen harus dipertimbangkan dalam penentuan transpirasi.Transpirasi pada dasarnya merupakan proses dimana air menguap dari tanaman melalui daun ke atmosfer. Sistem perakaran tanaman mengadopsi air dalam jumlah yang berbeda-beda dan ditransmisikan melalui tumbuhan dan melalui mulut daun (Viesman dkk., 1972). Menurut Sri Harto (1993), ada dua bentuk transpirasi yaitu : Transpirasi stomata, dimana air lepas melalui pori-pori pada stomata daun Transpirasi kutikular, dimana air menguap dari permukaan daun ke atmosfer melalui kutikula. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses transpirasi adalah suhu, kecepatan angin, kelembaban tanah, sinar matahari, gradien tekanan uap. Juga dipengaruhi oleh faktor karakteristik tanaman dan kerapatan tanaman (Kartasapoetra dan Sutedjo, 1994).

2.2 Transpirasi pada Berbagai Jenis Tumbuhan2.2.1 Pinus sylvestris Pinus sylvestris merupakan salah satu jenis tumbuhan yang tumbuh di hutan temperata. Hutan ini umumnya ditumbuhi oleh konifer dan broadleaves. Tumbuhan yang tumbuh di dalam hutan temperata umumnya memiliki laju transpirasi yang rendah dan seragam. Hal ini disebabkan oleh rendahnya kelembaban dan aktivitas stomata. Ketika kebutuhan evaporasi tinggi, stomata cenderung tertutup dan ketika kebutuhan evaporasi rendah stomata akan terbuka. Akibatnya, laju transpirasi bernilai lebih kecil dari 4 mm hari-1 dan bernilai seragam setiap hari. Laju transpirasi pada Pinus sylvestris adalah 355 mm tahun-1. (Baird dan Wilby, 1999)

2.2.2 KaktusKaktus merupakan tanaman yang tumbuh pada habitat asli suhu tinggi atau dengan kata lain gurun pasir. Daerah dengan kelembaban udara yang tinggi tidak cocok dengan pertumbuhan kaktus. Adaptasi morfologi tumbuhan kaktus sesuai dengan daerah dengan tingkat evaporasi dan transpirasi yang tinggi. Karakteristik utama dari kaktus dalam mempertahankan hidupnya di habitat yang kering adalah morfologi kaktus dengan sedikit stomata sehingga mereduksi terjadinya transpirasi. Karena pada habitat dengan suhu tinggi, secara spontan laju transpirasi akan meningkat dengan signifikan. Oleh karena kaktus harus mempertahankan jumlah air di dalam tubuhnya, morfologi dan struktur stomata dari kaktus berperan dalam proses adaptasi (Roberts, dkk., 2000).2.3.3 Zea maysTanaman Zea mays atau tanaman jagung merupakan tanaman yang tumbuh pada habitat dengan kondisi air yang sedang. Tidak terlalu banyak pengairan, tidak juga kekurangan air seperti ada habitat kering. Komposisi nutrisi yang diberikan selama pertumbuhan jagung berperan penting terhadap hasil produksi. Dilihat dari morfologi tumbuhan jagung, jumlah stomata yang dimiliki lebih sedikit dibandingkan dengan tumbuhan lain yang berhabitat sama, yaitu sekitar 10.000 stomata, dengan rata-rata tumbuhan lain memliki 58.000 stomata. Jumlah stomata ini akan memengaruhi laju transpirasi tumbuhan jagung dan perubahan morfologi karena pengaruh lingkungan juga akan mengubah laju transpirasi pada tumbuhan jagung. Akibat sedikitnya jumlah stomata, laju transpirasi jagung tergolong rendah dibandingkan dengan tumbuhan lain yang memiliki jumlah stomata lebih banyak (Saxena, 2010).

BAB IIIMetodologi

3.1 EksperimentalDalam sebuah jurnal, dilakukan penelitian terhadap 3 spesies tumbuhan Echinocereus yang tumbuh di Arizona bagian Tenggara; Echinocereus fendleri (1120-1365 m), E. ledingii (1515-1970 m), dan E. triglochidiatus (2180-2880 m) (Dinger & Patten, 1974). Setelah dilakukan penelitian ketiga spesies tersebut terhadap laju transpirasi, didapat bahwa spesies Echinocereus fendleri mengalami laju transpirasi paling efisien dan cepat, sedangkan hasil terendah dialami oleh spesies E. triglochidiatus. Hal ini mengindikasikan bahwa faktor penting dalam laju transpirasi tumbuhan adalah suhu. Perbedaan ketinggian daerah tanaman itu tumbuh menunjukkan pula perbedaan suhu daerah tersebut. Semakin tinggi daerah, semakin rendah suhu, sehingga terbukti bahwa suhu yang tinggi akan mempercepat laju transpirasi. Sebuah jurnal penelitian oleh Gao, dkk. (2006) melakukan penelitian tentang pengaruh Silikon terhadap laju transpirasi tanaman jagung. Penambahan Silikon (Si) pada larutan nutrien tanaman jagung menurunkan laju transpirasi dan konduktasi pada permukaan daun adaksial dan abaksial, sedangkan laju transpirasi dan konduktansi pada kutikula tidak terpengaruh. Artinya, silikon berpengaruh pada konduktansi stomata, tetapi tidak pada konduktansi kutikula. Silikon mengubah struktur stomata, deposisi elemen, dan densitas stomata sehingga resistansi berubah dan laju transpirasi menurun. Hal ini sesuai dengan pendekatan kuantitatif pada model persamaan 3.2.5.Pengukuran transpirasi dilakukan dengan penyusunan aliran air tanah-tumbuhan dengan konduktansi tumbuhan dan potensial air daun minimal setiap harinya konstan dan konduktansi dari tanah ke akar bervariasi. Pengukuran eksperimental dilakukan dengan automatic shoot chamber dan pengukuran aliran getah. Hasil yang didapat dari eksperimen dibandingkan dengan pengukuran secara matematis melalui model pada persamaan 3.2.4.3.2 Metode Numerik3.2.1 Faktor konsentrasi uap air antar ruang udara luar-dalam daunLaju transpirasi diprediksi berdasarkan perbedaan konsentrasi uap air antara ruang udara dalam daun dan ruang udara di luar lapisan batas daun Persamaan laju transpirasi (fluks air)

Dengan : E = laju transpirasi daun = konsentrasi uap air dalam ruang udara daun ( = konsentrasi uap air diluar lapisan batas daun () = resistansi total terhadap fluks air yang melewati lapisan batas daun dan permukaan daun (

3.2.2 Laju transpirasi berdasarkan persamaan van Honerts Persamaan van Honerts menyatakan laju transpirasi sebanding dengan perbedaan potensial air di akar dan daun

Dengan : laju transpirasi = potensial air pada akarpotensial air pada daun resistansi = percepatan gtravitasi

3.2.3 Persamaan Penman-MonteithLaju transpirasi juga bergantung pada resistansi kanopi dan faktor-faktor eksternal berdasarkan persamaan Penman Monteith

Dengan : = laju transpirasi kalor laten penguapan air = suhu derivatif pada tekanan uap air jenuh = resistansi boundary= resistansi kanopi = radiasi bersih di atas kanopi = panas spesifik udara pada tekanan konstanD = defisit jenuh udara= konstanta psikrometrik

3.2.4 Model Soil-Plant Atmosphere Continuum: Hukum DarcyLaju transpirasi daun berdasarkan model Soil- Plant-Atmosphere Continuum (SPAC)

Dengan :E = Laju transpirasi area daun = konduktansi spesifik hidraulik daun melalui jalur tanah- akar- daun - = perbedaan potensial air antara tanah dan air

3.2.5 Faktor Konduktansi StomataLaju transpirasi dikaitkan dengan konduktansi stomata

Dengan : Ep =laju/ fluks air melalui pori stomata = konduktansi stomata e* = tekanan uap air jenuh dalam udara = tekanan parsial uap air dalam udaraP = tekanan atmosfer

bab ivKesimpulan

Ketinggian daerah (altitude) habitat tumbuhan memengaruhi laju traanspirasi salah satunya dari faktor suhu dan kelembaban. Pengaruh penambahan zat yang dapat mengubah faktor konduktansi dan morfologi stomata daun akan memengaruhi laju transpirasi Jumlah air yang ditransportasikan dari tanah-akar menuju daun memengaruhi laju transpirasi pada stomata berdasarkan faktor perbedaan potensial air Model kuantifikasi laju transpirasi yang dapat digunakan secara general adalah Penman Monteith, Darcy, dan model konduktansi stomata

Daftar Pustaka

Baird, A.J., dan Wilby, R.L. 1999. Eco-hydrology: Plants and water ini terrestrial and aquatic environments. New York: RoutledgeDinger, B. E. Dan Patten, D.T. 1974. Carbon Dioxide Exhange and Transpiration in Species of Echinocereus (Cactaceae) as Related to Their Distribution within the Pinaleno Mountains, Arizona. Oecologia (Berl.) 14,389-411Duursma, R. A., Kolari, P., Permki, M., Nikinmaa, E., Hari, P., Delzon, S., Loustau, D., Ilvesniemi, H., Pumpanen, J., & Mkel, A. 2008. Predicting the decline in daily maximum transpiration rate of two pine stands during drought based on constant minimum leaf water potential and plant hydraulic conductance.Tree physiology,28(2), 265-276.Friend, A. D. (1995). PGEN: an integrated model of leaf photosynthesis, transpiration, and conductance. Ecological Modelling, 77(2), 233-255.Gao, X., Zou, C., Wang, L., dan Zhang, F. 2006. Silicon Decreases Transpiration rate and Counctance from Stomata of Maize Plants. Journal of Plant Nutrition, Vol. 29 Issues 9 page 1637-1647Jarvis, P.G & Mcnaughton, K.G (1986). Stomatal Control of Transpiration : Scaling Up from leaf to region. Academic Press, Inc : LondonMatejka, F., Strelcova, K., Hurtalova, T., & Gomoryova, E. (2007). Modelling transpiration and soil water potential in a spruce primeval forest during dry period. Bioclimatology and Natural Hazards, Strelcova et al.(eds) ISBN, 978-80.Roberts, M., Reiss, M., dan Monger, G. 2000.Advanced Biology. Cheltenham:NelsonSaito, T., Tanaka, T., Tanabe, H., Matsumoto, Y., & Morikawa, Y. (2003). Variations in transpiration rate and leaf cell turgor maintenance in saplings of deciduous broad-leaved tree species common in cool temperate forests in Japan. Tree physiology, 23(1), 59-66Saxena, N.P. 2010. Objective Botany for All Medical Entrance Examinations. Meerut Delhi: Khrishna Prakashan Media