Model pendugaan biomassa tanaman padi
Ini adalah salah satu tugas praktikum dari mata kuliah Model Simulasi Pertanian yang diberikan oleh Pak Handoko dan Pak Yon Sugiarto.
Pendugaan biomassa tanaman padi yang dilakukan mencakup dua tahapan proses yang saling mempengaruhi satu sama lain. Struktur neraca air yang dimodelkan mengasumsikan CH dan faktor irigasi sebagai sumber air. Dua model pendugaan Biomassa dan Neraca Air Lahan ini kemudian digabungkan dalam satu model yang berkaitan satu sama lain.
Seperti yang telah dikemukakan diatas bahwa pemodelan ini merupakan penggabungan antara pendugaan biomassa tanaman dan neraca air lahan. Oleh karena itu ada parameter masukan yang dubutuhkan. Untuk sub model perkembangan dan sub model pertumbuhan dibutuhkan parameter masukan yang dapat kita impor dari file input oleh pengguna model yaitu data iklim suhu udara rataan harian (dalam °C) dan radiasi surya (dalam MJ M-2) yang dalam hal ini data inputnya adalah data iklim Stasiun Gunung Medan selama periode setahun. Dan untuk neraca air lahan dibutuhkan data iklim curah hujan, radiasi dan kelembaban relatif.
Sub Model Perkembangan
Menggambarkan fase perkembangan tanaman dari masing-masing kejadian fenologi yang diduga berdasarkan konsep heat unit / thermal unit
Berdasarkan konsep ini, laju perkembangan tanaman terjadi jika suhu rata-rata harian melebihi suhu dasar.
Fase perkembangan tanaman akan berubah dari suatu fase ke fase selanjutnya jika tanaman telah mencapai akumulasi heat unit tertentu
Secara umum, kejadian fenologi tanaman padi mulai disebar hingga panen diberi skala 0 – 1. Skala tersebut dibagi menjadi 4 kejadian, yaitu semai (s=0.0), tanam (0.25), tunas maksimum (0.50), pembungaan (s=0.75) dan matang fisiologis (s=1.0).
Persamaan umum
ds = (T - Tb) / TU jika T >Tb
ds = 0 jika T<=Tb
Sub Model Pertumbuhan
Mensimulasi aliran biomassa ke daun, batang, akar dan biji serta kehilangannya berupa respirasi
Menghitung pertambahan biomassa berdasarkan intersepsi radiasi surya dan ketersediaan air tanaman
Intersepsi radiasi surya (Qint) dihitung dari data radiasi surya (Qs) dan indeks luas daun (LAI) berdasarkan persamaan :
Qint = Qs (1 – exp -k LAI)
dimana
Qint = Radiasi diintersepsi (MJ M-2)
Qs = Radiasi surya (MJ M-2)
k = koefisien pemadaman tajuk tanaman
LAI = indek luas daun
Biomassa hasil fotosintesis dibagi antara organ vegetatif dan generatif (biji)
Pertambahan biomassa total merupakan fungsi dari efisiensi pengunaan radiasi surya dan jumlah radiasi surya yang diintersepsi
dW = LUE . Qint
dimana
dW = pertambahan berat total (kg ha-1 hari-1)
LUE = efisiensi penggunaan radiasi surya
Sebagian dari biomasaa ini akan digunakan dalam proses respirasi.
Laju respirasi dipengaruhi berat organ x dan suhu dalam temperature quotient (Q10).
Rm = km * Wx * Q10
dimana
Rm = Kehilangan biomassa dlm proses respirasi
km = koefisensi respirasi
Wx = biomassa organ x
Q10 = temperature quotient
Asumsi
Parameter awal dan masukan
Parameter statis
Suhu dasar atau Tb sebesar 17°C
Heat Unit atau Thermal Unit (TU) sebesar 1000
Koefisien pemadaman (k) sebesar 0.5
Koefisien respirasi 0.02 untuk seluruh organ
Sla sebesar 0.002
Parameter dinamis
LAI awal 0.1
Parameter masukan
Suhu udara rataan harian (dalam °C)
Radiasi surya rataan harian (dalam MJ M-2)
Sub model perkembangan
Untuk mempermudah model yang akan dibuat, model hanya akan menggunakan dua fase yaitu fase dari semai (s=0.00) sampai fase pembungaan (s = 0.75) dan fase setelah pembungaan sampai fase panen (s = 1.00).
Panen setelah fase panen tercapai (s=1), model berhenti setelah nilai s=1 atau fase panen tercapai
Sub model pertumbuhan
Pertambahan biomassa merupakan kumulatif dari biomassa dari masing-masing organ tanaman
Pertambahan biomassa total dan koefisien alokasi biomassa ke masing-masing organ yang dipengaruhi oleh fase pekembangan tanaman dan respirasi.
s = 0 – 0.75 alokasi biomassa ke daun sebesar 0.5, alokasi biomasa ke batang sebesar 0.4 dan alokasi biomassa ke akar sebesar 0.1.
s > 0.75 sampai s = 1 alokasi biomassa ke akar, daun dan batang sangat kecil, diasumsikan tidak ada alokasi dan 3 persen dari biomassa batang akan dialokasikan ke biomassa biji.
Program
Selanjutnya paramater dan asumsi di atas ditulis menggunakan bahasa permograman BASIC. Model sederhana untuk pendugaan Biomassa Tanaman Padi berikut ini menggunakan parameter awal sebagai berikut:
Thermal Unit = 1000
k = 0.5
LUE = 1.5
SLA = 0.002
Pada model yang pertama ini menggunakan parameter masukan LAI = 0.01 dan suhu dasar 17ºC
Gambar 1. Model 1
Pada model yang kedua ini menggunakan parameter masukan LAI = 0.1 dan suhu dasar 17ºC
Gambar 2. Model 2
Pada model yang ketiga ini menggunakan parameter masukan LAI = 1 dan suhu dasar 17ºC
Gambar 3. Model 3
Dari ketiga model diatas, dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai LAI maka nilai Wdaun, Wbatang, Wakar, Wbiji juga akan semakin besar.
Gambar 4. Perbandingan model
Pertambahan Wtotal juga bergantung pada besarnya LAI. Hal ini dapat dilihat pada grafik di samping:
User interface menggunakan Visual BASIC
Selanjutnya untuk memudahkan perhitungan pendugaan biomassa dengan periode tertentu, beberapa persamaan diatas saya tulis ulang menggunakan Visual BASIC 6 (kodenya dapat dilihat dibagian bawah tulisan), dilengkapi dengan user interface sederhana seperti gambar dibawah.
'++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ' Program untuk menduga biomassa tanaman padi ' Benny Istanto, G241010143 ' Praktikum matakuliah Model Simulasi Pertanian, Semester 6 ' 27 April 2004, Kampus IPB Baranangsiang '++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ Dim pddcol Dim pddrow Private Sub cmdclear_Click() txtwbiji = "" txtwtot = "" txthari = "" txtlai = "" txttb = "" End Sub '++++ Private Sub cmdinput_Click() 'Listing code di bawah ini digunakan untuk memilih nama file input On Error GoTo out1 txtinput.Text = "" Dialog1.DialogTitle = "open File Data Iklim" Dialog1.InitDir = CurDir Dialog1.Filter = "comma delimated(*.csv)|*.csv|all files(*.*)|*.*|" Dialog1.ShowOpen txtinput.Text = Dialog1.FileName out1: Exit Sub End Sub '++++ Private Sub cmdoutput_Click() 'Listing code di bawah ini digunakan untuk memilih nama file output txtoutput.Text = "" Dialog1.DialogTitle = "save output hasil simulasi" Dialog1.InitDir = CurDir Dialog1.Filter = "comma delimated(*.csv)|*.csv|all files(*.*)|*.*|" Dialog1.ShowSave txtoutput.Text = Dialog1.FileName End Sub '++++ Private Sub cmdproses_Click() 'PARAMETER AWAL tu = 1000 k = 0.5 lue = 1.5 sla = 0.002 tb = Val(txttb.Text) lai = Val(txtlai.Text) Open txtinput.Text For Input As #1 Open txtoutput.Text For Output As #2 For i = 1 To 150 Input #1, hujan, RH, suhu, rad, angin 'SUB MODEL PERKEMBANGAN perkembangan: If suhu > tb Then s = s + (suhu - tb) / tu If s >= 1 Then GoTo Hasil 'SUB MODEL PERTUMBUHAN pertumbuhan: Qint = rad * (1 - Exp(-k * lai)) dw = lue * Qint * 10 Q10 = 2 * ((suhu - 20) / 10) BIOMASSA: rdaun = 0.02 * wdaun * Q10 rbatang = 0.02 * wbatang * Q10 rakar = 0.02 * wakar * Q10 rbiji = 0.02 * wbiji * Q10 If s <= 0.75 Then wdaun = wdaun + dw * 0.5 - rdaun wbatang = wbatang + dw * 0.4 - rbatang wakar = wakar + dw * 0.1 - rakar Else wbiji = wbiji + dw - rbiji + 0.03 * wbatang wbatang = wbatang * 0.97 - rbatang wdaun = wdaun - rdaun wakar = wakar - rakar End If lai = sla * wdaun wtot = wakar + wdaun + wbatang + wbiji 'Simpan hasil simulasi ke file : Write #2, i, s, lai, wdaun, wbatang, wakar, wbiji, wtot Next i Hasil: txtwbiji = Int(wbiji) txtwtot = Int(wtot) txthari = i Close #2 Close #1 pddrow = i - 1 pddcol = 2 MsgBox "Model telah selesai dijalankan, Klik OK untuk menampilkan Grafik ", vbOKOnly, "Benny's Message" Call Grafik_Padi End Sub Public Sub Grafik_Padi() With Chart1 .Refresh Open txtoutput.Text For Input As #1 j = 0 .RowCount = pddrow .ColumnCount = pddcol While Not EOF(1) Input #1, i, s, lai, wdaun, wbatang, wakar, wbiji, wtot j = j + 1 .Row = j: .RowLabel = "i" .Column = 1: .Data = wbiji: .ColumnLabel = "wbiji" .Column = 2: .Data = wtot: .ColumnLabel = "wtot" Wend Close #1 End With End Sub
