Pengembangan Root-Zone Cooling System untuk Produksi Benih Bawang Merah di Dataran Rendah Tropika
View/Open
Date
2017Author
Niam, Agus Ghautsun
Suhardiyanto, Herry
Seminar, Kudang Boro
Maddu, Akhiruddin
Metadata
Show full item recordAbstract
Bawang merah adalah salah satu komoditas strategis di Indonesia yang
harganya cenderung berfluktuasi disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya:
biaya tanam, kondisi cuaca, stok ketersediaan, transportasi, dan masuknya bawang
impor. Produktivitas bawang merah sangat bergantung pada ketersediaan benih
yang berkualitas dan sistem budidaya bawang merah. Sementara tantangan
budidaya tanaman berumbi seperti bawang di dataran rendah tropika salah satunya
adalah kondisi iklim dengan karakteristik suhu tinggi, sehingga pertumbuhan
tanaman dapat terhambat akibat stress dan memungkinkan terjadinya
penghambatan inisiasi umbi dan inisiasi pembungaan.
Penelitian ini mencoba mengembangkan salah satu solusi sistem budidaya
bawang merah menggunakan root zone cooling (RZC) pada sistem hidroponik
susbtrat dan rakit apung yang independen terhadap variasi iklim dan topografi.
Tujuan umum penelitian ini adalah mengembangkan paket sistem teknologi dalam
perspektif upaya peningkatan produksi benih bawang merah untuk pasokan benih
bawang merah nasional melalui teknik hidroponik dengan pendingin terbatas di
dataran rendah tropika. Tujuan tersebut diharapkan dapat dicapai melalui tahapan
penelitian sebagai berikut: 1) pemodelan sebaran suhu daerah perakaran pada
sistem hidroponik dengan pendekatan model computational fluid dynamics (CFD),
2) rancang bangun sistem RZC pada budidaya secara hidroponik dan kajian sebaran
suhu di daerah target (perakaran), dalam hal ini fokus untuk tanaman bawang
merah, dan 3) kajian efek RZC terhadap respon tanaman bawang merah di dataran
rendah tropika dan untuk akselerasi fase vegetatif dalam rangka produksi benih
bawang merah.
Penelitian dilakukan pada rumah tanaman yang berada di Laboratorium
Lapangan Siswadi Soepardjo, IPB Kampus Dramaga, dengan titik ordinate
6°33'50.82" south latitude dan 106°43'37.91" east longitude, elevasi 182.3 mdpl.
Suhu udara lingkungan rumah tanaman siang/malam sekitar 31 – 40 °C/22-27 °C.
Kelembaban udara (RH) rata-rata sekitar 80-86 %, dan intensitas hujan sebesar
1000-1500 mm/tahun. Rancang bangun sistem RZC diawali dengan kajian sebaran
suhu pada dua jenis sistem hidroponik yaitu substrat dan rakit apung. Parameter
yang terlibat dalam kajian meliputi sebaran suhu, jarak pipa pendingin, beban
termal dan heat transper coefficient, sehingga didapatkan nilai efektifitas pindah
panas dari masing-masing hidroponik yang dilengkapi dengan sistem RZC.
Simulasi CFD dilakukan dengan menggunakan paket perangkat lunak Flow
Simulation Solidwork® Premium versi 2011 yang berbasis finite volume method.
Spesifikasi computer yang digunakan adalah CPU Intel ® Core TM i7, 8 GB RAM,
dan 64 bit operating system. Prinsip pendekatan diskritisasi pada flow simulation
Solidwork menggunakan pendekatan Cartesian mesh, dimana penyelesaian
persamaan numeriknya berdasarkan finite volume method. Model iteratif kalkulasi
persamaan aljabarnya menggunakan algorithma matriks tri-diagonal atau lebih
dikenal dengan Tri-Diagonal Matrixs Algorithm (TDMA). Persamaan atur dalam
vi
CFD dibangun berdasarkan konservasi massa, memontum dan energi yang
diekspresikan oleh persamaan atur Reynold-Average of the Navier-Stokes (RANS).
Analisis efek RZC terhadap respon pertumbuhan tanaman diolah dengan
pendekatan uji Fisher’s Protected LSD pada tingkat signifikan 0.05 menggunakan
perangkat lunak Minitab 17 Statistical. Variabel respon meliputi ketinggian tanam,
jumlah umbi, bobot basah dan bobot kering, sedangkan variable bebas dari kajian
ini hanya berupa suhu rendah (set poin 8-10°C), suhu sedang (13-15°C), dan suhu
kontrol (23-26°C).
Pendekatan simulasi CFD dapat menggambarkan sebaran suhu pada lubang
tanam yang mengindikasikan efek pendinginan dari nutrien. Validasi hasil simulasi
menunjukkan nilai yang sangat baik. Simulasi jarak pipa pendingin untuk
hidroponik substrat dengan pendekatan CFD menunjukkan nilai korelasi linier
dengan nilai determinasi R2 = 0.96. Dengan pendinginan air pada set point 10 °C
dan kondisi udara lingkungan mencapai 32°C, jangkauan efek pendingin pada jarak
pipa 10 cm – 12 cm (15.6±0.17°C-15.9±0.04°C). Keseragaman suhu lateral pada
jarak pipa tersebut mencapai sekitar 91- 93%. Dari sisi estimasi biaya, jarak pipa
12 cm lebih hemat sekitar 20% dari jarak 11 cm dan lebih hemat 33% dari jarak
pipa 10 cm. Oleh karena itu, jarak pipa 12 cm merupakan jarak terbaik dari sisi
sebaran efek pendinginan, keseragaman suhu maupun dari sisi estimasi biaya.
Simulasi distribusi suhu pada hidroponik rakit apung memperoleh nilai
korelasi secara linier dengan determinasi R2 untuk masing-masing set poin
berturut-turut (rendah, sedang dan kontrol) mencapai 0.987, 0.98 dan 0.862. Pada
perlakuan suhu rendah diperoleh suhu sekitar 10.0-11.6°C. Pada set poin suhu
diperoleh suhu sekitar 15.2-20.3°C. Terakhir pada suhu kontrol diperoleh suhu
sekitar 23.2-25.9°C.
Root zone cooling system dengan sistem hidroponik rakit apung mampu
menginduksi pembentukan umbi yang ditunjukkan oleh produk jumlah umbi sekitar
12 umbi/rumpun untuk suhu rendah, 9 umbi/rumpun untuk suhu sedang dan 5
umbi/rumpun untuk suhu kontrol. Melalui aplikasi RZC kebutuhan benih umbi
mampu dihemat hingga 90% (suhu rendah) dan 76% (suhu sedang). Dari sisi waktu,
produksi benih umbi dengan aplikasi RZC 2 kali lebih cepat dibandingkan dengan
proses produksi benih botani bawang merah. Sistem RZC yang dikembangkan telah
dibuktikan mampu meningkatkan jumlah umbi bawang merah dibandingkan
metoda yang tanpa perlakuan sistem RZC.