Pengembangan Sistem Pemanenan Air Hujan untuk Fertigasi Tanaman Sayuran Daun di dalam Greenhouse

Abstract

Produk tanaman sayuran daun berperan penting dalam mendukung peningkatan perekonomian karena permintaan pasar yang stabil dan berkelanjutan. Pertumbuhan populasi yang berkelanjutan mendorong kebutuhan dan permintaan pasar terhadap produk sayuran daun yang semakin luas, sehingga menawarkan peluang ekonomi yang tinggi. Namun, pemenuhannya masih menghadapi kendala akibat keterbatasan suplai dan ketidakstabilan produksi pada sistem budidaya lahan terbuka, terutama akibat cekaman biotik dan abiotik. Praktik budidaya tanaman secara hidroponik di greenhouse menawarkan sistem produksi yang lebih efisien melalui pengendalian lingkungan tumbuh yang optimal, tetapi keberhasilannya sangat bergantung pada suplai air dan nutrisi yang berkelanjutan. Di sisi lain, sumber air eksternal untuk fertigasi semakin rentan terhadap defisit suplai dan meningkatnya biaya operasional, terutama pada musim kemarau. Meskipun curah hujan di wilayah tropis cenderung tinggi dan berpotensi menjadi sumber air fertigasi, pemanfaatannya masih memerlukan kajian lebih lanjut mengenai kuantitas dan kualitas air, serta implikasinya terhadap respons fisiologis tanaman. Tujuan utama penelitian ini adalah mengembangkan dan mengevaluasi sistem pemanenan air hujan yang terintegrasi secara terpadu dengan fertigasi untuk budidaya sayuran daun di dalam greenhouse, termasuk aspek teknis, agronomis, dan finansial. Penelitian mencakup analisis potensi dan desain sistem pemanenan air hujan, pengembangan teknologi fertigasi berbasis air hujan, evaluasi kinerja sistem pada budidaya tanaman sayuran daun, serta analisis kelayakan finansial. Desain komponen sistem pemanenan air hujan dilakukan berdasarkan karakteristik curah hujan, luas area tangkapan, dan kebutuhan air di greenhouse. Kandungan unsur hara makro di dalam air hujan digunakan sebagai acuan dalam pengembangan formulasi nutrisi. Sementara itu, sistem pencampuran larutan nutrisi dilakukan secara otomatis berbasis mikrokontroler dan unit sensor untuk memastikan kualitas larutan nutrisi berada pada kondisi optimal. Sistem juga dilengkapi dengan unit pengolahan air untuk meningkatkan kualitas air dan mengurangi risiko kontaminasi. Kinerja sistem dievaluasi menggunakan tanaman pakcoy (Brassica rapa var. chinensis) dan selada (Lactuca sativa L. var. crispa) yang dibudidayakan secara hidroponik dengan metode nutrient film technique. Evaluasi finansial dilakukan untuk menilai kelayakan penerapan sistem dalam usaha hidroponik di greenhouse. Penelitian tahap pertama dilakukan untuk menganalisis potensi dan merancang komponen sistem pemanenan air hujan di greenhouse. Analisis karakteristik curah hujan dilakukan berdasarkan data curah hujan periode 2004–2023, sedangkan keandalan sistem dievaluasi berdasarkan kebutuhan air berbagai komoditas sayuran yang diasumsikan ditanam pada area greenhouse. Sementara itu, dimensi dan desain komponen sistem pemanenan air hujan ditentukan dengan mempertimbangkan kemampuan untuk mengakomodasi debit limpasan atap maksimum. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem pemanenan air hujan dari atap greenhouse seluas 112 m2 berpotensi menghasilkan volume pemanenan sebesar 20,07 m3 per bulan, yang mampu memenuhi 100% kebutuhan air sebesar 6,52 m3 per bulan atau setara dengan 3,02 L/m2 per hari. Sistem memiliki potensi suplai dengan rasio yang mencapai lebih dari dua kali kebutuhan air di greenhouse. Temuan ini menunjukkan bahwa desain komponen sistem pemanenan air hujan yang tepat dapat meningkatkan keandalan sistem dalam menyediakan air untuk fertigasi secara berkelanjutan. Penelitian tahap kedua berfokus pada uji kinerja sistem pemanenan air hujan untuk budidaya tanaman sayuran daun secara hidroponik. Air hujan yang dipanen dan air olahan digunakan sebagai sumber air fertigasi dengan komposisi unsur hara makro sebesar 25%, 50%, 75%, dan 100%, kemudian dampaknya terhadap pertumbuhan dan hasil tanaman dievaluasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem pemanenan air hujan memiliki kinerja dengan efektivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan air olahan, baik dari aspek kuantitas maupun kualitas. Kebutuhan fertigasi selama periode percobaan sebesar 1,86 m3 mampu sepenuhnya dipenuhi oleh volume pemanenan. Karakteristik air hujan yang dipanen (EC 66,4 µS/cm, TDS 31,0 mg/L, dan pH 6,12) menunjukkan kualitas yang lebih optimal dibandingkan dengan air olahan (EC 336 µS/cm, TDS 164 mg/L, dan pH 7,1). Pemanfaatan air hujan meningkatkan penyerapan larutan nutrisi sebesar 1,29–2,16% serta meningkatkan berat segar pakcoy dan selada pada konsentrasi 100% masing-masing sebesar 1,19% dan 46,39%. Pada konsentrasi nutrisi 25%, 50%, dan 75%, perlakuan berbasis air hujan secara konsisten menghasilkan berat segar yang lebih tinggi, berkisar 2,63–6,34% untuk pakcoy dan 20,86–32,50% untuk selada. Penelitian tahap ketiga mengembangkan formulasi larutan nutrisi berbasis air hujan serta mengevaluasi dampaknya terhadap pertumbuhan dan hasil tanaman sayuran daun. Formulasi nutrisi ditentukan berdasarkan larutan standar Hoagland yang dimodifikasi, dengan komposisi unsur hara makro tunggal yang disesuaikan berdasarkan kandungan air hujan yang dipanen. Perlakuan variasi konsentrasi unsur hara makro tunggal sebesar 50% dan 75% juga diterapkan dalam formulasi larutan nutrisi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa unsur hara makro alami dalam air hujan dapat dimanfaatkan sebagai sumber nutrisi input, meskipun keberadaannya bervariasi tergantung pada karakteristik atmosfer dan curah hujan. Formulasi nutrisi berbasis air hujan mampu mengurangi kebutuhan nutrisi input sebesar 0,21–24,02% dibandingkan dengan larutan standar tanpa mengurangi produksi secara signifikan. Selain itu, perlakuan formulasi nutrisi berbasis air hujan juga menghasilkan pertumbuhan dan hasil tanaman yang tidak berbeda nyata dengan perlakuan kontrol. Perlakuan defisiensi unsur hara makro tunggal menunjukkan respons yang berbeda, dengan hasil terbaik diamati pada perlakuan N-75% untuk pakcoy dan K-75% untuk selada. Penelitian tahap keempat mengembangkan teknologi fertigasi otomatis berbasis sistem pemanenan air hujan serta mengevaluasi dampaknya terhadap pertumbuhan dan hasil tanaman. Mikrokontroler Arduino Mega 2560 digunakan sebagai unit kendali utama pengolah data dan pengambil keputusan, sedangkan modul ESP32 digunakan untuk akuisisi data secara online melalui jaringan Wi-Fi. Pengukuran status pemanenan air hujan dan larutan nutrisi secara real-time dilakukan menggunakan sensor EC, TDS, pH, flowmeter, dan ultrasonik. Unit pengolahan air hujan meningkatkan pH sebesar 10,32% sekaligus menurunkan konsentrasi TDS sebesar 21,71% dan EC sebesar 20,54%. Selain itu, sistem secara efektif mempertahankan kualitas larutan nutrisi dalam kisaran optimal (EC 2119,45–2166,80 µS/cm dan pH 6,12–6,25) dengan tingkat presisi yang tinggi (MAPE sebesar 6,62%). Hasil tanaman yang tidak berbeda nyata dengan perlakuan kontrol menegaskan bahwa sistem memiliki kinerja optimal, dengan konsumsi energi sebesar 234,06 kWh per periode tanam yang masih berada pada tingkat operasional yang wajar. Penelitian tahap terakhir melakukan analisis kelayakan finansial penerapan teknologi fertigasi berbasis sistem pemanenan air hujan. Kelayakan finansial dianalisis menggunakan parameter Net Present Value (NPV), Gross Benefit-Cost Ratio (Gross B/C), Internal Rate of Return (IRR), dan Payback Period (PP). Tingkat diskonto 10%, umur usahatani 10 tahun, dan lima skenario berdasarkan variasi biaya investasi awal ditetapkan dalam analisis kelayakan finansial. Hasil analisis menunjukkan bahwa teknologi fertigasi berbasis sistem pemanenan air hujan dikategorikan layak secara finansial untuk diterapkan, dengan periode pengembalian biaya investasi awal yang relatif singkat. Analisis menghasilkan nilai Net Present Value (NPV) berkisar Rp 16.196.338–Rp 94.500.533, nilai Gross Benefit-Cost Ratio (Gross B/C) sebesar 1,08–1,75, nilai Internal Rate of Return (IRR) mencapai 15,03–217,86%, serta nilai Payback Period (PP) sebesar 0,46–4,37 tahun. Temuan ini menunjukkan bahwa investasi awal pada inovasi teknologi ini dapat memberikan keuntungan ekonomi dengan tingkat risiko rendah serta waktu pengembalian modal yang relatif cepat.