iklan

Respon Anatomi, Morfologi dan Fisiologi Tanaman Terhadap Cekaman Banjir

Air tanah merupakan faktor penting untuk distribusi tanaman di dunia, dan biasanya menyebabkan stres lingkungan seperti kekeringan atau genangan air mempengaruhi karakteristik tanaman. Di daerah tropis dan subtropis, curah hujan yang berlebihan adalah kendala utama untuk produksi tanaman. Banjir adalah tekanan lingkungan yang sangat membatasi pertumbuhan tanaman dan produktivitas. Hal ini telah menjadi masalah besar di beberapa bagian dunia. Banjir yang sering terjadi pada ekosistem tadah hujan, terutama di tanah dengan drainase yang buruk. Banjir adalah gangguan alam yang mempengaruhi tanaman dan produksi hijauan di seluruh dunia karena pengaruh  merugikan bagi kebanyakan tanaman terestrial (Colmer & Vosenek, 2009). Pada tahun-tahun terakhir, terjadi perubahan iklim dunia akan meningkatkan frekuensi hujan lebih tinggi dikarenakan aktivitas siklon tropis. Akibatnya, terjadinya peristiwa banjir di dataran banjir ( yaitu dataran rendah ) (Arnell & Liu, 2001).  Perubahan iklim adalah berubahnya kondisi fisik atmosfer bumi,  antara lain suhu dan   distribusi  curah  hujan  yang  membawa  dampak  luas  terhadap  berbagai  sektor kehidupan manusia (Kementerian Lingkungan Hidup, 2009). Perubahan iklim diperkirakan akan  memberikan  dampak  yang  signifikan  terhadap  produksi  pertanian  di  Indonesia, khususnya  tanaman pangan.  Dampak tersebut dapat bersifat langsung yaitu menurunnya produktivitas tanaman, karena  meningkatnya suhu udara dan perubahan pola hujan serta intensitas curah hujan yang menyebabkan kekeringan dan kebanjiran (Boer, 2010).

Saat banjir meningkat, masalah kedua terkait dengan kelebihan air muncul sebagai akibat penurunan potensial oksidatif  pada tanah reduksi (potensial redoks) (Gambar1) Dengan menurunnya potensial redoks pada tanah yang mengandung senyawa beracun berpotensi muncul seperti sulfida , Fe dan Mn larut , etanol , asam laktat , asetaldehida dan asetat dan asam format ( Kozlowski,1997). Oleh karena itu, kekurangan oksigen dan kemudian akumulasi beberapa senyawa beracun yang potensial merupakan kendala utama tanaman yang berada dibawah kondisi banjir.

Dengan meningkatnya populasi dunia, bersama dengan intensifikasi pertanian telah memicu penurunan lahan pertanian per kapita, yang telah menurun selama lima dekade terakhir dari 0,32 ha menjadi 0,21 ha, dan diharapkan berkurang hingga 0,16 ha per kapita pada tahun 2030 (Mancuso & Shabala , 2010).  Produksi tanaman di daerah iklim tropis dan subtropis sering dibatasi oleh curah hujan  yang  tinggi  yang  dapat  menyebabkan  tanah  tergenang (Reed  et  al., 2005). Khususnya  tanaman  sayuran,  kebanyakan  tanaman  sayuran  sangat  sensitif  terhadap genangan, selain itu belum ditemukan adanya varietas yang tahan terhadap kondisi tersebut (De la Pena dan  Hughes, 2007). Tanah   yang tergenang dapat dibedakan menjadi dua, pertama  suatu  keadaan  dimana  tanah  tergenang  yang  menyebabkan  disekitar  daerah perakaran tanaman jenuh dengan  air (waterlogged)   dan   kedua, suatu keadaan   dimana tanah tergenang yang menyebabkan seluruh bagian tanaman kelebihan air atau terendam (submerged) (Peeters et al., 2002).  Akibatnya, lahan marjinal yang dimasukkan ke dalam produksi untuk mengatasi permintaan pangan naik. Isu-isu ini menyebabkan kebutuhan untuk mendapatkan tanaman yang sangat produktif di lahan garapan mengalami peristiwa periodik kelebihan air, Pemahaman fungsi tanaman pada kondisi banjir sangat penting untuk mencapai tujuan tersebut. Kelebihan air tanah menentukan penurunan rata-rata difusi oksigen ke dalam tanah karena difusi 104 lebih rendah dari gas ke dalam air berhubungan dengan udara (Armstrong, 1979). Banjir  mempengaruhi 10% dari luas lahan global dan merupakan salah satu kendala paling penting yang dikenakan pada produksi tanaman pertanian. Produksi yang dihasilkan dari banjir dapat bervariasi antara 15% dan 80% , tergantung pada spesies tanaman, jenis tanah dan lamanya stres. Banjir dapat mengurangi hasil dan menjadi perhatian Organisasi Pangan dan Pertanian (FAO) dan Institut Internasional dengan meneliti lahan subur dan produktivitas global. Banjir dapat mengakibatkan penurunan hasil hingga 10% dan 40% pada kasus berat (Hodgson and Chan, 1982).  Banjir sering terjadi di banyak daerah di seluruh dunia karena curah hujan yang berlebihan atau drainase yang buruk. Dengan alasan hipoksia di dalam rizosfer tanaman, banjir dapat sangat mengganggu kinerja tanaman terestrial, berupa respon morfologi dan fisiologis terhadap aktivitas tanaman. Daun sangat reseptif terhadap banjir; terjadi perubahan respirasi pada daun, kandungan klorofil daun dan perubahan asimilasi hasil fotosintesis telah terdeteksi selama periode banjir. Secara khusus, karakteristik klorofil fluoresensi biasanya dipengaruhi kondisi banjir. Penurunan hasil kuantum maksimum fotosistem ( PS ) II ( Fv / Fm ) setelah timbulnya banjir telah ditemukan pada beberapa spesies tanaman (Smethurst et al.,2005). Penurunan ini mungkin disebabkan oleh menurunnya konduktansi stomata (GS) , perubahan status hormonal dan menurunnya serapan hara mineral. Selain itu, faktor-faktor ini juga dapat mengubah indeks lainnya seperti klorofil fluoresensi, transpor elektron, non pendinginan fotokimia ( NPQ) dan fotokimia pendinginan pada tekanan lingkungan. Setelah terjadi banjir, pemulihan sangat penting untuk setiap jenis tumbuhan, terutama untuk kultivar. Sebuah spesies yang toleran banjir  tidak hanya tahan banjir, tetapi juga cepat pulih setelah terkena banjir. Kemampuan pulih dari beberapa spesies tanaman yang sangat berbeda satu sama lain setelah banjir. Tanah yang dibanjiri, respirasi akar dan mikroorganisme menghabiskan sisa oksigen dan lingkungan menjadi hipoksia (yaitu kadar oksigen membatasi respirasi mitokondria) dan kemudian anoxic yaitu respirasi benar-benar menghambat (Bailey- Serres & Voesenek , 2008). Jadi , kendala pertama untuk pertumbuhan tanaman di bawah banjir adalah kurangnya oksigen yang diperlukan untuk mempertahankan respirasi aerobik jaringan terendam ( Armstrong , 1979). Saat banjir meningkat, masalah kedua terkait dengan kelebihan air muncul sebagai akibat penurunan potensial oksidatif  pada tanah reduksi (potensial redoks ) ( lihat Gambar 1) (Pezeshki , 2001). Dengan menurunnya potensial redoks pada tanah yang mengandung senyawa beracun berpotensi muncul seperti sulfida , Fe dan Mn larut , etanol , asam laktat , asetaldehida dan asetat dan asam format (Fiedler et al, 2007). Oleh karena itu, kekurangan oksigen dan kemudian akumulasi beberapa senyawa beracun yang potensial merupakan kendala utama tanaman yang berada dibawah kondisi banjir .

Secara luas, banjir sering digunakan untuk menggambarkan situasi yang berbeda di mana kelebihan air dapat berkisar dari air tanah jenuh (genangan air) ke kedalaman  air yang menyebabkan perendaman lengkap tanaman (Gambar 2). Sehingga langkah pertama mendefinisikan istilah yang benar untuk setiap situasi kelebihan air. Genangan air dengan bersaturasi bersesuaian dengan pori-pori tanah terisi air jenuh, dengan lapisan tipis atau bahkan tanpa  lapisan air di atas permukaan tanah. Oleh karena itu, pada kondisi terendam air, hanya sistem akar tanaman berada di bawah kondisi anaerob yang kekurangan oksigen, sementara tunas berada di bawah kondisi normal atmosfer. Banjir merupakan situasi di mana ada lapisan air di atas permukaan tanah. Lapisan air ini bisa dangkal atau dalam, sehingga bisa memicu perendaman tanaman secara  parsial atau lengkap. Perlu dicatat bahwa, pada kedalaman air yang sama, tingkat perendaman tanaman tergantung pada tahap perkembangan ( misalnya. Bibit vs tanaman dewasa ) dan kebiasaan pertumbuhan tanaman ( misalnya . pertumbuhan tanaman Merayap vs pertumbuhan tanaman tegak), diantara ciri-ciri yang mempengaruhi tinggi tanaman. Pada kondisi perendaman parsial, sebagian tunas tanaman di bawah air, selain memiliki akar yang tenggelam pada tanah jenuh air. Pada perendaman lengkap, tanaman sangat tercekam, karena akar  dan tunas tanaman terpisah, berada di dalam air, dan kemungkinan  menangkap oksigen atmosfer dan fiksasi karbon dibatasi.  Situasi ini diperburuk dengan air keruh dan  atau dengan kedalaman kolam air tanaman karena radiasi yang tersedia untuk mempertahankan fotosintesis di bawah air untuk bertahan hidup secara drastis dikurangi (Colmer & Pedersen, 2008).

Aspek lain mendefinisikan ‘ banjir ‘ adalah durasinya (Colmer & Voesenek, 2009).   Pada hal ini, durasi banjir  dinyatakan sebagai faktor utama menentukan kelangsungan hidup tanaman berikut kekurangan oksigen (Armstrong et al., 1994). Hal ini diketahui bahwa satu spesies dari usia dan ukuran yang serupa mampu bertahan banjir pendek dan dapat mati jika terkena lagi (Crawford, 2003). Banjir  merupakan stress abiotik utama, yang     menentukan keberhasilan atau kegagalan hasil panen berdasarkan frekuensi dan luasnya banjir (Visser et al.,  2003).  Tanaman-tanaman  tingkat  tinggi  sangat  tidak menyukai tanah-tanah basah (tergenang).   Akar-akarnya tidak hanya dihadapkan pada  oksigen yang sangat rendah dan tingkat carbón dioksida yang tinggi, tetapi juga terhadap keadaan racun anorganik (Fitter dan Hay, 1994).  Selain itu,  sebuah tinjauan terbaru dari aspek metodologi penelitian tentang banjir yang  mempertimbangkan jenis dan umur spesies yang diuji (Striker, 2008).

Gambar  1. Skema dari skenario yang berbeda yang dihadapi oleh tanaman untuk meningkatkan tingkat kelebihan air, mulai dari genangan air untuk menyelesaikan perendaman .

Sebuah penelitian terbaru dari aspek banjir menyoroti pentingnya mempertimbangkan jenis dan umur spesies yang diuji (Striker , 2008). Penelitian ini menunjukkan bahwa:( i ) spesies tanaman yang mengalami periode banjir lebih pendek daripada spesies non  tanaman , dan ( ii ) bibit tanaman yang terkena periode bahkan lebih pendek dari orang dewasa, sebuah fakta yang tidak terjadi dalam percobaan yang digunakan spesies non  tanaman (Gambar 3)

Gambar 2. Lama Banjir di percobaan dilakukan pada spesies tanaman dan spesies non – tanaman . Akhir kotak mendefinisikan 25 dan ke-75 persentil , dengan garis di median dan error bar de fi ning -10 dan ke-90 persentil . Huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan ( P < 0,05 ) antara median berdasarkan uji Mann – Whitney . Huruf kecil dibandingkan median dalam kategori tanaman sementara huruf besar dibandingkan median dalam kategori tanaman non .

Beberapa spesies cepat pulih setelah banjir, sedangkan spesies lain membutuhkan waktu yang sangat lama. Sayuran adalah sumber daya terbaik untuk mengatasi kekurangan mikronutrien dan memberikan petani kecil penghasilan yang jauh lebih tinggi dan lebih banyak dibandingkan tanaman pokok (AVRDC,2006). Di seluruh dunia produksi sayuran dua kali lipat melebihi perdagangan sereal. Sayuran umumnya sensitif terhadap lingkungan ekstrim, sehingga kelembaban tanah yang berlebihan atau banjir adalah penyebab utama rendahnya hasil produksi di daerah tropis serta semakin besar kehilangan hasil disebabkan perubahan iklim. Sehingga memerlukan Informasi yang ada sehubungan dengan stres banjir di tanaman sayuran. Oleh karena itu perlu untuk mengetahui respon anatomi, morfologi dan fisiologi akibat cekaman banjir  pada tanaman sayuran.

Oleh : Evy Latifah