Pendugaan penyerapan CO
2
oleh suatu ekosistem dapat dilakukan dengan terlebih
dahulu menduga nilai dinamika karbon yang dapat digambarkan dengan nilai stok dan fluks
karbon. Metode pendugaan nilai stok dan fluks karbon dilakukan dengan beragam cara.
Sebagai contoh untuk nilai pendugaan penyerapan CO
2
di dalam ekosistem hutan menggunakan nilai fluks karbon dapat
dilakukan dengan terlebih dahulu menduga nilai NPP hutan yang kemudian dengan
menggunakan nilai konversi C ke CO
2
didapatkan nilai penyerapan CO
2
.
2.6.1. Stok Karbon
Hairiah et al. 2011 menyatakan bahwa pada ekosistem daratan, cadangan karbon
disimpan dalam 3 komponen pokok, yaitu: 1. Bagian hidup biomasa: masa dari
bagian vegetasi yang masih hidup yaitu batang, ranting dan tajuk pohon
berikut akar
atau estimasinya,
tumbuhan bawah atau gulma dan tanaman semusim.
2. Bagian mati nekromasa: masa dari bagian pohon yang telah mati baik
yang masih tegak di lahan batang atau tunggul
pohon, kayu
tumbangtergeletak di
permukaan tanah, tonggak atau ranting dan daun-
daun gugur seresah yang belum terlapuk.
3. Tanah bahan organik tanah: sisa makhluk hidup tanaman, hewan dan
manusia yang
telah mengalami
pelapukan baik sebagian maupun seluruhnya dan telah menjadi bagian
dari tanah. Ukuran partikel biasanya lebih kecil dari 2 mm.
Berdasarkan keberadaannya di alam, ketiga komponen karbon tersebut dapat
dibedakan menjadi 2 kelompok yaitu: a. Karbon di atas permukaan tanah, meliputi:
Biomasa
pohon .
Proporsi terbesar
cadangan karbon di daratan umumnya terdapat pada komponen pepohonan.
Untuk mengurangi tindakan perusakan selama pengukuran, biomasa pohon dapat
diestimasi dengan
menggunakan persamaan allometrik yang didasarkan
pada pengukuran diameter batang dan tinggi pohon, jika ada.
Biomasa tumbuhan bawah.
Tumbuhan bawah meliputi semak belukar yang
berdiameter batang 5 cm, tumbuhan menjalar, rumput-rumputan atau gulma.
Estimasi biomasa
tumbuhan bawah
dilakukan dengan mengambil bagian tanaman melibatkan perusakan.
Nekromasa.
Batang pohon mati baik yang masih tegak atau telah tumbang dan
tergeletak di permukaan tanah, yang merupakan komponen penting dari C dan
harus diukur pula agar diperoleh estimasi cadangan karbon yang akurat.
Seresah meliputi bagian tanaman yang
telah gugur berupa daun dan ranting- ranting yang terletak di permukaan tanah.
b. Karbon di dalam tanah, meliputi:
Biomasa akar. Akar mentransfer karbon dalam jumlah besar langsung ke
dalam tanah, dan keberadaannya dalam tanah
bisa cukup lama. Pada tanah hutan biomasa akar lebih didominasi oleh akar-
akar besar diameter 2 mm, sedangkan
pada tanah pertanian lebih didominasi oleh akar-akar halus yang lebih pendek daur
hidupnya. Biomasa akar dapat pula diestimasi berdasarkan diameter akar akar
utama,
sama dengan
cara untuk
mengestimasi biomasa
pohon yang
didasarkan pada diameter batang.
Bahan organik tanah
.
Sisa tanaman, hewan dan manusia yang ada di permukaan dan
di dalam tanah, sebagian atau seluruhnya dirombak oleh organisme tanah sehingga
melapuk dan menyatu dengan tanah, dinamakan bahan organik tanah.
Konsentrasi C dalam bahan organik biasanya sekitar 46, oleh karena itu estimasi
jumlah C tersimpan per komponen dapat dihitung dengan mengalikan total berat
masanya dengan konsentrasi C, sebagai berikut:
2.6.2. Fluks Karbon Selama proses fotosintesis tanaman
mengikat CO
2
dari atmosfer. Banyaknya karbon yang diikat selama proses fotosintesis
disebut dengan Gross Primary Production GPP. Beberapa CO
2
yang diikat digunakan oleh
tanaman sendiri
untuk proses
metabolisme sebagian besar untuk respirasi dan pada proses ini, CO
2
kembali lagi ke atmosfer. Karbon yang tidak digunakan dalam
proses respirasi
dan digunakan
untuk membentuk biomassa pada tanaman, inilah
yang disebut dengan Net Primary production NPP June et al. 2006.
Fahey dan Knapp 2007 mendefinisikan produktivitas primer sebagai tingkat dimana
energi disimpan dalam bahan organik dari Berat kering biomasa atau nekromasa kg ha
-1
x 0.46
tanaman per satuan luas permukaan bumi. Hal ini sering diungkapkan dalam unit bahan
kering misalnya, gram kering massa m
-
2
tahun
-1
. Produktivitas primer bruto gross primary production
adalah jumlah energi tetap atau bahan organik yang diciptakan
oleh tumbuhan dalam fotosintesis per unit areal tanah per unit waktu. Namun, tanaman
menggunakan sejumlah besar bahan organik yang mereka hasilkan untuk kebutuhan
mereka sendiri seperti untuk respirasi. Produktivitas primer bersih Net Primary
Production
adalah jumlah bahan organik yang tersisa setelah respirasi. Menurut Clark
2001, NPP adalah selisih antara total fotosintesis Gross Primary Production dan
respirasi total tanaman di suatu ekosistem. Walaupun pengertian NPP bisa dijelaskan
seperti itu, namun kenyataannya di lapangan, nilai NPP tidak bisa semerta
– merta di dapatkan dengan hanya mengetahui perbedaan
nilai hasil fotosintesis dan respirasi. Definisi lain NPP yakni bahan organik yang
diproduksi selama suatu interval tertentu. Namun demikian nilai hasil produksi ini tidak
bisa
langsung diukur
karena proses
transformasi seperti
konsumsi dan
dekomposisi selama interval pengukuran diestimasi berdasarkan beragam pengukuran
dan asumsi yang mendasari. NPP didefinisikan sebagai fluks karbon
bersih dari atmosfer ke dalam tanaman hijau per satuan waktu. NPP mengacu pada tingkat
proses seperti jumlah produksi materi dedaunan NPP per hari, minggu, atau tahun.
NPP adalah variabel ekologi dasar, hal ini tidak hanya karena NPP mengukur input
energi dari biosfer dan asimilasi Karbon Dioksida daratan, tetapi juga karena NPP
adalah faktor signifikan dalam indikasi area penutupan lahan dan luas jarak dalam proses
ekologi. NPP adalah komponen penting dalam siklus karbon dan indikasi dari kualitas
ekosistem. NPP dikendalikan oleh radiasi matahari dan dipengaruhi oleh cahaya, curah
hujan, dan suhu udara. Imanda 2010.
Clark 2001 menambahkan bahwa NPP terdiri dari semua bahan yang bersama-sama
mewakili: 1 jumlah bahan organik baru yang diproduksi oleh tanaman pada akhir interval
waktu, dan 2 jumlah materi organik baik yang dihasilkan atau dihilangkan oleh
tanaman selama interval waktu yang sama. Hal yang sama di ungkapkan oleh Kloeppel et
al
. 2007
yang menyatakan
bahwa Pengukuran produktivitas primer bersih NPP
di ekosistem hutan menyajikan berbagai tantangan karena dimensi yang besar dan
kompleksitas pohon
serta kesulitan
mengkuantifikasi beberapa komponen NPP. Secara umum, pengukuran NPP melibatkan
penjumlahan dua set bahan organik yang berbeda: 1 yang ditambahkan dan ditahan
oleh tanaman selama interval pengukuran selisih biomassa bersih dan 2 yang
dihasilkan, namun hilang oleh tanaman selama selang yang sama.
Gambar 7 NPP global dari vegetasi selama Januari sampai Februari 2010.
sumber : http:earthobservatory.nasa.govGlobalMaps
Gambar 7 memperlihatkan secara global, rata
– rata tahunan NPP dari vegetasi selama Januari sampai Februari 2010. Dalam gambar
ini, vegetasi digambarkan sebagai skala atau indeks kehijauan. Kehijauan didasarkan pada
beberapa faktor yakni , jumlah dan jenis dari tanaman, seberapa rindang dan seberapa sehat
tanaman tersebut. Di tempat dimana kerapatan daun
– daunan dan pertumbuhan tanaman cepat, indeks menjadi tinggi, diperlihatkan
dengan warna hijau yang tua. Wilayah dimana sedikit tanaman tumbuh memiliki indeks yang
rendah, diperlihatkan dengan warna coklat. Pola yang dapat diperlihatkan pada gambar
tersebut adalah, kehijauan vegetasi tinggi didekat khatulistiwa sepanjang tahun, dimana
suhu, curah hujan, dan cahaya matahari melimpah. Antara khatulistiwa dan kutub,
kehijauan vegetasi naik turun sesuai perubahan musim.
Banyak model menyusun pendugaan NPP skala regional dan global dan model
– model tersebut dapat di klasifikasikan dalam 3
tipe, yaitu model iklim, model proses, dan model efisiensi penggunaan energi. Model
iklim menduga dengan menentukan hubungan statistik antara NPP dengan data iklim. Model
proses menduga NPP berdasarkan fisiologi tanaman dan proses ekologi. Model efisiensi
penggunaan energi menggunakan efisiensi penggunaan energi dan hubungan antara
indeks vegetasi dengan fAPAR Fraction Of
Photosynthetically Active Radiation untuk
menduga radiasi yang diserap oleh tanaman untuk mengestimasi nilai NPP. Karena model
efisiensi penggunaan energi adalah model yang paling sederhana dibandingkan dengan
model lainnya dan mengggunakan data penginderaan jauh, model ini yang paling
banyak digunakan untuk menduga NPP Imanda 2010.
Perkembangan teknologi penginderaan jauh menunjukkan potensi untuk menduga
nilai NPP Seaquist et al. 2003 dalam Lagergren
et al
2005. Dengan
mengkombinasikan model dan teknologi dari penginderaan jauh dan sistem informasi
geografi, NPP dapat diduga di wilayah ekosistem yang luas June et al. 2006.
Konsep yang paling umum digunakan untuk menduga NPP dari data penginderaan jauh
adalah
dengan menggunakan
Absorbed Photosynthetically Active Radiation
APAR dan efisiensi penggunaan radiasi matahari
Monteith 1972 dalam Lagergren et al. 2005.
Penggunaan teknik penginderaan jauh untuk
menduga NPP
adalah dengan
menggunakan model efisiensi penggunaan radiasi matahari yang menggunakan teknik
penginderaan jauh
dari fraksi
radiasi fotosintesis
yang diserap
untuk memperkirakan nilai maksimum asimilasi
karbon dan kemudian menyesuaikannya dengan
kondisi iklim
menggunakan serangkaian respon algoritma iklim sederhana.
Luo et al., 2004 dalam Ollinger et al., 2007. Model
efisien penggunaan
radiasi matahari dibangun di atas dua asumsi
mendasar Running et al. 2004 dalam Yuan et al.
2007 : 1 bahwa GPP ekosistem secara langsung berkaitan dengan radiasi
Absorbed Photosymthetically Active Radiation APAR melalui efisiensi penggunaan radiasi
matahari, dimana efisiensi penggunaan radiasi matahari didefinisikan sebagai jumlah karbon
yang dihasilkan per unit APAR dan 2 bahwa efisiensi penggunaan radiasi matahari dapat
dikurangi di bawah nilai potensi teoritis dengan tekanan lingkungan seperti suhu
rendah atau kekurangan air Landsberg, 1986 dalam Yuan et al. 2007. Bentuk umum dari
model efisiensi penggunaan radiasi matahari adalah :
GPP = fAPAR x PAR x ε
max
x f Dimana
PAR adalah
Photosynthetically Active Radiation MJ m
-2
per periode waktu hari atau bulan, fAPAR adalah fraksi PAR yang diserap oleh kanopi
tanaman, ε
max
adalah efisiensi penggunaan radiasi matahari potensial g C m
-2
MJ
-1
APAR tanpa adanya stress lingkungan, f adalah skala variasi yang nilainya berkisar
dari 0 – 1 memperlihatkan reduksi dari
efisiensi penggunaan radiasi potensial dalam membatasi kondisi lingkungan.
Pendekatan awal untuk menduga NPP pertama kali dilakukan oleh Monteith
1972;1974 yang menyatakan bahwa dCdt akumulasi karbon per unit waktu, saat unit
waktu 1 tahun, maka dCdt adalah NPP sebagai hasil dari efisiensi kanopi e, mol CO
2
mol
-1
PAR atau gC MJ
-1
, fraksi PAR fAPAR yang diserap oleh kanopi dan PAR
harian yang mencapai bagian atas kanopi, dirumuskan sebagai berikut :
365
NPP = Σ e fAPAR PAR
i 1
Kemudian Ito dan Oikawa 2004 menjelaskan bahwa NPP merupakan salah
satu indikasi yang mewakili fungsi ekosistem. NPP diduga berdasarkan hasil dari perbedaan
antara Gross Primary Production GPP dengan respirasi tanaman autotrofik AR :
NPP = GPP – AR
Dengan demikian,
rasio antara
NPPGPP yang lebih besar dibandingkan besarnya kehilangan karbon akibat respirasi
mengindikasikan efektifitas dari produksi bahan kering fotosintesis.
Pengukuran NPP yang akurat sangat penting untuk pengembangan dan validasi
model simulasi yang mampu memperluas skala temporal dan spasial dari prediksi
dinamika ekosistem. Selain itu, pengukuran NPP dapat memberikan dasar perbandingan
untuk pengukuran pertukaran karbon yang lebih aerodinamis dari sebuah ekosistem
Goulden et al, 1996 dalam Fahey dan Knapp 2007.
Simulasi GPP pada berbagai skala spasial dan temporal telah menjadi tantangan
utama dalam mengukur siklus karbon global Canadell et al. 2000 dalam Yuan et al.
2007. Di antara semua metode pendugaan, model efisiensi penggunaan radiasi matahari
paling memadai untuk menangani dinamika spasial dan temporal dari pendugaan GPP
karena basis teoritis dan praktis Running et al.
2000 dalam Yuan et al. 2007.
2.7 Efisiensi Penggunaan Radiasi Matahari