Development of 2nd Prototype and Performance Test of Variable Rate Granular Applicator for Paddy Field with Precision Farming Concept
PENGEMBANGAN PROTOTIPE II DAN UJI KINERJA MESIN
PEMUPUK DOSIS VARIABEL (Variable Rate Granular Applicator)
PADA BUDIDAYA PADI SAWAH DENGAN KONSEP PERTANIAN
PRESISI
PANDU GUNAWAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pengembangan Prototipe II dan Uji
Kinerja Mesin Pemupuk Dosis Variabel (Variable Rate Granular Applicator) pada
Budidaya Padi Sawah dengan Konsep Pertanian Presisi adalah karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dengan pendanaan dari program I-MHERE B.2.C IPB
dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Januari 2013
Pandu Gunawan
NIM F151100061
ABSTRACT
PANDU GUNAWAN. Development of 2nd Prototype and Performance Test of Variable
Rate Granular Applicator for Paddy Field with Precision Farming Concept. Supervised
by RADITE P. A. SETIAWAN and I WAYAN ASTIKA.
The development of variable rate granular applicator for paddy field has been
started since 2010 by Azis and 2011 by Sapsal. The machine based on modified riding
type paddy transplanter tractor equipped with electronic controlled fertilizer applicator.
It has ability to perform variable rate on dose of application using urea, phosphor, and
NPK compound. The developed variable rate applicator (VRA) equipped with digital
controlled metering devices so that the dose of application could be given accurately
and the amount of application could be changed in flexible way according to
recommended dose. The machine has 4 units of metering devices, has 8 application
rows, and equipped with pneumatic diffusers. RTK-DGPS was used to monitor the
position of the VRA in the field. Performance tests had been done for several
parameters, included uniformity of air flow at each diffuser, granular fertilizer spreader
pattern, and linearity of actual amount of fertilizer with respect to the commanded dose.
Average rate of air flow in each diffuser was 0.0073 m3/s, with 7.23 % CV. Total
working width of the machine was about 5 m. Field capacity was about 0.94 ha/hour on
750 m2 paddy field and 1.13 ha/hour on 1200 m2 paddy field. The results of the tests on
metering dose showed that the develop VRA could spread fertilizer uniformly and gave
accurate application dose. The yield result showed that uniformity of unhulled rice
production was reached 74.7%.
Keywords: Variable Rate Technology, Uniform Rate Technology, fertilization, paddy,
precision farming
RINGKASAN
PANDU GUNAWAN. Pengembangan Prototipe II dan Uji Kinerja Mesin Pemupuk
Dosis Variabel (Variable Rate Granular Applicator) pada Budidaya Padi Sawah dengan
Konsep Pertanian Presisi. Dibimbing oleh RADITE P. A. SETIAWAN dan I WAYAN
ASTIKA.
Pertanian presisi merupakan konsep produksi pertanian yang menekankan pada
pengumpulan data spesifik lokasi untuk pengambilan keputusan mengenai produksi
pertanian yang sesuai dengan lokasi tertentu. Salah satu proses budidaya pertanian yang
mengikuti konsep pertanian presisi adalah pemupukan. Hubungan pupuk dan tanaman
menjadi salah satu parameter yang akan menentukan hasil panen disamping faktor
lingkungan dan kinerja petani. Aplikasi pupuk pada media tanam harus dilakukan sesuai
dengan kebutuhan unsur hara media tanam agar diperoleh tingkat efektifitas dan
efisiensi yang tinggi pada proses budidaya. Kebutuhan tanah terhadap unsur hara
dengan dosis yang tepat untuk mendukung pertumbuhan tanaman seringkali tidak
terpenuhi oleh metode pemupukan URT (Uniform Rate Technology). Hal tersebut
membuat jumlah pupuk yang diaplikasikan ke lahan menjadi tidak sesuai dengan
kebutuhan hara tanah sehingga ketidakseragaman pertumbuhan tanaman dapat terjadi.
Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan mesin pemupuk berbasis kontrol otomatik yang
dapat memupuk dengan dosis yang tepat, waktu yang tepat, dan lokasi yang tepat.
Penelitian ini bertujuan untuk menerapkan konsep pertanian presisi yaitu, tepat
dosis, tepat waktu dan tepat lokasi bagi pemupukan padi sawah. Detail capaian yang
diinginkan dari penelitian ini antara lain: Melakukan pengembangan prototipe I mesin
VRT Granular Applicator. Pengembangan dilakukan dengan melengkapi sistem
navigasi RTK-DGPS dan penghembus udara bertekanan untuk penyaluran pupuk.
Selanjutnya uji kinerja mesin dilakukan pada pemupukan budidaya padi sawah untuk
menganalisis kapasitas lapangan efektif dari penggunaan mesin pemupuk dosis variabel
di lahan sawah, serta menganalisis tingkat keseragaman hasil budidaya padi sawah yang
telah dipupuk menggunakan Variable Rate Technology (VRT).
Penelitian dilakukan selama bulan Januari 2012-November 2012. Hasil
pengembangan prototipe mesin pemupuk dosis variabel berupa implemen mesin yang
dapat digandeng dengan traktor perawatan lahan sawah dan telah dilengkapi
penghembus udara bertekanan untuk penyebaran pupuk. Uji kinerja mesin telah
dilakukan pada dua lahan sawah yang terletak pada Lab. Lapangan Siswadhi Soepardjo
dan lahan sawah petani di daerah Cikarawang. Mesin pemupuk dosis variabel memiliki
kapasitas lapangan sebesar 0.94 ha/jam pada lahan percobaan Lab. Lapangan Siswadhi
Soepardjo dengan luas 750 m2 dan 1.13 ha/jam pada lahan sawah petani di Cikarawang
dengan luas 1200 m2. Kapasitas lapangan efektif rata-rata mesin pada aplikasi di dua
lokasi tersebut adalah 1.04 ha/jam. Lebar kerja mesin 4.8 m dan bekerja pada kecepatan
maju rata-rata 0.7 m/detik. Penjatah pupuk memiliki akurasi yang cukup tinggi dengan
tingkat kesalahan rata-rata dibawah 5% dari dosis yang diperintahkan. Sistem
pneumatik bekerja dengan baik untuk menyebarkan pupuk pada aplikasi di lapangan.
Pola sebaran pupuk secara umum mengikuti pola trapezoidal dan W-shaped pattern
(konsentrasi pupuk merata di tengah lebar kerja namun rendah di ujung kanan dan kiri
lebar kerja) pada pengujian dosis yang berbeda-beda. Tingkat keseragaman hasil
produksi gabah pada kedua lahan memiliki nilai 74% dan 70.4%. Dibandingkan dengan
data keseragaman metode URT, pemupukan VRT memiliki tingkat keseragaman hasil
yang lebih tinggi. Pada penelitian ini pemupukan VRT juga dapat menurunkan
penggunaan pupuk sebesar 1-3% tergantung pada kebutuhan tanaman padi yang diukur
menggunakan BWD, namun potensi penghematan pupuk dapat mencapai 13% jika
terdapat variasi kebutuhan yang besar antar blok aplikasi. Teknologi pemupukan dosis
variabel memiliki potensi yang besar untuk dikembangkan. Penerapannya pada
budidaya padi sawah diharapkan dapat mengurangi dampak lingkungan akibat
pemberian pupuk dalam jumlah yang berlebihan pada tanaman padi.
Kata kunci: Variable Rate Technology, Uniform Rate Technology, pemupukan, padi,
pertanian presisi
©Hak Cipta milik IPB, tahun 2013
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu
masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam
bentuk apapun tanpa izin IPB.
PENGEMBANGAN PROTOTIPE II DAN UJI KINERJA MESIN
PEMUPUK DOSIS VARIABEL (Variable Rate Granular Applicator)
PADA BUDIDAYA PADI SAWAH DENGAN KONSEP PERTANIAN
PRESISI
PANDU GUNAWAN
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S
Judul Tesis
: Pengembangan Prototipe II dan Uji Kinerja Mesin PemupukaDosis
iaiVariabeli(Variable Rate Granular Applicator) pada Budidaya Padi
iaiSawah dengan Konsep Pertanian Presisi.
Nama
: Pandu Gunawan
NIM
: F151100061
Program Studi : Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Radite P. A. Setiawan, M.Agr
Ketua
Dr. Ir. I Wayan Astika, M.Si
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian : 9 Januari 2013
Tangggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya
sehingga karya ilmiah dengan judul Pengembangan Prototipe II dan Uji Kinerja Mesin
Pemupuk Dosis Variabel (Variable Rate Granular Applicator) pada Budidaya Padi
Sawah dengan Konsep Pertanian Presisi. Penelitian dilaksanakan mulai bulan Januari
sampai dengan November 2012 di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi,
Laboratorium Lapangan Siswadi Soepardjo, dan lahan sawah petani di daerah
Cikarawang, Bogor. Penelitian ini dibiayai oleh program IM-HERE B.2.C. Sebagian
hasil penelitian ini telah dipresentasikan pada seminar internasional I-MHERE dengan
judul “Modifikasi dan Uji Kinerja Mesin Pemupuk Dosis Variabel pada Budidaya Padi
Sawah” pada tanggal 5-6 September 2012 di Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Radite P.A Setiawan, M.Agr
selaku pembimbing pertama atas segala bimbingan, arahan dan masukannya selama
proses penelitian berlangsung hingga penulisan tesis ini selesai dan Bapak Dr. Ir. I
Wayan Astika, M.Agr selaku pembimbing kedua atas segala koreksi, bimbingan dan
arahannya dalam menyusun tesis ini serta Bapak Dr. Ir. Wawan Hermawan MS sebagai
dosen penguji luar komisi. Ucapan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Radite P.A
Setiawan, M.Agr selaku ketua peneliti pada Program IM-HERE B.2.C tahun 2009 2012 atas kesempatan dan kepercayaan yang diberikan kepada penulis menjadi bagian
dalam penelitian. Teman-teman TMP 2010 dan TMB 45 atas dukungan dan
semangatnya. Staf, laboran dan teknisi laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian,
Fateta IPB. Kedua orang tua Bapak Ir. Broto Wibowo dan Dra. Sri Handayani, serta istri
tercinta Astiti Puriwigati STP atas segala pengorbanan dan dukungan yang tak ternilai
yang diberikan kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya untuk kemajuan
ilmu dan pengetahuan bangsa Indonesia.
Bogor, Januari 2013
Pandu Gunawan
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tangga 9 Mei 1987 di Karang Anyar, Solo, Jawa
Tengah. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara, putra dari pasangan Ir.
Broto Wibowo dan Dra. Sri Handayani. Penulis telah menikah dan memiliki isteri yang
bernama Astiti Puriwigati, STP.
Pada tahun 2005 penulis menyelesaikan studi jenjang menengah atas di SMA
Negeri 1 Bogor. Masuk IPB melalui jalur USMI, penulis menjadi civitas akademika IPB
pada tahun yang sama. Pada tahun 2006, penulis masuk ke Departemen Teknik
Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis menyelesaikan masa studi S1 selama
empat setengah tahun dan lulus pada akhir tahun 2009. Selama mengikuti perkuliahan,
penulis aktif menjadi asisten mata kuliah dan asisten praktikum di Departemen Teknik
Pertanian. Mata kuliah dan praktikum yang diampu antara lain: Motor dan Tenaga
Pertanian, Gambar Teknik, Statika dan Dinamika, Ilmu Ukur Wilayah, dan Teknologi
Perkebunan (D3). Penulis aktif mengikuti lomba dan karya ilmiah, pada tahun 2007
penulis memperoleh Juara III lomba karya tulis ilmiah tingkat IPB. Beberapa kegiatan
seminar maupun international course pernah diikuti penulis untuk mewakili IPB,
seperti beberapa diantaranya: menjadi MC pada seminar International Society of Paddy
and Water Environment Engineering (PAWEES) di Bogor tahun 2009, menjadi
pemakalah pada simposium internasional Agricultural Engineering Towards
Sustainable Agriculture in Asia di Bogor tahun 2009, dan menjadi peserta mewakili IPB
pada Intensive English IELSP di Ohio University tahun 2009.
Pada tahun 2010 penulis meraih beasiswa I-MHERE B2c untuk meneruskan
studi magister di Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Fakultas
Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Pada tahun 2011 penulis meraih Juara I dalam
kontes desain skala nasional (Art and Technology Design Awards) yang diadakan oleh
Indonesian Contemporary Art and Design (ICAD) dengan inovasi “jabuma: pengering
alas kaki portabel tenaga gas buang kendaraan bermotor”. Selama masa perkuliahan
penulis mengikuti beberapa kegiatan untuk mewakili IPB, seperti diantaranya: peserta
pada summer course dan winter course di Ibaraki University, menjadi pemakalah pada
International Student Conference at Ibaraki University (ISCIU) VII di Ibaraki
University, dan menjadi pemakalah pada seminar internasional I-MHERE di Bogor.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI
xix
DAFTAR TABEL
xxi
DAFTAR GAMBAR
xxiii
DAFTAR LAMPIRAN
xxvii
1 PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
3
Kegunaan Penelitian
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
5
Konsep Pertanian Presisi
5
Global Positioning System (GPS)
6
Geographic Information System (GIS)
10
Variable Rate Applicator (VRA)
12
Peranan Unsur N, P, dan K dalam Pertumbuhan Tanaman Padi
13
Rekomendasi Takaran Pupuk
14
Teknis Pemupukan Padi Sawah
16
3 METODE PENELITIAN
19
Waktu dan Tempat Penelitian
19
Alat dan Bahan Penelitian
19
Tahapan Penelitian
20
4 PENDEKATAN RANCANGAN
27
Rancangan Fungsional
27
Rancangan Struktural
31
xix
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Simulasi Prototipe II Mesin Pemupuk Dosis Variabel
41
Pengembangan Prototipe Mesin Pemupuk Dosis Variabel
51
Uji Statik Mesin Pemupuk Dosis Variabel
62
Uji Lapangan
74
6 KESIMPULAN DAN SARAN
xx
41
97
Kesimpulan
97
Saran
97
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Rekomendasi Pemberian Pupuk N
15
2 Rekomendasi Pemberian Pupuk P
15
3 Rekomendasi Pemberian Pupuk K
16
4 Tahapan Dosis Pemupukan
16
5 Kehilangan tekanan akibat belokan dan percabangan dalam satuan feet
(HyperGEAR, 2007)
38
6 Data simulasi pembagi tekanan
47
7 Data simulasi modifikasi pembagi aliran pada pipa diffuser
49
8 Tingkat error pada penjatah pupuk
65
9 Tingkat error pada penjatah pupuk setelah kalibrasi
66
10 Data pengukuran kecepatan alir udara pada pembagi tekanan
68
11 Nilai koefisien kekasaran bahan (Chaurette, 2003)
68
12 Data pengukuran kecepatan udara penghembus pupuk
69
13 Hasil pengukuran kecepatan aliran udara diffuser 1-8
70
xxi
xxii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Tahapan pertanian presisi (Chartuni, 2007)
5
2 Ilustrasi penentuan lokasi menggunakan GPS (Bao, 2005)
7
3 Penggunaan DGPS (El-Rabbany, 2002)
9
4 Penggunaan DGPS untuk penyemprotan (El-Rabbany, 2002)
9
5 Hasil pengolahan GIS
10
6 Pemetaan gulma pada lahan kedelai (Solahudin, 2006)
11
7 Peta kondisi tanaman padi berdasarkan BWD (Astika, 2010)
11
8 Uji kontrol dosis pupuk (Azis, 2010)
12
9 Mesin pemupuk dosis variabel (Setiawan, 2010)
13
10 Tahapan penelitian
20
11 Tahapan Proses Pengembangan Mesin Pemupuk Laju Variabel
21
12 Modifikasi mesin pemupuk dosis variabel
22
13 Sentrifugal blower tipe CFAB-CZR
22
14 Tahap uji kinerja mesin pemupuk laju variabel
23
15 Mesin pemupuk dosis variabel
30
16 Tiga titik gandeng
31
17 Rangkaian puli dan sabuk
32
18 Diagram pemilihan sabuk-V (Sularso, 2004)
32
19 Hasil simulasi pembagi tekanan
34
20 Rangka blower dan hopper
35
21 Pusat massa rangka
35
22 Saluran udara bertekanan pada rangka
37
23 Pembagian saluran udara bertekanan
39
24 Dimensi dan ukuran rotor (Azis, 2011)
39
xxiii
25 Dimensi dan ukuran hopper (Azis 2011)
40
26 Simulasi beban pada rangka utama
42
27 Simulasi defleksi rangka utama
42
28 Simulasi rangka utama yang dimodifikasi
43
29 Simulasi tingkat defleksi rangka utama yang dimodifikasi
43
30 Ilustrasi beban pada kunci mekanik
44
31 Simulasi torsi putar pada universal joint
45
32 Beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk
46
33 Simulasi aliran udara pada komponen pembagi aliran
46
34 Simulasi kecepatan udara pada komponen penghembus butiran pupuk
48
35 Hasil simulasi awal pembagi aliran pada pipa menuju diffuser (inzet: penurunan
kecepatan udara yang dapat menghambat aliran pupuk)
48
36 Hasil simulasi modifikasi lidah sirip pada pembagi aliran
49
37 Simulasi aliran pupuk di saluran penghembus
50
38 Simulasi aliran pupuk pada saluran penghubung diffuser (inzet: perbesaran bagian
pemisah) 51
39 Modifikasi rangka utama
52
40 Modifikasi lengan diffuser
52
41 Ilustrasi kerja kunci mekanik
53
42 Kunci mekanik
53
43 Penggunaan universal joint pada mesin pemupuk
54
44 Sistem transmisi puli sabuk
55
45 Gearbox TA-30
56
46 Kopling cakar
57
47 Penempatan komponen sistem pneumatik
57
48 Sistem pneumatik
58
xxiv
49 Komponen RTK-DGPS: (a) GPS antenna, (b) console unit, (c) radio receiver, (d)
base station
59
50 Letak GPS antenna dan radio receiver
60
51 Console unit pada traktor
60
52 Tata letak komponen sistem navigasi pada traktor
61
53 Unit kontrol tambahan (atas) dan unit kontrol utama (bawah)
61
54 Skema kerja unit kontrol tambahan
61
55 Mesin pemupuk dosis variabel
62
56 Komponen-komponen pada mesin pemupuk dosis variabel
63
57 Komponen penjatah pupuk
63
58 Hasil kalibrasi penjatah pupuk
64
59 Grafik hasil validasi penjatah pupuk
65
60 Komponen pembagi aliran udara terpasang pada traktor
67
61 Pengukuran kecepatan aliran udara di pembagi tekanan
67
62 Komponen penghembus butiran pupuk
69
63 Komponen diffuser(kiri); komponen lidah sirip (kanan)
70
64 Komponen penghembus pupuk
71
65 Ilustrasi pola tumpang tindih sebaran pupuk
72
66 Pengujian sebaran pupuk pada komponen diffuser
72
67 Sebaran pupuk pada lebar kerja mesin pemupuk dosis variabel
73
68 Sebaran butiran pupuk di lahan
74
69 Pengukuran warna daun padi (kiri) dan peta kebutuhan pupuk (kanan)
75
70 Peta kebutuhan dosis pupuk
76
71 Ilustrasi perhitungan dosis aplikasi pupuk
77
72 Jalur aplikasi mesin pemupuk dosis variabel (kiri); gladi resik sebelum pemupukan
(kanan) 78
xxv
73 Indikasi kesalahan pada dosis target aplikasi pupuk oleh GPS3
79
74 Hasil cek dosis target yang telah sesuai
79
75 Jalur aplikasi pupuk di lahan Lab. Lapangan Siswadhi Soepardjo
80
76 Aplikasi pupuk di lahan Lab. Lapangan Siswadhi Soepardjo
81
77 Pengangkutan mesin pemupuk dosis variabel
82
78 Jalur aplikasi pupuk di lahan Cikarawang
82
79 Aplikasi pupuk di lahan Cikarawang
83
80 Peta jumlah pupuk yang dikeluarkan oleh mesin pada aplikasi pemupukan
86
81 Penandaan blok panen pada lahan sawah
87
82 Proses pemanenan
88
83 Penimbangan biomasa padi
88
84 Proses perontokkan padi
89
85 Sampel gabah pada saat uji kadar air
89
86 Peta produksi gabah di lokasi I
90
87 Peta produksi gabah di lokasi II
91
88 Bulir padi rontok akibat serangan hama burung di Lab. Lapangan Siswadhi
Soepardjo
93
89 Peta lokasi lahan percobaan di Cikarawang
94
90 Kondisi muka air Situ Gede
95
91 Peta posisi tanaman yang dirusak
95
xxvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Gambar Piktorial Mesin Pemupuk Dosis Variabel
105
2 Gambar Orthogonal Mesin Pemupuk Dosis Variabel
106
3 Gambar Komponen Mesin Pemupuk Dosis Variabel
107
4 Gambar Piktorial Tiga Titik Gandeng
108
5 Gambar Orthogonal Tiga Titik Gandeng
109
6 Gambar Piktorial Universal Joint
110
7 Gambar Orthogonal Universal Joint
111
8 Gambar Piktorial Sistem Puli-Sabuk
112
9 Gambar Orthogonal Sistem Puli-Sabuk
113
10 Gambar Piktorial Gearbox
114
11 Gambar Orthogonal Gearbox
115
12 Gambar Piktorial Blower
116
13 Gambar Orthogonal Blower
117
14 Gambar Piktorial Rangka Utama
118
15 Gambar Orthogonal Rangka Utama
119
16 Gambar Piktorial Pembagi Aliran Udara
120
17 Gambar Orthogonal Pembagi Aliran Udara
121
18 Gambar Piktorial Rangka Hopper
122
19 Gambar Orthogonal Rangka Hopper
123
20 Gambar Piktorial Hopper dan Penjatah Pupuk
124
21 Gambar Orthogonal Hopper dan Penjatah Pupuk
125
22 Gambar Piktorial Rangka Diffuser dan Diffuser
126
23 Gambar Orthogonal Rangka Diffuser dan Diffuser
127
xxvii
24 Kode Program Navigasi Mikrokontroler ATmega 16
128
25 Kode Program GPS3
133
xxviii
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pertanian presisi merupakan konsep produksi pertanian yang menekankan pada
pengumpulan data spesifik lokasi untuk pengambilan keputusan mengenai produksi
pertanian yang sesuai dengan lokasi tertentu. Salah satu proses budidaya pertanian yang
mengikuti konsep pertanian presisi adalah pemupukan. Pemupukan merupakan proses
budidaya tanaman yang sangat penting. Hubungan pupuk dan tanaman menjadi salah
satu parameter yang akan menentukan hasil panen disamping faktor lingkungan dan
kinerja petani. Aplikasi pupuk pada media tanam harus dilakukan sesuai dengan
kebutuhan unsur hara media tanam agar diperoleh tingkat efektifitas dan efisiensi yang
tinggi pada proses budidaya.
Tanah sebagai salah satu media tanam yang paling banyak digunakan dalam
menumbuhkan tanaman memiliki karakter kimia dan kandungan hara yang sangat
beragam. Keragaman unsur hara tersebut berpengaruh kepada tanaman yang akan
ditumbuhkan karena setiap jenis tanaman memerlukan porsi hara yang berbeda-beda
bagi pertumbuhannya. Pada kenyataanya, jumlah unsur hara yang terkandung dalam
tanah terkadang sesuai dengan kebutuhan, melebihi kebutuhan, atau malah kurang dari
yang dibutuhkan oleh tanaman. Untuk memperbaiki keragaman hara tanah yang terjadi,
maka pada setiap awal proses penanaman dilakukan penambahan unsur hara melalui
pemupukan. Namun, penambahan hara pada tanah tidak serta merta menghasilkan
pertumbuhan tanaman yang lebih baik. Pada kadar tertentu, jumlah unsur hara yang
ditambahkan dapat menghasilkan pertumbuhan tanaman yang baik tetapi jika proses
penambahan dilakukan secara berlebihan maka kualitas pertumbuhan tanaman tidak
akan setara dengan penambahan jumlah pupuk dan hanya akan membuang pupuk secara
percuma. Proses pemberian unsur hara (pemupukan) dengan dosis yang tepat bagi
pertumbuhan tanaman sangat diperlukan. Salah satu teknologi yang dapat memenuhi
kebutuhan tersebut adalah mesin pupuk dosis variabel.
Mesin pupuk dosis variabel (variable rate fertilizer applicator) merupakan
sebuah mesin yang dibuat dengan konsep VRT (Variable Rate Technology) dan
memiliki sistem terintergrasi untuk mengetahui kondisi hara tanah serta mengeluarkan
jumlah pupuk sesuai dengan yang dibutuhkan tanah tersebut. Mengusung konsep
2
pertanian presisi, kinerja mesin pupuk dosis variabel didukung oleh perangkat teknologi
pelacak posisi (GPS), peta digital kebutuhan unsur hara tanah, dan unit aplikator yang
dilengkapi dengan kemampuan penjatahan pupuk dengan dosis yang bervariasi.
Penelitian yang telah dilakukan untuk membuat mesin pupuk dosis variabel
antara lain: pengontrolan kecepatan putar metering device menggunakan PID (Azis,
2010) dan pembuatan empat unit aplikator yang dilengkapi dengan RTK-DGPS receiver
(Sapsal, 2011) serta peta kebutuhan hara tanah untuk aplikasi di lahan (Astika, 2010).
Prototipe I mesin pemupuk dosis variabel yang dibuat tahun 2011 belum dilengkapi
oleh beberapa fungsi yang dapat meningkatkan efektifitas kerja mesin di lahan sawah
seperti sistem pneumatik untuk penyebaran pupuk granul ke lahan sawah, sistem
akuisisi data pengeluaran penjatah pupuk, sistem transmisi daya enjin ke unit penghasil
udara bertekanan, dan sistem navigasi RTK-DGPS untuk penentuan lokasi mesin dan
blok aplikasi pupuk di lahan. Pengembangan prototipe II bertujuan untuk membangun
sistem yang memiliki fungsi: penghasil udara bertekanan, pembagi dan penyalur udara
bertekanan, penebar pupuk, transmisi daya enjin ke unit implemen, dan fungsi navigasi
berbasis RTK-DGPS untuk menunjang kerja mesin di lapangan.
Penggunaan mesin pupuk dosis variabel diharapkan dapat meningkatkan
efisiensi waktu kerja dan efektifitas pemupukan dalam budidaya tanaman.
Dibandingkan dengan metode pemupukan URT (Uniform Rate Technology), metode
VRT memiliki potensi untuk memperkecil variasi kondisi hara tanah bagi keseragaman
pertumbuhan tanaman.
Perumusan Masalah
Kebutuhan tanah terhadap unsur hara dengan dosis yang tepat untuk mendukung
pertumbuhan tanaman seringkali tidak terpenuhi oleh metode pemupukan URT. Hal
tersebut membuat jumlah pupuk yang diaplikasikan ke lahan menjadi tidak sesuai
dengan kebutuhan hara tanah sehingga ketidakseragaman pertumbuhan tanaman dapat
terjadi. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan mesin pemupuk berbasis kontrol
otomatik yang dapat memupuk dengan dosis yang tepat, waktu yang tepat, dan lokasi
yang tepat.
3
Tujuan Penelitian
Secara umum tujuan penelitian ini untuk menerapkan konsep pertanian presisi
pelaksanaan pemupukan pada budidaya padi sawah. Lebih jauh lagi tujuan penelitian ini
antara lain:
a. Meningkatkan kinerja prototipe I mesin VRT Granular Applicator (Sapsal,
2011) dengan menambahkan fungsi penghasil udara bertekanan, pembagi dan
penyalur udara bertekanan, penebar pupuk, transmisi daya enjin ke unit
implemen, dan fungsi navigasi menggunakan RTK-DGPS serta menguji kinerja
mesin pada budidaya padi sawah.
b. Mengukur kapasitas lapangan efektif dari penggunaan mesin pemupuk dosis
variabel di lahan sawah.
c. Menganalisis tingkat keseragaman hasil budidaya padi sawah yang telah
dipupuk menggunakan Variable Rate Technology (VRT).
Kegunaan Penelitian
Hasil penelitian ini akan menjadi masukan bagi penerapan konsep pertanian
presisi pada pemupukan padi sawah. Selain itu, hasil penelitian juga dapat dipakai
sebagai masukan bagi pengembangan alat pemupuk dosis variabel untuk budidaya padi
sawah lebih lanjut.
5
2 TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Pertanian Presisi
Pertanian presisi merupakan sebuah konsep manajemen yang mengumpulkan
data dari berbagai sumber untuk menghasilkan sebuah keputusan yang berkenaan
dengan produksi pertanian (Shields, 1998). Menurut Brase (2005), pertanian presisi
(precision agriculture) juga disebut sebagai pertanian spesifik lokasi yang bertujuan
mengumpulkan data untuk pengambilan keputusan mengenai produksi pertanian yang
sesuai dengan lokasi tertentu. Secara umum, pertanian presisi didefinisikan sebagai
sistem menejemen produksi pertanian yang berbasis teknologi informasi untuk
mengidentifikasi,
menganalisis,
dan
mengelola
faktor-faktor
produksi
untuk
mengoptimumkan keuntungan, daya tahan, dan perlindungan sumber daya lahan (Singh,
2007). Menurut Chartuni (2007) ada tiga tahapan dalam penerapan pertanian spesifik,
yaitu: pengumpulan data, intrepretasi data, dan aplikasi di lapangan. Gambar 1
menunjukkan tahapan penerapan pertanian spesifik.
Gambar 1 Tahapan pertanian presisi (Chartuni, 2007)
Pengumpulan data dilakukan untuk mengetahui kondisi komponen-komponen
pendukung produksi, seperti topografi, hara tanah, dan kondisi lingkungan. Data-data
tersebut kemudian diolah dan diinterpretasikan sebagai hasil (keputusan) mengenai
teknis produksi dilapangan. Selanjutnya, aplikasi dari keputusan tersebut dilaksanakan
sebagai pekerjaan produksi di lapangan. Penerapan konsep pertanian presisi memberi
warna baru dalam usaha produksi pertanian di seluruh dunia.
6
Sejak diaplikasikannya GPS (Global Positioning System) lima belas tahun lalu,
konsep pertanian presisi mulai bermunculan di banyak negara. Penggunaan GPS dalam
pertanian banyak dimanfaatkan untuk: aplikasi pestisida, aplikasi kapur, aplikasi pupuk,
dan untuk pemantauan proses panen pada lahan yang sangat luas (Grisso, 2009).
Penggunaan sistem navigasi berbasis GPS membantu operator mengurangi kesalahan
aplikasi dan tumpang tindih dalam pekerjaan lahan yang sebelumnya sangat bergantung
pada akurasi visual.
Selain untuk mengurangi kesalahan faktor manusia dalam pekerjaan,
keuntungan penerapan pertanian presisi dapat dilihat dari dua aspek lainnya, yaitu:
aspek ekonomi dan lingkungan. Keuntungan ekonomi dapat diperoleh karena konsep
pertanian presisi memberi hasil keluaran (keputusan) yang meminimalkan biaya operasi
dan meningkatkan pendapatan. Sementara itu, keuntungan dari sisi lingkungan dapat
diperoleh karena konsep pertanian presisi memiliki kemampuan untuk mengelola
keputusan dalam mengurangi dampak pada sumber daya alam (Brase, 2005). Beberapa
komponen teknologi yang menjadi syarat diterapkannya konsep pertanian presisi antara
lain: Geographical Information Systems (GIS), Global Positioning Systems (GPS),
sensors, Variable Rate Technology (VRT), dan Yield Monitoring (YM) (Rains dan
Thomas, 2009).
Global Positioning System (GPS)
Posisi dari sebuah titik di sebuah ruang dapat diketahui jika dilakukan
pengukuran jarak dari titik tersebut terhadap titik lain yang telah diketahui posisinya
(Bao, 2005). Global Positioning System (GPS) adalah salah satu teknologi kunci yang
memungkinkan penentuan posisi sebuah titik pada pola keruangan. GPS terdiri atas
konstelasi 24 satelit pada ketinggian orbit di atas bumi yang menempati 6 orbit yang
mengelilingi bumi. Satelit ini secara terus menerus mentransmisikan sinyal radio yang
diambil dan diuraikan dengan penerima khusus (Rains dan Thomas 2009). Penentuan
lokasi titik dilakukan menggunakan persamaan (1), (2), dan (3) (Bao, 2005):
√
√
√
(1)
(2)
(3)
7
Karena terdapat tiga parameter yang tidak diketahui dan tiga persamaan
penyelesaian, maka ketiga parameter tersebut seharusnya dapat dicari solusinya. Secara
teoritis, seharusnya terdapat dua solusi pada tiap persamaan karena bentuk persamaan
yang ada adalah persamaan kuadrat ordo kedua. Menggunakan linearisasi dan
pendekatan iterasi, maka ketiga parameter yang tidak diketahui dapat dicari solusinya.
Ilustrasi perhitungan dapat dilihat pada Gambar 2.
Satelit 1
Satelit 3
Satelit 2
Titik yang diukur
Gambar 2 Ilustrasi penentuan lokasi menggunakan GPS (Bao, 2005)
Pembacaan GPS memberikan informasi posisi dalam pasangan latitude-longitude,
tetapi ditransformasikan menjadi koordinat x,y untuk penggunaan dalam sistem
koordinat lapangan. Srivastava et al. (2006) menyatakan bahwa Transformasi
mengasumsikan bumi sebagai elips dengan properti yang diberikan oleh J.P Snyder
pada tahun 1978 dalam Srivastava et al (2006) dan memanfaatkan persamaan (4) dan
(5):
[
[
Di mana :
Lat
√
(
)
]
]
(4)
(5)
(6)
= latitude (radian)
Lon
= longitude (radian)
dLat
= diferensial dari latitude
8
dLon = diferensial dari longitude
dx
= diferensial dari dimensi x (timur-barat)
dy
= diferensial dari dimensi y (utara-selatan)
a
= jari-jari equator (6.378.135 m)
b
= jari-jari polar (6.356.750 m)
Persamaan (4) dan (5) harus diintegralkan untuk memperoleh koordinat bidang. Jika dua
titik di lapangan cukup dekat (biasanya dalam perubahan 1 menit dalam longitude atau
latitude), hasil integrasi berikut mendekati bentuk persamaan (7) dan (8) dengan
beberapa variabel yang dijelaskan oleh persamaan (9) dan (10) :
(7)
(8)
Di mana :
x – x0 = perpindahan dalam arah timur-barat (m)
y – y0 = perpindahan dalam arah utara selatan (m)
x0
= posisi referensi x
y0
= posisi referensi y
Lon0
= posisi referensi longitude
Lat0
= posisi referensi latitude
[
[
(
)
]
]
(9)
(10)
Akurasi GPS dalam menentukan posisi dipengaruhi oleh cuaca dan aktivitas
penerima. Menurut Ehsani (2003) akurasi GPS biasa yang bekerja pada aktivitas
dinamis akan menurun dibandingkan jika dioperasikan pada aktivitas statis. Untuk
meningkatkan akurasi penentuan lokasi, maka digunakan metode Real Time Kinematic
(RTK) dimana pada metode tersebut dua receiver GPS melakukan tracking pada satelit
yang sama sehingga akurasi pengukuran dapat meningkat hingga 2-5 cm (El-Rabbany,
2002). Selain itu, dikenal juga metode penentuan Real Time Differensial GPS yang
menggunakan receiver base dengan posisi statis dan dapat memberi koreksi jarak pada
rover melalui format Radio Technical Commission for Maritime Service (RTCM)
sehingga posisi rover dilapangan dapat menjadi lebih akurat. Ilustrasi penggunaan
DGPS diperlihatkan pada Gambar 3.
9
Gambar 3 Penggunaan DGPS (El-Rabbany, 2002)
Kemampuan DGPS untuk memberikan data posisi hingga akurasi sentimeter
telah membuat sebuah revolusi pada teknis pertanian. Beberapa contoh penerapan
DGPS untuk kegiatan pertanian antara lain: pengambilan data sampel tanah berdasarkan
posisi sampling dapat mempermudah pembuatan peta kesuburan tanah, jika DGPS
diintegrasikan dengan sistem pemandu udara maka proses penyemprotan menggunakan
pesawat udara (baik untuk pupuk ataupun pestisida) dapat lebih akurat dan memiliki
dosis variabel sesuai data kesuburan tanah atau kondisi tanaman yang telah ada
(Gambar 3). Selain itu, kegunaan DGPS dalam proses panen sangat membantu petani
skala besar untuk membuat panduan bagi mesin panen agar bekerja pada posisi lahan
yang telah siap dipanen (El-Rabbany, 2002).
Gambar 4 Penggunaan DGPS untuk penyemprotan (El-Rabbany, 2002)
10
Geographic Information System (GIS)
Sistem Informasi Geografi (GIS dalam bahasa Inggris) merupakan suatu sistem
yang terdiri dari komponen perangkat keras, perangkat lunak, data geografis, dan
sumber daya manusia yang bekerja bersama secara efektif untuk memasukkan,
menyimpan,
memperbaiki,
memperbaharui,
mengelola,
memanipulasi,
mengintegrasikan, menganalisa, dan menampilkan data dalam suatu informasi berbasis
geografis (Tim Teknis Nasional, 2007). GIS sudah banyak diterapkan dalam kehidupan
sehari-hari tanpa kita sadari. Selain itu, GIS sudah banyak diterapkan untuk bidang
pertanian, militer, kependudukan, pariwisata, dan bidang-bidang lainnya (Sutton, 2009).
Saat ini telah banyak software aplikasi untuk pembuatan GIS, di antaranya Arc
View, Quantum GIS, Map Info, Arc Info, dan sebagainya. Hasil keluaran pengolahan
data raster pada software aplikasi merupakan sebuah peta digital yang memiliki
berbagai informasi, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5. Kedua gambar tersebut
merupakan pemetaan satu daerah yang sama, namun setelah diolah menggunakan
aplikasi GIS dapat diperoleh dua informasi yang berbeda yaitu: peta topografi dan peta
pariwisata.
Gambar 5 Hasil pengolahan GIS
Manfaat yang diperoleh dari hasil olahan peta pada Gambar 5 sangat banyak,
salah satu contohnya untuk rencana pembangunan infrastruktur dalam rangka
pemanfaatkan potensi obyek wisata. Dalam bidang pertanian GIS sudah banyak
digunakan untuk peta kesuburan lahan, peta aplikasi pupuk, dan peta aplikasi pestisida.
Solahudin (2010) menggunakan pengolahan citra digital untuk memetakan posisi dan
jumlah gulma pada lahan kedelai untuk aplikasi herbisida seperti pada Gambar 6.
11
2
2
1
1
3
3
2
1
3
3
1
3
2
2
1
3
3
1
3
5
4
2
4
3
2
1
5
5
2
3
5
5
Gambar 6 Pemetaan gulma pada lahan kedelai (Solahudin, 2006)
Peta gulma yang terbentuk dapat memberi informasi untuk referensi dosis
herbisida yang harus diterapkan menggunakan Variable Rate Applicator. Sementara itu,
Astika (2010) membuat peta kebutuhan unsur hara tanaman padi sawah menggunakan
pengolahan citra digital berdasarkan Bagan Warna Daun (BWD). Warna hijau tanaman
padi dibandingkan dengan warna hijau pada BWD sehingga dapat diketahui kebutuhan
unsur hara N, P, dan K. data-data tersebut kemudian disusun menjadi peta dosis
pemupukan (Gambar 7) yang dibutuhkan sebagai referensi bagi aplikasi mesin pemupuk
berbasis VRT.
Gambar 7 Peta kondisi tanaman padi berdasarkan BWD (Astika, 2010)
12
Variable Rate Applicator (VRA)
VRA merupakan sebuah sistem terintegrasi yang dapat mengeluarkan output
sesuai dengan kebutuhan objek. Di dalam bidang pertanian teknologi VRA banyak
digunakan untuk aplikasi pupuk maupun herbisida atau pestisida. Penelitian yang
dilakukan oleh Mohammadzamani (2009) menyimpulkan bahwa penggunaan VRA
pada aplikasi herbisida dapat mengurangi penggunaan herbisida 13% dibanding metode
URT. Penggunaan metode pertanian presisi dalam aplikasi VRA dapat dilakukan
dengan dua cara, yaitu: map-based dan sensor-based (Setiawan, 2001). Map-based
VRA merupakan metode penggunaan VRA yang didasari oleh kebutuhan pemupukan
lahan dalam sebuah peta pemupukan. Metode ini membutuhkan teknologi GPS untuk
mengetahui posisi VRA sehingga dosis yang dikeluarkan akan sesuai dengan kebutuhan
hara tanah pada lokasi tersebut. Sementara itu, metode sensor-based lebih
mengedepankan penggunaan sensor hara tanah yang dapat menduga kebutuhan pupuk
oleh tanah secara real time sehingga pada metode kedua teknologi GPS tidak lagi
diperlukan.
Pada tahun 2010, Azis melakukan penelitian mengenai kontrol kecepatan
metering device pada mesin pemupuk dosis variabel (Gambar 8).
Gambar 8 Uji kontrol dosis pupuk (Azis, 2010)
Hasil penelitian tersebut menginformasikan bahwa perubahan laju putaran
metering device dapat proporsional dengan jumlah pupuk yang dikeluarkan sehingga
pengaturan dosis pupuk dapat dilakukan. Lebih jauh lagi, penelitian lanjutan untuk
13
pengembangan mesin pemupuk laju variabel telah dilakukan oleh Sapsal (2011). Unit
pemupuk yang dibuat oleh Azis dikembangkan menjadi 4 unit yang bekerja secara seri
dan disambungkan dengan traktor penanam bibit padi sawah (Transplanter) sehingga
dapat diaplikasikan pada lahan sawah (Gambar 9).
1
1. Antena GPS
2. Modul Kontrol
3. Variable Rate Granular
2
5
4
Fertilizer Applicator
3
4. Traktor Penanam Padi
5. Sensor
Putaran
Roda
Penggerak
Gambar 9 Mesin pemupuk dosis variabel (Setiawan, 2010)
Peranan Unsur N, P, dan K dalam Pertumbuhan Tanaman Padi
Tanaman padi memiliki tiga tahapan pertumbuhan, yaitu: fase vegetatif, fase
reproduktif, dan fase pemasakan (Suratno, 1997). Ketiga fase tersebut sangat
mempengaruhi jumlah pupuk yang harus diaplikasikan agar diperoleh hasil panen yang
maksimal. Tiga unsur hara yang sangat mempengaruhi pertumbuhan padi antara lain:
Nitrogen (N), Phospor (P), dan Kalium (K).
Unsur hara N berperan penting pada fase pertama pertumbuhan tanaman padi.
Fase pertama atau vegetatif, meliputi pertumbuhan tanaman dari mulai berkecambah
sampai dengan inisiasi primordia malai (hari ke-0 hingga 60 setelah berkecambah). Fase
ini merupakan tahapan yang menyebabkan perbedaan umur panen karena lama fase-fase
reproduktif dan pemasakan tidak dipengaruhi oleh varietas maupun lingkungan. Selama
fase vegetatif, jumlah anakan bertambah dengan cepat, tanaman bertambah tinggi, dan
daun tumbuh secara regular. Pada fase vegetatif sangat dibutuhkan hara Nitrogen agar
tanaman dapat tumbuh dengan baik (Suratno, 1997). Namun, menurut Sugiyanta (2007)
efisiensi pemupukan N tidak akan meningkat setelah aplikasi dosis pemupukan N
mencapai 60 kg N/ha. Pada dosis tersebut diperoleh efisiensi pemupukan sebesar 34 kg
14
gabah/kg N dengan hasil gabah mencapai 6.73 ton/ha tetapi hasil gabah tidak meningkat
walaupun dosis N dinaikkan hingga 180 kg N/ha (Tedjasarwana dan Permadi (1991)
dalam Sugiyanta (2007)). Menurut Witt et al (1999) dalam Sugiyanta (2007) efisiensi
hara N pada padi sawah berkisar 23-100 kg gabah/kg N. Sehingga dapat disimpulkan
bahwa peningkatan aplikasi pupuk N pada tanaman padi tidak serta merta meningkatkan
hasil produksi padi, namun ada titik optimal yang harus dicapai untuk memperoleh hasil
yang maksimal.
Unsur hara selanjutnya, yaitu P berperan dalam proses fotosintesis, glikolisis,
metabolism asam amino, dan menyimpan serta memindahkan energi yang
mengintegrasikan
membran.
Fase
selanjutnya,
reproduktif,
ditandai
dengan
memanjangnya beberapa ruas teratas pada batang bersamaan dengan inisiasi primordia
malai. Pada fase ini kebutuhan hara P sangat besar sehingga kekurangan jenis unsur
hara ini sebaiknya dapat dicegah agar pertumbuhan produksi padi tidak terganggu
(Mario, 2008).
Unsur hara ketiga (K) berfungsi sebagai osmoregulan, aktivasi enzim, pengatur
pH di tingkat selular, keseimbangan kation-anion tingkat sel, pengaturan transpirasi
melalui pengaturan bukaan stomata, dan transportasi asimilat (Sugiyanta, 2007). Selain
itu, unsur K juga berperan dalam memperkuat dinding sel tanaman dan terlibat dalam
lignifikasi jaringan sklerenkim yang dihubungkan dengan ketahanan tanaman terhadap
penyakit. Unsur K dapat diperoleh dari air irigasi sungai dan pengembalian jerami ke
lahan. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa pemupukan K dengan dosis 100 kg KCl
dapat meningkatkan hasil dari 3.84 ton gabah/ha menjadi 5.12 ton gabah/ha. Di samping
itu, aplikasi jerami padi sebanyak 5 ton/ha memberikan hasil yang tidak berbeda nyata
dengan pemupukan 100 kg KCl. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pengembalian
jerami ke lahan dapat mensubstitusi penggunaan pupuk Kalium (Syam dan Hermanto
(1995) dalam Sugiyanta (2007)).
Rekomendasi Takaran Pupuk
Aplikasi pupuk pada budidaya padi sawah harus diperhitungkan agar diperoleh
respon pertumbuhan tanaman yang baik. Menurut Mario (2008) terdapat beberapa cara
untuk menentukan dosis rekomendasi bagi kebutuhan unsur hara tanaman (Nitrogen,
Fosfat, dan Kalium). Unsur Nitrogen yang dibutuhkan tanaman dapat diukur
15
menggunakan Bagan Warna Daun (BWD) dengan membandingkan warna skala pada
BWD dengan warna aktual daun yang sedang diamati. Secara umum, rekomendasi
pemupukan N yang telah dikeluarkan oleh Deptan dalam kartu BWD (Tabel 1) dapat
menjadi acuan dalam aplikasi pemupukan. Namun terdapat juga satu pola yang menjadi
ketetapan seperti pada contoh, apabila pada suatu daerah tanaman padi di suatu lokasi
menghasilkan gabah sebanyak 3 t/ha tanpa pemupukan N, sedangkan target hasil adalah
6 t/ha, maka tambahan pupuk urea yang diperlukan adalah sekitar 325 kg tanpa
penggunaan bagan warna daun (BWD) dan 250 kg dengan BWD (Deptan, 2007).
Tabel 1. Rekomendasi Pemberian Pupuk N
Tingkat hasil (GKG)
Nilai warna daun dengan BWD
5 t/ha
6 t/ha
7 t/ha
8 t/ha
Takaran urea (kg/ha)
2–3
75
100
125
150
Antara 3 dan 4
50
75
100
125
4–5
0
0 atau 50
50
50
Sementara itu, rekomendasi takaran unsur P pada pemupukan dapat dilakukan
menggunakan analisis tanah metode HCl 25%. Hasil analisis tanah akan
mengkategorikan kondisi tanah kedalam status P rendah, sedang atau tinggi, selanjutnya
jumlah pupuk P yang harus diaplikasikan disesuaikan dengan kriteria status P seperti
pada Tabel 2 (Mario, 2008).
Tabel 2. Rekomendasi Pemberian Pupuk P
Status Hara
P Tanah
Rendah
Sedang
Tinggi
Kadar P2O5 (ekstrak HCl 25%)
(mg/100g tanah)
< 20
– 40
>40
Takaran P++
(kg SP36/ha/musim)
100
75
50*
*) dapat diberikan satu kali dua musim tanam
Berbeda dengan unsur N dan P, penambahan unsur K akan menghasilkan respon
yang baik jika diaplikasikan pada tanah dengan kadar K rendah. Sementara aplikasi
16
pada tanah dengan kandungan K sedang dan tinggi tidak memberikan respon yang
besar. Takaran pupuk K pada tanah ditetapkan berdasarkan analisis tanah dengan
metode HCl 25%. Atas dasar hasil analisis, status K tanah dapat dipilah dalam kriteria
rendah, sedang, dan tinggi. Tabel 3 menunjukkan rekomendasi takaran pupuk K
berdasarkan status K tanah (Mario, 2008).
Tabel 3. Rekomendasi Pemberian Pupuk K
Status Hara
K Tanah
Rendah
Sedang
Tinggi
Takaran K++
(kg KCl/ha/musim)
100
50
50
Kadar K2O (ekstrak HCl 25%)
(mg/100g tanah)
< 10
10 – 20
>20
Teknis Pemupukan Padi Sawah
Pemupukan padi sawah memiliki beberapa istilah seperti: pemupukan
berimbang, pemupukan spesifik lokasi, dan pengelolaan hara spesifik lokasi. Secara
sederhana
dapat
dikatakan
bahwa
pemupukan
berimbang
mengacu
kepada
keseimbangan antara unsur hara yang dibutuhkan tanaman padi berdasarkan sasaran
hasil yang ingin dicapai dengan ketersediaan hara dalam tanah (Buresh, 2006).
Sementara itu, penerapan pemupukan berimbang belum dapat direalisasikan di
masyarakat karena penggunaan metode URT yang masih mendominasi dan didukung
oleh ketersediaan peralatan yang cukup banyak bagi pelaksanaan metode URT.
Menurut Buresh (2006), tahapan dosis pemupukan didasari oleh umur tanam
sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Tahapan Dosis Pemupukan
Pertumbuhan Awal
Anakan
Aktif
Primordia
Matang
Umur,
(HST)
0 – 14
21 – 28
35 – 50
-
Nitrogen
Takaran sedang
(50-100 kg
urea/ha)
Berdasarkan
BWD**
Berdasarkan
BWD**
-
Fosfor
dan
100%
-
-
-
Gambar
17
Sulfur*
Kalium
50% - 100%
-
Bila perlu
50%
-
*) Bila diperlukan; **) Bagan Warna Daun
Dosis yang diberikan merupakan dosis seragam dengan satuan kilogram per
hektar. Aplikasi pemupukan dilapangan sangat dipengaruhi oleh kualitas lingkungan
yang menjadi tempat tumbuh tanaman padi. Pada umumnya, waktu aplikasi pupuk pada
padi sawah sangat dipengaruhi oleh jenis pupuk yang diaplikasikan.
Menurut Maspary (2011), jika digunakan kombinasi pupuk Urea, SP36, dan KCl
dengan perbandingan (200-250 kg/ha: 100-150 kg/ha: 75-100 kg/ha) maka satu hari
sebelum penanaman dilakukan penyebaran pupuk SP36 100%. Setelah umur 7 hari
setelah tanam (HST) dilakukan penyebaran Urea 30% dengan KCl 50%. Ketika umur
20 HST lakukan penyebaran Urea 40% dan setelah umur 30 HST lakukan penyebaran
Urea 30% dan KCl 50%. Jika digunakan Urea, SP36 dan KCl namun mempunyai BWD,
maka proses aplikasi pertama dan kedua sama seperti diatas namun setiap minggu
diperlukan pengetesan warna daun menggunakan BWD. Jika hasil pengetesan tersebut
dirasa membutuhkan penambahan Urea maka dilakukan penambahan dengan jumlah
yang sedikit (10%). Pengetesan dilakukan sampai tanaman berumur 40 HST. Pada umur
30 HST KCl yang tersisa 50% diaplikasikan seluruhnya.
Sementara itu, jika digunakan pupuk Urea dan NPK Phonska (100 kg/ha: 300
kg/ha), maka pada umur 7 HST berikan Urea 30% dan NPK Ponska 50%. Pada umur 20
HST, berikan Urea 40% dan setelah umur 30 HST berikan Urea 30% dan NPK Ponska
50%. Jika menggunakan BWD, pada 7 HST pupuk NPK Ponska dapat diberikan 50%
tanpa diiringi oleh Urea. Satu minggu kemudian, lakukan tes BWD dan jika tanaman
membutuhkan Urea maka dapat diaplikasikan sebesar 10%. Hal tersebut dilakukan
hingga tanaman berumur 40 HST, pada umur 30 HST NPK Ponska yang tersisa 50%
diberikan semuanya.
Selanjutnya, jika digunakan Urea dan NPK Pelangi (100 kg/ha dan 300 kg/ha).
Berikan NPK Pelangi 100% saat tanaman berumur 1 HST, setelah satu minggu berikan
Urea 30%. Ketika umur 20 HST, maka berikan Urea 40% dan saat tanaman berumur 30
HST 30% Urea terakhir dapat diberikan. Jika BWD dimiliki, maka aplikasikan NPK
Pelangi 100% pada 1 HST, setelah 7 HST lakukan pengetesan menggunakan BWD dan
jika hasil tes dirasa perlu aplikasi Urea maka pupuk Urea dapat ditambahkan 10%, dan
18
demikian seterusnya dilakukan penambahan Urea setelah dilakukan tes BWD setiap
satu minggu sekali.
19
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan selama sepuluh bulan, dimulai pada bulan Januari 2012
hingga September 2012. Penelitian dilaksanakan di tiga tempat yang berbeda, yaitu:
Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Laboratoriom Lapangan Siswadi Soepardjo,
dan areal pertanian Cikarawang Kecamatan Dramaga. Proses perancangan dan
pengembangan mesin pemupuk dosis variabel dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin
dan Otomasi, sementara uji coba mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadi
Soepardjo (lokasi I) dan areal pertanian Cikarawang Kecamatan Dramaga (lokasi II).
Alat dan Bahan Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini dikelompokkan ke dalam 4
bagian, yaitu;
a.
b.
c.
Perangkat Keras (Hardware):
Personal Computer (PC) atau komputer jinjing.
DT-AVR ATmega128L
Konektor RS232 dan ISP
RTK-DGPS Outback® S3 GPS Guidance and Mapping System
1 buah SPC Motor Controller
4 unit motor DC Servo
4 buah EMS 30A H-Bridge
4 buah Encoder 1024 Pulsa
Perangkat Lunak (Software):
CodeVisionAVR V2.04.4a
Microsoft Office 2010
SharpDevelop 4.2
Prototipe
4 unit Variable Rate Granular Fertilizer Applicator
1 unit blower
1 unit rangka dudukan sistem blower dan gear box berbahan besi
20
d.
1 unit rangka dudukan wadah pupuk berbahan stainless steel
4 unit wadah pupuk kapasitas 30 kg berbahan akrilik
8 unit penebar pupuk berbahan aluminium
Alat bantu:
Maintenance Vehicle untuk lahan sawah (Transplanter padi dengan roda
ramping dan high clearance)
Timbangan digital kapasitas 5.0 kg
Timbangan gantung kapasitas 50 kg
Meteran 50 m
Bagan Warna Daun IRRI 4 warna
Bahan yang digunakan yaitu pupuk granular NPK Phonska.
Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam dua tahapan besar, yaitu: pengembangan mesin
pemupuk laju variabel dan uji kinerja mesin pemupuk laju variabel. Gambar 10
menunjukkan detail tahapan penelitian yang akan dilakukan.
Mulai
Studi Pustaka
Modifikasi Mesin Pemupuk Laju
Variabel
Uji Kinerja Mesin Pemupuk Laju
Variabel Pada Lahan Sawah
Pengolahan dan Analisis Data Aplikasi
Pupuk dan Hasil Panen
Selesai
Gambar 10 Tahapan penelitian
21
Studi Pustaka
Literatur diperlukan untuk memberi dasar dan pembatasan pada penelitian.
Literatur yang diperoleh tidak hanya berasal dari penelitian di dalam negeri namun juga
dari penelitian-penelitian universitas di luar negeri yang telah
lebih dulu
mengembangkan mesin ini. Informasi yang diperoleh dijadikan pengetahuan yang harus
disesuaikan dengan kondisi pertanian di Indonesia.
Pengembangan Mesin Pemupuk Dosis Variabel
Prototipe mesin pemupuk yang telah dibuat harus dimodifikasi agar dapat
diaplikasikan di lapangan. Beberapa komponen yang dibuat pada tahap ini antara lain:
rangka utama unit pemupuk laju variabel, sistem penghasil udara bertekanan
menggunakan blower, dan sistem penyaluran udara bertekanan menggunakan pipa
fleksibel. Tahapan proses pengembangan mesin tersebut dapat dilihat pada Gambar 11.
Studi Pustaka
Desain dan Pembuatan Rangka Utama
Unit Pemupuk Dosis Variabel
Perbaikan/modifikasi
tidak
Rangka Sesuai Desain?
ya
Pemasangan Sistem Penghasil dan
Penyalur Udara Bertekanan
Perbaikan/modifikasi
tidak
Sistem Bekerja dengan
Baik?
ya
Uji Kinerja Mesin Pemupuk Dosis
Variabel pada Lahan Sawah
Gambar 11 Tahapan Proses Pengembangan Mesin Pemupuk Laju Variabel
22
Proses pertama pada tahap pengembangan mesin dilakukan dengan mendesain
rangka utama bagi empat unit pemupuk laju variabel serta menyediakan tempat bagi
unit penghasil dan penyalur udara bertekanan. Modifikasi desain diperlihatkan oleh
Gambar 12.
Prototipe I (2011)
Prototipe II (2012)
Gambar 12 Modifikasi mesin pemupuk dosis variabel
Modifikasi ini diperlukan karena rangka prototipe mesin terdahulu tidak
mend
PEMUPUK DOSIS VARIABEL (Variable Rate Granular Applicator)
PADA BUDIDAYA PADI SAWAH DENGAN KONSEP PERTANIAN
PRESISI
PANDU GUNAWAN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pengembangan Prototipe II dan Uji
Kinerja Mesin Pemupuk Dosis Variabel (Variable Rate Granular Applicator) pada
Budidaya Padi Sawah dengan Konsep Pertanian Presisi adalah karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dengan pendanaan dari program I-MHERE B.2.C IPB
dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Januari 2013
Pandu Gunawan
NIM F151100061
ABSTRACT
PANDU GUNAWAN. Development of 2nd Prototype and Performance Test of Variable
Rate Granular Applicator for Paddy Field with Precision Farming Concept. Supervised
by RADITE P. A. SETIAWAN and I WAYAN ASTIKA.
The development of variable rate granular applicator for paddy field has been
started since 2010 by Azis and 2011 by Sapsal. The machine based on modified riding
type paddy transplanter tractor equipped with electronic controlled fertilizer applicator.
It has ability to perform variable rate on dose of application using urea, phosphor, and
NPK compound. The developed variable rate applicator (VRA) equipped with digital
controlled metering devices so that the dose of application could be given accurately
and the amount of application could be changed in flexible way according to
recommended dose. The machine has 4 units of metering devices, has 8 application
rows, and equipped with pneumatic diffusers. RTK-DGPS was used to monitor the
position of the VRA in the field. Performance tests had been done for several
parameters, included uniformity of air flow at each diffuser, granular fertilizer spreader
pattern, and linearity of actual amount of fertilizer with respect to the commanded dose.
Average rate of air flow in each diffuser was 0.0073 m3/s, with 7.23 % CV. Total
working width of the machine was about 5 m. Field capacity was about 0.94 ha/hour on
750 m2 paddy field and 1.13 ha/hour on 1200 m2 paddy field. The results of the tests on
metering dose showed that the develop VRA could spread fertilizer uniformly and gave
accurate application dose. The yield result showed that uniformity of unhulled rice
production was reached 74.7%.
Keywords: Variable Rate Technology, Uniform Rate Technology, fertilization, paddy,
precision farming
RINGKASAN
PANDU GUNAWAN. Pengembangan Prototipe II dan Uji Kinerja Mesin Pemupuk
Dosis Variabel (Variable Rate Granular Applicator) pada Budidaya Padi Sawah dengan
Konsep Pertanian Presisi. Dibimbing oleh RADITE P. A. SETIAWAN dan I WAYAN
ASTIKA.
Pertanian presisi merupakan konsep produksi pertanian yang menekankan pada
pengumpulan data spesifik lokasi untuk pengambilan keputusan mengenai produksi
pertanian yang sesuai dengan lokasi tertentu. Salah satu proses budidaya pertanian yang
mengikuti konsep pertanian presisi adalah pemupukan. Hubungan pupuk dan tanaman
menjadi salah satu parameter yang akan menentukan hasil panen disamping faktor
lingkungan dan kinerja petani. Aplikasi pupuk pada media tanam harus dilakukan sesuai
dengan kebutuhan unsur hara media tanam agar diperoleh tingkat efektifitas dan
efisiensi yang tinggi pada proses budidaya. Kebutuhan tanah terhadap unsur hara
dengan dosis yang tepat untuk mendukung pertumbuhan tanaman seringkali tidak
terpenuhi oleh metode pemupukan URT (Uniform Rate Technology). Hal tersebut
membuat jumlah pupuk yang diaplikasikan ke lahan menjadi tidak sesuai dengan
kebutuhan hara tanah sehingga ketidakseragaman pertumbuhan tanaman dapat terjadi.
Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan mesin pemupuk berbasis kontrol otomatik yang
dapat memupuk dengan dosis yang tepat, waktu yang tepat, dan lokasi yang tepat.
Penelitian ini bertujuan untuk menerapkan konsep pertanian presisi yaitu, tepat
dosis, tepat waktu dan tepat lokasi bagi pemupukan padi sawah. Detail capaian yang
diinginkan dari penelitian ini antara lain: Melakukan pengembangan prototipe I mesin
VRT Granular Applicator. Pengembangan dilakukan dengan melengkapi sistem
navigasi RTK-DGPS dan penghembus udara bertekanan untuk penyaluran pupuk.
Selanjutnya uji kinerja mesin dilakukan pada pemupukan budidaya padi sawah untuk
menganalisis kapasitas lapangan efektif dari penggunaan mesin pemupuk dosis variabel
di lahan sawah, serta menganalisis tingkat keseragaman hasil budidaya padi sawah yang
telah dipupuk menggunakan Variable Rate Technology (VRT).
Penelitian dilakukan selama bulan Januari 2012-November 2012. Hasil
pengembangan prototipe mesin pemupuk dosis variabel berupa implemen mesin yang
dapat digandeng dengan traktor perawatan lahan sawah dan telah dilengkapi
penghembus udara bertekanan untuk penyebaran pupuk. Uji kinerja mesin telah
dilakukan pada dua lahan sawah yang terletak pada Lab. Lapangan Siswadhi Soepardjo
dan lahan sawah petani di daerah Cikarawang. Mesin pemupuk dosis variabel memiliki
kapasitas lapangan sebesar 0.94 ha/jam pada lahan percobaan Lab. Lapangan Siswadhi
Soepardjo dengan luas 750 m2 dan 1.13 ha/jam pada lahan sawah petani di Cikarawang
dengan luas 1200 m2. Kapasitas lapangan efektif rata-rata mesin pada aplikasi di dua
lokasi tersebut adalah 1.04 ha/jam. Lebar kerja mesin 4.8 m dan bekerja pada kecepatan
maju rata-rata 0.7 m/detik. Penjatah pupuk memiliki akurasi yang cukup tinggi dengan
tingkat kesalahan rata-rata dibawah 5% dari dosis yang diperintahkan. Sistem
pneumatik bekerja dengan baik untuk menyebarkan pupuk pada aplikasi di lapangan.
Pola sebaran pupuk secara umum mengikuti pola trapezoidal dan W-shaped pattern
(konsentrasi pupuk merata di tengah lebar kerja namun rendah di ujung kanan dan kiri
lebar kerja) pada pengujian dosis yang berbeda-beda. Tingkat keseragaman hasil
produksi gabah pada kedua lahan memiliki nilai 74% dan 70.4%. Dibandingkan dengan
data keseragaman metode URT, pemupukan VRT memiliki tingkat keseragaman hasil
yang lebih tinggi. Pada penelitian ini pemupukan VRT juga dapat menurunkan
penggunaan pupuk sebesar 1-3% tergantung pada kebutuhan tanaman padi yang diukur
menggunakan BWD, namun potensi penghematan pupuk dapat mencapai 13% jika
terdapat variasi kebutuhan yang besar antar blok aplikasi. Teknologi pemupukan dosis
variabel memiliki potensi yang besar untuk dikembangkan. Penerapannya pada
budidaya padi sawah diharapkan dapat mengurangi dampak lingkungan akibat
pemberian pupuk dalam jumlah yang berlebihan pada tanaman padi.
Kata kunci: Variable Rate Technology, Uniform Rate Technology, pemupukan, padi,
pertanian presisi
©Hak Cipta milik IPB, tahun 2013
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu
masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam
bentuk apapun tanpa izin IPB.
PENGEMBANGAN PROTOTIPE II DAN UJI KINERJA MESIN
PEMUPUK DOSIS VARIABEL (Variable Rate Granular Applicator)
PADA BUDIDAYA PADI SAWAH DENGAN KONSEP PERTANIAN
PRESISI
PANDU GUNAWAN
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S
Judul Tesis
: Pengembangan Prototipe II dan Uji Kinerja Mesin PemupukaDosis
iaiVariabeli(Variable Rate Granular Applicator) pada Budidaya Padi
iaiSawah dengan Konsep Pertanian Presisi.
Nama
: Pandu Gunawan
NIM
: F151100061
Program Studi : Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Radite P. A. Setiawan, M.Agr
Ketua
Dr. Ir. I Wayan Astika, M.Si
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
Tanggal Ujian : 9 Januari 2013
Tangggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya
sehingga karya ilmiah dengan judul Pengembangan Prototipe II dan Uji Kinerja Mesin
Pemupuk Dosis Variabel (Variable Rate Granular Applicator) pada Budidaya Padi
Sawah dengan Konsep Pertanian Presisi. Penelitian dilaksanakan mulai bulan Januari
sampai dengan November 2012 di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi,
Laboratorium Lapangan Siswadi Soepardjo, dan lahan sawah petani di daerah
Cikarawang, Bogor. Penelitian ini dibiayai oleh program IM-HERE B.2.C. Sebagian
hasil penelitian ini telah dipresentasikan pada seminar internasional I-MHERE dengan
judul “Modifikasi dan Uji Kinerja Mesin Pemupuk Dosis Variabel pada Budidaya Padi
Sawah” pada tanggal 5-6 September 2012 di Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Radite P.A Setiawan, M.Agr
selaku pembimbing pertama atas segala bimbingan, arahan dan masukannya selama
proses penelitian berlangsung hingga penulisan tesis ini selesai dan Bapak Dr. Ir. I
Wayan Astika, M.Agr selaku pembimbing kedua atas segala koreksi, bimbingan dan
arahannya dalam menyusun tesis ini serta Bapak Dr. Ir. Wawan Hermawan MS sebagai
dosen penguji luar komisi. Ucapan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Radite P.A
Setiawan, M.Agr selaku ketua peneliti pada Program IM-HERE B.2.C tahun 2009 2012 atas kesempatan dan kepercayaan yang diberikan kepada penulis menjadi bagian
dalam penelitian. Teman-teman TMP 2010 dan TMB 45 atas dukungan dan
semangatnya. Staf, laboran dan teknisi laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian,
Fateta IPB. Kedua orang tua Bapak Ir. Broto Wibowo dan Dra. Sri Handayani, serta istri
tercinta Astiti Puriwigati STP atas segala pengorbanan dan dukungan yang tak ternilai
yang diberikan kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya untuk kemajuan
ilmu dan pengetahuan bangsa Indonesia.
Bogor, Januari 2013
Pandu Gunawan
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tangga 9 Mei 1987 di Karang Anyar, Solo, Jawa
Tengah. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara, putra dari pasangan Ir.
Broto Wibowo dan Dra. Sri Handayani. Penulis telah menikah dan memiliki isteri yang
bernama Astiti Puriwigati, STP.
Pada tahun 2005 penulis menyelesaikan studi jenjang menengah atas di SMA
Negeri 1 Bogor. Masuk IPB melalui jalur USMI, penulis menjadi civitas akademika IPB
pada tahun yang sama. Pada tahun 2006, penulis masuk ke Departemen Teknik
Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis menyelesaikan masa studi S1 selama
empat setengah tahun dan lulus pada akhir tahun 2009. Selama mengikuti perkuliahan,
penulis aktif menjadi asisten mata kuliah dan asisten praktikum di Departemen Teknik
Pertanian. Mata kuliah dan praktikum yang diampu antara lain: Motor dan Tenaga
Pertanian, Gambar Teknik, Statika dan Dinamika, Ilmu Ukur Wilayah, dan Teknologi
Perkebunan (D3). Penulis aktif mengikuti lomba dan karya ilmiah, pada tahun 2007
penulis memperoleh Juara III lomba karya tulis ilmiah tingkat IPB. Beberapa kegiatan
seminar maupun international course pernah diikuti penulis untuk mewakili IPB,
seperti beberapa diantaranya: menjadi MC pada seminar International Society of Paddy
and Water Environment Engineering (PAWEES) di Bogor tahun 2009, menjadi
pemakalah pada simposium internasional Agricultural Engineering Towards
Sustainable Agriculture in Asia di Bogor tahun 2009, dan menjadi peserta mewakili IPB
pada Intensive English IELSP di Ohio University tahun 2009.
Pada tahun 2010 penulis meraih beasiswa I-MHERE B2c untuk meneruskan
studi magister di Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Fakultas
Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Pada tahun 2011 penulis meraih Juara I dalam
kontes desain skala nasional (Art and Technology Design Awards) yang diadakan oleh
Indonesian Contemporary Art and Design (ICAD) dengan inovasi “jabuma: pengering
alas kaki portabel tenaga gas buang kendaraan bermotor”. Selama masa perkuliahan
penulis mengikuti beberapa kegiatan untuk mewakili IPB, seperti diantaranya: peserta
pada summer course dan winter course di Ibaraki University, menjadi pemakalah pada
International Student Conference at Ibaraki University (ISCIU) VII di Ibaraki
University, dan menjadi pemakalah pada seminar internasional I-MHERE di Bogor.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI
xix
DAFTAR TABEL
xxi
DAFTAR GAMBAR
xxiii
DAFTAR LAMPIRAN
xxvii
1 PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
3
Kegunaan Penelitian
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
5
Konsep Pertanian Presisi
5
Global Positioning System (GPS)
6
Geographic Information System (GIS)
10
Variable Rate Applicator (VRA)
12
Peranan Unsur N, P, dan K dalam Pertumbuhan Tanaman Padi
13
Rekomendasi Takaran Pupuk
14
Teknis Pemupukan Padi Sawah
16
3 METODE PENELITIAN
19
Waktu dan Tempat Penelitian
19
Alat dan Bahan Penelitian
19
Tahapan Penelitian
20
4 PENDEKATAN RANCANGAN
27
Rancangan Fungsional
27
Rancangan Struktural
31
xix
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Simulasi Prototipe II Mesin Pemupuk Dosis Variabel
41
Pengembangan Prototipe Mesin Pemupuk Dosis Variabel
51
Uji Statik Mesin Pemupuk Dosis Variabel
62
Uji Lapangan
74
6 KESIMPULAN DAN SARAN
xx
41
97
Kesimpulan
97
Saran
97
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Rekomendasi Pemberian Pupuk N
15
2 Rekomendasi Pemberian Pupuk P
15
3 Rekomendasi Pemberian Pupuk K
16
4 Tahapan Dosis Pemupukan
16
5 Kehilangan tekanan akibat belokan dan percabangan dalam satuan feet
(HyperGEAR, 2007)
38
6 Data simulasi pembagi tekanan
47
7 Data simulasi modifikasi pembagi aliran pada pipa diffuser
49
8 Tingkat error pada penjatah pupuk
65
9 Tingkat error pada penjatah pupuk setelah kalibrasi
66
10 Data pengukuran kecepatan alir udara pada pembagi tekanan
68
11 Nilai koefisien kekasaran bahan (Chaurette, 2003)
68
12 Data pengukuran kecepatan udara penghembus pupuk
69
13 Hasil pengukuran kecepatan aliran udara diffuser 1-8
70
xxi
xxii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Tahapan pertanian presisi (Chartuni, 2007)
5
2 Ilustrasi penentuan lokasi menggunakan GPS (Bao, 2005)
7
3 Penggunaan DGPS (El-Rabbany, 2002)
9
4 Penggunaan DGPS untuk penyemprotan (El-Rabbany, 2002)
9
5 Hasil pengolahan GIS
10
6 Pemetaan gulma pada lahan kedelai (Solahudin, 2006)
11
7 Peta kondisi tanaman padi berdasarkan BWD (Astika, 2010)
11
8 Uji kontrol dosis pupuk (Azis, 2010)
12
9 Mesin pemupuk dosis variabel (Setiawan, 2010)
13
10 Tahapan penelitian
20
11 Tahapan Proses Pengembangan Mesin Pemupuk Laju Variabel
21
12 Modifikasi mesin pemupuk dosis variabel
22
13 Sentrifugal blower tipe CFAB-CZR
22
14 Tahap uji kinerja mesin pemupuk laju variabel
23
15 Mesin pemupuk dosis variabel
30
16 Tiga titik gandeng
31
17 Rangkaian puli dan sabuk
32
18 Diagram pemilihan sabuk-V (Sularso, 2004)
32
19 Hasil simulasi pembagi tekanan
34
20 Rangka blower dan hopper
35
21 Pusat massa rangka
35
22 Saluran udara bertekanan pada rangka
37
23 Pembagian saluran udara bertekanan
39
24 Dimensi dan ukuran rotor (Azis, 2011)
39
xxiii
25 Dimensi dan ukuran hopper (Azis 2011)
40
26 Simulasi beban pada rangka utama
42
27 Simulasi defleksi rangka utama
42
28 Simulasi rangka utama yang dimodifikasi
43
29 Simulasi tingkat defleksi rangka utama yang dimodifikasi
43
30 Ilustrasi beban pada kunci mekanik
44
31 Simulasi torsi putar pada universal joint
45
32 Beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk
46
33 Simulasi aliran udara pada komponen pembagi aliran
46
34 Simulasi kecepatan udara pada komponen penghembus butiran pupuk
48
35 Hasil simulasi awal pembagi aliran pada pipa menuju diffuser (inzet: penurunan
kecepatan udara yang dapat menghambat aliran pupuk)
48
36 Hasil simulasi modifikasi lidah sirip pada pembagi aliran
49
37 Simulasi aliran pupuk di saluran penghembus
50
38 Simulasi aliran pupuk pada saluran penghubung diffuser (inzet: perbesaran bagian
pemisah) 51
39 Modifikasi rangka utama
52
40 Modifikasi lengan diffuser
52
41 Ilustrasi kerja kunci mekanik
53
42 Kunci mekanik
53
43 Penggunaan universal joint pada mesin pemupuk
54
44 Sistem transmisi puli sabuk
55
45 Gearbox TA-30
56
46 Kopling cakar
57
47 Penempatan komponen sistem pneumatik
57
48 Sistem pneumatik
58
xxiv
49 Komponen RTK-DGPS: (a) GPS antenna, (b) console unit, (c) radio receiver, (d)
base station
59
50 Letak GPS antenna dan radio receiver
60
51 Console unit pada traktor
60
52 Tata letak komponen sistem navigasi pada traktor
61
53 Unit kontrol tambahan (atas) dan unit kontrol utama (bawah)
61
54 Skema kerja unit kontrol tambahan
61
55 Mesin pemupuk dosis variabel
62
56 Komponen-komponen pada mesin pemupuk dosis variabel
63
57 Komponen penjatah pupuk
63
58 Hasil kalibrasi penjatah pupuk
64
59 Grafik hasil validasi penjatah pupuk
65
60 Komponen pembagi aliran udara terpasang pada traktor
67
61 Pengukuran kecepatan aliran udara di pembagi tekanan
67
62 Komponen penghembus butiran pupuk
69
63 Komponen diffuser(kiri); komponen lidah sirip (kanan)
70
64 Komponen penghembus pupuk
71
65 Ilustrasi pola tumpang tindih sebaran pupuk
72
66 Pengujian sebaran pupuk pada komponen diffuser
72
67 Sebaran pupuk pada lebar kerja mesin pemupuk dosis variabel
73
68 Sebaran butiran pupuk di lahan
74
69 Pengukuran warna daun padi (kiri) dan peta kebutuhan pupuk (kanan)
75
70 Peta kebutuhan dosis pupuk
76
71 Ilustrasi perhitungan dosis aplikasi pupuk
77
72 Jalur aplikasi mesin pemupuk dosis variabel (kiri); gladi resik sebelum pemupukan
(kanan) 78
xxv
73 Indikasi kesalahan pada dosis target aplikasi pupuk oleh GPS3
79
74 Hasil cek dosis target yang telah sesuai
79
75 Jalur aplikasi pupuk di lahan Lab. Lapangan Siswadhi Soepardjo
80
76 Aplikasi pupuk di lahan Lab. Lapangan Siswadhi Soepardjo
81
77 Pengangkutan mesin pemupuk dosis variabel
82
78 Jalur aplikasi pupuk di lahan Cikarawang
82
79 Aplikasi pupuk di lahan Cikarawang
83
80 Peta jumlah pupuk yang dikeluarkan oleh mesin pada aplikasi pemupukan
86
81 Penandaan blok panen pada lahan sawah
87
82 Proses pemanenan
88
83 Penimbangan biomasa padi
88
84 Proses perontokkan padi
89
85 Sampel gabah pada saat uji kadar air
89
86 Peta produksi gabah di lokasi I
90
87 Peta produksi gabah di lokasi II
91
88 Bulir padi rontok akibat serangan hama burung di Lab. Lapangan Siswadhi
Soepardjo
93
89 Peta lokasi lahan percobaan di Cikarawang
94
90 Kondisi muka air Situ Gede
95
91 Peta posisi tanaman yang dirusak
95
xxvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Gambar Piktorial Mesin Pemupuk Dosis Variabel
105
2 Gambar Orthogonal Mesin Pemupuk Dosis Variabel
106
3 Gambar Komponen Mesin Pemupuk Dosis Variabel
107
4 Gambar Piktorial Tiga Titik Gandeng
108
5 Gambar Orthogonal Tiga Titik Gandeng
109
6 Gambar Piktorial Universal Joint
110
7 Gambar Orthogonal Universal Joint
111
8 Gambar Piktorial Sistem Puli-Sabuk
112
9 Gambar Orthogonal Sistem Puli-Sabuk
113
10 Gambar Piktorial Gearbox
114
11 Gambar Orthogonal Gearbox
115
12 Gambar Piktorial Blower
116
13 Gambar Orthogonal Blower
117
14 Gambar Piktorial Rangka Utama
118
15 Gambar Orthogonal Rangka Utama
119
16 Gambar Piktorial Pembagi Aliran Udara
120
17 Gambar Orthogonal Pembagi Aliran Udara
121
18 Gambar Piktorial Rangka Hopper
122
19 Gambar Orthogonal Rangka Hopper
123
20 Gambar Piktorial Hopper dan Penjatah Pupuk
124
21 Gambar Orthogonal Hopper dan Penjatah Pupuk
125
22 Gambar Piktorial Rangka Diffuser dan Diffuser
126
23 Gambar Orthogonal Rangka Diffuser dan Diffuser
127
xxvii
24 Kode Program Navigasi Mikrokontroler ATmega 16
128
25 Kode Program GPS3
133
xxviii
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pertanian presisi merupakan konsep produksi pertanian yang menekankan pada
pengumpulan data spesifik lokasi untuk pengambilan keputusan mengenai produksi
pertanian yang sesuai dengan lokasi tertentu. Salah satu proses budidaya pertanian yang
mengikuti konsep pertanian presisi adalah pemupukan. Pemupukan merupakan proses
budidaya tanaman yang sangat penting. Hubungan pupuk dan tanaman menjadi salah
satu parameter yang akan menentukan hasil panen disamping faktor lingkungan dan
kinerja petani. Aplikasi pupuk pada media tanam harus dilakukan sesuai dengan
kebutuhan unsur hara media tanam agar diperoleh tingkat efektifitas dan efisiensi yang
tinggi pada proses budidaya.
Tanah sebagai salah satu media tanam yang paling banyak digunakan dalam
menumbuhkan tanaman memiliki karakter kimia dan kandungan hara yang sangat
beragam. Keragaman unsur hara tersebut berpengaruh kepada tanaman yang akan
ditumbuhkan karena setiap jenis tanaman memerlukan porsi hara yang berbeda-beda
bagi pertumbuhannya. Pada kenyataanya, jumlah unsur hara yang terkandung dalam
tanah terkadang sesuai dengan kebutuhan, melebihi kebutuhan, atau malah kurang dari
yang dibutuhkan oleh tanaman. Untuk memperbaiki keragaman hara tanah yang terjadi,
maka pada setiap awal proses penanaman dilakukan penambahan unsur hara melalui
pemupukan. Namun, penambahan hara pada tanah tidak serta merta menghasilkan
pertumbuhan tanaman yang lebih baik. Pada kadar tertentu, jumlah unsur hara yang
ditambahkan dapat menghasilkan pertumbuhan tanaman yang baik tetapi jika proses
penambahan dilakukan secara berlebihan maka kualitas pertumbuhan tanaman tidak
akan setara dengan penambahan jumlah pupuk dan hanya akan membuang pupuk secara
percuma. Proses pemberian unsur hara (pemupukan) dengan dosis yang tepat bagi
pertumbuhan tanaman sangat diperlukan. Salah satu teknologi yang dapat memenuhi
kebutuhan tersebut adalah mesin pupuk dosis variabel.
Mesin pupuk dosis variabel (variable rate fertilizer applicator) merupakan
sebuah mesin yang dibuat dengan konsep VRT (Variable Rate Technology) dan
memiliki sistem terintergrasi untuk mengetahui kondisi hara tanah serta mengeluarkan
jumlah pupuk sesuai dengan yang dibutuhkan tanah tersebut. Mengusung konsep
2
pertanian presisi, kinerja mesin pupuk dosis variabel didukung oleh perangkat teknologi
pelacak posisi (GPS), peta digital kebutuhan unsur hara tanah, dan unit aplikator yang
dilengkapi dengan kemampuan penjatahan pupuk dengan dosis yang bervariasi.
Penelitian yang telah dilakukan untuk membuat mesin pupuk dosis variabel
antara lain: pengontrolan kecepatan putar metering device menggunakan PID (Azis,
2010) dan pembuatan empat unit aplikator yang dilengkapi dengan RTK-DGPS receiver
(Sapsal, 2011) serta peta kebutuhan hara tanah untuk aplikasi di lahan (Astika, 2010).
Prototipe I mesin pemupuk dosis variabel yang dibuat tahun 2011 belum dilengkapi
oleh beberapa fungsi yang dapat meningkatkan efektifitas kerja mesin di lahan sawah
seperti sistem pneumatik untuk penyebaran pupuk granul ke lahan sawah, sistem
akuisisi data pengeluaran penjatah pupuk, sistem transmisi daya enjin ke unit penghasil
udara bertekanan, dan sistem navigasi RTK-DGPS untuk penentuan lokasi mesin dan
blok aplikasi pupuk di lahan. Pengembangan prototipe II bertujuan untuk membangun
sistem yang memiliki fungsi: penghasil udara bertekanan, pembagi dan penyalur udara
bertekanan, penebar pupuk, transmisi daya enjin ke unit implemen, dan fungsi navigasi
berbasis RTK-DGPS untuk menunjang kerja mesin di lapangan.
Penggunaan mesin pupuk dosis variabel diharapkan dapat meningkatkan
efisiensi waktu kerja dan efektifitas pemupukan dalam budidaya tanaman.
Dibandingkan dengan metode pemupukan URT (Uniform Rate Technology), metode
VRT memiliki potensi untuk memperkecil variasi kondisi hara tanah bagi keseragaman
pertumbuhan tanaman.
Perumusan Masalah
Kebutuhan tanah terhadap unsur hara dengan dosis yang tepat untuk mendukung
pertumbuhan tanaman seringkali tidak terpenuhi oleh metode pemupukan URT. Hal
tersebut membuat jumlah pupuk yang diaplikasikan ke lahan menjadi tidak sesuai
dengan kebutuhan hara tanah sehingga ketidakseragaman pertumbuhan tanaman dapat
terjadi. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan mesin pemupuk berbasis kontrol
otomatik yang dapat memupuk dengan dosis yang tepat, waktu yang tepat, dan lokasi
yang tepat.
3
Tujuan Penelitian
Secara umum tujuan penelitian ini untuk menerapkan konsep pertanian presisi
pelaksanaan pemupukan pada budidaya padi sawah. Lebih jauh lagi tujuan penelitian ini
antara lain:
a. Meningkatkan kinerja prototipe I mesin VRT Granular Applicator (Sapsal,
2011) dengan menambahkan fungsi penghasil udara bertekanan, pembagi dan
penyalur udara bertekanan, penebar pupuk, transmisi daya enjin ke unit
implemen, dan fungsi navigasi menggunakan RTK-DGPS serta menguji kinerja
mesin pada budidaya padi sawah.
b. Mengukur kapasitas lapangan efektif dari penggunaan mesin pemupuk dosis
variabel di lahan sawah.
c. Menganalisis tingkat keseragaman hasil budidaya padi sawah yang telah
dipupuk menggunakan Variable Rate Technology (VRT).
Kegunaan Penelitian
Hasil penelitian ini akan menjadi masukan bagi penerapan konsep pertanian
presisi pada pemupukan padi sawah. Selain itu, hasil penelitian juga dapat dipakai
sebagai masukan bagi pengembangan alat pemupuk dosis variabel untuk budidaya padi
sawah lebih lanjut.
5
2 TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Pertanian Presisi
Pertanian presisi merupakan sebuah konsep manajemen yang mengumpulkan
data dari berbagai sumber untuk menghasilkan sebuah keputusan yang berkenaan
dengan produksi pertanian (Shields, 1998). Menurut Brase (2005), pertanian presisi
(precision agriculture) juga disebut sebagai pertanian spesifik lokasi yang bertujuan
mengumpulkan data untuk pengambilan keputusan mengenai produksi pertanian yang
sesuai dengan lokasi tertentu. Secara umum, pertanian presisi didefinisikan sebagai
sistem menejemen produksi pertanian yang berbasis teknologi informasi untuk
mengidentifikasi,
menganalisis,
dan
mengelola
faktor-faktor
produksi
untuk
mengoptimumkan keuntungan, daya tahan, dan perlindungan sumber daya lahan (Singh,
2007). Menurut Chartuni (2007) ada tiga tahapan dalam penerapan pertanian spesifik,
yaitu: pengumpulan data, intrepretasi data, dan aplikasi di lapangan. Gambar 1
menunjukkan tahapan penerapan pertanian spesifik.
Gambar 1 Tahapan pertanian presisi (Chartuni, 2007)
Pengumpulan data dilakukan untuk mengetahui kondisi komponen-komponen
pendukung produksi, seperti topografi, hara tanah, dan kondisi lingkungan. Data-data
tersebut kemudian diolah dan diinterpretasikan sebagai hasil (keputusan) mengenai
teknis produksi dilapangan. Selanjutnya, aplikasi dari keputusan tersebut dilaksanakan
sebagai pekerjaan produksi di lapangan. Penerapan konsep pertanian presisi memberi
warna baru dalam usaha produksi pertanian di seluruh dunia.
6
Sejak diaplikasikannya GPS (Global Positioning System) lima belas tahun lalu,
konsep pertanian presisi mulai bermunculan di banyak negara. Penggunaan GPS dalam
pertanian banyak dimanfaatkan untuk: aplikasi pestisida, aplikasi kapur, aplikasi pupuk,
dan untuk pemantauan proses panen pada lahan yang sangat luas (Grisso, 2009).
Penggunaan sistem navigasi berbasis GPS membantu operator mengurangi kesalahan
aplikasi dan tumpang tindih dalam pekerjaan lahan yang sebelumnya sangat bergantung
pada akurasi visual.
Selain untuk mengurangi kesalahan faktor manusia dalam pekerjaan,
keuntungan penerapan pertanian presisi dapat dilihat dari dua aspek lainnya, yaitu:
aspek ekonomi dan lingkungan. Keuntungan ekonomi dapat diperoleh karena konsep
pertanian presisi memberi hasil keluaran (keputusan) yang meminimalkan biaya operasi
dan meningkatkan pendapatan. Sementara itu, keuntungan dari sisi lingkungan dapat
diperoleh karena konsep pertanian presisi memiliki kemampuan untuk mengelola
keputusan dalam mengurangi dampak pada sumber daya alam (Brase, 2005). Beberapa
komponen teknologi yang menjadi syarat diterapkannya konsep pertanian presisi antara
lain: Geographical Information Systems (GIS), Global Positioning Systems (GPS),
sensors, Variable Rate Technology (VRT), dan Yield Monitoring (YM) (Rains dan
Thomas, 2009).
Global Positioning System (GPS)
Posisi dari sebuah titik di sebuah ruang dapat diketahui jika dilakukan
pengukuran jarak dari titik tersebut terhadap titik lain yang telah diketahui posisinya
(Bao, 2005). Global Positioning System (GPS) adalah salah satu teknologi kunci yang
memungkinkan penentuan posisi sebuah titik pada pola keruangan. GPS terdiri atas
konstelasi 24 satelit pada ketinggian orbit di atas bumi yang menempati 6 orbit yang
mengelilingi bumi. Satelit ini secara terus menerus mentransmisikan sinyal radio yang
diambil dan diuraikan dengan penerima khusus (Rains dan Thomas 2009). Penentuan
lokasi titik dilakukan menggunakan persamaan (1), (2), dan (3) (Bao, 2005):
√
√
√
(1)
(2)
(3)
7
Karena terdapat tiga parameter yang tidak diketahui dan tiga persamaan
penyelesaian, maka ketiga parameter tersebut seharusnya dapat dicari solusinya. Secara
teoritis, seharusnya terdapat dua solusi pada tiap persamaan karena bentuk persamaan
yang ada adalah persamaan kuadrat ordo kedua. Menggunakan linearisasi dan
pendekatan iterasi, maka ketiga parameter yang tidak diketahui dapat dicari solusinya.
Ilustrasi perhitungan dapat dilihat pada Gambar 2.
Satelit 1
Satelit 3
Satelit 2
Titik yang diukur
Gambar 2 Ilustrasi penentuan lokasi menggunakan GPS (Bao, 2005)
Pembacaan GPS memberikan informasi posisi dalam pasangan latitude-longitude,
tetapi ditransformasikan menjadi koordinat x,y untuk penggunaan dalam sistem
koordinat lapangan. Srivastava et al. (2006) menyatakan bahwa Transformasi
mengasumsikan bumi sebagai elips dengan properti yang diberikan oleh J.P Snyder
pada tahun 1978 dalam Srivastava et al (2006) dan memanfaatkan persamaan (4) dan
(5):
[
[
Di mana :
Lat
√
(
)
]
]
(4)
(5)
(6)
= latitude (radian)
Lon
= longitude (radian)
dLat
= diferensial dari latitude
8
dLon = diferensial dari longitude
dx
= diferensial dari dimensi x (timur-barat)
dy
= diferensial dari dimensi y (utara-selatan)
a
= jari-jari equator (6.378.135 m)
b
= jari-jari polar (6.356.750 m)
Persamaan (4) dan (5) harus diintegralkan untuk memperoleh koordinat bidang. Jika dua
titik di lapangan cukup dekat (biasanya dalam perubahan 1 menit dalam longitude atau
latitude), hasil integrasi berikut mendekati bentuk persamaan (7) dan (8) dengan
beberapa variabel yang dijelaskan oleh persamaan (9) dan (10) :
(7)
(8)
Di mana :
x – x0 = perpindahan dalam arah timur-barat (m)
y – y0 = perpindahan dalam arah utara selatan (m)
x0
= posisi referensi x
y0
= posisi referensi y
Lon0
= posisi referensi longitude
Lat0
= posisi referensi latitude
[
[
(
)
]
]
(9)
(10)
Akurasi GPS dalam menentukan posisi dipengaruhi oleh cuaca dan aktivitas
penerima. Menurut Ehsani (2003) akurasi GPS biasa yang bekerja pada aktivitas
dinamis akan menurun dibandingkan jika dioperasikan pada aktivitas statis. Untuk
meningkatkan akurasi penentuan lokasi, maka digunakan metode Real Time Kinematic
(RTK) dimana pada metode tersebut dua receiver GPS melakukan tracking pada satelit
yang sama sehingga akurasi pengukuran dapat meningkat hingga 2-5 cm (El-Rabbany,
2002). Selain itu, dikenal juga metode penentuan Real Time Differensial GPS yang
menggunakan receiver base dengan posisi statis dan dapat memberi koreksi jarak pada
rover melalui format Radio Technical Commission for Maritime Service (RTCM)
sehingga posisi rover dilapangan dapat menjadi lebih akurat. Ilustrasi penggunaan
DGPS diperlihatkan pada Gambar 3.
9
Gambar 3 Penggunaan DGPS (El-Rabbany, 2002)
Kemampuan DGPS untuk memberikan data posisi hingga akurasi sentimeter
telah membuat sebuah revolusi pada teknis pertanian. Beberapa contoh penerapan
DGPS untuk kegiatan pertanian antara lain: pengambilan data sampel tanah berdasarkan
posisi sampling dapat mempermudah pembuatan peta kesuburan tanah, jika DGPS
diintegrasikan dengan sistem pemandu udara maka proses penyemprotan menggunakan
pesawat udara (baik untuk pupuk ataupun pestisida) dapat lebih akurat dan memiliki
dosis variabel sesuai data kesuburan tanah atau kondisi tanaman yang telah ada
(Gambar 3). Selain itu, kegunaan DGPS dalam proses panen sangat membantu petani
skala besar untuk membuat panduan bagi mesin panen agar bekerja pada posisi lahan
yang telah siap dipanen (El-Rabbany, 2002).
Gambar 4 Penggunaan DGPS untuk penyemprotan (El-Rabbany, 2002)
10
Geographic Information System (GIS)
Sistem Informasi Geografi (GIS dalam bahasa Inggris) merupakan suatu sistem
yang terdiri dari komponen perangkat keras, perangkat lunak, data geografis, dan
sumber daya manusia yang bekerja bersama secara efektif untuk memasukkan,
menyimpan,
memperbaiki,
memperbaharui,
mengelola,
memanipulasi,
mengintegrasikan, menganalisa, dan menampilkan data dalam suatu informasi berbasis
geografis (Tim Teknis Nasional, 2007). GIS sudah banyak diterapkan dalam kehidupan
sehari-hari tanpa kita sadari. Selain itu, GIS sudah banyak diterapkan untuk bidang
pertanian, militer, kependudukan, pariwisata, dan bidang-bidang lainnya (Sutton, 2009).
Saat ini telah banyak software aplikasi untuk pembuatan GIS, di antaranya Arc
View, Quantum GIS, Map Info, Arc Info, dan sebagainya. Hasil keluaran pengolahan
data raster pada software aplikasi merupakan sebuah peta digital yang memiliki
berbagai informasi, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5. Kedua gambar tersebut
merupakan pemetaan satu daerah yang sama, namun setelah diolah menggunakan
aplikasi GIS dapat diperoleh dua informasi yang berbeda yaitu: peta topografi dan peta
pariwisata.
Gambar 5 Hasil pengolahan GIS
Manfaat yang diperoleh dari hasil olahan peta pada Gambar 5 sangat banyak,
salah satu contohnya untuk rencana pembangunan infrastruktur dalam rangka
pemanfaatkan potensi obyek wisata. Dalam bidang pertanian GIS sudah banyak
digunakan untuk peta kesuburan lahan, peta aplikasi pupuk, dan peta aplikasi pestisida.
Solahudin (2010) menggunakan pengolahan citra digital untuk memetakan posisi dan
jumlah gulma pada lahan kedelai untuk aplikasi herbisida seperti pada Gambar 6.
11
2
2
1
1
3
3
2
1
3
3
1
3
2
2
1
3
3
1
3
5
4
2
4
3
2
1
5
5
2
3
5
5
Gambar 6 Pemetaan gulma pada lahan kedelai (Solahudin, 2006)
Peta gulma yang terbentuk dapat memberi informasi untuk referensi dosis
herbisida yang harus diterapkan menggunakan Variable Rate Applicator. Sementara itu,
Astika (2010) membuat peta kebutuhan unsur hara tanaman padi sawah menggunakan
pengolahan citra digital berdasarkan Bagan Warna Daun (BWD). Warna hijau tanaman
padi dibandingkan dengan warna hijau pada BWD sehingga dapat diketahui kebutuhan
unsur hara N, P, dan K. data-data tersebut kemudian disusun menjadi peta dosis
pemupukan (Gambar 7) yang dibutuhkan sebagai referensi bagi aplikasi mesin pemupuk
berbasis VRT.
Gambar 7 Peta kondisi tanaman padi berdasarkan BWD (Astika, 2010)
12
Variable Rate Applicator (VRA)
VRA merupakan sebuah sistem terintegrasi yang dapat mengeluarkan output
sesuai dengan kebutuhan objek. Di dalam bidang pertanian teknologi VRA banyak
digunakan untuk aplikasi pupuk maupun herbisida atau pestisida. Penelitian yang
dilakukan oleh Mohammadzamani (2009) menyimpulkan bahwa penggunaan VRA
pada aplikasi herbisida dapat mengurangi penggunaan herbisida 13% dibanding metode
URT. Penggunaan metode pertanian presisi dalam aplikasi VRA dapat dilakukan
dengan dua cara, yaitu: map-based dan sensor-based (Setiawan, 2001). Map-based
VRA merupakan metode penggunaan VRA yang didasari oleh kebutuhan pemupukan
lahan dalam sebuah peta pemupukan. Metode ini membutuhkan teknologi GPS untuk
mengetahui posisi VRA sehingga dosis yang dikeluarkan akan sesuai dengan kebutuhan
hara tanah pada lokasi tersebut. Sementara itu, metode sensor-based lebih
mengedepankan penggunaan sensor hara tanah yang dapat menduga kebutuhan pupuk
oleh tanah secara real time sehingga pada metode kedua teknologi GPS tidak lagi
diperlukan.
Pada tahun 2010, Azis melakukan penelitian mengenai kontrol kecepatan
metering device pada mesin pemupuk dosis variabel (Gambar 8).
Gambar 8 Uji kontrol dosis pupuk (Azis, 2010)
Hasil penelitian tersebut menginformasikan bahwa perubahan laju putaran
metering device dapat proporsional dengan jumlah pupuk yang dikeluarkan sehingga
pengaturan dosis pupuk dapat dilakukan. Lebih jauh lagi, penelitian lanjutan untuk
13
pengembangan mesin pemupuk laju variabel telah dilakukan oleh Sapsal (2011). Unit
pemupuk yang dibuat oleh Azis dikembangkan menjadi 4 unit yang bekerja secara seri
dan disambungkan dengan traktor penanam bibit padi sawah (Transplanter) sehingga
dapat diaplikasikan pada lahan sawah (Gambar 9).
1
1. Antena GPS
2. Modul Kontrol
3. Variable Rate Granular
2
5
4
Fertilizer Applicator
3
4. Traktor Penanam Padi
5. Sensor
Putaran
Roda
Penggerak
Gambar 9 Mesin pemupuk dosis variabel (Setiawan, 2010)
Peranan Unsur N, P, dan K dalam Pertumbuhan Tanaman Padi
Tanaman padi memiliki tiga tahapan pertumbuhan, yaitu: fase vegetatif, fase
reproduktif, dan fase pemasakan (Suratno, 1997). Ketiga fase tersebut sangat
mempengaruhi jumlah pupuk yang harus diaplikasikan agar diperoleh hasil panen yang
maksimal. Tiga unsur hara yang sangat mempengaruhi pertumbuhan padi antara lain:
Nitrogen (N), Phospor (P), dan Kalium (K).
Unsur hara N berperan penting pada fase pertama pertumbuhan tanaman padi.
Fase pertama atau vegetatif, meliputi pertumbuhan tanaman dari mulai berkecambah
sampai dengan inisiasi primordia malai (hari ke-0 hingga 60 setelah berkecambah). Fase
ini merupakan tahapan yang menyebabkan perbedaan umur panen karena lama fase-fase
reproduktif dan pemasakan tidak dipengaruhi oleh varietas maupun lingkungan. Selama
fase vegetatif, jumlah anakan bertambah dengan cepat, tanaman bertambah tinggi, dan
daun tumbuh secara regular. Pada fase vegetatif sangat dibutuhkan hara Nitrogen agar
tanaman dapat tumbuh dengan baik (Suratno, 1997). Namun, menurut Sugiyanta (2007)
efisiensi pemupukan N tidak akan meningkat setelah aplikasi dosis pemupukan N
mencapai 60 kg N/ha. Pada dosis tersebut diperoleh efisiensi pemupukan sebesar 34 kg
14
gabah/kg N dengan hasil gabah mencapai 6.73 ton/ha tetapi hasil gabah tidak meningkat
walaupun dosis N dinaikkan hingga 180 kg N/ha (Tedjasarwana dan Permadi (1991)
dalam Sugiyanta (2007)). Menurut Witt et al (1999) dalam Sugiyanta (2007) efisiensi
hara N pada padi sawah berkisar 23-100 kg gabah/kg N. Sehingga dapat disimpulkan
bahwa peningkatan aplikasi pupuk N pada tanaman padi tidak serta merta meningkatkan
hasil produksi padi, namun ada titik optimal yang harus dicapai untuk memperoleh hasil
yang maksimal.
Unsur hara selanjutnya, yaitu P berperan dalam proses fotosintesis, glikolisis,
metabolism asam amino, dan menyimpan serta memindahkan energi yang
mengintegrasikan
membran.
Fase
selanjutnya,
reproduktif,
ditandai
dengan
memanjangnya beberapa ruas teratas pada batang bersamaan dengan inisiasi primordia
malai. Pada fase ini kebutuhan hara P sangat besar sehingga kekurangan jenis unsur
hara ini sebaiknya dapat dicegah agar pertumbuhan produksi padi tidak terganggu
(Mario, 2008).
Unsur hara ketiga (K) berfungsi sebagai osmoregulan, aktivasi enzim, pengatur
pH di tingkat selular, keseimbangan kation-anion tingkat sel, pengaturan transpirasi
melalui pengaturan bukaan stomata, dan transportasi asimilat (Sugiyanta, 2007). Selain
itu, unsur K juga berperan dalam memperkuat dinding sel tanaman dan terlibat dalam
lignifikasi jaringan sklerenkim yang dihubungkan dengan ketahanan tanaman terhadap
penyakit. Unsur K dapat diperoleh dari air irigasi sungai dan pengembalian jerami ke
lahan. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa pemupukan K dengan dosis 100 kg KCl
dapat meningkatkan hasil dari 3.84 ton gabah/ha menjadi 5.12 ton gabah/ha. Di samping
itu, aplikasi jerami padi sebanyak 5 ton/ha memberikan hasil yang tidak berbeda nyata
dengan pemupukan 100 kg KCl. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pengembalian
jerami ke lahan dapat mensubstitusi penggunaan pupuk Kalium (Syam dan Hermanto
(1995) dalam Sugiyanta (2007)).
Rekomendasi Takaran Pupuk
Aplikasi pupuk pada budidaya padi sawah harus diperhitungkan agar diperoleh
respon pertumbuhan tanaman yang baik. Menurut Mario (2008) terdapat beberapa cara
untuk menentukan dosis rekomendasi bagi kebutuhan unsur hara tanaman (Nitrogen,
Fosfat, dan Kalium). Unsur Nitrogen yang dibutuhkan tanaman dapat diukur
15
menggunakan Bagan Warna Daun (BWD) dengan membandingkan warna skala pada
BWD dengan warna aktual daun yang sedang diamati. Secara umum, rekomendasi
pemupukan N yang telah dikeluarkan oleh Deptan dalam kartu BWD (Tabel 1) dapat
menjadi acuan dalam aplikasi pemupukan. Namun terdapat juga satu pola yang menjadi
ketetapan seperti pada contoh, apabila pada suatu daerah tanaman padi di suatu lokasi
menghasilkan gabah sebanyak 3 t/ha tanpa pemupukan N, sedangkan target hasil adalah
6 t/ha, maka tambahan pupuk urea yang diperlukan adalah sekitar 325 kg tanpa
penggunaan bagan warna daun (BWD) dan 250 kg dengan BWD (Deptan, 2007).
Tabel 1. Rekomendasi Pemberian Pupuk N
Tingkat hasil (GKG)
Nilai warna daun dengan BWD
5 t/ha
6 t/ha
7 t/ha
8 t/ha
Takaran urea (kg/ha)
2–3
75
100
125
150
Antara 3 dan 4
50
75
100
125
4–5
0
0 atau 50
50
50
Sementara itu, rekomendasi takaran unsur P pada pemupukan dapat dilakukan
menggunakan analisis tanah metode HCl 25%. Hasil analisis tanah akan
mengkategorikan kondisi tanah kedalam status P rendah, sedang atau tinggi, selanjutnya
jumlah pupuk P yang harus diaplikasikan disesuaikan dengan kriteria status P seperti
pada Tabel 2 (Mario, 2008).
Tabel 2. Rekomendasi Pemberian Pupuk P
Status Hara
P Tanah
Rendah
Sedang
Tinggi
Kadar P2O5 (ekstrak HCl 25%)
(mg/100g tanah)
< 20
– 40
>40
Takaran P++
(kg SP36/ha/musim)
100
75
50*
*) dapat diberikan satu kali dua musim tanam
Berbeda dengan unsur N dan P, penambahan unsur K akan menghasilkan respon
yang baik jika diaplikasikan pada tanah dengan kadar K rendah. Sementara aplikasi
16
pada tanah dengan kandungan K sedang dan tinggi tidak memberikan respon yang
besar. Takaran pupuk K pada tanah ditetapkan berdasarkan analisis tanah dengan
metode HCl 25%. Atas dasar hasil analisis, status K tanah dapat dipilah dalam kriteria
rendah, sedang, dan tinggi. Tabel 3 menunjukkan rekomendasi takaran pupuk K
berdasarkan status K tanah (Mario, 2008).
Tabel 3. Rekomendasi Pemberian Pupuk K
Status Hara
K Tanah
Rendah
Sedang
Tinggi
Takaran K++
(kg KCl/ha/musim)
100
50
50
Kadar K2O (ekstrak HCl 25%)
(mg/100g tanah)
< 10
10 – 20
>20
Teknis Pemupukan Padi Sawah
Pemupukan padi sawah memiliki beberapa istilah seperti: pemupukan
berimbang, pemupukan spesifik lokasi, dan pengelolaan hara spesifik lokasi. Secara
sederhana
dapat
dikatakan
bahwa
pemupukan
berimbang
mengacu
kepada
keseimbangan antara unsur hara yang dibutuhkan tanaman padi berdasarkan sasaran
hasil yang ingin dicapai dengan ketersediaan hara dalam tanah (Buresh, 2006).
Sementara itu, penerapan pemupukan berimbang belum dapat direalisasikan di
masyarakat karena penggunaan metode URT yang masih mendominasi dan didukung
oleh ketersediaan peralatan yang cukup banyak bagi pelaksanaan metode URT.
Menurut Buresh (2006), tahapan dosis pemupukan didasari oleh umur tanam
sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Tahapan Dosis Pemupukan
Pertumbuhan Awal
Anakan
Aktif
Primordia
Matang
Umur,
(HST)
0 – 14
21 – 28
35 – 50
-
Nitrogen
Takaran sedang
(50-100 kg
urea/ha)
Berdasarkan
BWD**
Berdasarkan
BWD**
-
Fosfor
dan
100%
-
-
-
Gambar
17
Sulfur*
Kalium
50% - 100%
-
Bila perlu
50%
-
*) Bila diperlukan; **) Bagan Warna Daun
Dosis yang diberikan merupakan dosis seragam dengan satuan kilogram per
hektar. Aplikasi pemupukan dilapangan sangat dipengaruhi oleh kualitas lingkungan
yang menjadi tempat tumbuh tanaman padi. Pada umumnya, waktu aplikasi pupuk pada
padi sawah sangat dipengaruhi oleh jenis pupuk yang diaplikasikan.
Menurut Maspary (2011), jika digunakan kombinasi pupuk Urea, SP36, dan KCl
dengan perbandingan (200-250 kg/ha: 100-150 kg/ha: 75-100 kg/ha) maka satu hari
sebelum penanaman dilakukan penyebaran pupuk SP36 100%. Setelah umur 7 hari
setelah tanam (HST) dilakukan penyebaran Urea 30% dengan KCl 50%. Ketika umur
20 HST lakukan penyebaran Urea 40% dan setelah umur 30 HST lakukan penyebaran
Urea 30% dan KCl 50%. Jika digunakan Urea, SP36 dan KCl namun mempunyai BWD,
maka proses aplikasi pertama dan kedua sama seperti diatas namun setiap minggu
diperlukan pengetesan warna daun menggunakan BWD. Jika hasil pengetesan tersebut
dirasa membutuhkan penambahan Urea maka dilakukan penambahan dengan jumlah
yang sedikit (10%). Pengetesan dilakukan sampai tanaman berumur 40 HST. Pada umur
30 HST KCl yang tersisa 50% diaplikasikan seluruhnya.
Sementara itu, jika digunakan pupuk Urea dan NPK Phonska (100 kg/ha: 300
kg/ha), maka pada umur 7 HST berikan Urea 30% dan NPK Ponska 50%. Pada umur 20
HST, berikan Urea 40% dan setelah umur 30 HST berikan Urea 30% dan NPK Ponska
50%. Jika menggunakan BWD, pada 7 HST pupuk NPK Ponska dapat diberikan 50%
tanpa diiringi oleh Urea. Satu minggu kemudian, lakukan tes BWD dan jika tanaman
membutuhkan Urea maka dapat diaplikasikan sebesar 10%. Hal tersebut dilakukan
hingga tanaman berumur 40 HST, pada umur 30 HST NPK Ponska yang tersisa 50%
diberikan semuanya.
Selanjutnya, jika digunakan Urea dan NPK Pelangi (100 kg/ha dan 300 kg/ha).
Berikan NPK Pelangi 100% saat tanaman berumur 1 HST, setelah satu minggu berikan
Urea 30%. Ketika umur 20 HST, maka berikan Urea 40% dan saat tanaman berumur 30
HST 30% Urea terakhir dapat diberikan. Jika BWD dimiliki, maka aplikasikan NPK
Pelangi 100% pada 1 HST, setelah 7 HST lakukan pengetesan menggunakan BWD dan
jika hasil tes dirasa perlu aplikasi Urea maka pupuk Urea dapat ditambahkan 10%, dan
18
demikian seterusnya dilakukan penambahan Urea setelah dilakukan tes BWD setiap
satu minggu sekali.
19
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan selama sepuluh bulan, dimulai pada bulan Januari 2012
hingga September 2012. Penelitian dilaksanakan di tiga tempat yang berbeda, yaitu:
Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Laboratoriom Lapangan Siswadi Soepardjo,
dan areal pertanian Cikarawang Kecamatan Dramaga. Proses perancangan dan
pengembangan mesin pemupuk dosis variabel dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin
dan Otomasi, sementara uji coba mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadi
Soepardjo (lokasi I) dan areal pertanian Cikarawang Kecamatan Dramaga (lokasi II).
Alat dan Bahan Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini dikelompokkan ke dalam 4
bagian, yaitu;
a.
b.
c.
Perangkat Keras (Hardware):
Personal Computer (PC) atau komputer jinjing.
DT-AVR ATmega128L
Konektor RS232 dan ISP
RTK-DGPS Outback® S3 GPS Guidance and Mapping System
1 buah SPC Motor Controller
4 unit motor DC Servo
4 buah EMS 30A H-Bridge
4 buah Encoder 1024 Pulsa
Perangkat Lunak (Software):
CodeVisionAVR V2.04.4a
Microsoft Office 2010
SharpDevelop 4.2
Prototipe
4 unit Variable Rate Granular Fertilizer Applicator
1 unit blower
1 unit rangka dudukan sistem blower dan gear box berbahan besi
20
d.
1 unit rangka dudukan wadah pupuk berbahan stainless steel
4 unit wadah pupuk kapasitas 30 kg berbahan akrilik
8 unit penebar pupuk berbahan aluminium
Alat bantu:
Maintenance Vehicle untuk lahan sawah (Transplanter padi dengan roda
ramping dan high clearance)
Timbangan digital kapasitas 5.0 kg
Timbangan gantung kapasitas 50 kg
Meteran 50 m
Bagan Warna Daun IRRI 4 warna
Bahan yang digunakan yaitu pupuk granular NPK Phonska.
Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam dua tahapan besar, yaitu: pengembangan mesin
pemupuk laju variabel dan uji kinerja mesin pemupuk laju variabel. Gambar 10
menunjukkan detail tahapan penelitian yang akan dilakukan.
Mulai
Studi Pustaka
Modifikasi Mesin Pemupuk Laju
Variabel
Uji Kinerja Mesin Pemupuk Laju
Variabel Pada Lahan Sawah
Pengolahan dan Analisis Data Aplikasi
Pupuk dan Hasil Panen
Selesai
Gambar 10 Tahapan penelitian
21
Studi Pustaka
Literatur diperlukan untuk memberi dasar dan pembatasan pada penelitian.
Literatur yang diperoleh tidak hanya berasal dari penelitian di dalam negeri namun juga
dari penelitian-penelitian universitas di luar negeri yang telah
lebih dulu
mengembangkan mesin ini. Informasi yang diperoleh dijadikan pengetahuan yang harus
disesuaikan dengan kondisi pertanian di Indonesia.
Pengembangan Mesin Pemupuk Dosis Variabel
Prototipe mesin pemupuk yang telah dibuat harus dimodifikasi agar dapat
diaplikasikan di lapangan. Beberapa komponen yang dibuat pada tahap ini antara lain:
rangka utama unit pemupuk laju variabel, sistem penghasil udara bertekanan
menggunakan blower, dan sistem penyaluran udara bertekanan menggunakan pipa
fleksibel. Tahapan proses pengembangan mesin tersebut dapat dilihat pada Gambar 11.
Studi Pustaka
Desain dan Pembuatan Rangka Utama
Unit Pemupuk Dosis Variabel
Perbaikan/modifikasi
tidak
Rangka Sesuai Desain?
ya
Pemasangan Sistem Penghasil dan
Penyalur Udara Bertekanan
Perbaikan/modifikasi
tidak
Sistem Bekerja dengan
Baik?
ya
Uji Kinerja Mesin Pemupuk Dosis
Variabel pada Lahan Sawah
Gambar 11 Tahapan Proses Pengembangan Mesin Pemupuk Laju Variabel
22
Proses pertama pada tahap pengembangan mesin dilakukan dengan mendesain
rangka utama bagi empat unit pemupuk laju variabel serta menyediakan tempat bagi
unit penghasil dan penyalur udara bertekanan. Modifikasi desain diperlihatkan oleh
Gambar 12.
Prototipe I (2011)
Prototipe II (2012)
Gambar 12 Modifikasi mesin pemupuk dosis variabel
Modifikasi ini diperlukan karena rangka prototipe mesin terdahulu tidak
mend