29/09/2011

1

SUN LIGHT

Contents

Solar Radiation

The Atmosphere as Filter and Reflector

The Ecological Significance of Light on Earth

Characteristics of Visible Light Exposure

Determinant of Variations in the Light Environment

Other Forms of Response to Light

Managing The Light Environment in Agroecosystem

What is Light ?� Energy in the form of Electromagnetic Radiation

(EMR) that produces a visual sensation

� Light is that part of the radiant energy which is

visible to the eye.

� The chief radiation or energy source for the earth is

the sun

� Light is one of the most important factors

determining the growth of plants and the

development of vegetation.

SOLAR RADIATIONSOLAR RADIATIONSOLAR RADIATIONSOLAR RADIATION

Figure 1. The electromagnetic spectrum

E = h x v v= E/h

� wavelength and energy is inversely related

� the higher the wavelength the lower the energyTHE ATMOSPHERE AS FILTER AND REFLECTORTHE ATMOSPHERE AS FILTER AND REFLECTORTHE ATMOSPHERE AS FILTER AND REFLECTORTHE ATMOSPHERE AS FILTER AND REFLECTOR

29/09/2011

2

� Cahaya matahari yang pertama kali sampai pada lapisan

luar atmosfir terdiri dari :

� ± 10 % sinar ultraviolet (UV);

� 50 % cahaya tampak (Visible light)

� 40 % sinar infra merah (IR)

� Σ energi matahari yang sampai di permukaan bumi (Rs)

secara umum ditentukan oleh transparansi atmosfer (q)

dan besarnya tetapan surya (solar constant = Io),

Rs = q x Io

Rs = jumlah energi matahari yang sampai di permukaan bumi

q = trasnparansi atmosfer dan

Io = solar constant, yaitu Σ energi matahari yang sampai

pada permukaan terluar atmosfer secara tegak lurus.

� Apabila transparansi atmosfer semakin tinggi,

menunjukkan atmosfer bersih Σ energi yang

diterima oleh bumi semakin tinggi.

� Apabila di atmosfer banyak terkandung uap air (awan) /

gas-gas polutan (ex : CO, NO2, SO2, CH4) dan

partikulat (ex: debu dan asap)

nilai q semakin rendah

� Apabila atmosfer cerah, yaitu bila kandungan awan dan

gas-gas rumah kaca sedikit, berarti nilai q nya tinggi,

Σ radiasi matahari yang sampai permukaan bumi semakin tinggi

Di atmosfer, radiasi matahari mengalami

pengurangan melalui :

1. Absorbsi

2. Refleksi

3. Re-radiasi

� Di permukaan bumi, radiasi matahari mengalami:

1. Refleksi,

2. Absorbsi

3. Re-radiasi

4. konveksi,

5. konduksi dan untuk evaporasi

Radiasi matahari di permukaan bumi

Figure 2. The fate of light upon reaching the earth

THE ECOLOGICAL SIGNIFICANCE OF THE ECOLOGICAL SIGNIFICANCE OF THE ECOLOGICAL SIGNIFICANCE OF THE ECOLOGICAL SIGNIFICANCE OF

LIGHT ON EARTHLIGHT ON EARTHLIGHT ON EARTHLIGHT ON EARTH

A. Ultraviolet Light

B. Photo synthetically Active Radiation

(PAR)

C. Infrared Light

AAAA. . . . Ultraviolet Light (UV)Ultraviolet Light (UV)Ultraviolet Light (UV)Ultraviolet Light (UV)

29/09/2011

3

Ozone and Ultraviolet RadiationOzone and Ultraviolet RadiationOzone and Ultraviolet RadiationOzone and Ultraviolet Radiation

� UV “light” has a high energy level and can damage exposed cells and tissues.

� Ozone in upper atmosphere absorbs strongly in ultraviolet portion of electromagnetic spectrum.

� Chlorofluorocarbons (formerly used as propellants and refrigerants) react with and chemically destroy ozone:

� ozone “holes” appeared in the atmosphere

concern over this phenomenon led to strict controls on CFCs and other substances depleting ozone

B. Photosynthetically Active Radiation (PAR)

Figure 3. Visible light (PAR) spectrum

29/09/2011

4

PhotosyntheticallyPhotosyntheticallyPhotosyntheticallyPhotosynthetically Active Radiation (PAR)Active Radiation (PAR)Active Radiation (PAR)Active Radiation (PAR)

� The photoreceptors in chlorophyll are

most absorptive of violet-blue and

orange-red light

� Since chlorophyll cannot absorb green

light very well, most of it is reflected back,

making plants appear green

Figure 4. Absorbance of chlorophyll in relation to the

wavelength of light

Figure 5. The Absorption Spectra of Plants

� Various substances (pigments) in plants have different absorption spectra:� chlorophyll in plants absorbs red orange and violet light, reflects green and yellow

� water absorbs strongly in red and IR, scatters violet and blue, leaving green at depth

Plants Respond to LightPlants Respond to LightC. Infrared Light (IR)C. Infrared Light (IR)C. Infrared Light (IR)C. Infrared Light (IR)

� Infrared light energy with a wavelength from

800 nm to 3000 nm,

� IR has an important role in influencing the

hormones involved in germination, plant’s

responses to changes to day length and

other plant processes.

CHARACTERISTICS OF VISIBLE LIGHT CHARACTERISTICS OF VISIBLE LIGHT CHARACTERISTICS OF VISIBLE LIGHT CHARACTERISTICS OF VISIBLE LIGHT

EXPOSUREEXPOSUREEXPOSUREEXPOSURE

� Quantity (Intensity)

� photosynthesis

� Quality (Wavelength - Color)

� photomorphogenesis

� Duration

� photoperiodism

Light IntensityLight IntensityLight IntensityLight Intensity

� The total energy content of all the light in the PAR

range that reaches a leaf surface

� Energy units: Calories cm-2, Joule second-1, Lux or

Watt. m-2

� Intensity provides energy for photosynthesis

The rate of photosynthesis is affected by the

availability of water, CO2 and sunlight.

29/09/2011

5

PENGARUH INTENSITAS TERHADAP SIFAT PENGARUH INTENSITAS TERHADAP SIFAT PENGARUH INTENSITAS TERHADAP SIFAT PENGARUH INTENSITAS TERHADAP SIFAT

FISIOLOGIS TANAMANFISIOLOGIS TANAMANFISIOLOGIS TANAMANFISIOLOGIS TANAMAN

� Laju fotosintesis

� Laju transpirasi

� Pertumbuhan batang (memanjang

dan menuju kearah datangnya

sinar)

� Perkecambahan benih

� Pembungaan

Figure 6. The relationship between solar radiation and

photosynthetic rate

KELOMPOK TANAMAN BERDASARKAN KELOMPOK TANAMAN BERDASARKAN KELOMPOK TANAMAN BERDASARKAN KELOMPOK TANAMAN BERDASARKAN

KEBUTUHAN DAN ADAPTASI RADIASI MATAHARIKEBUTUHAN DAN ADAPTASI RADIASI MATAHARIKEBUTUHAN DAN ADAPTASI RADIASI MATAHARIKEBUTUHAN DAN ADAPTASI RADIASI MATAHARI

1. Sciophytes/shade species/shade loving

tanaman yang tumbuh baik pada tempat

yang ternaung dengan intensitas radiasi

matahari rendah. (kopi (30-50%,Coklat (25 %)

2. Heliophytes/sun species/sun loving

tanaman yang tumbuh baik pada intensitas

radiasi matahari penuh.(padi,jagung,tebu,ubi

kayu dsb.)

KUALITAS RADIASI MATAHARIKUALITAS RADIASI MATAHARIKUALITAS RADIASI MATAHARIKUALITAS RADIASI MATAHARI

Proporsi panjang gelombang yang diterima

pada suatu tempat dan waktu tertentu

Menggambarkan spektrum cahaya yang

dipancarkan oleh matahari yang terdiri

dari berbagai gelombang

Light QualityLight QualityLight QualityLight Quality

Figure 7. The electromagnetic spectrum

� Light quality controls Photo-morphogenesis (plant development and form)

� Mediated by phytochrome (protein pigment)

� red light absorbing form (Pr)

� FR light absorbing form (Pfr)

� Forms are photoinconvertible, depending on the which type of light is absorbed

29/09/2011

6

Fitokhrom merupakan senyawa (pigmen) yang

menentukan respon sifat morfogenetik tanaman

(inisiasi bunga,perkecambahan

benih,perpanjangan ruas (internode) batang

dan pembentukan pigmen)

Fitokhrom berupa senyawa tetrapirol seperti :

klorofil terdiri dari khromofore dan protein.

Khromofore sangat peka thd kualias radiasi

dan bersifat reversible (dapat berubah ubah)

tergantung pada panjang gelombang radiasi

yang mengenai fitokfhrome tsb.

FAKTOR FAKTOR YANG BERPENGARUH DISTRIBUSI FAKTOR FAKTOR YANG BERPENGARUH DISTRIBUSI FAKTOR FAKTOR YANG BERPENGARUH DISTRIBUSI FAKTOR FAKTOR YANG BERPENGARUH DISTRIBUSI

SPEKTRUM (PANJANG GELOMBANG)SPEKTRUM (PANJANG GELOMBANG)SPEKTRUM (PANJANG GELOMBANG)SPEKTRUM (PANJANG GELOMBANG)

1. Sudut datang matahari atau jarak antara

matahari dan bumi

- dataran rendah EE.. Sinar merah

- dataran tinggiEEE... Ultra violet

2. Letak daun pada tajuk

Peranan kualitas cahaya matahari dlm kehidupan

TanamanSpektrumwarna Panjang

gelombang (nm)

Peranan bagi tanaman

Ultra violet < 280 Tanaman rusak

280 -320 Sel tanaman mengalami kerusakan

320 -405 Tanaman kerdil

Visible light

(PAR)

405 -505 Diserap klorofil utk Fotosintesis (biru)

505 –552 Untuk pertumbuhan daun (hijau)

552–585 Untuk pembentukan pigmen (kuning)

585–620 Untuk pembentukan fotoklorofil(jingga)

620–760 diserap klorofil untuk fotosintesis

Near Infra Red (NIR) 760 –1.000 diterima tanaman untuk aktifitas foto-Morfo

Genetik perkecambahan dan

pertumbuhan memanjang

Far Infra Red (FIR) > 1.000 Diterima tan & dikonversikan dlm bentuk

thermal, dan utk energi evapotranspirasi

Benih lettuce ----- bunga Xanthium

Photoreversibility dari fitokhrom

merah infra merah

Figure 8. Respon panjang gelombang pada perkecambahan benih

dan pembungaan pada

Tabel 3. Persentase perkecambahan benih Lettuce sebagai

akibat dari pemberian radiasi dengan panjang gelombang silih

berganti

No Pemberian radiasi Daya kecambah

(persen)

1 Merah 70

2 M-Infra Merah(IM) 6

3 M-IM-M 74

4 M-IM-M-IM 6

5 M-IM-M-IM-M 76

29/09/2011

7

PhotoperiodismPhotoperiodismPhotoperiodismPhotoperiodism

(Duration (Duration (Duration (Duration of the Light of the Light of the Light of the Light Period)Period)Period)Period)

� ialah : lamanya siang hari dihitung mulai matahari

terbit hingga terbenam

� berpengaruh pada:

1. inisiasi bunga

2. produksi

3. pembentukan umbi

4. dormansi benih

5. pertumbuhan tanaman (pembentukan anakan

percabangan dan pertumbuhan memanjang)

Berdasarkan respon tumbuhan pada variasi panjang hari,

maka dikenal :

1. Tumbuhan Hari Panjang (Long day plant) :

kelompok tumbuhan yg akan memasuki fase generatifnya

(membentuk organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tsb menerima

penyinaran yang panjang (> 14 jam),

contoh : spinasi, beberapa jenis radish dan sawi.

2. Tumbuhan Hari Pendek (Short day plant) :

kelompok tumbuhan yg akan memasuki fase generatif (membentuk

organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tersebut menerima

penyinaran yang pendek (< 10 jam)

contoh : labu siam, kecipir dan bayam.

3. Tumbuhan Hari Netral (Neutral day plant) :

kelompok tumbuhan yg fase perkembangannya tidak dipengaruhi

oleh lama penyinaran. Kelompok tumbuhan ini tetap akan memasuki

fase generatif baik jika menerima yg panjang/ pendek

contoh : tomat, blewah, kacang-kacangan dll.

� We can control light and influence blooming

or vegetative growth by:

• Shortening day with black cloth: covering

the growing plant with an opaque cover to

exclude light.

• Lengthening day with artificial light: adding

light in the evening hours.

DETERMINANT OF VARIATIONS DETERMINANT OF VARIATIONS DETERMINANT OF VARIATIONS DETERMINANT OF VARIATIONS

IN THE LIGHT ENVIRONMENTIN THE LIGHT ENVIRONMENTIN THE LIGHT ENVIRONMENTIN THE LIGHT ENVIRONMENT

� Seasonality

� Latitude

� Altitude

� Topography

� Air Quality

� Vegetation Canopy Structure

OTHER FORMS OF RESPONSE TO LIGHTOTHER FORMS OF RESPONSE TO LIGHTOTHER FORMS OF RESPONSE TO LIGHTOTHER FORMS OF RESPONSE TO LIGHT

� Germination

� Growth and Development

- Establishment

- Plant Growth

- Phototropism

- Photoperiod

� Production of the Harvestable Portion of the Plant

• Phototropism: the tendency for plants to

“lean” in the direction of the greatest light

intensity.

29/09/2011

8

PhototropismsPhototropismsPhototropismsPhototropismsPhototropismsPhototropismsPhototropismsPhototropisms

� Phototropic responses involve bending of

growing stems toward light sources.

� Individual leaves may also display phototrophic

responses.

○ auxin most likely involved

Plant Physiology Under Low Light

Intensity

1. Longer internodes, increased stem elongation

2. Leaves have larger surface area

3. Thinner leaves and stems

4. Thinner cuticle

5. One layer of palisade cells

MANAGING THE LIGHT ENVIRONMENT MANAGING THE LIGHT ENVIRONMENT MANAGING THE LIGHT ENVIRONMENT MANAGING THE LIGHT ENVIRONMENT

IN AGROECOSYSTEMIN AGROECOSYSTEMIN AGROECOSYSTEMIN AGROECOSYSTEM3650

104

365104009

8

=

x

xx ton karbohidrat/

ha/tahun

Ditinjau dari aspek energi, fotosintensis mrp proses yang tidak

effisien (1-2 % energi matahari yang jatuh diubah menjadi energi

kimia dalam bentuk karbohidrat (hasil panen).

Contoh : Rata rata intensitas radiasi di Malang 400

kal/cm2/hari. 1 gram karbohidrat mengandung 4000 Kal

maka hasil panen yang diperoleh seharusnya :

Kenyataan di lapang hasil terbaik tidak lebih dari 50 ton

karbohidrat ( bahan kering total tanaman = biji +batang

+ daun + akar ) per hektar per tahun

Effisiensi :

50/3650 x 100 % = 1,5 %

Artinya : dari 100 % energi matahari

yang jatuh hanya 1,5 % yang dapat

diuubah tanaman menjadi energi kimia

Tabel. Perbandingan hasil dan efisiensi konversi energi

matahari pada beberapa tanaman dengan umur yang

berbeda

Jenis tanaman Hasil (t/Ha) Effisiensi

konversi (%)

Umur (bulan)

Kentang

Bit gula

Wortel

Jagung

Tebu

9,60

16,00

6,86

15,52

129,48

0,50

0,90

0,39

1,05

1,43

5

6

6

4

12

29/09/2011

9

SuatuSuatuSuatuSuatu prosesprosesprosesproses produksiproduksiproduksiproduksi pertanianpertanianpertanianpertanian ((((agronomiagronomiagronomiagronomi) ) ) ) ditinjauditinjauditinjauditinjau

daridaridaridari aspekaspekaspekaspek energienergienergienergi mataharimataharimataharimatahari bertujuanbertujuanbertujuanbertujuan untukuntukuntukuntuk

meningkatkanmeningkatkanmeningkatkanmeningkatkan effisiensieffisiensieffisiensieffisiensi konversikonversikonversikonversi energienergienergienergi mataharimataharimataharimatahari

atauatauatauatau mengurangimengurangimengurangimengurangi hilangnyahilangnyahilangnyahilangnya energienergienergienergi mataharimataharimataharimatahari selamaselamaselamaselama

prosesprosesprosesproses produksiproduksiproduksiproduksi harusharusharusharus mengetahuimengetahuimengetahuimengetahui kemanakemanakemanakemana

hilangnyahilangnyahilangnyahilangnya energienergienergienergi mataharimataharimataharimatahari tersebuttersebuttersebuttersebut....

Energi matahari yang telah tertangkap tidakseluruhnya dapat diserap (diabsorpsi) olehtanaman.

� 65 % diserap (diabsorbsi),

� 20 % dipantulkan (refleksi)

� 15 % diteruskan (ditransmisi)

Refleksi dipengaruhi oleh :

� kekasaran tajuk,

� sudut daun,

� ILD (Indeks Luas Daun)

� warna daun

� sudut datang radiasi matahari.

Figure 8. Figure 8. Figure 8. Figure 8. Light Strikes a LeafLight Strikes a LeafLight Strikes a LeafLight Strikes a Leaf

reflected

light 10-15 %

most of

absorbed

energy lost in

evaporation of

water

light strike

leaf 100 %

only 0.50-3.50 % of

total light energy used

in photosynthesis

transmitted light ±5 %

absorbed light

80-85 %

FaktorFaktorFaktorFaktor yang yang yang yang perluperluperluperlu diperhatikandiperhatikandiperhatikandiperhatikan penyebabpenyebabpenyebabpenyebab hilangnyahilangnyahilangnyahilangnya

energienergienergienergi mataharimataharimataharimatahari

1. Umur tanaman

2. Populasi tanaman

3. Bentuk tajuk tanaman

4. Laju pertumbuhan tanaman

5. Sistem/Pola bertanam

Gambar 9. Penyebaran radiasi matahari pada waktu tanaman

muda

Gambar 10. Hubungan antara populasi tanaman dengan efesiensi

konversi energi matahari

29/09/2011

10

Gambar 11. Profil radiasi matahari antara tanaman berdaun

horisontal (A) dan tanaman berdaun tegak (B)

How to manage the light How to manage the light How to manage the light How to manage the light

environment in environment in environment in environment in agroecosystemagroecosystemagroecosystemagroecosystem????

� Crop Selection

� Cropping Diversity and Canopy Structure

� Temporal Management

� Carbon Partitioning and Sustainability