Net Primary Production

by R.Larasati

Selama proses fotosintesis tanaman mengikat CO2 dari atmosfer. Banyaknya karbon yang diikat selama proses fotosintesis disebut dengan Gross Primary Production (GPP). Beberapa CO2 yang diikat digunakan oleh tanaman sendiri untuk proses metabolisme (sebagian besar untuk respirasi) dan pada proses ini, CO2 kembali lagi ke atmosfer. Karbon yang tidak digunakan dalam proses respirasi dan digunakan untuk membentuk biomassa pada tanaman, inilah yang disebut dengan Net Primary production (NPP) (June et al.  2006).

Fahey dan Knapp (2007) mendefinisikan produktivitas primer sebagai tingkat dimana energi disimpan dalam bahan organik dari tanaman per satuan luas permukaan bumi. Hal ini sering diungkapkan dalam unit bahan kering (misalnya, gram kering massa m2 tahun-1). Produktivitas primer bruto (gross primary production)  adalah jumlah energi tetap (atau bahan organik yang diciptakan) oleh tumbuhan dalam fotosintesis per unit areal tanah per unit waktu. Namun, tanaman menggunakan sejumlah besar bahan organik yang mereka hasilkan untuk kebutuhan mereka sendiri seperti  untuk respirasi. Produktivitas primer bersih (Net Primary Production) adalah jumlah bahan organik yang tersisa setelah respirasi. Menurut Clark (2001), NPP adalah selisih antara  total fotosintesis (Gross Primary Production) dan respirasi total tanaman di suatu ekosistem. Walaupun pengertian NPP bisa dijelaskan seperti itu, namun kenyataannya di lapangan, nilai NPP tidak bisa semerta – merta di dapatkan dengan hanya mengetahui perbedaan nilai hasil fotosintesis dan respirasi.  Definisi lain NPP yakni bahan organik yang diproduksi selama suatu interval tertentu. Namun demikian nilai hasil produksi ini tidak bisa langsung diukur karena proses transformasi seperti konsumsi dan dekomposisi selama interval pengukuran diestimasi berdasarkan beragam pengukuran dan asumsi yang mendasari.

NPP didefinisikan  sebagai fluks karbon bersih dari atmosfer ke dalam tanaman hijau per satuan waktu. NPP mengacu pada tingkat proses seperti jumlah produksi materi dedaunan (NPP) per hari, minggu, atau tahun. NPP adalah variabel ekologi dasar, hal ini tidak hanya karena NPP mengukur  input energi dari biosfer dan asimilasi Karbon Dioksida daratan, tetapi juga karena NPP adalah faktor signifikan  dalam indikasi area penutupan lahan dan luas jarak dalam proses ekologi. NPP adalah komponen penting dalam siklus karbon dan indikasi dari kualitas ekosistem. NPP dikendalikan oleh radiasi matahari dan dipengaruhi oleh cahaya, curah hujan, dan suhu udara. (Imanda  2010).

Clark (2001)  menambahkan bahwa NPP terdiri dari semua bahan yang bersama-sama mewakili: (1) jumlah bahan organik baru yang diproduksi oleh tanaman pada akhir interval waktu, dan (2) jumlah materi organik baik yang dihasilkan atau dihilangkan oleh tanaman selama interval waktu yang sama. Hal yang sama di ungkapkan oleh Kloeppel et al. (2007) yang menyatakan bahwa Pengukuran produktivitas primer bersih (NPP) di ekosistem hutan menyajikan berbagai tantangan karena dimensi yang besar dan kompleksitas pohon serta kesulitan mengkuantifikasi beberapa komponen NPP. Secara umum, pengukuran NPP melibatkan penjumlahan dua set bahan organik yang berbeda: (1) yang ditambahkan dan ditahan oleh tanaman selama interval pengukuran (selisih biomassa bersih) dan (2) yang dihasilkan, namun hilang oleh tanaman selama selang yang sama.

  NPP global dari vegetasi selama Januari sampai Februari 2010.

(sumber : http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps)

Gambar di atas memperlihatkan secara global, rata – rata tahunan NPP dari vegetasi selama Januari sampai Februari 2010. Dalam gambar ini, vegetasi digambarkan sebagai skala atau indeks kehijauan. Kehijauan didasarkan  pada beberapa faktor yakni , jumlah dan jenis dari tanaman, seberapa rindang dan seberapa sehat tanaman tersebut. Di tempat dimana kerapatan daun – daunan dan pertumbuhan tanaman cepat, indeks menjadi tinggi, diperlihatkan dengan warna hijau yang tua. Wilayah dimana sedikit tanaman tumbuh memiliki indeks yang rendah, diperlihatkan dengan warna coklat. Pola yang dapat diperlihatkan pada gambar tersebut adalah, kehijauan vegetasi tinggi didekat khatulistiwa sepanjang tahun, dimana suhu, curah hujan, dan cahaya matahari melimpah. Antara khatulistiwa dan kutub, kehijauan vegetasi  naik turun sesuai perubahan musim.

Banyak model menyusun pendugaan NPP skala regional dan global dan model – model tersebut dapat di klasifikasikan dalam 3 tipe, yaitu model iklim, model proses, dan model efisiensi penggunaan energi. Model iklim menduga dengan menentukan hubungan statistik antara NPP dengan data iklim. Model proses menduga NPP berdasarkan fisiologi tanaman dan proses ekologi. Model efisiensi penggunaan energi menggunakan efisiensi penggunaan energi dan hubungan antara indeks vegetasi dengan fAPAR (Fraction Of Photosynthetically Active Radiation) untuk menduga radiasi yang diserap oleh tanaman untuk mengestimasi nilai NPP. Karena model efisiensi penggunaan energi adalah model yang paling sederhana dibandingkan dengan model lainnya dan mengggunakan data penginderaan jauh, model ini yang paling banyak digunakan untuk menduga NPP (Imanda  2010).

Perkembangan teknologi penginderaan jauh menunjukkan potensi untuk menduga nilai NPP (Seaquist et al.  2003 dalam Lagergren et al  2005). Dengan mengkombinasikan model dan teknologi dari penginderaan jauh dan sistem informasi geografi, NPP dapat diduga di wilayah ekosistem yang luas (June et al. 2006). Konsep yang paling umum digunakan untuk menduga NPP dari data penginderaan jauh adalah dengan menggunakan Absorbed Photosynthetically Active Radiation (APAR) dan efisiensi penggunaan radiasi matahari (Monteith  1972 dalam Lagergren et al.  2005).

Penggunaan teknik penginderaan jauh untuk menduga NPP adalah dengan menggunakan model  efisiensi penggunaan radiasi matahari yang menggunakan teknik penginderaan jauh dari fraksi radiasi fotosintesis yang diserap untuk memperkirakan nilai maksimum asimilasi karbon dan kemudian menyesuaikannya dengan kondisi iklim menggunakan serangkaian respon algoritma iklim sederhana. (Luo et al., 2004 dalam Ollinger et al.,  2007).

Model efisien penggunaan radiasi matahari dibangun di atas dua asumsi mendasar (Running  et al.   2004 dalam Yuan et al.  2007) : (1) bahwa GPP ekosistem secara langsung berkaitan dengan radiasi Absorbed Photosymthetically Active Radiation (APAR) melalui efisiensi penggunaan radiasi matahari, dimana efisiensi penggunaan radiasi matahari didefinisikan sebagai jumlah karbon yang dihasilkan per unit APAR dan (2) bahwa efisiensi penggunaan radiasi matahari dapat dikurangi  di bawah nilai potensi teoritis dengan tekanan lingkungan seperti suhu rendah atau kekurangan air (Landsberg,  1986 dalam Yuan et al.  2007). Bentuk umum dari model efisiensi penggunaan radiasi matahari adalah :

GPP = fAPAR x PAR x εmax x f

Dimana PAR adalah Photosynthetically Active Radiation (MJ m-2) per periode waktu (hari atau bulan), fAPAR adalah fraksi PAR yang diserap oleh kanopi tanaman, εmax adalah efisiensi penggunaan radiasi matahari potensial  (g C m-2 MJ-1 APAR) tanpa adanya stress lingkungan, f adalah skala variasi yang nilainya berkisar dari 0 – 1 memperlihatkan reduksi dari efisiensi penggunaan radiasi potensial dalam membatasi kondisi lingkungan.

Pendekatan awal  untuk menduga NPP pertama kali dilakukan oleh Monteith (1972;1974) yang menyatakan bahwa dC/dt (akumulasi karbon per unit waktu, saat unit waktu 1 tahun, maka dC/dt adalah NPP) sebagai hasil dari efisiensi kanopi (e, mol CO2 mol-1 PAR atau gC MJ-1), fraksi PAR (fAPAR) yang diserap oleh kanopi dan PAR harian yang mencapai bagian atas kanopi, dirumuskan sebagai berikut :

                                                                                                                                                                 365

NPP = Σ (e * fAPAR * PARi)

                                                                                                              1                              

Kemudian Ito dan Oikawa  (2004) menjelaskan bahwa NPP merupakan salah satu indikasi yang mewakili fungsi ekosistem. NPP diduga berdasarkan hasil dari perbedaan antara Gross Primary Production (GPP) dengan respirasi tanaman autotrofik (AR) :

NPP = GPP – AR

Dengan demikian,  rasio antara NPP/GPP yang lebih besar dibandingkan besarnya kehilangan karbon akibat respirasi mengindikasikan efektifitas dari produksi bahan kering fotosintesis.

Pengukuran NPP yang akurat sangat penting untuk pengembangan dan validasi model simulasi yang mampu memperluas skala temporal dan spasial dari prediksi dinamika ekosistem. Selain itu, pengukuran NPP dapat memberikan dasar perbandingan untuk pengukuran pertukaran karbon yang lebih aerodinamis dari sebuah ekosistem (Goulden et al,  1996 dalam Fahey dan Knapp  2007).

Simulasi GPP pada berbagai skala spasial dan temporal telah menjadi tantangan utama dalam mengukur siklus karbon global (Canadell et al.  2000 dalam Yuan et al.  2007). Di antara semua metode pendugaan, model efisiensi penggunaan radiasi matahari paling memadai untuk menangani dinamika spasial dan temporal dari pendugaan GPP karena basis teoritis dan praktis (Running et al.  2000 dalam Yuan et al.  2007).

 

DAFTAR PUSTAKA

June T, Ibrom A, Gravenhorst G.  2006.  Integration Of NPP Semi Mechanistic –  Modelling, Remote Sensing And GIS In Estimation CO2 Absorption Of Forest Vegetation In Lore Lindu National Park.  BIOTROPIA 13: 22 – 36.

Fahey JT,  Knapp AK. 2007.  Primary Production: Guiding Principles and Standards for Measurement. New York : oxford university press.

Clark DA, Brown S, Thomlinson JR, Kicklighter DW, Jian N, Chambers JQ, Holland EA. 2001.  Net Primary Production In Tropical Forests: An Evaluation And Synthesis Of Existing Field DataEcological Applications  11: 371.

Imanda ID.  2010.  Spatial Distribution Of Net Primary Production (Npp) Using Modis Data And Correlation With Climate Variability [tesis].  Bogor: FMIPA-IPB.

Kloeppel BD, Harmon ME, Fahey TJ. 2007.  Estimating Aboveground Net Primary Productivity in Forest-Dominated Ecosystems. New York : oxford university press.

Lagergren F, Eklundh L, Lundblad M, Molder M, Lankreijer H, Lindroth A.  2005.  Net Primary Production And Light Use Efficiency In A Mixed Coniferous Forest In Sweden.  Plant, Cell and Environment  28: 412–423.

Ito A, Oikawa T.  2004.  Global Mapping of Terrestrial Primary Productivity and Light-Use Efficiency with a Process-Based ModelGlobal Environmental Change in the Ocean and on Land  343–358.

Ollinger SV, Treuhaft RN, Braswell BH, Anderson JE, Martin ME, Louise SM.  2007.  The Role of Remote Sensing in the Study of Terrestrial Net Primary Production.  New York : Oxford University Press.

Yuan W. et al.  2007.  Deriving A Light Use Efficiency Model From Eddy Covariance flux Data For Predicting Daily Gross Primary Production Across Biomes.  Agricultural and Forest Meteorology 143:  189–207.