Lingkungan dan bangunan pertanian

Lingkungan mikro tanaman

Elemen lingkungan yang memengaruhi produktivitas tanaman adalah temperatur, kelembapan relatif, intensitas cahaya, angin, polutan, konsentrasi CO₂, serta pH, kadar nutrisi, dan kadar air media tanam. Media tanam yang digunakan bervariasi, ditentukan oleh praktik menanam yang digunakan. Penanaman dengan cara hidroponik tentu saja memerlukan penanganan pH, nutrisi, dan kadar air media tanam yang berbeda jika dibandingkan dengan menggunakan media tanah, sehingga penanganan lingkungan mikro akan sedikit berbeda. Penanganan faktor lingkungan dalam rumah kaca juga berbeda jika dibandingkan dengan penanganan lingkungan mikro tanaman dalam ruangan terbuka, mengingat bahwa dalam rumah kaca intensitas panas dapat diatur sesuai dengan kebutuhan dan struktur bangunan.

Cahaya

Cahaya merupakan faktor lingkungan yang paling penting bagi tanaman karena merupakan sumber energi bagi fotosintesis tanaman. Cahaya yang paling penting bagi tanaman adalah cahaya tampak, yang memiliki panjang gelombang antara 390-700 nm.
Mengendalikan intensitas cahaya agar optimum bagi tanaman merupakan hal yang sulit. Rekayasa lingkungan untuk mendapatkan kondisi cahaya yang sesuai dapat dilakukan dengan sistem perlampuan. Hal ini umum dilakukan jika intensitas cahaya alami yang tersedia kurang atau tidak ada. Namun perlu diperhatikan bahwa tidak semua tanaman pertanian menyukai intensitas cahaya tinggi, ada tanaman pertanian yang tumbuh subur dengan naungan, atau tanaman pertanian dinaungi untuk tujuan tertentu (misal pohon teh untuk membuat teh putih atau tembakau untuk mendapatkan daun yang lebar dan tipis).
Selain intensitas, durasi ketersediaan cahaya juga merupakan hal yang penting. Sebagian tipe tanaman dipengaruhi oleh lamanya penyinaran agar berbunga atau menghasilkan hasil yang baik, tetapi ada juga yang tidak; misalnya, anggrek cattleya tidak akan berbunga jika lamanya penyinaran melebihi 15 jam sehari, bit gula tidak akan menghasilkan gula yang banyak jika tidak mendapatkan cahaya lebih dari 8 jam sehari, dan tomat tidak dipengaruhi lamanya penyinaran. Fenomena ini disebut fotoperiodisme.

Temperatur

Temperatur merupakan salah satu parameter lingkungan yang sangat penting bagi tumbuhan. Temperatur di sekitar tanaman, baik temperatur udara, air, ataupun tanah, dipengaruhi oleh banyak hal seperti durasi dan intensitas radiasi matahari, laju pindah panas, laju transpirasi dan evaporasi, dan aktivitas biologis di sekitar tanaman. Mudah mengukur temperatur udara di sekitar tanaman, tetapi sulit mengukur temperatur tanaman itu sendiri. Biasanya temperatur daun digunakan sebagai data yang mewakili karena permukaan daun yang luas serta kegunaan daun sebagai organ transpirasi menjadikannya tolok ukur pengukuran temperatur tanaman. Selain itu, temperatur tanah juga digunakan untuk mengukur temperatur organ perakaran tanaman.
Hubungan antara temperatur udara dan pertumbuhan tanaman sangat kompleks, tetapi pada umumnya memengaruhi kinerja enzim tanaman dan aktivitas air. Tanaman, selayaknya makhluk hidup lain di bumi ini, kehidupannnya dikendalikan oleh aktivitas enzim di dalam maupun di luar sel. Jika temperatur terlalu dingin, sel tidak akan aktif dan cenderung dorman, sedangkan ketika temperatur terlalu tinggi, enzim perlahan-lahan akan mengalami pengurangan aktivitas hingga akhirnya mati. Jika tidak ada aktivitas enzim, kehidupan tidak akan berlangsung dengan baik. Selain itu, temperatur yang tinggi juga akan menyebabkan laju transpirasi meningkat melebihi penyerapan air oleh akar sehingga sel tanaman akan mengering dan mati.
Temperatur bersama-sama dengan kelembapan udara adalah yang paling memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan hama dan penyakit tanaman.

Kelembapan udara relatif

Kelembapan udara relatif (atau RH, Relative Humidity), adalah rasio antara tekanan uap air aktual pada temperatur tertentu dengan tekanan uap air jenuh pada temperatur tersebut. Pengertian lain dari RH adalah perbandingan antara jumlah uap air yang terkandung dalam udara pada suatu waktu tertentu dengan jumlah uap air maksimal yang dapat ditampung oleh udara tersebut pada tekanan dan temperatur yang sama.
Dalam konteks budidaya tanaman, kelembapan udara dipengaruhi dan memengaruhi laju transpirasi tanaman. Tingginya laju transpirasi akan meningkatkan laju penyerapan air oleh akar hingga pada batas tertentu, tetapi jika terlalu tinggi melampaui laju penyerapan dan terjadi secara terus menerus akan menyebabkan tanaman mengering.
Kelembapan udara, bersama dengan temperatur paling banyak memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan hama dan penyakit tanaman.

Kadar karbon dioksida di udara

Karbon dioksida adalah gas yang diperlukan oleh tanaman sebagai bahan dasar berlangsungnya fotosintesis. Tanpa Karbon dioksida, tanaman tidak akan menghasilkan hasil pertanian karena karbon dioksida bersama air dan cahaya matahari merupakan bahan dasar proses pembentukan hasil-hasil pertanian melalui fotosintesis tanaman.

Kecepatan angin

Yang dimaksud dengan kecepatan angin dalam hal ini adalah besarannya dan tidak bergantung pada arah. Angin memengaruhi laju transpirasi, laju evaporasi, dan ketersediaan karbon dioksida di udara. Tanaman akan mengalami kemudahan dalam mengambil karbon dioksida di udara pada kecepatan udara antara 0,1 hingga 0,25 m/s. American Society of Agricultural Engineering merekomendasikan kecepatan angin dalam budidaya tanaman tidak melebihi 1 m/s. Pengendalian kecepatan angin dapat dilakukan jika budidaya dilakukan dalam greenhouse dengan ventilasi yang tidak terlalu terbuka serta dinding yang kedap udara.

Polutan

Polutan adalah segala sesuatu yang mencemari lingkungan. Polutan yang memengaruhi pertumbuhan tanaman dapat berupa polutan udara, tanah, maupun air ketika dilakukan irigasi. Kerusakan tanaman dapat terjadi ketika udara di sekitar tanaman mengandung amonia dalam kadar 8-40 ppm atau SO₂ sebesar 1 ppm. Merkuri, baik dalam bentuk uap, polutan air, maupun dalam tanah, dapat menyebabkan akumulasi merkuri pada hasil pertanian. Keberadaan gas etilena dapat mencegah terbentuknya kuncup bunga.

Zona perakaran

Zona perakaran merupakan tempat berdirinya tanaman dan sekaligus berfungsi sebagai media tumbuh tanaman. Lingkungan perakaran juga menjadi sumber air dan tempat tersimpannya nutrisi tanaman sebelum diserap oleh tanaman. Zona perakaran juga merupakan tempat berlangsungnya difusi oksigen ke akar. Zona perakaran tidak hanya berupa media tanah; penanaman secara hidroponik memungkinkan tanaman ditanam di media non tanah. Media tersebut antara lain sabut kelapa, arang, vermiculite, rockwool, perlite, air, dan sebagainya. Bahkan tanaman yang ditanam secara aeroponik tidak memerlukan media tanam apapun; akar langsung terekspos oleh udara.

Jenis dan bangunan pertanian

Sebagai alat produksi, bangunan pertanian digunakan dalam kegiatan-kegiatan atau proses produksi pertanian baik pra maupun pasca panen. Berdasarkan fungsinya, maka bangunan pertanian dapat dikelompokkan dalam berbagai macam atau jenis bangunan sebagai berikut:

Bangunan untuk produksi tanaman

Bangunan untuk produksi tanaman umum disebut greenhouse atau rumah kaca atau rumah tanaman; istilah terakhir muncul sejak pembangunan greenhouse tidak lagi menggunakan kaca, tetapi juga plastik dan fiberglass dengan alasan teknis maupun ekonomi. Rumah kaca umumnya dibangun di wilayah subtropis dan wilayah dengan empat musim. Bangunan ini dperlukan agar kegiatan bercocok tanam dapat dilakukan ketika temperatur cuaca mematikan bagi tanaman pertanian. Dengan rumah kaca, tanaman yang di dalamnya terlindungi dari temperatur lingkungan serta mendapatkan temperatur yang cukup untuk pertumbuhannya. Hal ini dikarenakan cahaya matahari masih dapat menembus atap dan dinding rumah kaca, sedangkan panas yang dihasilkan dari elemen-elemen di dalam rumah kaca sulit keluar dan terperangkap di dalam sehingga temperatur di dalam rumah kaca menumpuk dan mengimbangi temperatur dingin di luar sehingga memungkinkan bagi tanaman untuk hidup.
Tetapi, efek rumah kaca tidak dapat diterapkan di wilayah tropis karena temperatur yang meningkat akan mematikan tanaman yang didalamnya, mengingat bahwa temperatur lingkungan di wilayah tropis sudah cukup untuk pertumbuhan tanaman. Greenhouse yang dibangun di wilayah tropis umumnya tidak melindungi tanaman dari temperatur udara luar. Hal ini karena konstruksi tembok yang tidak kedap udara dan atap yang berventilasi, memungkinkan udara panas naik dan keluar dari greenhouse. Namun greenhouse ini dapat melindungi tanaman dari hujan dan serangan hama.

Bangunan untuk produksi ternak

Bangunan ternak yang dimaksud adalah bangunan untuk ternak besar, ternak kecil, dan unggas. Di Indonesia, pada umumnya sudah digunakan dalam skala luas kadang ayam yang dibangun dalam skala besar untuk tujuan komersial, dilengkapi dengan peralatan-peralatan mekanis. Usaha ternak sapi belum mampu berkembang sebesar usaha peternakan ayam, karena umumnya usaha ternak sapi masih diusahakan petani baik secara individu maupun berkelompok. Sistem perkandangannya pun masih sederhana dan hanya mampu menampung dua hingga lima ekor sapi. Peternakan besar sudah ada, tetapi jumlahnya terbatas sehingga masih berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia.
Usaha di bidang peternakan memerlukan fasilitas perkandangan yang baik agar produksinya baik. Untuk itu, diperlukan perancangan dan desain yang baik pula, dan disesuaikan dengan jenis ternak dan skala usaha yang ada. Yang paling utama adalah kandang tersebut berfungsi dengan baik, menyediakan perlindungan dan lingkungan yang sesuai bagi pertumbuhan dan kenyamanan hewan ternak.

Bangunan untuk penyimpanan bahan, alat, dan mesin budidaya pertanian

Jenis bangunan ini sangat penting dalam usaha tani skala besar dan komersial. Kondisi yang harus dipenuh dalam konstruksi bangunan pertanian jenis ini adalah faktor keselamatan dan kesehatan kerja, mengingat bahwa bangunan ini berguna untuk menyimpan bahan-bahan yang diperlukan dalam kegiatan budidaya pertanian seperti benih, bahan-bahan kimia seperti pupuk, pestisida, dan bahan bakar serta alat dan mesin pertanian seperti traktor. Sebaiknya bangunan ini dilengkapi dengan fasilitas keselamatan seperti pemadam kebakaran serta pintu darurat. Konstruksi bangunan juga sebaiknya tahan api dan tidak mudah runtuh dalam kondisi apapun. Kebutuhan fasilitas lainnya disesuaikan, misalnya untuk bangunan penyimpanan traktor dan implemennya, diperlukan pintu yang besar.

Bangunan pertanian lainnya

Dalam usaha tani komersial, biasanya ada banyak jenis bangunan pertanian karena banyaknya kebutuhan, misalnya infrastruktur jalan menuju ladang atau kandang, pagar, bendungan, dan sebagainya.

Pengendalian lingkungan pada bangunan produksi tanaman

Faktor lingkungan yang ada dalam greenhouse adalah cahaya, temperatur, kelembapan, aliran udara, komposisi udara, dan media tanam. Sedangkan arah pengendalian faktor lingkungan tersebut bergantung pada tujuan penggunaan greenhouse. Pada daerah dengan empat musim, greenhouse digunakan untuk melakukan kegiatan bercocok tanam di musim dingin atau menanam tanaman pertanian yang tidak sesuai dengan iklim dan musim setempat dengan mengendalikan kondisi lingkungan di dalamnya. Misalnya, untuk menghindari udara dingin, ventilasi diminimalisasi sehingga udara dingin luar tidak dapat masuk dan panas yang terperangkap di dalam tidak keluar dengan mudah. Umumnya, tipe rumah kaca seperti ini membutuhkan bahan transparan yang sangat bening namun tidak dapat ditembus oleh gelombang inframerah yang dipancarkan oleh tanaman di dalamnya setelah menerima cahaya matahari sehingga panas di dalam dapat dipertahankan. Bahan konstruksi bangunan juga perlu diperhatikan, yaitu harus terbuat dari bahan dengan konduktivitas termal yang rendah untuk mencegah hilangnya panas keluar dari bangunan dan yang tahan terhadap cuaca ekstrem.
Untuk penggunaan di wilayah tropis, greenhouse umumnya digunakan untuk melindungi tanaman dari hujan dan mencegah serangan hama dan penyakit, akibat tingginya kelembapan udara wilayah tropis karena curah hujan yang tinggi serta temperatur yang tinggi. Untuk itu, dinding greenhouse umumnya terbuat dari kain kasa yang cukup rapat namun masih memungkinkan aliran udara dari luar masuk ke dalam maupun sebaliknya. Selain itu, atapnya berventilasi sehingga udara panas di dalam dapat keluar dengan mudah. Untuk pemilihan bahan konstruksi bangunan, tipe greenhouse ini tidak membutuhkan jenis bahan pertanian khusus melainkan bahan yang tahan terhadap korosi mengingat wilayah tropis memiliki kelembapan udara yang tinggi.
Untuk penggunaan di daerah gurun, rumah kaca berfungsi untuk menurunkan temperatur udara di dalam sehingga tidak sepanas udara di lingkungan luar. Hal ini bertujuan agar tanaman dapat tumbuh, karena pada umumnya kondisi gurun terlalu ekstrem untuk tanaman pertanian. Tipe greenhouse seperti ini umumnya tertutup dengan atap yang tidak bening, tetapi agak teduh untuk mengurangi intensitas cahaya yang masuk. Pengendalian kelembapan udara juga diperhatikan, mengingat lingkungan gurun sangat kering.
Masalah yang mungkin timbul dari rapatnya konstruksi greenhouse dan cenderung tertutup dari lingkungan luar adalah kadar karbon dioksida. Ventilasi yang terlalu rapat dapat menyebabkan turunnya kadar karbon dioksida dalam greenhouse. Fotosintesis yang terjadi di dalam greenhouse cenderung lebih intens dibandingkan dengan kondisi di luar, menyebabkan penyerapan karbon dioksida melebihi kondisi normal. Hal ini dapat diatasi dengan memperkaya kandungan karbon dioksida di dalam greenhouse dengan suatu generator agar kadar kardon dioksida di dalam tidak jatuh hingga di bawah normal.

Penyimpanan hasil pertanian dalam bentuk karung

Penyimpanan tipe ini lebih umum di Indonesia, terutama gudang-gudang penyimpan stok bahan pangan di mana bahan pangan tersebut memungkinkan untuk dijual dengan segera jika terjadi kekurangan pasokan di pasar. Penyimpanan tipe ini memiliki keuntungan, yaitu fleksibel, modal investasi konstruksi bangunan relatif kecil, biaya bongkar muat lebih murah, dan tidak terjadi migrasi uap air (jika karung kedap air). Namun, tipe ini memiliki beberapa tipe kelemahan, diantaranya: harus dilakukan fumigasi secara rutin sehingga dapat menambah cost usaha, jika terjadi serangan hama akan sulit dikendalikan, dan temperatur dan kelembapan akan sukar dikendalikan.

Modifikasi kadar udara dalam ruang penyimpanan

Modifikasi kadar udara dalam ruang penyimpanan bersama dengan pengaturan temperatur dan kelembapan merupakan metode penyimpanan atmosfer terkontrol (Controlled Atmosphere Storage) dalam menyimpan hasil pertanian agar lebih tahan lama. Modifikasi kadar udara yaitu pengendalian kadar oksigen dan karbon dioksida di dalam ruangan penyimpanan; umumnya yang dilakukan adalah meningkatkan kadar karbon dioksida dan menurunkan kadar oksigen. Hal ini perlu dilakukan karena tumbuhan berespirasi dengan oksigen dan berfotosintesis dengan karbon dioksida. Respirasi menurunkan kadar gula dan meningkatkan kadar air dalam buah sehingga buah akan semakin lembap dan kehilangan rasa manisnya, sedangkan fotosintesis berguna untuk mengubah air yang masih tersisa di dalam hasil pertanian menjadi gula, sehingga kadar air akan berkurang; hal itu memiliki kemungkinan untuk terjadi jika hasil pertanian tersebut masih memiliki klorofil. Namun penyimpanan yang bertujuan untuk membiarkan hasil pertanian berfotosintesis jarang dilakukan karena dinilai mampu mengurangi kesegaran tanaman.
Penyimpanan dengan modifikasi atmosfer umumnya diikuti dengan MAP (Modified Atmosphere Packaging), yaitu pengepakan yang dilakukan ketika dilakukan modifikasi atmosfer. Hal ini akan menyebabkan ruang dalam pak akan memiliki kadar udara yang sama seperti kadar udara ruang penyimpanan selama bahan pengepakan yang digunakan kedap udara hingga sampai ke konsumen.
Ada juga metode penyimpanan pada tekanan rendah (Hypobaric Atmosphere), yaitu penyimpanan produk yang dilakukan pada tekanan rendah sehingga kandungan oksigen menjadi sangat terbatas.