Artikel ini menyoroti delapan peran teratas shelterbelt dalam modifikasi iklim mikro. Peran tersebut adalah: 1. Pengurangan Kecepatan Angin 2. Modifikasi Suhu Tanah 3. Peningkatan Suhu Daun 4. Peningkatan Suhu Udara 5. Pengurangan Penguapan 6. Pengurangan Radiasi 7. Peningkatan Kelembaban Relatif 8. Penurunan Fotosintesis.
Peran Shelterbelt:
- Pengurangan Kecepatan Angin
- Modifikasi Suhu Tanah
- Peningkatan Suhu Daun
- Suhu Udara Lebih Besar
- Pengurangan Penguapan
- Pengurangan Radiasi
- Peningkatan Kelembaban Relatif
- Penurunan Fotosintesis
Peran #1. Pengurangan Kecepatan Angin:
Tujuan dari shelterbelt adalah untuk mengurangi kekuatan angin di area terlindung. Efisiensi penahan angin di lapangan tergantung pada desain sabuk pelindung. Panjang zona terlindung dapat digambarkan dengan tinggi (h) sabuk pelindung.
Hasil yang diberikan oleh Van Eimran (1964) menunjukkan bahwa sabuk shelter yang rapat dapat melindungi area sekitar 10-15 jam di sisi bawah angin dari sabuk shelter. Pengaruh downwind dapat ditingkatkan menjadi 20-25 jam dengan meningkatkan porositas hingga 50 persen.
Keefektifan sabuk pengaman untuk mengurangi kecepatan angin di sisi bawah angin tergantung pada:
saya. Porositas,
- Tinggi,
aku aku aku. Bentuk, dan
- Lebar sabuk pengaman.
Shelterbelt dengan permeabilitas kepadatan tinggi kurang efektif dibandingkan dengan shelterbelt dengan kepadatan sedang. Hal ini disebabkan karena turbulensi yang kuat terjadi di belakang shelterbelt ketika aliran udara tiba-tiba turun ke permukaan tanah.
Kecepatan angin berkurang di dekat shelterbelt dengan permeabilitas rendah, tetapi memiliki kecenderungan untuk segera meningkat. Area terlindung menjadi diabaikan di sisi bawah angin, bila permeabilitasnya sangat tinggi.
Perlindungan maksimal diberikan saat angin menerpa sabuk pelindung secara tegak lurus. Area yang dilindungi berkurang, ketika angin menerpa dengan sudut kurang dari 90 derajat. Skidmore dan Hagen (1970) mempelajari pengaruh orientasi shelterbelt pada luasan kawasan lindung.
Diamati bahwa pada jarak 25 jam di sisi bawah angin dari sabuk perlindungan dengan permeabilitas 47 persen, kecepatan angin rata-rata berkurang menjadi 54, 63, 81 dan 95 persen karena angin menyimpang dari normal sebesar 0°, 25° , 50° dan 75°, masing-masing. Kecepatan angin sangat berkurang hingga jarak h, ketika angin menjadi sejajar dengan sabuk pelindung.
Shelterbelt tidak memiliki efek kumulatif. Pengurangan kecepatan angin tidak bertambah dari sabuk pelindung pertama ke sabuk kedua. Pengurangan angin di sisi bawah angin dari sabuk kedua lebih sedikit.
Penurunan kecil dalam keefektifan sabuk kedua ini disebabkan oleh peningkatan turbulensi yang disebabkan oleh sabuk perlindungan pertama. Tetapi untuk tujuan praktis, keefektifan sabuk dapat diasumsikan sama, apakah ada satu sabuk atau berada dalam sistem sabuk paralel yang terhuyung-huyung.
Ditemukan bahwa kecepatan angin menurun sebesar 68 persen pada jarak 4 jam dari shelterbelt guar dengan porositas sedang. Dari titik ini, kecepatan angin meningkat hingga 8 jam dan kemudian turun hingga 50 persen dari kecepatan terbukanya karena pengaruh penghalang berikutnya.
Banyak percobaan telah menunjukkan bahwa iklim mikro yang berlaku di sisi bawah angin dari shelterbelt lebih moderat daripada di area yang tidak terlindung. Shelterbelt biasanya menghasilkan pengurangan difusi vertikal dan pencampuran udara. Hal ini menyebabkan siang hari lebih tinggi dan suhu malam lebih rendah. Shelterbelt juga menekan penguapan, dan kemudian energi tambahan tersedia sepanjang hari untuk menghasilkan panas sensibel.
Pengurangan angin merupakan fungsi lokasi di area terlindung serta ketinggian di atas tanaman. Brown dan Rosenberg (1971) telah mendeskripsikan pola kecepatan angin dalam derajat pencampuran turbulen yang terjadi di daerah terlindung. Pada siang hari, perbandingan kecepatan angin pada bit gula terlindung jagung dengan yang di tempat terbuka berkisar antara 0,8 dan 0,9.
Di bawah kondisi stabilitas termal yang berbeda, pengurangan kecepatan angin dapat bervariasi dari 25-40 persen pada 2 jam, sedangkan 15-25 persen pengurangan kecepatan angin dapat terlihat pada 8 jam dari sabuk pelindung (Miller et al, 1975).
Peran #2. Modifikasi Suhu Tanah:
Suhu tanah dimodifikasi oleh shelterbelt. Banyak peneliti menemukan bahwa suhu tanah di area terlindung lebih tinggi pada siang hari dan lebih rendah pada malam hari.
Karena shelterbelt memodifikasi fluks udara bawah angin dan turbulensi, suhu tanah mungkin sedikit dimodifikasi. Suhu tanah sedikit lebih tinggi di daerah terlindung. Peningkatan suhu tanah lebih banyak ketika tanah gundul dan kering dan lebih sedikit ketika ditutupi dengan vegetasi.
Peran #3. Peningkatan Suhu Daun:
Shelterbelt telah diamati untuk meningkatkan suhu daun atau kanopi di sisi bawah angin. Suhu daun sedikit menurun di daerah terlindung karena pendinginan radiasi pada malam hari. Frost dapat terjadi karena pendinginan radiasi. Tetapi penurunan suhu membantu mengurangi kehilangan respirasi.
Peran #4. Suhu Udara Lebih Tinggi:
Biasanya diamati pada hari-hari cerah bahwa suhu udara siang hari lebih tinggi di tempat berlindung daripada di lapangan terbuka. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya pencampuran turbulen dan akibatnya berkurangnya laju fluks panas sensibel yang dihasilkan pada tanaman atau permukaan tanah.
Jika penguapan juga ditekan di tempat berlindung, energi tambahan juga tersedia untuk pembangkitan panas yang masuk akal. Ketika turbulensi dibatasi, resistensi difusi udara (r a ) meningkat dan gradien suhu diintensifkan.
Hagen dan Skidmore (1971) telah mengamati kondisi dimana suhu udara di sisi bawah angin shelter lebih rendah daripada di tempat terbuka. Efek seperti itu mungkin terjadi, jika tanah di zona terlindung mengandung lebih banyak air daripada tanah di tempat terbuka.
Evapotranspirasi yang lebih tinggi di area terlindung akan menurunkan panas sensibel, yang menghasilkan penurunan suhu udara. Pembalikan suhu biasanya berkembang pada malam hari di daerah terlindung dan tidak terlindung, kemudian tanaman dan permukaan tanah menjadi tenggelam daripada menjadi sumber panas. Windiness mencampur lapisan pembalikan suhu.
Pengurangan angin kencang dan turbulensi di tempat berlindung berarti pembalikan suhu biasanya akan lebih intens. Kecuali kondisi tenang berlaku, udara umumnya akan lebih dingin pada malam hari di tempat berlindung daripada di lapangan terbuka.
Suhu siang hari yang lebih tinggi dan suhu malam hari yang lebih rendah di tempat penampungan berarti amplitudo gelombang suhu harian meningkat. Oleh karena itu, suhu waktu malam yang lebih rendah di tempat penampungan dapat merusak tanaman yang sensitif.
Peran #5. Pengurangan Penguapan:
Pengurangan penguapan adalah salah satu modifikasi penting yang terkait dengan shelterbelt. Shelterbelt sering digunakan untuk mengurangi penguapan. Pengurangan penguapan meningkat dengan kecepatan angin. Pada kecepatan angin tinggi lebih dari 24 km per jam, penguapan berkurang menjadi dua pertiga dari nilai lapangan terbuka sejauh sepuluh kali tinggi pohon di bawah angin.
Telah diperkirakan bahwa suhu udara di sisi bawah angin dapat diperkirakan berdasarkan peningkatan/penurunan evapotranspirasi. Pada tingkat evapotranspirasi yang lebih tinggi, lebih banyak energi yang tersedia akan dikonsumsi meninggalkan keseimbangan yang lebih sedikit tersedia sebagai komponen panas yang masuk akal untuk menghangatkan udara yang menghasilkan suhu udara yang lebih rendah. Efek sebaliknya dapat dilihat ketika laju evapotranspirasi berkurang.
Shelter belt memainkan peran penting dalam mengurangi penguapan di daerah kering dan semi-kering. Di daerah kering dan semi kering, dimana penguapan melebihi curah hujan, penggunaan shelterbelt dapat mengurangi laju penguapan karena berkurangnya kecepatan angin. Karena akumulasi uap air di area terlindung, gradien tekanan uap berkurang sehingga mengurangi evapotranspirasi.
Telah diamati bahwa penguapan mengikuti tren yang sama dengan kecepatan angin di sisi bawah angin sabuk pelindung. Sekitar 20 persen pengurangan penguapan ditemukan pada 4 jam. Selama seluruh siklus hidup tanaman kacang tanah, total evapotranspirasi adalah 388mm di area terlindung dibandingkan 422mm di tanaman tidak terlindung.
Peran #6. Pengurangan Radiasi:
Radiasi matahari dan bersih dapat dikurangi secara signifikan di area yang dinaungi oleh penahan angin. Efek ini tidak dianggap penting dalam sistem penahan angin berorientasi utara-selatan, karena hanya area kecil yang dinaungi hanya untuk waktu singkat selama musim tanam saat matahari tinggi.
Pada basis sehari penuh, perbedaan keseimbangan radiasi antara area yang dekat dan area yang jauh dari penghalang mungkin sama sekali dapat diabaikan. Karena suatu daerah yang dinaungi pada pagi hari oleh penahan angin ke arah timur akan menerima energi pantulan tambahan dari penahan angin pada sore hari.
Penahan angin yang berorientasi timur-barat, di sisi lain, mungkin memiliki efek yang lebih besar. Daerah di utara, terutama selama periode matahari rendah, akan ternaungi selama berjam-jam. Area di selatan akan dipantulkan oleh penahan angin sepanjang hari.
Peran # 7. Peningkatan Kelembaban Relatif:
Kelembaban dan gradien tekanan uap juga meningkat di tempat penampungan. Uap air yang ditranspirasikan dan diuapkan tidak mudah diangkut dari sumbernya, permukaan penguapan, seperti di medan yang tidak terlindung. Tekanan uap tetap lebih tinggi di tempat berlindung sepanjang malam.
Karena permukaan tanaman biasanya tetap menjadi sumber uap, kecuali selama periode pengendapan embun. Kelembaban relatif lebih tinggi di tempat penampungan dibandingkan dengan area terbuka karena suhu udara di tempat penampungan lebih rendah daripada di tempat terbuka pada malam hari.
Meskipun suhu meningkat, kelembaban relatif tetap lebih tinggi pada siang hari di tempat penampungan. Tetapi pada musim kemarau, kelembaban relatif di tempat penampungan seringkali lebih rendah daripada di daerah terbuka karena kenaikan suhu dan penguapan yang sangat kecil dari tanah kering.
Peran # 8. Penurunan Fotosintesis:
Pertumbuhan dan hasil tanaman biasanya lebih besar di daerah terlindung. Tingkat fotosintesis daun individu tergantung langsung pada konsentrasi karbon dioksida, yang berkisar antara 280 dan 500 ppm. Jika shelterbelt mengurangi pasokan karbon dioksida karena pengurangan pergerakan udara, laju fotosintesis pada tanaman terlindung dapat terpengaruh secara negatif pada siang hari.
Hal ini akan menurunkan laju fotosintesis. Konsentrasi karbon dioksida tambahan di malam hari lebih tinggi dari biasanya di tempat penampungan. Akumulasi karbon dioksida akan dikonsumsi dan disebarkan di pagi hari.
Durasi aktivitas fotosintesis mungkin lebih lama di tempat penampungan. Telah diamati bahwa resistensi stomata terhadap difusi karbon dioksida biasanya lebih rendah di tempat berlindung. Suhu siang hari biasanya lebih tinggi di tempat penampungan. Fotosintesis sedikit dipengaruhi oleh perbedaan suhu tersebut.
Namun, fotorespirasi dipengaruhi oleh perbedaan suhu yang kecil. Pada siang hari, suhu tanah menjadi lebih tinggi, sehingga respirasi akar menjadi cepat. Ini dapat menyebabkan pelepasan karbon dioksida yang lebih besar dari tanah.
Meskipun pengaruh shelterbelt pada iklim mikro bervariasi dan rumit, biasanya bermanfaat bagi pertumbuhan tanaman, terutama di daerah dengan angin kencang. Tentu saja, efek keseluruhan pada hasil panen akan bervariasi sesuai dengan prevalensi angin kencang, distribusi curah hujan, rezim suhu dan jenis tanaman serta struktur sabuk pelindung.
Di antara tanaman dengan respons yang relatif rendah terhadap perlindungan angin adalah biji-bijian kecil yang tahan kekeringan dan jagung yang tumbuh di bawah kondisi pertanian kering di iklim sub lembab hingga semi-kering.
Responsif sedang adalah beras dan tanaman pakan ternak seperti alfalfa, lupin, semanggi dan benih rumput gandum. Di antara tanaman yang paling responsif terhadap perlindungan tempat berlindung adalah tanaman kebun, termasuk lentil, kentang, tomat, mentimun, bit, stroberi, semangka, daun dan buah jeruk, dan tanaman lunak lainnya seperti tembakau dan teh.
Dalam ulasan lain, 20% dianggap sebagai rata-rata yang masuk akal untuk peningkatan hasil yang dihasilkan dari sabuk pengaman di daerah berangin kencang. Ini akan mewakili keuntungan bersih minimal 15% bahkan ketika penyisihan dibuat untuk tanah yang ditempati oleh sabuk itu sendiri.
