ABSTRAK
Penyemaian udara tanpa awak (UAS) merupakan metode penyemaian langsung padi yang menjanjikan dengan kemampuan adaptasi regional yang sangat baik, efisiensi operasional, dan manfaat ekonomi. Untuk mengkarakterisasi jenis tanaman dan ketahanan rebah populasi UAS yang optimal dan untuk membedakannya dari metode penanaman tanpa awak lainnya, percobaan lapangan selama 2 tahun dilakukan. Empat populasi UAS (UAS105, UAS150, UAS195 dan UAS240 = 105, 150, 195 dan 240 bibit m −2 ) ditanam menggunakan kultivar japonica inbred Nanjing5718 sebagai bahan, dan populasi tanpa awak yang sesuai dari penyemaian langsung kering (UDDS) dan penanaman karpet (UCT) digunakan sebagai kontrol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lebih banyak bibit UAS dasar menyebabkan hasil gabah per malai lebih rendah (9,56%–29,48%), konfigurasi daun dan batang lebih buruk, dan risiko rebah lebih tinggi (masing-masing 2,43%–9,11% dan 0,86%–10,60% pada ruas basal ke-2 dan ke-3). Namun, peningkatan yang tepat (UAS195) meningkatkan hasil populasi (3,38%–16,52%), indeks luas daun (LAI), dan rasio gabah-daun. Di antara metode tersebut, UAS195 berada di bawah UCT dalam semua aspek jenis tanaman dan ketahanan rebah, serta hasil populasi dan rasio gabah-daun, dan hanya LAI yang unggul. Namun, ia menghasilkan hasil populasi yang lebih banyak (rata-rata 4,86%) dan malai yang lebih besar (rata-rata 2,02% dalam hasil gabah per malai) daripada UDDS, karena sudut pangkal dan sudut terkulai yang lebih besar, jarak bantal yang lebih panjang, dan nilai SPAD yang lebih tinggi pada daun dengan efisiensi tinggi, lebih banyak LAI, dan rasio gabah-daun. Lebih jauh lagi, UAS195 memiliki tinggi tanaman yang lebih tinggi, tinggi pusat gravitasi, dan ruas pangkal dengan momen lentur yang lebih besar, tetapi tinggi pusat gravitasi relatif dan indeks rebahnya tidak memburuk secara signifikan. Hal ini dikaitkan dengan peningkatan kekuatan putus dari ruas yang lebih kuat dengan dinding yang lebih tebal. Temuan ini menunjukkan bahwa peningkatan optimal pada bibit dasar UAS (UAS195) dapat menghasilkan hasil populasi yang lebih banyak dengan meningkatkan luas fotometrik dan rasio gabah-daun, meskipun ada kompromi pada jenis tanaman dan ketahanan rebah. Lebih jauh lagi, tidak sebanding dengan UCT, tetapi ia menyediakan struktur tajuk vertikal dan hasil populasi yang lebih baik daripada UDDS dan mempertahankan ketahanan rebah yang serupa.

1 Pendahuluan
Penyemaian langsung padi adalah pola utama produksi padi di Tiongkok dan disukai oleh petani karena prosesnya yang disederhanakan, efisiensi tinggi, dan penghematan biaya (Farooq et al. 2011 ). Dalam beberapa tahun terakhir, peningkatan struktur industri telah menciptakan kesenjangan besar di antara ekonomi industri, yang mengakibatkan kekurangan tenaga kerja struktural. Akibatnya, pola penanaman ini telah menyebar ke banyak provinsi penghasil beras tanpa promosi formal (Sun et al. 2015 ). Namun, karena keragaman topografi dan medan dan penerapan sistem tanggung jawab kontrak rumah tangga (menyebabkan ladang kecil dan tersebar) di Tiongkok, metode mekanis tradisional berjuang untuk memenuhi kebutuhan petani yang berbiaya rendah dan efisiensi tinggi (Wang et al. 2019 ; Zhao et al. 2024 ). Oleh karena itu, petani harus mencari metode alternatif penyemaian langsung. Penyemaian udara tak berawak (UAS) adalah metode inovatif yang dikembangkan bersama industri drone. Teknologi ini menawarkan kemampuan adaptasi regional yang sangat baik, tingkat mekanisasi dan kecerdasan yang tinggi, serta biaya yang rendah (Wu et al. 2020 ). Penelitian menunjukkan bahwa teknologi ini dapat meningkatkan efisiensi hingga 5 kali lipat dan manfaat ekonomi hingga 7,5% dibandingkan metode tradisional (Qi et al. 2022 ; Yang et al. 2023 ). Oleh karena itu, teknologi ini menawarkan prospek aplikasi yang menjanjikan untuk produksi padi saat ini dan di masa mendatang.

Jenis tanaman yang baik dan ketahanan terhadap rebah sangat penting untuk hasil gabah yang produktif dan stabil (Li et al. 2023 ; Yang et al. 2007 ). Jenis tanaman memiliki dampak penting pada produksi fotosintesis. Terutama pada tahap pembentukan kepala, jenis tanaman secara signifikan memengaruhi pengisian gabah dan pembentukan hasil selanjutnya. Tanaman yang produktif biasanya memiliki karakteristik berikut: (1) Luas daun yang optimal untuk menyeimbangkan kebutuhan intersepsi energi matahari antara individu dan populasi (Yang et al. 2006 ); (2) Daun yang besar dan tegak dengan efisiensi tinggi yang memaksimalkan luas fotosintesis dalam ruang terbatas dan meningkatkan penetrasi cahaya ke daun tengah dan bawah (Chang et al. 2019 ; Tanaka et al. 2022 ); (3) Malai besar yang meningkatkan kapasitas serapan individu dan merangsang fotosintesis daun untuk transfer zat ke gabah (Huang et al. 2019 ; Yao et al. 2000 ); (4) Struktur batang yang dioptimalkan dengan peningkatan tinggi sedang yang memfasilitasi akumulasi biomassa dan mengoordinasikan distribusi daun vertikal (Yuan 2014 ). Ketahanan terhadap rebah sangat penting bagi padi untuk menahan kondisi cuaca ekstrem. Kemampuan ketahanan terhadap rebah yang kuat meminimalkan kerusakan akibat angin dan memastikan pengisian bulir yang normal, akibatnya mencegah potensi kehilangan hasil (Bai et al. 2023 ). Hal ini terkait erat dengan karakteristik batang dan secara umum diasumsikan bahwa ruas basal yang pendek dan kuat kurang rentan terhadap patah karena jaringan pembuluh yang berkembang dan karbohidrat yang cukup (Guha et al. 2024 ). Baik jenis tanaman maupun ketahanan terhadap rebah dapat dipengaruhi oleh kepadatan tanaman. Secara umum, kepadatan optimal untuk padi japonica inbrida adalah 100–300 bibit m −2 (Dunn et al. 2020 ; Sun et al. 2015 ). Kepadatan yang lebih tinggi berdampak buruk pada karakteristik tanaman (misalnya, daun yang lebih kecil, kapasitas fotosintesis berkurang, kepenuhan ruas basal yang tidak mencukupi, dan pemanjangan yang berlebihan), yang menyebabkan hasil yang lebih rendah dan peningkatan risiko rebah (Hu et al. 2015 ). Hal ini juga mengurangi akumulasi karbohidrat di batang dan melemahkan kepenuhan ruas dan sifat mekanis (Mu et al. 2024 ). Sebaliknya, kepadatan yang terlalu rendah mendorong jenis tanaman dan kinerja ketahanan yang sangat baik tetapi gagal memaksimalkan produktivitas populasi. Meskipun memberikan distribusi tajuk yang seragam dan meningkatkan kondisi cahaya dengan konfigurasi daun dan batang yang baik, luas daun populasi yang berkurang membatasi akumulasi biomassa dan hasil populasi (Guo et al. 2015 ). Kepadatan populasi tertentu bergantung pada metode penanaman. Berdasarkan penelitian sebelumnya, 100–130 bibit m −2Direkomendasikan untuk penanaman mekanis, dan 160–220 bibit m −2 dianggap cocok untuk penyemaian langsung basah (Hu et al. 2020 , 2016 ; Wu et al. 2019 ). Jumlah untuk penyemaian langsung kering memerlukan hingga 250–300 bibit m −2 (Tian et al. 2023 ). Lebih jauh lagi, kepadatan optimal juga terkait dengan metode penaburan. Misalnya, penaburan lubang menyediakan ruang tumbuh dan ketersediaan nutrisi yang lebih memadai daripada penaburan bor, yang mengurangi persyaratan kepadatan populasi (Xu et al. 2014b ). Saat ini, metode UAS biasanya menggunakan cakram pembuang berputar untuk penyemaian langsung basah, yang menunjukkan keseragaman yang lebih unggul daripada penyiaran manual (Zuo et al. 2021 ). Namun, itu tetap merupakan kesenjangan penting dari penaburan lubang, yang menyoroti keunikan metode (Zhou dan Dai 2024 ). Oleh karena itu, penting untuk melakukan penelitian sistematis tentang jenis tanaman UAS dan ketahanannya terhadap rebah, tetapi sedikit penelitian yang telah dilakukan di bidang tersebut. Meskipun tim kami sebelumnya menyelidiki pengaruh bibit dasar yang berbeda, karakteristik populasi UAS yang optimal masih belum jelas karena pembentukan populasi bibit yang tidak memadai saat ini (Zhu et al. 2022 ). Selain itu, tidak adanya studi perbandingan antara UAS dan metode penanaman tanpa awak lainnya dalam kondisi produktif membuat keunikan karakteristiknya tidak dapat ditentukan.

Oleh karena itu, percobaan dilakukan dengan membangun populasi UAS yang berbeda dengan berbagai macam bibit dasar, bersama dengan populasi penanaman karpet tanpa awak dan populasi penanaman langsung kering tanpa awak pada kepadatan yang sesuai sebagai kontrol. Tujuannya adalah (1) untuk menyelidiki karakteristik tanaman padi UAS dan ketahanan terhadap rebah pada kondisi bibit dasar yang optimal; (2) untuk menentukan perbedaan dari populasi penanaman tanpa awak lainnya. Temuan ini memberikan dasar teoritis untuk konstruksi dan aplikasi skala besar dari sistem budidaya padi UAS dengan hasil tinggi dan hasil stabil.

2 Bahan dan Metode
2.1 Tempat Percobaan dan Bahan
Percobaan dilakukan di Kabupaten Sihong, Kota Suqian, Provinsi Jiangsu, Tiongkok (33.48° LU, 118.22° BT) dari tahun 2021 hingga 2022. Wilayah ini merupakan bagian dari zona monsun Asia Timur dan memiliki suhu tahunan rata-rata sekitar 14.6°C, sekitar 2326.7 jam sinar matahari per tahun, sekitar 893.9 mm curah hujan tahunan dan periode bebas embun beku yang berlangsung sekitar 213 hari (hari). Suhu bulanan rata-rata, jam sinar matahari, dan curah hujan untuk musim pertumbuhan padi pada tahun 2021 dan 2022 ditunjukkan pada Gambar 1. Jenis tanah adalah lempung liat. Kandungan bahan organik pada lapisan tanah bajak 0–20 cm sebesar 27,31 g kg −1 dan kandungan nitrogen total sebesar 1,89 g kg −1 , yang mana kandungan nitrogen terlarut secara alkali sebesar 118,42 mg kg −1 , sedangkan kandungan fosfor efektif dan kalium efektif masing-masing sebesar 32,34 mg kg −1 dan 85,64 mg kg −1 .

Varietas japonica inbrida Nanjing5718, yang cocok untuk Provinsi Jiangsu bagian tengah dan utara, dipilih untuk percobaan. Pupuk campuran lepas terkendali Zhidaodi (Moith Ecological Fertilizer Corporation, Hefei, Provinsi Anhui, Tiongkok) diaplikasikan, dengan periode pelepasan 120 hari dan rasio N:P2O5 : K2O sebesar 30 : 7:13.

2.2 Desain Percobaan dan Praktik Pertanian
Enam lahan yang independen dan berdekatan dengan sifat yang identik telah disiapkan. Empat dari lahan tersebut ditujukan untuk membangun populasi penyemaian udara tak berawak (UAS) dari berbagai bibit dasar, sementara dua lahan sisanya dialokasikan untuk populasi penyemaian langsung kering tak berawak (UDDS) dan penanaman karpet tak berawak (UCT) pada kepadatan yang sesuai.

Ladang UAS ditabur menggunakan drone DJI T30 (XAG Technology Corporation, Guangzhou, Tiongkok) pada tanah yang tergenang setelah panen gandum dan pengolahan tanah putar padi. ​​Penaburan dilakukan pada tanggal 18 Juni tahun 2021 dan 2022, dengan parameter yang ditetapkan pada tinggi 3 m, jarak baris 4,5 m, kecepatan 5 m s −1 , dan kecepatan pengukuran benih 800 r min −1 . Empat kepadatan bibit dasar ditetapkan: 105 bibit m −2 (UAS105), 150 bibit m −2 (UAS150), 195 bibit m −2 (UAS195) dan 240 bibit m −2 (UAS240). Sebelum percobaan, uji penaburan dilakukan pada tanah yang sama untuk menentukan tingkat pembentukan bibit. Berdasarkan laju dan bobot 1000 butir padi, benih ditanam pada laju penanaman yang sesuai untuk memperoleh populasi bibit dasar yang berbeda dalam percobaan, yang diperiksa secara manual pada tahap tiga daun.

Ladang UDDS menjalani operasi satu kali menggunakan mesin pembajakan dan penabur terpadu (WR240-1, yang dikembangkan oleh Sekolah Tinggi Teknik Mesin, Universitas Yangzhou, Provinsi Jiangsu, Tiongkok) setelah panen gandum. Penaburan dilakukan pada tanggal 18 Juni tahun 2021 dan 2022, dengan jarak baris 25 cm. Jumlah target bibit dasar (255 bibit m −2 ) diperoleh dari penelitian sebelumnya (Tian et al. 2023 ) dan dicapai dengan menyesuaikan laju penaburan menurut laju pembentukan bibit yang telah diukur sebelumnya. Jumlah bibit dasar diperiksa secara manual pada tahap tiga daun.

Perlakuan UCT ditanam dalam nampan plastik untuk persemaian dengan takaran tanam nampan 120 g −1 pada tanggal 29 Mei tahun 2021 dan 2022. Bibit dipindahkan secara otomatis oleh penanam padi pintar (2ZG-6D(G61), Jofae Agricultural Machinery Corporation, Suzhou, Provinsi Jiangsu, Tiongkok) yang dilengkapi dengan sistem navigasi Beidou pada tanggal 18 Juni (umur bibit 20 hari) di kedua tahun tersebut. Rincian pemindahan meliputi jarak baris-bukit 30 cm × 11 cm dan 4 lubang semai −1 untuk memaksimalkan hasil gabah (Hu et al. 2016 ). Pemeriksaan manual dilakukan setelah pemindahan.

Setiap lahan dibagi sama rata menjadi tiga plot ulangan menggunakan rand yang ditutupi plastik, dengan total 18 plot. Setiap plot berukuran 20 × 100 m, dengan area persegi representatif (5 × 5 m) yang ditunjuk untuk observasi dan pengambilan sampel. Pupuk dalam bentuk pupuk campuran lepas terkendali Zhidaodi diberikan 1 hari sebelum penanaman (UAS dan UDDS) dan penanaman (UCT) sebagai aplikasi basal satu kali dengan takaran 270 kg ha −1 nitrogen murni. Pengelolaan basah dan irigasi diterapkan selama tahap anakan padi hingga pertengahan anakan, diikuti oleh drainase lahan. Irigasi banjir terjadi selama periode percabangan dan pembungaan, kemudian irigasi basah dan kering bergantian dilakukan hingga 7 hari sebelum panen. Pengendalian gulma, serangga, dan penyakit mematuhi rekomendasi setempat sepanjang musim pertumbuhan padi untuk meminimalkan kehilangan hasil.

2.3 Pengambilan Sampel dan Pengukuran
2.3.1 Indeks Luas Daun (LAI) dan SPAD
Pada tahap pertanaman, sampel dikumpulkan berdasarkan jumlah rata-rata batang dan anakan. Secara khusus, perlakuan UAS mencakup semua tanaman dalam area seluas 0,09 m 2 ; perlakuan UDDS memilih tanaman dari baris 0,5 m yang berkesinambungan; dan perlakuan UCT difokuskan pada 3 rumpun yang berurutan. Luas daun efektif dan efisiensi tinggi dari sampel diukur menggunakan alat pengukur luas daun LI-3100 (LI-COR Corporation, Lincoln, Louisiana State, AS) dan dikonversi ke LAI yang sesuai. Nilai SPAD untuk daun efisiensi tinggi dicatat menggunakan SPAD-502 (Konica Minolta Corporation, Tokyo, Jepang).

2.3.2 Konfigurasi Daun Efisiensi Tinggi
Pada tahap tajuk penuh, 15 batang utama representatif diambil sampelnya secara acak di setiap petak. Parameter yang meliputi panjang daun, sudut pangkal dan sudut terkulai daun, dan berat kering daun-daun berefisiensi tinggi dihitung. Jarak daun-bantal di antara daun-daun berefisiensi tinggi juga dicatat.

Berat daun spesifik (%) = berat kering daun/luas daun × 100%.

2.3.3 Konfigurasi Batang dan Ketahanan Rebah
Pada hari ke-25 setelah pembungaan penuh, 15 batang tunggal representatif dipilih secara acak dari setiap plot. Tinggi tanaman, tinggi pusat gravitasi, dan panjang ruas pangkal diukur sambil mencegah kehilangan air. Untuk mengukur tinggi pusat gravitasi: bagian batang di atas tanah diletakkan secara horizontal di atas pisau tajam hingga keseimbangan tercapai; titik kontak menunjukkan pusat gravitasi, dan jarak dari pangkal batang menunjukkan tinggi pusat gravitasi. Diameter batang dan ketebalan dinding ruas pangkal (N1, N2, dan N3 = ruas pangkal ke-1, ke-2, dan ke-3) diukur dengan jangka sorong (Mitutoyo-530-108, Xinlangpu Electronic Technology Corporation, Shenzhen, Provinsi Guangdong, Tiongkok), dan kekuatan putus dicatat dengan penguji kekuatan batang YYD-1 (HM-ZG02, Hengmei Electronic Technology Corporation, Provinsi Shandong, Tiongkok) pada jarak 4 cm antara dua titik tumpu. Parameter terkait lainnya dihitung berdasarkan penelitian sebelumnya sebagai berikut (Gao et al. 2022 ):

2.3.4 Struktur Malai dan Hasil Gabah
Pada tahap kematangan, setiap plot diambil sampelnya dan disurvei untuk mengetahui struktur malai menggunakan metode yang sama seperti untuk pengukuran luas daun. Struktur malai meliputi panjang malai, jumlah cabang primer dan sekunder, serta jumlah gabah dan tingkat pengisian gabah yang sesuai. Gabah padi yang dikumpulkan dari area pengambilan sampel seluas 4 m2 di setiap plot digunakan untuk mengevaluasi hasil panen, disesuaikan dengan kadar air aman sebesar 13,5% menurut beratnya. Jumlah malai di area persegi juga dihitung untuk menghitung hasil panen per malai.

2.4 Analisis Statistik
Analisis statistik dilakukan menggunakan SPSS 22.0 (SPSS Corporation, Chicago, IL, AS) dengan ANOVA dua arah dan uji perbedaan signifikan terkecil (LSD) pada tingkat signifikansi p  ≤ 0,05 (*) atau 0,01 (**). Tabel dan gambar dibuat menggunakan Microsoft Excel 2021 (Microsoft Corporation, Redmond, Washington State, AS) dan Origin 2021 (Origin lab Corporation, Northampton, Massachusetts State, AS).

3 Hasil
3.1 Jenis Tanaman
3.1.1 Struktur Malai
Hasil gabah UAS dengan bibit yang lebih dasar meningkat pada awalnya, mencapai puncaknya pada UAS195 (3,38%–16,52% lebih banyak) dan kemudian menurun, sementara semua hasil gabah per malai (9,56%–29,48%), panjang malai (3,42%–6,52%) dan kepadatan gabah (4,66%–18,51%) menurun terus menerus (Tabel 1 ). Cabang sekunder lebih parah terkena dampak daripada cabang primer. Perlakuan UAS lainnya menunjukkan pengurangan 9,62%–25,61% dan 12,67%–30,94% pada cabang sekunder dan gabahnya dari UAS105, sedangkan hanya 1,51%–14,90% dan 4,78%–19,12% pengurangan terjadi pada yang primer. Tetapi tidak ada perbedaan signifikan dalam tingkat pengisian gabah di antara sebagian besar perlakuan.

TABEL 1. Pengaruh kepadatan bibit dasar yang berbeda dan metode penanaman tanpa awak terhadap struktur malai.

Catatan: Huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan signifikan pada level 0,05. * dan **, signifikan pada p  < 0,05 dan p  < 0,01, masing-masing. Singkatan: NS, tidak signifikan ( p  > 0,05); AS, penyemaian udara tak berawak; UCT, penanaman karpet tak berawak; UDDS, penyemaian langsung kering tak berawak.

Di antara metode tersebut, hasil gabah, hasil gabah per malai, panjang malai, dan kepadatan gabah diberi peringkat UCT > UAS195 > UDDS. UCT secara signifikan mengungguli yang lain dalam semua indikator, sementara UAS195 mengungguli UDDS hanya dalam hasil gabah (rata-rata 4,86%, sama seperti di bawah), hasil gabah per malai (2,02%) dan panjang malai (2,31%). UCT menunjukkan perkembangan cabang yang unggul dengan tingkat pengisian gabah yang tinggi. UAS195 memiliki gabah cabang primer 2,25% lebih sedikit tetapi gabah cabang sekunder 16,39% lebih banyak daripada UDDS.

3.1.2 Morfologi Daun Efisiensi Tinggi
Bibit UAS dasar yang lebih banyak menghasilkan panjang daun yang lebih pendek, sudut pangkal daun dan sudut terkulai yang lebih kecil, serta bobot daun spesifik yang lebih rendah pada daun-daun dengan efisiensi tinggi (Tabel 2 ). Dibandingkan dengan UAS105, perlakuan UAS lainnya menunjukkan penurunan masing-masing sebesar 1,84%–14,54%, 1,56%–20,18%, 3,47%–13,51%, dan 2,18%–5,15% pada indikator-indikator ini.

TABEL 2. Pengaruh kepadatan bibit dasar yang berbeda dan metode penanaman tanpa awak terhadap morfologi daun efisiensi tinggi.

Catatan: Huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan signifikan pada level 0,05. * dan **, signifikan pada p  < 0,05 dan p  < 0,01, masing-masing. Singkatan: NS, tidak signifikan ( p  > 0,05).

Panjang daun dan berat daun spesifik menunjukkan tren UCT > UDDS > UAS195, dengan UCT yang dominan secara signifikan. Namun, sudut pangkal daun dan sudut terkulai menunjukkan tren yang berlawanan. UAS195 sebanding dengan UDDS pada sebagian besar panjang daun (kecuali daun ke-3 pada tahun 2022), tetapi tetap 6,94%–18,13% lebih pendek daripada UCT. Selain itu, sudut pangkal daun juga meningkat sebesar 2,22%–5,83% dari UDDS dan 4,88%–13,79% dari UCT, sedangkan sudut terkulai meningkat masing-masing sebesar 0,99%–3,55% dan 27,30%–33,42%.

3.1.3 Jarak Daun-Bantal
Jarak daun-bantal dari daun-daun UAS efisiensi tinggi menurun seiring dengan peningkatan jumlah bibit dasar (Gambar 2 ). Data menunjukkan bahwa perlakuan UAS lainnya menghasilkan pengurangan jarak daun-bantal antara daun bendera dan daun ke-2 sebesar 1,85%–9,91%, penurunan antara daun ke-2 dan ke-3 sebesar 3,99%–13,04%, dan penurunan antara daun ke-3 dan ke-4 sebesar 2,38%–12,22%.

Metode penanaman menunjukkan tren yang berbeda di antara posisi daun: tren UCT > UAS195 > UDDS antara daun bendera dan daun ke-2 dan antara daun ke-2 dan ke-3. UAS195 tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan dari UDDS dalam kasus pertama dan dari UCT dalam kasus kedua. Namun, tren antara daun ke-3 dan ke-4 berubah menjadi UAS195 > UCT > UDDS, dengan variasi yang signifikan di antara metode.

3.1.4 Indeks Luas Daun (ILU) dan Nisbah Gabah-Daun
Selama peningkatan bibit dasar UAS, LAI efektif dan efisiensi tinggi serta rasio gabah-daun pada tahap pembuahan awalnya meningkat, mencapai puncaknya pada UAS195, dan kemudian menurun (Gambar 3-5 ) . Namun, persentase luas dan nilai SPAD daun efisiensi tinggi menurun secara konsisten .

 

 

Dalam metode tersebut, UAS195 unggul dalam LAI yang efektif dan efisiensi tinggi, sementara UCT memiliki persentase area dan nilai SPAD tertinggi untuk daun efisiensi tinggi dan rasio gabah-daun. Khususnya, perbedaan rasio gabah-daun cenderung signifikan.

3.1.5 Analisis Korelasi Antara Hasil dan Konfigurasi Daun
Seperti yang ditunjukkan Gambar 6 , hasil gabah menunjukkan korelasi positif yang sangat signifikan dengan rasio gabah-daun, sementara menunjukkan korelasi negatif yang sangat signifikan dengan sudut pangkal daun dan sudut terkulai. Namun, hasil gabah per malai berkorelasi sangat signifikan dan positif dengan panjang daun, sudut pangkal dan terkulai, berat daun spesifik, jarak daun-bantal, nilai SPAD, dan LAI efisiensi tinggi pada tahap pembungaan, dan berkorelasi negatif dengan rasio gabah-daun.

Dalam struktur malai, terdapat hubungan yang konsisten antara jumlah cabang primer dan sekunder dengan morfologi daun, serupa dengan hubungan antara hasil gabah per malai dan morfologi daun. Selain itu, jumlah gabah dan tingkat pengisian gabah pada cabang yang sesuai berkorelasi sangat signifikan dengan berat daun spesifik, yang pertama juga berkorelasi positif dengan panjang daun.

3.2 Resistensi Penginapan
3.2.1 Konfigurasi Culm
Penambahan bibit dasar dalam metode UAS menghasilkan peningkatan tinggi tanaman, tinggi pusat gravitasi, tinggi pusat gravitasi relatif, dan panjang ruas pangkal (Tabel 3 ). Khususnya, perlakuan UAS dengan lebih banyak bibit tidak menunjukkan perbedaan signifikan dalam tinggi pusat gravitasi relatif dari UAS105, tetapi mereka menunjukkan peningkatan 1,95%–6,94% dalam tinggi tanaman dan 1,92%–10,15% dalam tinggi pusat gravitasi. Selain itu, peningkatan panjang ruas pangkal masing-masing adalah 13,04%–36,59% (N1), 7,27%–17,32% (N2) dan 9,71%–22,09% (N3).

TABEL 3. Pengaruh kepadatan bibit dasar yang berbeda dan metode penanaman tak berawak terhadap tinggi tanaman dan komposisi ruas dasar.

Catatan: N1, ruas basal ke-1; N2, ruas basal ke-2; N3, ruas basal ke-3. Huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan signifikan pada tingkat 0,05. * dan **, signifikan pada p  < 0,05 dan p  < 0,01, masing-masing. Singkatan: NS, tidak signifikan ( p  > 0,05).

Dalam hal tinggi tanaman dan tinggi pusat gravitasi, metode tersebut memberi peringkat UCT > UAS195 > UDDS, yang semuanya menunjukkan perbedaan yang signifikan. UCT memiliki tinggi pusat gravitasi relatif yang jauh lebih rendah daripada yang lain, sedangkan UAS195 menunjukkan penurunan yang tidak signifikan dari UDDS. Panjang ruas dasar menunjukkan tren UAS195 > UDDS > UCT dengan perbedaan yang signifikan secara konsisten.

3.2.2 Ciri-ciri Ruas Dasar
Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 7 , baik diameter maupun ketebalan dinding ruas dasar UAS menunjukkan tren penurunan seiring dengan meningkatnya kepadatan bibit dasar. Di antara metode tersebut, UCT menunjukkan kinerja yang jauh lebih unggul dalam indikator, dan UAS195 secara konsisten mempertahankan ketebalan dinding yang lebih besar daripada UDDS.

3.2.3 Resistensi Penginapan
Momen lentur dan kekuatan putus yang lebih rendah, bersama dengan indeks rebah yang lebih tinggi, diamati dengan penambahan bibit UAS dasar (Tabel 4 ). Secara khusus, perlakuan UAS lainnya mengurangi momen lentur dan kekuatan putus N2 dari UAS105 masing-masing sebesar 2,76%–10,16% dan 5,07%–17,67%, sambil meningkatkan indeks rebah sebesar 2,44%–9,12%. Demikian pula, mereka mengurangi momen lentur dan gaya putus N3 masing-masing sebesar 4,93%–12,42% dan 5,71%–20,80%, dan meningkatkan indeks rebah sebesar 0,85%–10,60%.

TABEL 4. Pengaruh kepadatan bibit dasar yang berbeda dan metode penanaman tak berawak terhadap ketahanan rebah ruas basal.

 
Catatan: N2, ruas basal ke-2; N3, ruas basal ke-3. Huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan signifikan pada tingkat 0,05. * dan **, signifikan pada p  < 0,05 dan p  < 0,01, masing-masing. Singkatan: NS, tidak signifikan ( p  > 0,05).

Baik momen pencampuran maupun kekuatan putus ruas basal menunjukkan tren UCT > UAS195 > UDDS di antara metode-metode tersebut, di mana UCT selalu mengungguli metode lainnya secara signifikan dan UAS lebih unggul atau secara signifikan lebih baik daripada UDDS. Indeks rebah mengikuti urutan UAS195 > UDDS > UCT, di mana UAS195 sebanding dengan UDDS dan secara signifikan lebih tinggi daripada UCT.

4 Diskusi
4.1 Jenis Tanaman dan Ketahanan Rebah Padi UAS dengan Bibit Dasar Optimal
Menetapkan kepadatan bibit yang tepat sangat penting dalam produksi padi karena mempengaruhi fotosintesis dan pembentukan malai melalui perubahan jenis tanaman. Daun adalah organ fotosintesis utama, dan morfologi secara langsung menentukan intersepsi energi matahari (Yang et al. 2006 ). Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa kepadatan penanaman yang tinggi tidak hanya mengurangi pertumbuhan dan kapasitas fotosintesis daun-daun dengan efisiensi tinggi tetapi juga sudut pangkal dan terkulai dan memperpendek jarak bantal daun, yang memperburuk distribusi tajuk vertikal (Guo et al. 2015 ). Penelitian kami mendukung kesimpulan (Tabel 2 , Gambar 2 dan 3 ) dan mengungkapkan temuan menarik: berbeda dengan padi tanam mekanis, populasi yang berbeda di UAS lebih cenderung menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam indikator di atas (Hu et al. 2015 ). Karena padi UAS yang dibudidayakan pada kepadatan yang lebih tinggi dengan individu yang lebih lemah (dibandingkan dengan padi tanam) membuat konfigurasi daun dan distribusi tajuk lebih rentan terhadap kepadatan populasi (Zhang et al. 2021 ). Struktur malai memainkan peran penting tidak hanya pada jenis tanaman tetapi juga pada pembentukan hasil. Hasilnya menunjukkan bahwa peningkatan kerapatan bibit basa berdampak negatif pada struktur malai UAS, termasuk berkurangnya panjang malai, berkurangnya kerapatan gabah, dan terhambatnya perkembangan cabang (Tabel 1 ). Hal ini disebabkan oleh lebih sedikit penyerapan nitrogen setelah pemadatan, yang menurunkan rasio sitokinin dan sitokinin-auksin dalam malai dan menghambat diferensiasi (He et al. 2018 ). Sebagai kesimpulan, lebih banyak bibit basa berdampak negatif pada jenis tanaman UAS. Namun, UAS195 dengan hasil gabah yang lebih rendah per malai mencapai hasil gabah populasi yang jauh lebih banyak daripada UAS105 dan UAS150 (Tabel 1 ). Oleh karena itu, hanya berfokus pada jenis tanaman individu pada padi UAS mungkin bukan strategi terbaik untuk memaksimalkan hasil; hal itu harus dipertimbangkan bersama dengan faktor populasi. Mengingat bahwa konfigurasi daun dan struktur malai merupakan indikator utama sumber dan serapan pada populasi padi, produktivitas harus dievaluasi dari keduanya (Li et al. 1998 ; Wang et al. 2023 ). Nisbah gabah-daun merupakan indikator utama keseimbangan sumber-penyerap dan berkaitan erat dengan pembentukan hasil (Yao et al. 2022 ). Dalam percobaan, indikator menunjukkan peningkatan awal yang diikuti oleh penurunan seiring dengan peningkatan jumlah semai dasar (Gambar 4 ). Dikombinasikan dengan perubahan indeks luas daun populasi (Gambar 5 ), dapat ditemukan hal berikut: Seiring dengan peningkatan kerapatan UAS dari 105 semai m −2 menjadi 195 semai m −2(optimal), rasionya meningkat karena kapasitas serapan populasi yang lebih baik; sementara kepadatan terus bertambah menjadi 240 bibit m −2 , rasionya menurun karena penurunan cepat dalam kapasitas serapan populasi dan kelebihan relatif luas daun populasi. Penelitian yang ada menunjukkan korelasi positif antara hasil gabah dan kapasitas serapan dalam kondisi luas daun yang tepat (Pan et al. 2022 ). Peningkatan kapasitas serapan tidak hanya mendorong penerimaan asimilasi di organ serapan tetapi juga ekspor dari organ sumber dan transportasi oleh jaringan vaskular (Tollenaar dan Daynard 1982 ). Namun, luas daun yang berlebihan menyebabkan akumulasi produk fotosintesis yang berlebihan di organ sumber dan membatasi kapasitas fotosintesis dan transportasi, yang berdampak negatif pada akumulasi bahan kering dan pembentukan hasil (Cheng et al. 2022 ). Oleh karena itu, peningkatan yang tepat pada bibit dasar UAS dapat merusak konfigurasi daun, kapasitas fotosintesis, dan struktur malai individu, tetapi tetap merupakan karakteristik hasil tinggi dari area fotosintesis yang besar dan rasio gabah-daun yang tinggi.

Konfigurasi batang padi sangat penting untuk ketahanan tanaman dan rebah. Hu et al. menunjukkan bahwa kepadatan tinggi dalam penanaman bibit pot menghasilkan tinggi tanaman dan tinggi pusat gravitasi yang rendah, tetapi meningkatkan tinggi pusat gravitasi relatif dan ruas basal yang memanjang dengan diameter, ketebalan, dan kepenuhan yang lebih sedikit, yang menyebabkan risiko rebah yang lebih besar (Hu et al. 2015 ). Sebaliknya, Wu et al. menganggap bahwa tinggi tanaman dan tinggi pusat gravitasi berkorelasi positif dengan kepadatan penanaman (Wu et al. 2024 ). Temuan kami konsisten dengan laporan Hu dalam ruas basal tetapi memiliki tren yang berlawanan dalam tinggi tanaman dan tinggi pusat gravitasi (Tabel 3 ). Itu berasal dari fakta bahwa padi yang ditanam bergantung pada sistem akar yang dalam dan aktif untuk mempertahankan aktivitas fisiologis dan biokimia tajuk, sementara padi UAS harus tumbuh ke atas dengan cepat untuk masukan eksternal (Liao et al. 2024 ; Zhang et al. 2017 ). Akibatnya, peningkatan bibit dasar menyebabkan penurunan konfigurasi batang UAS. Rebah adalah kendala utama bagi produktivitas padi. Rebah pada padi japonica inbrida terutama terjadi pada ruas pangkal ke-2 dan ke-3, yang merupakan posisi lemah kritis pada batang (Hao et al. 2022 ). Percobaan kami menunjukkan bahwa momen lentur dan kekuatan putus ruas menurun dengan meningkatnya kepadatan bibit dasar (Tabel 4 ). Karena momen lentur ditentukan pada dasarnya oleh biomassa dan tinggi tanaman, tinggi tanaman yang memanjang mengompensasi biomassa yang berkurang dan menyebabkan penurunan momen lentur yang halus. Namun, kapasitas fotosintesis yang rendah dari tanaman tunggal pada kepadatan tinggi dengan cepat melemahkan struktur mekanis batang, yang secara tampilan memiliki diameter dan ketebalan dinding yang kecil (Sher et al. 2018 ). Pengurangan akumulasi biomassa yang disebabkan oleh kapasitas fotosintesis yang buruk membatasi komponen karbohidrat pada batang dan menurunkan perkembangan (terutama pada jaringan pembuluh) dan kepenuhan (Guha et al. 2024 ). Selain itu, tanaman mengalokasikan nutrisi yang terbatas untuk pemanjangan vertikal ruas basal alih-alih pertumbuhan lateral dan penguatan dinding batang dalam persaingan untuk mendapatkan radiasi matahari (Pan et al. 2019 ). Akibatnya, proses tersebut akhirnya berkontribusi pada indeks rebah yang tinggi. Singkatnya, peningkatan yang tepat dalam kepadatan bibit dasar berdampak negatif pada konfigurasi batang UAS dan ketahanan rebah, tetapi tetap meningkatkan ketahanan rebah dan hasil gabah dibandingkan dengan penanaman yang rapat.

4.2 UAS Berbeda Dari Metode Pendaratan Tak Berawak Lainnya
Selain kerapatan tanam, jenis tanaman juga dipengaruhi oleh metode penanaman dalam praktik budidaya. (Lei et al. 2013 ). Xing et al. melaporkan bahwa padi tanam langsung menghasilkan jenis tanaman yang lebih rendah daripada padi tanam, yang menampilkan tinggi tanaman berkurang, daun ringan dan longgar, dan malai kecil (Xing et al. 2017 ). Lei et al. menyarankan bahwa dibandingkan dengan tanam manual, penyemaian langsung mekanis dan tanam menghasilkan daun efisiensi tinggi yang lebih ringan dan longgar dan meningkatkan luas daun dan jarak bantal (Lei et al. 2013 ). Konsisten dengan penelitian sebelumnya, hasil kami menunjukkan bahwa panjang daun efisiensi tinggi di UAS195 secara signifikan lebih pendek daripada UCT dan secara umum mirip dengan UDDS (Tabel 2 ). Tetapi berat daun spesifik jauh lebih ringan daripada yang lain. Mengingat sudut pangkal dan terkulai daun yang lebih besar, dapat disimpulkan bahwa daun padi UAS pada kerapatan optimal (UAS195) memiliki pertumbuhan yang lebih kecil dan postur yang lebih longgar. Namun, dalam hal struktur malai, UAS195 menghasilkan lebih banyak hasil gabah per malai daripada UDDS dengan cabang yang berkembang tetapi tetap lebih rendah daripada UCT (Tabel 1 ). Pertama, jarak tiga bantal daun teratas di UAS195 lebih panjang daripada UDDS dan lebih pendek daripada UCT, tetapi jarak antara bantal daun ke-3 dan ke-4 lebih baik daripada mereka (Gambar 2 ). Susunan ini meningkatkan pengiriman radiasi matahari ke bagian tengah dan bawah tanaman, meningkatkan produktivitas fotosintesis individu dan populasi (Guo et al. 2015 ). Kedua, tren SPAD UCT > UAS195 > UDDS menunjukkan bahwa UAS195 memiliki aktivitas produksi fotosintesis yang lebih tinggi daripada UDDS (Gambar 3 ). Ketiga, meskipun tidak mencapai tingkat penanaman, akar penyemaian langsung basah lebih berkembang dan kuat daripada penyemaian langsung kering, yang menyediakan UAS195 dengan pasokan nutrisi yang cukup selama periode pembentukan malai (Kamiji et al. 2011 ). Oleh karena itu, disimpulkan bahwa UAS195 menunjukkan tipe tanaman yang lebih baik dengan produksi fotosintesis yang tinggi daripada UDDS. Pada tingkat populasi, hasil gabah UAS195 berada di antara UCT dan UDDS dengan semua perbedaan yang signifikan (Tabel 1 ). Dan hasilnya konsisten dengan hasil penelitian Xing et al. ( 2017 ); Zhang et al. ( 2017 ). Analisis korelasi menunjukkan bahwa variasi hasil gabah terkait erat dengan rasio gabah-daun (Gambar 6 ). Dibandingkan dengan UCT, baik UAS195 maupun UDDS memiliki populasi yang lebih besar dan luas daun yang lebih banyak tetapi jumlah spikelet yang lebih sedikit karena struktur malai yang memburuk (Gambar 5 dan Tabel 1).). Dan hasilnya adalah luas daun yang berlebihan dan rasio bulir-daun yang menurun (Gambar 2 ). Namun, Wang et al. menganggap bahwa penyemaian langsung kering menghasilkan spikelet populasi yang jauh lebih banyak daripada penyemaian langsung basah (Wang et al. 2021 ). Ini mungkin bergantung pada metode penyemaian dan laju penyemaian tertentu. Berbeda dari laju penyemaian yang sama untuk penyemaian langsung basah dan kering, UDDS menggunakan laju penyemaian lebih banyak daripada UAS195 dalam penelitian kami, yang sangat membatasi pertumbuhan populasi dan pembentukan spikelet populasi (Xu et al. 2014a ). Oleh karena itu, UAS195 mempertahankan luas daun yang optimal dan meningkatkan jumlah spikelet dengan mengoordinasikan pertumbuhan individu dan populasi, yang meningkatkan hubungan sumber-penyerap dan hasil gabah daripada UDDS.

Terdapat variasi nyata dalam konfigurasi batang padi dan ketahanan terhadap kegagalan di antara metode penanaman. Li et al. mengungkapkan bahwa tinggi pusat gravitasi relatif yang lebih rendah, ruas basal yang lebih pendek dan lebih tebal dengan ketahanan terhadap rebah yang lebih rendah diperoleh dengan penanaman manual dibandingkan dengan penanaman mekanis dan penyemaian langsung, meskipun tinggi tanaman dan tinggi pusat gravitasi lebih tinggi (Li et al. 2011 ). Demikian pula, Xing et al. melaporkan bahwa penanaman pot meningkatkan ketahanan terhadap rebah dengan mengurangi tinggi pusat gravitasi relatif dan panjang ruas dan meningkatkan diameter batang dan ketebalan dinding dibandingkan dengan penanaman karpet dan penyemaian langsung (Xing et al. 2017 ). Selain itu, Wang et al. menganggap bahwa penyemaian langsung kering menghasilkan tanaman kerdil dengan ketahanan terhadap rebah yang lebih baik daripada penyemaian langsung air dan basah karena dinding batang yang lebih tebal dan diameter yang lebih besar (Wang et al. 2021 ). Oleh karena itu, terdapat hubungan yang erat antara konfigurasi batang dan ketahanan terhadap rebah. Hasil kami mengungkapkan bahwa tinggi tanaman dan tinggi pusat gravitasi UAS195 lebih rendah daripada UCT tetapi lebih tinggi daripada UDDS (Tabel 3 ). Sementara itu, tinggi gravitasi relatif dan ketahanan rebah ruas basal serupa dengan UDDS dan secara signifikan lebih tinggi daripada UCT. Hal ini berbeda dengan penelitian sebelumnya yang menyimpulkan bahwa penyemaian langsung basah menimbulkan risiko rebah lebih besar daripada penyemaian langsung kering (Wang et al. 2021 ). Khususnya, UAS195 menunjukkan momen lentur dan kekuatan putus lebih besar daripada UDDS (Tabel 4 ), yang menentang tren tradisional peningkatan momen lentur di samping penurunan kekuatan putus dan akibatnya meningkatkan ketahanan rebah. Dalam hal struktur mekanis, UAS195 menunjukkan ruas yang memanjang tetapi lebih lebar dan lebih tebal daripada UDDS karena jenis tanaman dan produktivitas fotosintesis yang lebih unggul (Gambar 7 ) (Luo et al. 2022 ). Ruas memfasilitasi transportasi nutrisi ke malai dan meningkatkan kekuatan batang, sehingga menghasilkan momen lentur dan kekuatan putus yang lebih besar (Li et al. 2022 ; Xu et al. 2024 ). Namun, UAS195 masih memiliki kesenjangan yang signifikan dari UCT dalam hal ketahanan terhadap rebah (Tabel 4 ). Meskipun tinggi tanamannya tampak lebih tinggi, UCT memiliki ruas basal yang lebih pendek dan lebih tebal (Tabel 3 dan Gambar 7 ), yang berarti bahwa ruas tersebut menekankan pertumbuhan lateral dengan penghambatan pemanjangan. Hal ini dapat disebabkan oleh jenis tanaman yang sangat baik dan pasokan nutrisi individu yang cukup (Hu et al. 2020)). Karena dengan perbaikan nutrisi, ruas-ruas mengembangkan lebih banyak sel sklerenkim di bawah epidermis dan selubung berkas pembuluh, bersamaan dengan menekan pelonggaran dinding sel dan mendorong sintesis lignin dan pati (Pan et al. 2019 ). Oleh karena itu, UCT mengurangi indeks rebah dengan momen lentur dan kekuatan putus yang lebih besar. Sebagai kesimpulan, UAS195 memperbaiki konfigurasi batang dan ketahanan rebah dibandingkan dengan UDDS, tetapi tertinggal dari UCT. Meskipun demikian, meskipun kinerja metode penanaman tak berawak yang berbeda bervariasi dalam hal ketahanan rebah, tidak ada rebah yang tampak di ladang, yang mungkin terkait dengan cuaca cerah setelah pemancangan.

4.3 Keterbatasan Penelitian
Pertama, percobaan hanya dilakukan pada varietas inbred japonica, dan temuannya mungkin tidak berlaku untuk varietas hibrida karena perbedaan aktivitas fisiologis antara jenis padi. ​​Kedua, metode penanaman yang berbeda memerlukan tindakan budidaya yang berbeda. Misalnya, UDDS dapat menerapkan penanaman awal dalam produksi lapangan karena kemudahan persiapan lahan, yang sulit dilakukan pada UAS dan UCT. Kami membakukan tanggal penanaman (UAS dan UDDS) dan penanaman ulang (UCT) untuk variabel kontrol, yang dapat menyebabkan penyimpangan antara percobaan dan produksi lapangan. Akhirnya, penelitian kami hanya berfokus pada analisis sifat fisik dan karakteristik mekanis batang padi dan tidak mencakup perbedaan dalam struktur anatomi dan komposisi kimia, dll., yang masih harus dieksplorasi lebih lanjut.

5 Kesimpulan
Penyemaian padi dengan metode udara tanpa awak dengan peningkatan bibit dasar yang sesuai (UAS195) mempertahankan karakteristik produktif berupa area fotosintesis dan rasio gabah-daun yang tinggi, meskipun jenis tanaman dan ketahanan terhadap rebah memburuk. Dibandingkan dengan metode lain, meskipun tidak sebanding dengan penanaman karpet tanpa awak, metode ini meningkatkan hasil gabah dan mengurangi risiko rebah akibat UDDS melalui konfigurasi daun dan batang yang lebih unggul. Oleh karena itu, penyemaian dengan metode udara tanpa awak dengan bibit dasar yang optimal (UAS195) menunjukkan karakteristik yang baik dalam jenis tanaman dan ketahanan terhadap rebah.