Padang rumput, yang secara global dikenal dengan istilah seperti Stepa, Sabana, Prairie, atau Pampas, mewakili salah satu bioma daratan yang paling luas dan produktif. Bioma ini dicirikan oleh vegetasi dominan berupa rumput (Poaceae) dan relatif sedikitnya pohon atau semak belukar, kecuali di sepanjang zona riparian atau daerah transisi. Kondisi khas ini tidak terlepas dari peran krusial iklim yang membatasinya, menciptakan keseimbangan unik antara curah hujan dan suhu yang tidak cukup mendukung hutan, tetapi juga tidak terlalu kering untuk menjadi gurun.
Studi mengenai iklim padang rumput adalah kunci untuk memahami distribusi geografis, keragaman hayati, dan fungsi ekosistem global. Iklim di sini dicirikan oleh ketidakseimbangan musiman yang signifikan, terutama dalam hal ketersediaan air. Fluktuasi ekstrem antara musim basah dan kering, atau musim panas yang terik dan musim dingin yang membekukan, adalah ciri khas yang memaksa flora dan fauna mengembangkan strategi adaptasi yang luar biasa.
Secara klimatologis, padang rumput berada di zona transisi antara iklim hutan yang lembap (hutan hujan atau hutan gugur) dan iklim gurun yang arid atau semi-arid. Faktor pembatas utama yang mencegah pertumbuhan tegakan pohon yang rapat adalah kombinasi antara curah hujan total yang tidak memadai dan pola distribusinya yang tidak merata sepanjang tahun.
Sistem klasifikasi iklim Köppen-Geiger sering digunakan untuk memetakan bioma padang rumput, meskipun padang rumput sendiri tersebar di beberapa kategori utama yang bergantung pada lintang geografis dan termal:
Bioma sabana umumnya diklasifikasikan di bawah kategori Aw (Iklim Tropis Sabana). Karakteristik utamanya adalah suhu tinggi sepanjang tahun dengan variasi musiman yang didominasi oleh curah hujan. Sabana mengalami musim kemarau yang panjang dan kering (di mana curah hujan bulanan kurang dari 60 mm) dan musim hujan yang intens namun singkat. Musim kering ini sangat menentukan karena menciptakan stres kekeringan yang berulang, mencegah semai pohon bertahan hidup.
Padang rumput beriklim sedang sebagian besar jatuh dalam kategori B (Iklim Kering), khususnya BS (Semi-Arid/Stepa). Subkategori ini dibagi lagi berdasarkan suhu: BSk (Semi-Arid Dingin), seperti Stepa Eurasia atau Prairie Amerika Utara bagian utara, yang memiliki musim dingin yang membeku; dan BSh (Semi-Arid Panas), yang biasanya tidak mengalami suhu beku atau hanya sebentar. Curah hujan di zona ini sangat tidak menentu dan menjadi faktor pembatas utama.
Beberapa padang rumput seperti Pampas Argentina bagian timur atau beberapa wilayah Veldt di Afrika Selatan, terletak di perbatasan iklim C (Sedang), seperti Cwa (Iklim Sedang dengan Musim Dingin Kering). Di sini, curah hujan lebih tinggi daripada zona semi-arid murni, tetapi faktor lain seperti rezim kebakaran alam atau tanah liat yang padat (sehingga menghambat penetrasi akar pohon) berperan mempertahankan bioma rumput.
Padang rumput menempati kira-kira 20% hingga 40% dari permukaan daratan bumi, menjadikannya salah satu bioma terbesar setelah hutan. Penyebarannya sangat bergantung pada sirkulasi atmosfer global dan efek bayangan hujan (rain shadow).
Iklim di bioma padang rumput ditentukan oleh interaksi kompleks antara suhu, presipitasi, angin, dan laju evapotranspirasi. Keseimbangan dinamis antara masukan air (curah hujan) dan kehilangan air (evapotranspirasi) adalah penentu utama struktur vegetasi.
Curah hujan tahunan di padang rumput bervariasi secara signifikan, biasanya berkisar antara 250 mm hingga 1000 mm. Batas bawah seringkali merupakan ambang batas bagi vegetasi gurun, sedangkan batas atas adalah ambang batas bagi hutan. Namun, jumlah total tidak sepenting distribusi musiman. Sebagian besar curah hujan sering terkonsentrasi dalam periode 2 hingga 6 bulan, diikuti oleh periode kering yang panjang. Ketidakandalan (variabilitas inter-tahunan) curah hujan sangat tinggi, terutama di padang rumput semi-arid, yang dapat menyebabkan kekeringan parah atau banjir sporadis.
Kekeringan musiman yang berulang memiliki dua fungsi ekologis utama: 1) membatasi pertumbuhan tanaman berakar dangkal, termasuk semai pohon; dan 2) menciptakan biomassa kering (bahan bakar) yang siap terbakar. Kebakaran alam yang sering terjadi selama musim kering adalah faktor non-klimatik yang sangat kuat, bekerja sama dengan iklim untuk mencegah suksesi ekologis menuju hutan.
Variasi suhu sangat bergantung pada lokasi geografis padang rumput:
Evapotranspirasi Potensial (PET), yaitu jumlah air yang dapat diuapkan oleh suatu permukaan jika air tersedia tanpa batas, seringkali jauh melebihi curah hujan (P) di padang rumput, terutama selama musim kering dan musim panas. Perbedaan antara P dan PET disebut sebagai defisit air. Di padang rumput semi-arid, rasio P/PET seringkali berada di antara 0.2 dan 0.5. Defisit air inilah yang merupakan mekanisme utama pembatas ekologis bagi spesies pohon yang membutuhkan kelembaban konstan.
Padang rumput, terutama yang beriklim sedang, dikenal karena topografinya yang datar dan terbuka, menyebabkan angin memainkan peran signifikan. Angin yang kuat meningkatkan laju evapotranspirasi, memperparah kondisi kering, dan seringkali menyebabkan erosi angin (deflasi), yang merupakan tantangan besar bagi pertanian berbasis padang rumput.
Meskipun semua padang rumput berbagi dominasi rumput dan kekurangan pohon, iklim yang mendasarinya menghasilkan adaptasi dan produktivitas ekologis yang sangat berbeda.
Sabana adalah ekosistem yang paling banyak mengalami pergantian musiman yang ketat. Iklimnya adalah iklim tropis dengan musim basah dan musim kering yang ditentukan oleh pergerakan musiman Zona Konvergensi Intertropis (ITCZ).
Stepa Eurasia, membentang ribuan kilometer, menunjukkan ciri khas kontinentalitas ekstrem. Bioma ini memiliki curah hujan terendah di antara padang rumput utama dan memiliki variasi suhu yang paling parah.
Prairie terbentang dengan gradien kelembaban yang signifikan, dari Prairie Tinggi yang kering di barat hingga Prairie Basah di timur.
Pampas umumnya memiliki iklim yang lebih moderat, yang memungkinkan produktivitas pertanian yang tinggi.
Kondisi iklim padang rumput secara langsung membentuk hidrologi dan pedogenesis (pembentukan tanah) di bioma ini, menghasilkan beberapa jenis tanah paling subur di dunia.
Sistem padang rumput berada dalam kondisi keseimbangan air yang rentan. Air yang masuk melalui hujan harus dibagi antara limpasan permukaan, penguapan langsung, transpirasi oleh tanaman, dan perkolasi (penyimpanan di tanah).
Karena intensitas curah hujan yang tinggi namun singkat di banyak padang rumput (terutama sabana), limpasan permukaan bisa tinggi. Namun, di daerah dengan tanah kaya bahan organik (seperti Chernozem atau Mollisol), infiltrasi ke dalam tanah sangat efisien. Air yang terinfiltrasi menciptakan cadangan air tanah yang harus diakses oleh sistem akar rumput yang luas selama periode kering.
Keberhasilan ekologis rumput bergantung pada kemampuannya untuk beradaptasi terhadap fluktuasi kelembaban tanah. Selama kekeringan, kelembaban tanah dapat turun di bawah Titik Layu Permanen (PWP), di mana tanaman tidak dapat lagi menyerap air. Rumput padang rumput telah mengembangkan mekanisme seperti dormansi atau sistem akar yang sangat dalam untuk mencapai air yang tersimpan di lapisan tanah yang lebih dalam, yang seringkali tidak dapat dijangkau oleh akar pohon.
Iklim semi-arid hingga semi-lembap yang khas dengan vegetasi rumput dominan bertanggung jawab atas pembentukan Mollisols, yang merupakan tanah paling produktif di dunia.
Mollisols (termasuk Chernozem, yang umum di Stepa Eurasia) dicirikan oleh lapisan permukaan gelap (Horizon A) yang sangat tebal, kaya bahan organik terhumifikasi. Pembentukan lapisan ini adalah hasil langsung dari iklim:
Variabilitas ekstrem dalam iklim padang rumput telah mendorong evolusi adaptasi yang unik, memungkinkan organisme bertahan dari kekeringan, dingin yang ekstrem, dan kebakaran.
Tumbuhan padang rumput menghadapi dua tantangan utama: persaingan air dan resistensi terhadap gangguan (kebakaran dan herbivori).
Karena iklim padang rumput mempromosikan biomassa kering, kebakaran adalah faktor ekologis alami. Rumput telah beradaptasi melalui: 1) Titik tumbuh (meristem) yang terletak di dekat atau di bawah permukaan tanah, melindunginya dari panas; 2) Kemampuan bertunas cepat setelah api berlalu, memanfaatkan nutrisi abu yang baru dilepaskan.
Fauna padang rumput (terutama herbivora besar) harus menyesuaikan diri dengan ketersediaan makanan yang sangat bervariasi secara musiman, serta suhu ekstrem.
Di sabana tropis, seperti Serengeti, pola migrasi hewan besar (gnu, zebra) secara fundamental didorong oleh iklim, mengikuti pergerakan hujan yang menjamin ketersediaan rumput baru. Ini adalah strategi untuk mengatasi kelangkaan makanan selama musim kering yang panjang.
Iklim padang rumput sangat rentan terhadap variasi siklus atmosfer yang besar, yang menyebabkan perubahan signifikan dalam produktivitas tahun ke tahun.
Fenomena El Niño-Southern Oscillation (ENSO), yang berasal dari Pasifik, memiliki dampak besar pada iklim padang rumput di seluruh dunia.
Variabilitas dalam skala waktu dekade, seperti Pacific Decadal Oscillation (PDO), juga mempengaruhi pola hujan jangka panjang, menentukan periode basah dan kering yang berlangsung selama satu atau dua dekade, yang sangat memengaruhi keputusan manajemen lahan dan pertanian.
Kontinentalitas Stepa dan Prairie memunculkan fenomena cuaca lokal yang ekstrem:
Karena kesuburan tanahnya yang tinggi (Mollisols), padang rumput telah menjadi pusat pertanian pangan dan peternakan global. Namun, iklimnya yang marginal menimbulkan tantangan besar, terutama berkaitan dengan risiko kekeringan dan degradasi tanah.
Pengelolaan lahan pertanian di iklim padang rumput memerlukan strategi yang sangat hati-hati karena curah hujan yang tidak dapat diprediksi.
Kekeringan di padang rumput beriklim sedang (Stepa dan Prairie) dapat menyebabkan kegagalan panen yang meluas. Contoh paling terkenal adalah 'Dust Bowl' di Amerika Serikat pada tahun 1930-an, di mana kombinasi kekeringan iklim yang parah dan praktik pertanian yang buruk (pengolahan tanah yang masif) menyebabkan bencana ekologis. Kejadian ini menyoroti bahwa di iklim semi-arid, pengelolaan air dan tanah adalah hal yang paling utama.
Di banyak padang rumput, terutama di Prairie dan Stepa yang lebih kering, pertanian bergantung pada irigasi. Ketergantungan ini, terutama pada air tanah fosil (seperti Aquifer Ogallala di AS), tidak berkelanjutan dalam jangka panjang karena tingkat pengisian ulang air tanah jauh lebih rendah daripada laju penarikannya, diperparah oleh laju evaporasi yang tinggi akibat suhu padang rumput yang panas.
Padang rumput sangat rentan terhadap erosi, baik erosi angin maupun erosi air.
Peternakan adalah kegiatan ekonomi utama di padang rumput, memanfaatkan kemampuan rumput untuk tumbuh cepat setelah hujan. Namun, manajemen yang tidak tepat, seperti penggembalaan berlebihan, dapat mengubah struktur vegetasi dan tanah, meningkatkan albedo permukaan (daya pantul), dan mengubah neraca energi lokal, yang pada akhirnya dapat memicu desertifikasi, terutama di zona semi-arid yang paling rentan.
Padang rumput, yang sudah beroperasi di ambang batas iklim, diprediksi akan mengalami perubahan drastis akibat pemanasan global, yang berpotensi mengubah bioma ini menjadi semak belukar kering atau bahkan gurun.
Model iklim memprediksi peningkatan suhu di hampir semua wilayah padang rumput. Peningkatan suhu, bahkan hanya 1°C atau 2°C, secara signifikan akan meningkatkan laju Evapotranspirasi Potensial (PET). Peningkatan PET berarti stres kekeringan akan tiba lebih awal, berlangsung lebih lama, dan menjadi lebih intens, bahkan jika curah hujan total tetap sama. Hal ini akan memperpendek musim tanam efektif dan mengurangi produktivitas biomassa tahunan.
Prediksi mengenai curah hujan di padang rumput sangat bervariasi:
Mollisols padang rumput menyimpan sejumlah besar karbon organik di tanah (sekitar sepertiga dari seluruh karbon tanah global). Iklim yang memanas dan mengering dapat meningkatkan laju dekomposisi bahan organik ini, melepaskan CO2 dan mempercepat umpan balik positif pemanasan global. Degradasi padang rumput berpotensi mengubah mereka dari penyerap karbon menjadi sumber emisi karbon yang signifikan.
Kondisi yang lebih panas dan kering akan meningkatkan frekuensi dan intensitas kebakaran padang rumput. Kebakaran yang lebih sering dapat menghambat pemulihan vegetasi, meningkatkan peluang invasi spesies semak yang resisten api, dan selanjutnya mengurangi dominasi rumput, yang merupakan ciri khas bioma ini.
Meskipun keduanya adalah bioma padang rumput, perbedaan dalam kontrol iklim sangat mencolok, menghasilkan ekosistem yang sangat berbeda.
Iklim Prairie didominasi oleh pergerakan massa udara kontinental dan maritim yang kuat, serta pengaruh topografi (Pegunungan Rocky).
Secara klimatologis, Prairie adalah bioma di mana batasan pertumbuhan ditentukan oleh suhu beku di musim dingin dan ketersediaan air di musim panas.
Iklim Sabana didominasi oleh sistem tekanan global dan pergeseran posisi matahari (solstis).
Perbedaan mendasar ini (kontinentalitas versus tropisitas) menjelaskan mengapa Stepa dicirikan oleh adaptasi terhadap dingin dan kemarau hidrologis, sementara Sabana dicirikan oleh adaptasi terhadap panas dan kemarau hidrologis yang sangat intens.
Meskipun api terjadi di kedua bioma, rezim api sangat berbeda. Di Sabana, api sering dipicu pada akhir musim kemarau yang sangat kering dan panas, membersihkan biomassa besar. Di Prairie, api mungkin kurang sering, tetapi masih penting untuk mencegah invasi semak dan menjaga komposisi rumput asli, terutama setelah periode kering yang panjang.
Memahami dan memprediksi iklim padang rumput memerlukan alat dan metodologi yang canggih, terutama karena tingginya variabilitas spasial dan temporal.
Stasiun cuaca tradisional seringkali tidak cukup padat untuk menangkap variasi mikroiklim lokal, terutama di wilayah padang rumput yang luas dan terpencil. Oleh karena itu, penelitian mengandalkan:
Salah satu tantangan terbesar adalah heterogenitas padang rumput. Bioma ini dapat beralih secara halus dari padang rumput murni ke semak belukar atau hutan terbuka (woodland) dalam jarak pendek, seringkali karena perubahan tanah, bukan hanya iklim regional. Model iklim harus mampu menangkap interaksi antara iklim, tanah, dan gangguan (api/herbivori) pada skala yang sesuai untuk membuat prediksi yang akurat mengenai batas-batas bioma di masa depan.
Kesimpulannya, iklim padang rumput bukanlah entitas tunggal, melainkan spektrum kondisi yang dicirikan oleh stres air musiman, baik yang diinduksi oleh kekeringan tropis maupun suhu beku kontinental. Interaksi yang ketat antara curah hujan yang tidak dapat diprediksi, suhu ekstrem, dan rezim api telah menciptakan ekosistem yang rapuh namun sangat adaptif. Memahami dinamika iklim ini sangat penting, tidak hanya untuk konservasi keanekaragaman hayati, tetapi juga untuk menjamin ketahanan pangan global di tengah tantangan perubahan iklim yang semakin meningkat.