SIMULASI VIGOR DAYA SIMPAN BENIH KEDELAI...

52

BULETIN PALAWIJA NO. 27, 2014

1) Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Kali-mantan Selatan, e-mail: [email protected];bptpkalsel@ yahoo.com

Naskah diterima tanggal 21 Januari 2014; disetujuiuntuk diterbitkan tanggal 2 Februari 2014.

Diterbitkan di Buletin Palawija No. 27: 52–64 (2014).

ABSTRAKSimulasi vigor daya simpan benih kedelai

menggunakan model sistem dinamik. Salah satupermasalahan dalam pengembangan produksi kede-lai (Glycine max L. Merr.) adalah daya simpan benihkedelai yang lebih pendek dibandingkan benihkelompok ortodoks lainnya. Oleh karena itu,pengembangan model simulasi vigor daya simpanbenih kedelai yang disimpan secara terbuka sangatdiperlukan. Salah satu penyebab pendeknya dayasimpan benih kedelai adalah tingginya kandunganprotein benih. Benih kedelai akan memiliki dayasimpan yang panjang, jika viabilitas awal benihtinggi dan kadar air sebelum disimpan berada padatingkat aman. Selain itu, penggunaan kemasansimpan yang kedap udara akan meningkatkan dayasimpan benih karena mampu melindungi benih daripengaruh lingkungan simpan. Pendugaan dayasimpan benih kedelai dapat dilakukan secara cepatmenggunakan model sistem dinamik berdasarkansimulasi vigor daya simpan benih (VDS). Modelsistem dinamik simulasi vigor daya simpan benihkedelai dapat dijadikan alat bantu dalam penentuanmutu benih selama penyimpanan. Dengan menggu-nakan kemasan karung plastik, diperoleh tingkatkoefisien determinasi (R2) model sistem dinamikpenyimpanan benih kedelai sebesar 0,929 untukkedelai varietas Detam-1, nilai R2 0,743 untukkedelai varietas Anjasmoro, nilai R2 0,964 untukkedelai varietas Wilis, dan R2 0,867 untuk kedelaivarietas Tanggamus. Untuk mendukung aplikasipraktis model sistem dinamik penyimpanan benihkedelai, disarankan mengembangkan databasekonstanta kadar air keseimbangan benih kedelaiguna meningkatkan kehandalan dari model (rata-rata R2 >0,95).Kata kunci: Glycine max, vigor daya simpan, benih

kedelai, model sistem dinamik.

ABSTRACTSoybean seeds storability vigor simulation

use a dynamical system model. One of mainproblems in developing soybean (Glycine max L.Merr.) production is soybean seeds have shorter

storability than other orthodox seeds. Therefore,development of soybean seeds storability vigor simu-lation in open storage system is needed. The maincause of its is the high protein content of soybeanseeds. Soybean seeds would have a long longevity,if the initial seed viability is high and also seedmoisture content at a safe level. Furthermore, theusing of impermeable packaging will increase thestorability of seeds because it can protect seeds fromthe storage environment condition. Prediction of seedstorability of soybean can be performed quickly byusing system dynamics model based on soybean seedstorability vigor simulation (VDS). The systemdynamics model of soybean seeds storability can beused as a tool to determine of seed quality duringstorage. By using plastic bag, coefficient determi-nation (R2) of model is 0,929 for Detam-1, 0,743 ofR2 value for Anjasmoro, 0,964 of R2 value for Wilis,and 0,867 of R2 value for Tanggamus. To supportthe practical apllication of dynamic system model-ling, it is recommended to develop database of soy-bean seed moisture equilibrum to enhance the modelaccuration (R2 average >0,95).

Keywords: Glycine max, seed storability vigor, soy-bean seed, system dynamics model.

SIMULASI VIGOR DAYA SIMPAN BENIH KEDELAIMENGGUNAKAN MODEL SISTEM DINAMIK

Agus Hasbianto dan Muhammad Yasin1)

PENDAHULUAN

Kementerian Pertanian telah menetapkankedelai sebagai salah satu komoditas panganutama pertanian dengan target produksi sebesar2,7 juta ton pada tahun 2014, sehingga bangsaIndonesia akan mampu berswasembada kedelaisecara berkelanjutan. Namun demikian, menu-rut Simatupang (2012) dalam kurun waktu 20tahun terakhir terjadi penurunan luas tanamhingga tinggal sepertiganya akibat penggantianfungsi lahan kedelai. Badan Litbang Pertanian(2005) mencatat bahwa usahatani kedelaiumumnya dibudidayakan di lahan sawahsetelah tanaman padi dengan pola tanam padi–palawija–sayuran atau padi–padi–palawija.Produksi kedelai pada lahan eksisting tersebutbelum mampu memenuhi kebutuhan dalamnegeri yang mencapai 2,0 juta/tahun, sehinggaperlu upaya perluasan areal tanam ke lahanmasam di samping juga tetap memperhatikanpeluang di lahan non masam dan perbaikankomponen teknologi budidaya (Sucahyono2013).

HASBIANTO DAN YASIN: SIMULASI VIGOR DAYA SIMPAN BENIH KEDELAI MENGGUNAKAN MODEL SISTEM DINAMIK

53

Pola tanam kedelai menunjukkan bahwaterdapat jeda waktu antar musim tanam,sehingga memerlukan upaya penyimpananuntuk mempertahankan viabilitas benih agartetap tinggi hingga saat ditanam pada musimberikutnya. Benih dengan viabilitas yang tinggimemiliki daya simpan yang lebih lama. Sebalik-nya benih yang telah menunjukkan penurunanviabilitas, daya simpannya menurun ataumengalami kemunduran mutu (Hasbianto2012). Benih kedelai meskipun tergolong kelom-pok ortodoks, dikenal sebagai benih berdayasimpan relatif pendek. Pada sistem penyim-panan terbuka, daya simpan benih kedelaidengan kadar air 11% hanya mencapai 3 bulan.Pada kondisi penyimpanan terkendali dengansuhu 18 oC dan kelembaban nisbi 65% dayasimpannya dapat mencapai 6–9 bulan (Wirawandan Wahyuni 2002). Kemunduran mutu benihsecara cepat saat disimpan secara terbukamenjadi salah satu faktor pembatas produksikedelai di daerah tropis (Sucahyono 2013).Untuk itu, perlu upaya pengembangan modelsimulasi vigor daya simpan benih kedelai.

Penentuan vigor daya simpan benih sebagaiparameter mutu benih setelah disimpan umum-nya dilakukan melalui serangkaian uji labora-torium. Beberapa penelitian terkait kuantifikasimutu benih telah menghasilkan model-modelstatis daya simpan benih. Copeland danMcDonald (2001) menyatakan bahwa proseskemunduran benih bersifat kompleks. Pendapatserupa dikemukakan oleh Qadir et al. (2013),yang menyatakan bahwa kemunduran benihdalam penyimpanan merupakan sistem yangdinamik, sehingga model sistem dinamik lebihtepat digunakan dalam mensimulasi vigor dayasimpan benih kedelai.

DAYA SIMPAN BENIH DANFAKTOR YANG MEMPENGARUHINYA

Sadjad et al. (1999) mendefinisikan dayasimpan (DS) benih sebagai kemampuan lama-nya benih disimpan, sehingga DS merupakanperkiraan waktu benih mampu untuk disimpan.Daya simpan merupakan parameter viabilitasbenih dalam satuan waktu untuk suatu periodesimpan, sehingga memiliki peran yang pentingdalam kaitannya dengan penyimpanan benih.

Justice dan Bass (1994) menyebutkan 10faktor yang mempengaruhi daya simpan benihyaitu pengaruh genetik, kondisi sebelum panen,struktur dan komposisi benih, benih keras,kemasakan benih, ukuran benih, dormansi

benih, kadar air benih, kerusakan mekanik danvigor.

Pengaruh Genetik

Suhartanto (2013) mengemukakan bahwasecara genetis setiap jenis benih memiliki dayasimpan berbeda. Bewley dan Black (1985)menyatakan bahwa faktor genetik yang mempe-ngaruhi daya simpan benih dari aspek perbe-daan varietas, yaitu varietas berbeda akan me-nunjukkan karakteristik viabilitas yang berbedapada kondisi simpan yang sama. Krzyzanowskiet al. (2008) menyebutkan pengaruh genetikselain perbedaan varietas yaitu kandunganlignin pada kulit benih. Semakin tinggi kan-dungan lignin benih kedelai, semakin lama dayasimpannya. Lignin berperan meningkatkandaya simpan benih diantaranya melalui resis-tensi terhadap gangguan mikroorganisme.Selama periode simpan 12 bulan pada ruangandengan suhu 10 oC, ternyata kandungan lig-nin kulit benih 12 varietas kedelai tidak menun-jukkan perubahan yang nyata.

Marwanto (2004) menemukan bahwa kedelaidengan warna kulit hitam memiliki kandunganlignin yang lebih tinggi dibandingkan kedelaiberwarna kuning, sehingga kedelai hitam memi-liki permeabilitas yang lebih rendah dan ke-munduran mutu benih lebih lambat.

Pengaruh Strukturdan Komposisi Benih

Penurunan viabilitas benih kedelai secaracepat terutama disebabkan oleh tingginyakandungan protein dan kondisi lingkungantropis dengan kelembaban yang tinggi (Has-bianto A 2012). Protein merupakan kandungankimia yang paling banyak dalam benih kedelaiyang memiliki sifat mudah menyerap danmenahan uap air (higroskopis), sehingga ber-peran penting dalam peningkatan kadar air(KA) benih. Sedangkan karbohidrat kuranghigroskopis dan lipida bersifat hidrofobis (dayatarik terhadap air rendah) (Justice dan Bass1994).

Beberapa varietas kedelai dalam negerimengandung protein yang tinggi berkisar 36.9sampai 45,6% dan kandungan lemak antara13,0 sampai 19,6%, sedangkan kedelai impormengandung protein yang lebih rendah yaitu36,8% dan lemak yang lebih tinggi yaitu 21,7%(Ginting dan Tastra 2007).

Selain protein, ketebalan dan struktur kulitbenih merupakan faktor yang mempengaruhi

54


penyerapan dan penahanan uap air oleh benih(Justice dan Bass 1994). Kulit benih (testa)merupakan karakter morfologi penting bagibenih kedelai karena menentukan proses fisio-logis embrio, sekaligus menjadi penutup danpelindung embrio. Biji kedelai yang ada di Indo-nesia memiliki ketebalan kulit yang berbeda-beda. Ketebalan lapisan epidermis berkisarantara 0,040 mm (genotipe MLG 2759 dan MLG3311) hingga 0,070 mm (MLG 3051). Ketebalantotal kulit berkisar antara 0,245 mm (genotipeMLG 2648) hingga 0,445 mm (MLG 2989) (Adiedan Krisnawati 2007).

Pengaruh Viabilitas Awal

Viabilitas awal berperan besar jika benihmengalami periode simpan panjang dalamkondisi tidak ideal (Ilyas 1986). Lot benih yangbaru dan memiliki viabilitas tinggi mempunyaidaya simpan yang lebih lama (Saenong 1982).

Benih yang telah mengalami kemunduranbaik secara alami (deteriorasi) maupun kemun-duran buatan (devigorasi) akan menunjukkannilai viabilitas yang rendah, sehingga akanmemiliki periode simpan yang lebih pendek.Benih dengan viabilitas awal sebelum simpanyang tinggi, akan menunjukkan nilai VigorDaya Simpan (VDS) yang tinggi. Daya simpanbenih akan semakin panjang dengan semakintingginya VDS (Hasbianto 2012).

Kartika (2013) mengemukakan beberapafaktor yang mempengaruhi viabilitas benih padasaat diproduksi di lapang, yaitu mutu sumberbenih, ketersediaan air dan hara selama prosesproduksi, kebersihan lahan produksi daritanaman pengganggu dan organisme lain, suhuyang optimum di lapang, serta cahaya yangcukup bagi tanaman. Selain itu, setelah diha-silkan benih dengan viabilitas awal yang tinggimaka perlu diperhatikan faktor-faktor yangmempengaruhi viabilitas benih selama prosespenanganan sebelum ditanam kembali, yaitumenjaga kadar air tetap rendah, memisahkankotoran benih, penggunaan kemasan benihyang kedap udara dan menempatkan benihpada ruang penyimpanan yang dingin, keringdan bersih.

Pengaruh Kadar Air Benih

Air yang berada di dalam benih merupakansuatu sistem yang kompleks dan memiliki peranpenting dalam aktivasi enzim, translokasi danpenggunaan cadangan bahan simpan. Kadarair yang rendah menyebabkan metabolisme

benih dalam kondisi yang relatif tidak aktif(kondisi quiscence), yang memungkinkan benihtetap berada pada tingkatan terendah dariaktivitas metabolisme sehingga menjamin benihtersebut dapat bertahan lama selama penyim-panan (Copeland dan McDonald 1995).

Kadar air selama penyimpanan merupakanfaktor yang paling mempengaruhi masa hidupdan umur simpan benih (Justice dan Bass 1994).Suhartanto (2013) mengemukakan bahwa ke-munduran benih meningkat sejalan denganmeningkatnya kadar air benih, sehingga kadarair merupakan faktor yang mempengaruhi masahidup benih.

Hasil penelitian Tatipata et al. (2004) menun-jukkan bahwa viabilitas benih kedelai dengankadar air awal 6 sampai 8% tetap tinggi setelahdisimpan selama enam bulan. Hasil yang samaditunjukkan Zahrok (2007), yaitu benih kedelaiyang disimpan dengan kadar air 7 dan 9%memiliki viabilitas lebih dari 90% setelah di-simpan empat bulan. Yaja et al. (2005) menge-mukakan terjadinya penurunan daya berke-cambah benih kedelai yang disimpan dengankadar air enam persen pada suhu 15 oC dari93% menjadi 76% setelah disimpan 16 minggu.Sadjad (1980) mengemukakan bahwa viabilitasbenih kedelai yang disimpan dengan kadar air14% turun setelah periode simpan tiga bulan.Menurut (Halloin 1986), Kadar air benih senan-tiasa berkeseimbangan dengan kelembabanrelatif udara lingkungan simpan, sehingga pe-ningkatan kelembaban relatif udara akanmengakibatkan terjadinya peningkatan kadarair benih.

Hubungan kadar air dengan daya simpanbenih, dinyatakan dalam kaidah Harrington(1972) yaitu setiap penurunan kadar air benihsatu persen akan meningkatkan daya simpanbenih dua kali lipat. Sebaliknya, setiap pening-katan kadar air benih satu persen akan menu-runkan daya simpan benih menjadi sete-ngahnya. Kaidah ini berlaku untuk kisarankadar air 5 sampai 14%. Pada kadar air kurangdari 5% akan terjadi kerusakan membran yangakan mempercepat kemunduran benih. Padakadar air lebih dari 14% dapat mempercepatkemunduran benih karena meningkatnyarespirasi, suhu dan kemungkinan adanya se-rangan cendawan (Copeland dan McDonald1995).

Pengaruh Suhu Lingkungan Simpan

Justice dan Bass (1994) menyatakan bahwa


55

selain kadar air, suhu penyimpanan juga meru-pakan faktor penting yang mempengaruhi masahidup benih. Benih yang disimpan pada suhudan lingkungan alami, kadar airnya akanmeningkat seiring dengan semakin lamanyaperiode simpan dan akan mengalami keseim-bangan dengan lingkungan.

Pada suhu rendah respirasi berjalan lambatdibanding suhu tinggi, sehingga viabilitas benihdapat dipertahankan lebih lama. Penyimpananbenih kedelai dalam suhu kamar selama 6sampai 10 bulan aman pada kadar air tidaklebih dari 11%. Suhu di tempat penyimpananbenih dipengaruhi langsung oleh lingkungandi sekitar dan juga oleh kegiatan respirasi olehbenih atau mikroorganisme (Harrington 1972).Semakin tinggi suhu maka laju kemunduranviabilitas benih akan semakin meningkat(Copeland dan McDonald 1995).

Suhu lingkungan simpan mempengaruhikondisi membran benih. Vieira et al. (2008) me-nemukan bahwa benih yang disimpan padasuhu 10 oC memperlihatkan membran yangjelas lebih stabil dibandingkan benih yangdisimpan pada suhu 30 oC. Integritas membrandipengaruhi oleh integritas protein yang ter-ganggu akibat dari proses hidrolisis larutan guladalam benih.

Hubungan suhu dengan daya simpan benih,dinyatakan dalam kaidah Harrington (1972)yaitu untuk setiap kenaikan suhu 5 oC padatempat penyimpanan maka umur benih akanmenjadi setengahnya. Demikian juga sebalik-nya, jika suhu tempat penyimpanan turun 5oC maka umur benih menjadi dua kalinya. Kai-dah tersebut berlaku pada kisaran suhu 0 oCsampai 50 oC (Copeland dan McDonald 1995).

Pengaruh Kemasan Simpan

Peran utama kemasan adalah untuk melin-dungi bahan yang dikemas dari kerusakan danpengaruh luar, hingga bahan tersebut diguna-kan sesuai dengan tujuannya (Marsh danBugusu 2007). Pengemasan benih merupakantindakan memberikan lingkungan mikro yangoptimal agar benih tidak dipengaruhi oleh faktorlingkungan selama penyimpanan benih. Prinsiputama pengemasan adalah menjaga kadar airdan respirasi benih tetap rendah dan tidak dipe-ngaruhi oleh kelembaban dan suhu di seki-tarnya (Suhartanto 2013). Benih kedelai yangdisimpan pada kemasan yang dapat menahanuap air mampu mempertahankan viabilitasyang tinggi dibandingkan kemasan yang per-

meabel atau porous terhadap uap air (Arul-nandhy dan Senanayake 1984).

Hal yang penting dalam pengemasan adalahbahwa bahan pengemas dapat menahan masuk-nya uap air. Sifat permeabilitas bahan penge-mas terhadap uap air sangat penting untukmempertahankan kadar air serta viabilitasbenih. Sifat penting lainnya adalah bahwakemasan harus mudah direkatkan (sealabelity)dan memiliki elastisitas yang baik, harga ter-jangkau dan mudah diperoleh (Barlian 1990).

Pengaruh kemasan terhadap benih dapatdilihat dari dua aspek yaitu aspek fisik danfisiologis. Pengaruh kemasan dari aspek fisikdapat diketahui dari warna, bobot, kadar air,dan kerusakan mekanis yang diperlihatkanbenih. Sementara dari aspek fisiologis dapatdiketahui dari viabilitas benih (Sudikno 1977).

Hasil penelitian pengaruh kemasan terhadapviabilitas benih kedelai varietas Anjasmoromenunjukkan bahwa semakin kedap kemasanmaka semakin baik dalam melindungi benihdari pengaruh lingkungan simpannya. Benihkedelai varietas Anjasmoro dengan viabilitas(DB) awal 93% dan disimpan selama 4 bulanpada ruang terbuka menggunakan kemasanalumunium foil masih memiliki viabilitas atauvigor daya simpan (VDS) 70%. Sementara benihyang disimpan menggunakan kemasan karungplastik memiliki viabilitas (VDS) 32% (Hasbianto2012).

MODEL PENYIMPANAN BENIH

Penyimpanan benih merupakan sebuahsistem yang didalamnya terdiri dari berbagaikomponen yang saling berinteraksi melaluisuatu proses, sehingga mekanisme yang ber-langsung cukup rumit untuk dijelaskan danperlu dilakukan penyederhanaan melaluikegiatan pemodelan. Model sebagai representasidari suatu masalah merupakan pendekatanyang dibuat berdasarkan pengetahuan yangtelah dimiliki dan dibangun dengan menghu-bungkan faktor-faktor utama yang berperandalam suatu sistem. Pemodelan sebagai penye-derhanaan dari suatu sistem memerlukan ada-nya pembatasan, terutama terkait denganfaktor-faktor yang menjadi variabel dalammodel yang dibentuk.

Model dapat dibagi menjadi beberapa tipe,meskipun sebuah model yang dibangun dapatterdiri atas beberapa tipe sekaligus misalnyadinamik, mekanistik dan numerik. Beberapa tipe

56


model tersebut yaitu (i) Model Fisik dan Men-tal, (ii) Model Deskriptif dan Numerik, (iii) Modelempirik dan mekanistik, (iv) Model Statik danDinamik, serta (v) Model Deterministik danStokastik (Handoko 2005). Kemunduran benihdalam penyimpanan merupakan sistem yangdinamik, sehingga model dinamik lebih tepatdigunakan dalam penilaian atau pendugaankemunduran (Qadir et al. 2013).

Model Statik

Model statik tidak memasukkan faktor waktusebagai suatu variabel dan variabel lainnyadianggap tetap (Handoko 2005). Umumnyamodel statik berupa persamaan-persamaanmatematis. Beberapa penelitian telah dilakukanuntuk mengkuantifikasi daya simpan benih danmendapatkan persamaan matematis.

Model pendugaan daya simpan benihdibangun berdasarkan hubungan antara dayasimpan dengan faktor yang paling berpe-ngaruh, yaitu kadar air benih dan suhu pe-nyimpanan (Roberts diacu dalam Hong dan Ellis1996). Kuantifikasi hubungan antara suhu,kadar air dan viabilitas benih selama periodesimpan yang dilakukan dengan dua pendekatan(teori dan empiris) telah dinyatakan oleh Rob-erts (1972) dalam bentuk persamaan berikut:

Log ρ50 = Kv–C1m–C2t ....................... (1)di mana ρ50 adalah waktu yang diperlukan

hingga benih kehilangan 50% viabilitasnya(hari), Kv, C1, dan C2 merupakan konstantaspesifik spesies, m adalah kadar air (%), dan tmerupakan suhu (oC).

Persamaan tersebut telah dinyatakanmemiliki kecocokan yang sangat baik denganberbagai data observasi, sehingga dapat digu-nakan untuk menduga periode simpan beberapaspesies diantaranya padi (log p50 = 6,531–0,159m – 0,069 t), gandum (log p50 = 5,067–0,108 m– 0,050 t), dan barley (log p50 = 6,745–0,172m – 0,075 t). Periode simpan dapat disimulasimenggunakan rumus-rumus tersebut, sehinggaRoberts mengajukan nomografi periode simpandengan variasi kadar air dan suhu ruangsimpan (Sadjad 1994).

Persamaan tersebut selanjutnya diverifikasimelalui berbagai penelitian dengan menggu-nakan berbagai spesies, sehingga akhirnyamencapai puncaknya yang dinamakan persama-an viabilitas yang dikemukakan oleh Ellis danRoberts (Ellis dan Hong 2006). Persamaanviabilitas terdiri dari dua komponen, yaitu:

Komponen (1):ρ

υ = Ki – –––– ................................ (2) σ

di mana υ: viabilitas benih (probit), σ: simpanganbaku distribusi frekuensi kematian benih padaperiode tertentu yang menggambarkan waktuyang diperlukan vabilitas benih untuk turunsatu probit (hari), p merupakan periode simpan(hari), dan Ki: intersep atau viabilitas awal sebe-lum simpan (probit).

Komponen (2):log σ = ΚΕ – Cw log m – CHt – Cqt2 ... (3)

di mana σ adalah hubungan antara waktu yangdiperlukan vabilitas benih untuk turun satuprobit (hari), t = suhu ruang simpan (oC), m =kadar air (% wb), dan KE , Cw, CH, Cq merupa-kan konstanta spesifik komoditas.

Penelitian kuantifikasi terkini terhadap dayasimpan benih dilakukan oleh Wang (2010).Wang et al. (2010) juga membuat hubunganantara waktu tercapainya kadar air keseim-bangan dengan kadar air awal, kelembabanrelatif (RH) dan suhu ruang simpan. Hubungantersebut dinyatakan dalam bentuk model regresiberganda, yaitu :

d = 23,29+3,72x–0,19y–0,86z–0,02xy–0,09xz–0,008yz+0,005y2+0,03z2 ...(4)(untuk kedelai varietas Liaodou 11)

d = 48,64+0,36x–0,44y–1,49z–0,008yz+0,006y2 + 0,026z2 .......... (5)(untuk kedelai varietas Hedou 13).

Pengaruh jenis kemasan terhadap dayasimpan benih telah diketahui dari beberapa hasilpenelitian, namun demikian pengaruh jeniskemasan tersebut belum dimasukkan sebagaivariabel atau faktor penduga variabel dalammodel pendugaan daya simpan benih. Pengaruhkemasan yang diintegrasikan dalam model pen-dugaan umur simpan produk telah dikembang-kan pada produk pangan, di antaranya adalahModel Rudolph diacu dalam Arpah (2007) yaitu:

Wstgain = –––––––– .............................(6)

JH2O x AModel tersebut menentukan umur simpan

produk.di mana tgain: total penetran uap air pada waktu(t), Ws: berat kering produk (g), A: luas penge-mas (m2).


57

Model pendugaan umur simpan terhadap produkpangan lainnya yang banyak digunakan adalahModel Labusa dan Model Waktu Paruh Syarief(Arpah 2007). Labuza menyatakan bahwadegradasi faktor mutu produk yang disimpanseperti perubahan sifat fisik (tekstur, kebasian,memburuk/busuk), perubahan sifat kimia(ketengikan, perubahan zat gizi), perubahansifat mikrobiologi (pertumbuhan patogen,pembentukan lendir) maupun perubahan sifatorganoleptik (rasa, bau, warna dan aroma)disebabkan karena pengaruh lingkungansimpan, di antaranya suhu, kelembaban relatif(RH), konsentrasi oksigen di dalam kemasan,cahaya, aktivitas air maupun permeabilitaskemasan. Model Labuza dinyatakan sebagaiberikut:

............................. (7)

di mana Me : kadar air kesetimbangan produkdengan lingkungan (%), Mi: kadar air awal pro-duk (%, basis kering), Mt: kadar air pada waktu(t) (%), P/X adalah karakteristik permeabilitaspengemas (g/hari/m2/mmHg), A: luas pengemas(m2), Ws: berat kering produk (g), Po: tekananparsial uap air jenuh pada suhu percobaan(mmHg), dan B: slope kurva moisture sorptionisothermis pada daerah linier.

Model Labuza tersebut memiliki beberapaasumsi dasar, yaitu (i) laju penetrasi uap airberlangsung dalam keadaan yang tetap (steady-state), (ii) pengemas dengan permeabilitas (P)merupakan faktor resistensi utama penyerapanuap air pada produk, (iii) moisture sorptionisothermis dari produk linier pada kisarantertentu, (iv) laju penetrasi uap air sebandingdengan perbedaan tekanan uap air parsial, (v)laju transfer uap air berlangsung homogen, dan(vi) pengemas sempurna dan tidak memilikikebocoran.

Model Waktu Paruh Syarief memiliki kesa-maan dengan Model Rudolph dalam prosedurpenentuan umur simpan. Waktu paruh (halfvalue periode, HVP) didefinisikan sebagai waktuyang diperlukan oleh kadar air produk untukbergerak separuh jalan antara kadar air awal(Mi) dengan kadar air yang akan diperoleh bilakeseimbangan dengan kondisi penyimpanantelah tercapai (Me). Model Waktu Paruh Syariefdinyatakan sebagai berikut:

..................... (8)

Besaran {(P.A.Po)/(Wx.X.b)} merupakan slopedari kurva hubungan kadar air log {(Me–Mi)/(Me–Mt)} dengan waktu t, selanjutnya denganbantuan grafik dapat dikonversikan nilai HVPmenjadi umur simpan (Arpah 2007).

Model Dinamik

Model Dinamik memasukkan faktor waktu,sehingga semua variabel berubah atau dipe-ngaruhi oleh waktu, sedangkan nilai yang tetapselama simulasi disebut konstanta atau param-eter dan tidak disebut variabel (Handoko 2005).Model dinamik telah banyak disusun dalamkaitannya dengan pertumbuhan dan perkem-bangan tanaman, namun sangat terbatas untukproduksi benih dan penyimpanannya.

Hasbianto (2012) telah menyusun sebuahmodel dinamik pendugaan daya simpan benihkedelai. Beberapa tahapan penyusunan modeltersebut, di antaranya penyusunan causal loopdiagram penyimpanan benih (Gambar 1), pe-nyusunan struktur model (Gambar 2), dansimulasi serta validasi model dengan uji t, koe-fisien determinasi (R2), dan Root Mean SquareError (RMSE).

Penyimpanan benih dilakukan dengan tuju-an utama untuk mempertahankan Vigor DayaSimpan (VDS) benih tetap tinggi, seperti dides-kripsikan pada Gambar 1. Faktor utama yangmempengaruhi VDS adalah kadar air benih(Justice dan Bass 1994), yang selama penyim-panan dapat meningkat melalui proses absorpsiuap air dari lingkungan simpan. Proses absorpsi

Gambar 1. Causal Loop Diagram penyimpananbenih kedelai

58


uap air oleh benih dipengaruhi oleh beberapafaktor, yaitu jenis kemasan simpan yang digu-nakan, varietas, umur atau lama simpan, kadarair awal dan kelembaban relatif lingkungansimpan. Kelima faktor tersebut saling berkaitandalam mempengaruhi laju absorpsi uap air olehbenih. Kelembaban relatif lingkungan menen-tukan jumlah uap air yang tersedia di sekitarlingkungan simpan. Jenis kemasan akan me-nentukan jumlah uap air yang masuk dan ter-sedia di sekitar benih. Varietas akan menen-tukan tingkat serapan uap air berdasarkan kan-dungan kimia benih. Umur atau lamanya benihdisimpan berkaitan dengan waktu berlangsung-nya absorpsi, sementara kadar air awal menen-tukan laju absorpsi uap air oleh benih.

Berdasarkan causal loop diagram benih(Gambar 1), peubah yang digunakan sebagaipenduga daya simpan benih pada sistem pe-nyimpanan terbuka adalah vigor daya simpanbenih (VDS) sehingga model ini diberi namaSoybean Seed Vigor in Open Storage System(soyVios) (Hasbianto 2012). Struktur modelpenyimpanan benih kedelai ditampilkan padaGambar 2.

Mengacu pada struktur model penyimpananbenih sistem terbuka, berikut disajikan persa-maan matematik yang digunakan dalam simu-lasi vigor benih kedelai selama penyimpanan(VDS).a. Persamaan permeabilitas kemasan (PK)

(Arpah 2007)n/t

PK = –––––––––––––––––––– ...... ... 9A(RHout – RH in) x Po

di mana n/t = jumlah air terserap per hari(g.hari-1), A = luas permukaan kemasan (m2),RHout = RH luar (%), RHin = RH dalam (%)kemasan, Po = tekanan uap air jenuh (mmHg).

b. Persamaan Kadar Air Kesetimbangan(Osborn et al. 1989).

EMC= (–epx ((b*T))+C/ln) ERH)))1/r . ... 10di mana EMC: kadar air keseimbangan biji ke-delai (% basis kering, bk), ERH: kelembaban(desimal), T: suhu (oC), b: –0,0054, C: 2,87, r:1,38.c. Persamaan Perubahan kadar Air Benih

(Handerson dan Perry 1976).

Pr kemasan

A kemasan

Po

~RHout

RHin

n per t

Mobk

~t oC

RH kemasan

Ekt

VDS

Perubahan RH Kemasan

Ki

De

p

T

DHL

Perubahan DHL

C

r

Mo

A

Dv

K

LnERH

bTC

Meb

M

Gambar 2. Struktur model penyimpanan benih sistem terbuka.Sumber: Hasbianto 2012.


59

M – Me ––––––––– A.e–k.θ ......................... 11

Mo–Medi mana, M: Kadar air benih setelah perubahan(%), Mo: Kadar Air Awal (%), Me: Kadar airkesetimbangan %), A: Luas permukaan benihkedelai (m2), 0: waktu (hari), K: koefisiendifusitas.

d. Persamaan Vigor Daya Simpan Benih (VDS)(Taliroso 2008)VDS = (Ki*100) + (70,78-3,6431

* DHL + 0,00434 * DHL2) ... (12)di mana VDS: Vigor Daya Simpan Benih Kede-lai (%), Ki: Viabilitas awal benih (%), DHL: DayaHantar Listrik (μS.cm-1.g-1).e. Persamaan Perubahan Daya Hantar Listrik

(DHL) DHL (t)= DHL (t-dt) + Perubahan

DHL * dt ............................. (13)di mana: DHL (t): DHL benih kedelai padawaktu tertentu (μS.cm-1.g-1).

Perubahan DHL menggunakan persamaan:if M ≤12,97 then + 0,08 else if M >12,97 then+ 0,1 else 0, di mana M adalah kadar air benihselama penyimpanan (%).

Berdasarkan hasil verifikasi, secara kualitatifmodel menunjukkan kesesuaian antara VDShasil aktual dengan simulasi untuk varietasDetam-1 hingga akhir periode simpan (16minggu), yang didasarkan pada data hasil

simulasi yang berada dalam selang kepercayaan(1–α = 0,95) dari hasil aktual. Model juga dive-rifikasi secara kuantitatif menggunakan uji-t,yang menunjukkan adanya kesesuaian hasilsimulasi terhadap hasil aktual pada peubahVDSDB selama 16 minggu dengan nilai p-value(0,164) yang lebih besar dari nilai α (0,05), ber-arti hasil simulasi tidak berbeda nyata denganhasil aktual. Dengan demikian, model dinamiktersebut dapat digunakan untuk menduga dayasimpan benih kedelai yang disimpan secaraterbuka. Sadjad (1994) menyatakan bahwaselain daya berkecambah, Daya Hantar Listrik(DHL) merupakan variabel yang dapat diguna-kan untuk menentukan VDS.

Model sistem dinamik dapat mensimulasivigor daya simpan (VDS) benih kedelai varietasAnjasmoro sebagai fungsi dari DHL dengantingkat koefisien determinasi (R2) masing-masing sebesar 0,743, 0,733, dan 0,722 untukkemasan karung plastik, plastik PP, dan alu-minium foil (Tabel 1). Berdasarkan uji validasimenggunakan RMSE (Root Mean Square Er-ror) model memiliki nilai < 1 untuk pendugaankemasan plastik PP dan aluminium foil sehinggamodel dapat digunakan untuk mensimulasi vigordaya simpan benih kedelai. Namun untukkemasan karung plastik nilai RMSE modelhampir dua kali lipat (1,95) dibanding nilaiRMSE kemasan plastik PP dan alumunium foil(Tabel 1). Hal ini diduga karena kemasankarung plastik tidak dapat melindungi benihdari pengaruh lingkungan simpan sehingga

Gambar 3. Verifikasi model sistem dinamik penyimpanan benih kedelai berbiji besarSumber: Hasbianto 2012.

60


model tidak dapat mensimulasi dengan baikperilaku vigor daya simpan benih kedelai aktualyang perubahannya mengikuti pola perubahanlingkungan simpan.

SoyVios juga dapat menduga VDS benihkedelai varietas Detam-1, Wilis dan Tanggamusyang disimpan menggunakan kemasan karungplastik dalam sistem penyimpanan terbuka(Tabel 2). Model dapat mensimulasi dengancukup baik VDS benih kedelai tiga varietastersebut dengan nilai koefisien determinasi 0,867sampai dengan 0,964 (Gambar 4). Berdasarkanuji validitas menggunakan RMSE, model dapatmemberikan nilai dugaan yang sesuai (good-ness of fit) untuk varietas Detam-1 dengan nilaiRMSE 0,98% dan varietas Anjasmoro denganRMSE 1,95%. Namun untuk dua varietas lain-nya menunjukkan nilai RMSE-nya lebih tinggi,hampir dua kali lipat. Adanya perbedaan nilaiRMSE yang cukup kontras antara varietaskedelai diduga berkaitan dengan ukuran benihdan komposisi kimia benih yang berkaitandengan laju perubahan kadar air benih danDHL. Model dapat mensimulasi dengan baikvigor daya simpan benih kedelai berukuranbesar (Detam-1 dan Anjasmoro), namun masih

Tabel 1. Nilai R2 dan Root Mean Square Error(RMSE) model simulasi vigor daya simpanbenih kedelai varietas Anjasmoro pada penyim-panan sistem terbuka. Laboratorium IlmuBenih IPB, September 2012.

Jenis kemasan simpan R2 RMSEKarung plastik 0,743 1,95Plastik PP 0,733 0,70Aluminium foil 0,727 0,56

Tabel 2. Nilai R2 dan Root Mean Square Error(RMSE) model simulasi vigor daya simpanbenih empat varietas kedelai yang disimpanmenggunakan kemasan karung plastik padasistem penyimpanan terbuka. LaboratoriumIlmu Benih IPB, September 2012.

Varietas R2 RMSEDetam-1 0,929 0,98Anjasmoro 0,743 1,95Wilis 0,964 3,71Tanggamus 0,867 2,68

Gambar 4. Koefisien determinasi model sistem dinamik simulasi vigor daya simpan benih kedelai padasistem penyimpanan terbuka menggunakan karung plastik

kurang baik untuk benih kedelai berukurankecil dan sedang (Wilis dan Tanggamus).


61

Aplikasi Praktis Model Simulasi VigorDaya Simpan Benih Kedelai

Model simulasi vigor daya simpan benihkedelai dapat digunakan untuk menduga dayasimpan benih kedelai yang disimpan secaraterbuka menggunakan kemasan karung plastik,plastik PP dan alumunium foil. Berdasarkanstandar mutu benih sebar (Daya Kecambah80,0%) kemasan yang dapat memperpanjangdaya simpan benih kedelai adalah alumuniumfoil dan plastik PP.

Kondisi ruang simpan, jenis kemasan, dannilai parameter kadar air keseimbangan benihkedelai merupakan masukan penting dalamsimulasi vigor daya simpan benih. Dari tiga jenismasukan tersebut, yang paling urgen untuk di-cermati adalah nilai parameter kadar air kese-imbangan. Oleh karena itu simulasi vigor dayasimpan benih kedelai masih perlu penyem-purnaan dengan menggunakan parametermodel keseimbangan kadar air benih yangterbaru. Lebih lanjut pengembangan databaseparameter kadar air keseimbangan benih kede-lai untuk varietas unggul yang berkembang diIndonesia sangat berguna dalam mendukungpenggunaan model simulasi vigor daya simpanbenih kedelai.

Model dinamik selain memasukkan berbagaivariabel yang berkaitan dengan vigor benih jugamemasukkan unsur waktu, sehingga dapatdigunakan untuk mensimulasi dengan baikvigor daya simpan benih kedelai selama periodesimpan (dinamis). Oleh karena itu, model sistemdinamik lebih tepat digunakan untuk mendugavigor benih kedelai selama dalam penyimpanandibandingkan model statis yang simulasinyaditekankan pada waktu tertentu saja.

KESIMPULAN DAN SARAN

Model simulasi vigor daya simpan benihkedelai dapat digunakan untuk menduga dayasimpan benih kedelai dengan tingkat koefisiendeterminasi (R2) 0,72–0,93. Untuk menyempur-nakan model simulasi vigor daya simpan benihkedelai diperlukan database kadar air kese-imbangan benih kedelai.

DAFTAR PUSTAKA

Adie M.M., Krisnawati, A. 2007. Biologi TanamanKedelai. hlm 48–62 dalam Sumarno, Suyamto, A.Widjono, Hermanto, H. Kasim (Ed.). Kedelai,Teknik Produksi dan Pengembangan. PuslitbangTanaman Pangan Badan Litbang Pertanian.

Arpah, M. 2007. Penetapan Kadaluwarsa Pangan.Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, FakultasTeknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor.

Arulnandhy and Senanayake. 1984. Influence of ini-tial seed moisture on deterioration of stored soy-bean seed. Univ. of Peradeniya Sri Lanka

Badan Litbang Pertanian. 2005. Prospek dan ArahPengembangan Agribisnis Kedelai. Badan Peneli-tian dan Pengembangan Pertanian DepartemenPertanian.

Barlian, J. 1990. Pengolahan dan Fasilitas Penyim-panan Benih Kedelai di Indonesia. Bogor. Laborato-rium Ilmu dan Teknologi Benih, Institut PertanianBogor.

Bewley, J.D., Black, M. 1985. Seeds: Physiology of De-velopment and Germination. New York. PlenumPress.

Copeland and McDonald. 1995. Seed Science and Tech-nology. Washington. Chapman and Hall. ThomsonPubl.

Ginting, E., I K. Tastra. 2007. Standar mutu biji kede-lai. hlm 444–463 Dalam Sumarno, Suyamto, A.Widjono, Hermanto, H. Kasim (Ed.). Kedelai,Teknik Produksi dan Pengembangan. Pusat Pene-litian dan Pengembangan Tanaman Pangan BadanLitbang Pertanian.

Halloin, J.M. 1986. Microorganisms and seed deterio-ration. In McDonald M.B. dan Nelson C.J (Eds).Physiology of Seed Deterioration. Wisconsin. CropSci Soc. of Am., Inc.

Handoko. 2005. Quantitative Modeling of System Dy-namics for Natural Resources Management. South-east Asian Regional Centre for Trop. Biology. Bogor.

Harrington, J.F. 1972. Seed Storage and Longevity.In Kozlowski T.T. (Ed). Seed Biology. Vol III. NewYork. Acad. Press.

Hasbianto, A. 2012. Pemodelan Penyimpanan BenihKedelai pada Sistem Penyimpanan Terbuka. Tesis.Institut Pertanian Bogor.

Henderson, S. M. and R.L. Perry. 1976. AgriculturalProcess Engineering. 3rd. Edition. The AVI Publ.Co. Inc. Westport Connecticut.

Hong, T.D., and Ellis R.H. 1996. IPGRI Technical Bull.No. 1. Depart. of Agric. The Univ. of Reading. UK.

Ilyas, S. 1986. Pengaruh Faktor Induced dan Enforcedterhadap Vigor Benih Kedelai (Glycine max L.Merrill) dan Hubungannya dengan Produksi perHektar [tesis]. Fakultas Pascasarjana InstitutPertanian Bogor.

Justice, O.L., Bass L.N. 1994. Prinsip dan PraktekPenyimpanan Benih. Rennie Roesli, penerjemah.Jakarta. PT Raja Grafindo Persada. Terjemahandari: Principles and Practices of Seed Storage.

Kartika, T. 2013. Dasar Ilmu dan Teknologi Benih.IPB Press.

62


Krzyzanowski, F.C., Neto J.B.F., Mandarino J.M.G.,and Kaster, M. 2008. Evaluation of lignin contentof soybean seed coat stored in a controlled environ-ment. Revista Brasileira de Sementes, 30: 220–223.

Marsh, K., Bugusu, B. 2007. Food packaging–roles,materials and environmental issues. J. of Food Sci.72:39–55.

Marwanto. 2004. Soybean Seed coat Charateristic andIts Quality Losses During Incubator Aging andStorage. J. Ilmu-ilmu Pertanian Indonesia. 6(2):2004.

Osborn, G.S., G.M. White, A.H. Sulaiman, and L.R.Walton. 1989. Predicting equilibrium moistureproperties of soybean. Transaction of the ASAE32(6): 2109–2113.

Qadir, A., Suwarno, F.C., Wirawan, B., Agustiansyah,Hasbianto, A. 2013. Pengembangan Teknologi Pen-dugaan Daya Simpan Benih Kedelai MenggunakanModel Dinamik. Laporan Akhir Kerjasama Kemi-traan Penelitian dan Pengembangan PertanianNasional. Badan Litbang Pertanian. Jakarta.

Roberts, E.H. 1972. Storage environment and the con-trol of viability. Dalam: Roberts, E.H. (Ed.). Viabil-ity of Seed. London. Chapman and Hall Ltd.

Sadjad, S. 1980. Panduan Mutu Benih Tanaman Kehu-tanan di Indonesia. Bogor. Institut Pertanian Bogor.

Sadjad, S. 1994. Kuantifikasi Metabolisme Benih.Jakarta. PT Gramedia Widiasarana Indonesia.

Sadjad, S., Murniati, E., dan Ilyas, S. 1999. ParameterPengujian Vigor Benih dari Komparatif ke Simu-latif. Jakarta. PT Gramedia Widiasarana Indonesia.

Saenong, S. 1982. Pengaruh vigor benih terhadap vigortanaman di lapang dan daya simpan benih jagung[tesis]. Bogor. Fakultas Pascasarjana InstitutPertanian Bogor.

Simatupang, P. 2012. Meningkatan daya saingubikayu, kedelai, dan kacang tanah untuk mening-katkan pendapatan petani, ketahanan pangan, nilaitambah, dan penerimaan devisa. Pros. SeminarHasil Penelitian Tanaman Aneka Kacang dan

Umbi. Puslitbang Tanaman Pangan. Bogor.Sucahyono, D. 2013. Inigorasi benih kedelai. Bul Pala-

wija, 25-2013 : 18–25. Balai Penelitian TanamanKacang-kacangan dan Umbi-umbian.

Sudikno, T.S. 1977. Teknologi Benih. Yayasan Pem-binaan Fakultas Pertanian UGM. Yogyakarta. 101hlm.

Suhartanto, M.R. 2013. Dasar Ilmu dan TeknologiBenih. IPB Press.

Tatipata, A. 2008. Pengaruh kadar air awal, kemasandan lama simpan terhadap protein membran dalammitokondria benih kedelai. Bul. Agron. 36:8–16.

Tatipata, A., Yudono, P., Purwantoro, A., Mangoen-didjojo, W. 2004. Kajian aspek fisiologi dan biokimiadeteriorasi benih kedelai dalam penyimpanan. IlmuPertanian 11: 76–87.

Vieira, R.D., TeKrony D.M., Egli D.B., BruenningW.P., Panobianco, M. 2008. Temperature duringsoybean seed storage and the amount of electrolytesof soaked seed solutions. Sci. Agric. 65:496–501.

Wang, J., Jiang, P., Li, D., Ma, Q., Tai, S.J., Zuo Z.P.,Dong, L.H., Sun, Q.Q. 2010. Moisture variationand modeling of cotton and soybean seeds underdifferent storage conditions. Sciencedirect. ActaAgronomica Sinica 36:1161–1168.

Walters, C. 1998. Understanding the mechanisms andkinetics of seed ageing. Seed Sci. Res. 8:223–244.

Wirawan, B. dan S. Wahyuni. 2002. MemproduksiBenih Bersertifikat. Penebar Swadaya. 120 hlm.

Yaja, J., Pawelzikb, E., Vearasilpa, S. 2005. Predicti-on of soybean seed quality in relation to seed mois-ture content and storage temperature. Conf. onInternat. Agric. Res. for Dev. Stuttgart-Hohenheim,October 11–13, 2005.

Zahrok, S. 2007. Pengaruh kadar air awal dan suhupenyimpanan terhadap mutu fisiologis BenihKedelai (Glycine max L. Merill) [skripsi]. Malang.Jurusan Biologi, Fakultas Sains dan TeknologiUniv. Islam Negeri Malang.


63

Lampiran 1. Program komputer model simulasi vigor dayasimpan benih kedelai

64


Lampiran 2. Keterangan simbol model sistem dinamik pendugaan daya simpanbenih kedelai (soyVios model).

Simbol Uraian Satuan

Po tekanan uap air jenuh mmHgPr Kemasan permeabilitas kemasan g/hari/m2/mmHgA Kemasan luas kemasan m2

RH out RH luar kemasan %RH in RH dalam kemasan %nt jumlah uap air terserap

benih g/hariA jumlah uap air udara gMe Kadar air keseimbangan %C dan n konstanta persamaan

HendersonKi viabilitas awal %Mo KA awal %A benih luas permukaan benih m2

r-a, r-b, r2 jari-jari benih mk koefisien Difusitas benihDv difusitas benih m2/detEkt eksponensial k dan pp periode simpan hariDHL daya hantar listrik μS.cm-1.g-1

DS daya simpan benih hariVDS vigor daya simpan %

SIMULASI VIGOR DAYA SIMPAN BENIH KEDELAI...

Documents

Transcript of SIMULASI VIGOR DAYA SIMPAN BENIH KEDELAI...