PEMODELAN PENYIMPANAN BENIH KEDELAI
(
Glycine max
(L.) Merrill) PADA SISTEM
PENYIMPANAN TERBUKA
AGUS HASBIANTO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Pemodelan Penyimpanan Benih Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) pada Sistem Penyimpanan Terbuka” adalah karya saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada Perguruan Tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, November 2012
Agus Hasbianto
AGUS HASBIANTO. Modeling of Soybean (Glycine max (L.) Merrill) Seed Storage in Open Storage System. Under direction of Faiza Chairani Suwarno, Maryati Sari and Abdul Qadir.
Soybean seed viability declined rapidly due to the high protein content and high humidity of the tropical environment. Packaging techniques could be applied to maintain high viability of the soybean seeds. This research aimed to study the behavior of soybean seeds during storage with different packaging and soybean seeds varieties, and to develop model of soybean seed storage. The study was conducted in three stages : (1) soybean seed behaviour during storage, (2) development of seed storage model, and (3) simulation and verification of the model. The first stage consisted of two experiments: (1) soybean seed storage and testing with different types of packaging (aluminum foil, polypropilen plastic and sacks plastic), arranged in completely randomized design with five replications, and (2) seed storage and testing of four soybean varieties (Detam-1, Anjasmoro, Tanggamus and Wilis), arranged in completely randomized design with five replications. The results showed that the seed behaviour during storage period was affected by seed moisture content and environmental conditions, so that seed moisture content can be used as input model and seed storability vigor (VDSDB)
and seed conductivity (VDSDHL) as model output. The models developed were: (1)
model for estimating seed storability vigor based on seed viability equations 1 model), and (2) dynamic model of seed storage for soybean (soyVios-2 model). The Seed Storability Vigor Prediction Model by using permeability of packaging and variety, moisture content, temperature and initial viability as model input could logically predict the seed storability vigor (VDS) and storage period.
Simulation of Seed Storability Vigor Prediction Model with Microsoft Excell 2010 software and the same input model showed that soyVios-1 model could also predict logically the seed storability vigor (VDS) and storage period. Simulation of
Soybean Seed Storage Dynamic Model by using the Model Construction Layer-Stella (MCLS) with permeability and surface area of packaging, relative humidity (RH), temperature, initial moisture content and initial viability as input model could predict logically the seed moisture content, seed storability vigor (VDSDB),
seed conductivity (VDSDHL), and storage period.
AGUS HASBIANTO. Pemodelan Penyimpanan Benih Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) pada Sistem Penyimpanan Terbuka. Di bawah bimbingan Faiza Chairani Suwarno, Maryati Sari dan Abdul Qadir.
Viabilitas benih kedelai cepat menurun karena tingginya kandungan protein dan kondisi lingkungan tropis dengan kelembaban tinggi. Upaya mempertahankan viabilitas benih agar tetap tinggi pada sistem penyimpanan terbuka diantaranya dapat dilakukan dengan penggunaan kemasan simpan.
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari perilaku benih kedelai selama penyimpanan secara terbuka menggunakan kemasan dan varietas yang berbeda, serta menyusun model penyimpanan benih kedelai. Penelitian dilakukan melalui tiga tahapan kegiatan, yaitu (1) penyimpanan dan pengujian benih kedelai, (2) penyusunan model, dan (3) simulasi dan verifikasi model.
Kegiatan penyimpanan dan pengujian benih kedelai terdiri atas dua percobaan yaitu : (1) penyimpanan dan pengujian benih kedelai pada sistem penyimpanan terbuka menggunakan jenis kemasan berbeda, menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan jenis kemasan (alumunium foil, plastik polypropilen dan karung plastik) sebagai faktor penyusun perlakuan dan diulang lima kali, serta (2) penyimpanan dan pengujian benih empat varietas kedelai pada sistem penyimpanan terbuka menggunakan kemasan karung plastik, menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan varietas kedelai (Detam-1, Anjasmoro, Tanggamus dan Wilis) sebagai faktor penyusun perlakuan dan diulang empat kali. Hasil percobaan (1) dan (2) menunjukkan bahwa perilaku benih selama periode simpan sangat dipengaruhi oleh tingkat kadar air benih dan kondisi lingkungan simpan, sehingga kadar air benih dapat dijadikan input model dengan output VDSDB dan VDSDHL.
Kegiatan penyusunan model terdiri atas: (1) penyusunan diagram air, (2) menentukan hubungan yang logik antar peubah dan konstanta model, dan (3) merangkai hubungan antar peubah dan konstanta model menggunakan perangkat lunak pemodelan komputer. Hasil kegiatan penyusunan model yaitu diperoleh dua model penyimpanan benih kedelai pada sistem penyimpanan terbuka yaitu: (1) model pendugaan vigor daya simpan benih berdasarkan persamaan viabilitas (soyVios-1 model) dan (2) model dinamik penyimpanan benih kedelai (soyVios-2 model). SoyVios-1 model disusun dan dijalankan menggunakan perangkat lunak
Microsoft Excell 2010, sedangkan soyVios-2 model menggunakan perangkat lunak
Stella V.9.0.2.
Kegiatan simulasi dilakukan untuk mengetahui tingkat ketepatan (logik) model yang telah disusun dan kegiatan verifikasi dimaksudkan untuk menilai kesesuaian antara hasil simulasi dengan hasil aktual. Simulasi soyVios-1 model
dan periode simpan menunjukkan hasil yang logik. Hasil verifikasi menggunakan metode kualitatif dan kuantitatif terhadap soyVios-1 model dan soyVios-2 model
menunjukkan adanya kesesuaian antara hasil simulasi dengan hasil aktual, sehingga soyVios-1 model dan soyVios-2 model layak dijadikan sebagai model pendugaan.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2012
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
PEMODELAN PENYIMPANAN BENIH KEDELAI
(
Glycine max
(L.) Merrill) PADA SISTEM
PENYIMPANAN TERBUKA
AGUS HASBIANTO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada Program Studi Ilmu dan Teknologi Benih
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Merrill) pada Sistem Penyimpanan Terbuka Nama : Agus Hasbianto
NRP : A251100031
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Faiza Chairani Suwarno, MS Ketua
Maryati Sari, SP, M.Si Dr. Ir. Abdul Qadir, M.Si
Anggota Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Ilmu dan Teknologi Benih
Prof. Dr. Ir. Satriyas Ilyas, MS Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr.
Segala puji bagi Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Shalawat dan salam penulis haturkan kepada Nabi Muhammad Shalallahu ’alaihi wasallam yang telah membawa umatnya ke alam yang penuh dengan ilmu pengetahuan.
Penelitian ini berjudul “Pemodelan Penyimpanan Benih Kedelai (Glycine max (L.) Merrill) pada Sistem Penyimpanan Terbuka”. Penelitian dan penulisan tesis ini berlangsung di bawah bimbingan Dr. Ir. Faiza Chairani Suwarno, MS selaku Ketua Komisi Pembimbing dan dua orang Anggota Komisi Pembimbing yaitu: Maryati Sari, SP, M.Si dan Dr. Ir. Abdul Qadir, M.Si. Penulis menyampaikan terima kasih yang tulus dan penghargaan atas arahan keilmuan, bimbingan dan dorongan yang telah diberikan.
Penghargaan dan ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:
1. Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Kepala Balai Besar Pengkajian dan Pengembangan Teknologi Pertanian dan Kepala Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Kalimantan Selatan yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan pendidikan magister di Sekolah Pascasarjana IPB.
2. Prof. Dr. Ir. Satriyas Ilyas, MS selaku ketua Program Studi Ilmu dan Teknologi Benih Sekolah Pascasarjana IPB, atas dorongan semangat dan arahan yang diberikan.
3. Dr. Ir. Eny Widajati, MS selaku Sekretaris Program Studi Ilmu dan Teknologi Benih Sekolah Pascasarjana IPB, atas arahan dan masukan yang diberikan pada saat ujian tesis.
4. Ir. Baran Wirawan, M.Sc selaku penguji luar komisi, atas saran dan masukan yang diberikan pada saat ujian tesis.
5. Ibunda tercinta, Sutik Arum, dan istri tersayang, Ir. Sri Hartati, MP, atas do’a, dorongan, pengertian, kesabaran dan pengorbanannya.
bidang perbenihan. Amin.
Penulis dilahirkan di Probolinggo, Jawa Timur pada tanggal 17 Agustus 1978 sebagai anak pertama diantara tiga bersaudara dari pasangan Kusnan dan Sutik Arum.
Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Agronomi, Fakultas Pertanian Universitas Lambung Mangkurat, lulus tahun 2001. Kesempatan untuk melanjutkan pendidikan ke program magister pada Program Studi Ilmu dan Teknologi Benih, Sekolah Pascasarjana IPB diperoleh tahun 2010. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Kementerian Pertanian Republik Indonesia.
Halaman
DAFTAR TABEL ... i
DAFTAR GAMBAR ... ii
DAFTAR LAMPIRAN ... v
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan ... 4
Hipotesis ... 4
TINJAUAN PUSTAKA ... 5
Botani Kedelai ... 5
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Daya Simpan Benih ... 6
Viabilitas dan Kemunduran Benih ... 13
Model Pendugaan Daya Simpan Benih ... 15
BAHAN DAN METODE ... 21
Tempat dan Waktu ... 21
Bahan dan Alat ... 21
Metode Penelitian ... 21
Diagram Alir Kegiatan Penelitian ... 30
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31
Mutu Benih Sebelum Simpan ... 31
Nilai Permeabilitas Kemasan ... 32
Nilai Permeabilitas Benih ... 34
Penyimpanan dan Pengujian Benih ... 34
Penyusunan Model ... 46
Simulasi dan Verifikasi Model ... 63
SIMPULAN DAN SARAN ... 89
Simpulan ... 89
Saran ... 89
DAFTAR PUSTAKA ... 91
Halaman
1. Data awal empat varietas kedelai sebelum simpan ... 31 2. Bobot silika gel pada tiga jenis kemasan selama 14 hari
penyimpanan dalam inkubator, suhu 44oC, RH 100% ... 32 3. Nilai permeabilitas tiga jenis kemasan menggunakan
metode Moyls ... 33 4. Nilai P1, P2 dan P3 untuk tiga jenis kemasan berbeda yang
digunakan dalam model untuk menentukan nilai dugaan
mn-1 ... 52
5. Nilai P1, P2 dan P3 untuk empat varietas berbeda yang
digunakan dalam model untuk menentukan nilai dugaan
mn-1 ... 52
6. Transformasi satuan Ki dari persen menjadi probit untuk
empat varietas kedelai yang digunakan ... 54
7. Nilai r-a dan r-b benih empat varietas kedelai ... 57 8. Pendugaan daya simpan benih kedelai berdasarkan nilai
DHL ... 58 9. Stocks, flow dan conferter model dinamik penyimpanan
benih kedelai ... 59 10. Input model simulasi penyimpanan benih menggunakan tiga
jenis kemasan ... 64 11. Hasil simulasi VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro
yang disimpan menggunakan tiga kemasan berbeda pada
sistem penyimpanan terbuka selama 16 minggu ... 65 12. Input model untuk simulasi penyimpanan benih empat
varietas kedelai ... 66 13. Hasil simulasi VDSDB benih empat varietas kedelai yang
disimpan pada sistem penyimpanan terbuka selama 16
minggu ... 68 14. Input model untuk simulasi soyVios-2 Model pada jenis
Halaman
1. Penampang kulit benih kedelai ... 12 2. Pengukuran DHL benih menggunakan conductivity meter ... 25 3. Pengukuran jari-jari benih menggunakan jangka sorong
digital ... 26 4. Diagram alir kegiatan penelitian ... 30 5. Kadar air benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
selama periode 16 minggu menggunakan tiga jenis
kemasan berbeda ... 35 6. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
selama periode 16 minggu menggunakan tiga jenis
kemasan berbeda ... 37 7. VDSDHL benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan tiga jenis kemasan selama periode 16
minggu ... 39 8. Bobot kering benih kedelai varietas Anjasmoro yang
disimpan menggunakan tiga jenis kemasan selama periode
16 minggu ... 40 9. Kadar air benih empat varietas kedelai pada sistem
penyimpanan terbuka selama periode simpan 16 minggu ... 41 10. VDSDB benih empat varietas kedelai yang disimpan selama
periode simpan 16 minggu pada sistem penyimpanan
terbuka ... 43 11. VDSDHL benih empat varietas kedelai yang disimpan
selama periode simpan 16 minggu pada sistem
penyimpanan terbuka ... 44 12. BK benih empat varietas kedelai yang disimpan selama
periode simpan 16 minggu pada sistem penyimpanan
terbuka ... 45 13. Diagram alir model penyimpanan benih kedelai secara
Halaman
15. Hasil simulasi VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro
menggunakan tiga jenis kemasan ... 64 16. Hasil simulasi VDSDB benih empat varietas kedelai ... 67
17. Hasil simulasi KA benih kedelai varietas Anjasmoro
menggunakan tiga jenis kemasan simpan ... 69 18. Hasil simulasi VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro
menggunakan tiga jenis kemasan simpan ... 70 19. Hasil simulasi VDSDHL benih kedelai varietas Anjasmoro
menggunakan tiga jenis kemasan simpan ... 71 20. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan karung plastik hasil simulasi dan
aktual ... 72 21. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan plastik PP hasil simulasi dan
aktual ... 73 22. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan alumunium foil ... 74 23. VDSDB benih kedelai varietas Detam-1 hasil simulasi dan
aktual ... 75 24. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro hasil simulasi dan
aktual ... 76 25. VDSDB benih kedelai varietas Tanggamus hasil simulasi
dan aktual ... 77 26. VDS-1 benih kedelai varietas Wilis hasil simulasi dan
aktual ... 78 27. Kadar air benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan karung plastik ... 79 28. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan karung plastik hasil simulasi dan
29. VDSDHL benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan karung plastik hasil simulasi dan
aktual ... 81 30. Kadar air benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan plastik PP hasil simulasi dan
aktual ... 82 31. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan plastik PP hasil simulasi dan
aktual ... 83 32. VDSDHL benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan plastik PP hasil simulasi dan
aktual ... 83 33. Kadar air benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan alumunium foil hasil simulasi dan
aktual ... 84 34. VDSDB benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan alumunium foil hasil simulasi dan
aktual ... 85 35. VDSDHL benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan
menggunakan kemasan alumunium foil hasil simulasi dan
Halaman
1. Deskripsi kedelai varietas Detam-1 ... 99 2. Deskripsi kedelai varietas Anjasmoro ... 100 3. Deskripsi kedelai varietas Tanggamus ... 101 4. Deskripsi kedelai varietas Wilis ... 102 5. Transformasi nilai v dari satuan probit menjadi persen ... 103 6. Nilai m aktual dan dugaan model berdasarkan jenis
kemasan simpan ... 104 7. Nilai m aktual dan dugaan model berdasarkan varietas
kedelai ... 105 8. Nilai dan VDS penyimpanan benih kedelai menggunakan
tiga jenis kemasan ... 106 9. Nilai dan VDS empat varietas kedelai ... 107
AGUS HASBIANTO. Modeling of Soybean (Glycine max (L.) Merrill) Seed Storage in Open Storage System. Under direction of Faiza Chairani Suwarno, Maryati Sari and Abdul Qadir.
Soybean seed viability declined rapidly due to the high protein content and high humidity of the tropical environment. Packaging techniques could be applied to maintain high viability of the soybean seeds. This research aimed to study the behavior of soybean seeds during storage with different packaging and soybean seeds varieties, and to develop model of soybean seed storage. The study was conducted in three stages : (1) soybean seed behaviour during storage, (2) development of seed storage model, and (3) simulation and verification of the model. The first stage consisted of two experiments: (1) soybean seed storage and testing with different types of packaging (aluminum foil, polypropilen plastic and sacks plastic), arranged in completely randomized design with five replications, and (2) seed storage and testing of four soybean varieties (Detam-1, Anjasmoro, Tanggamus and Wilis), arranged in completely randomized design with five replications. The results showed that the seed behaviour during storage period was affected by seed moisture content and environmental conditions, so that seed moisture content can be used as input model and seed storability vigor (VDSDB)
and seed conductivity (VDSDHL) as model output. The models developed were: (1)
model for estimating seed storability vigor based on seed viability equations 1 model), and (2) dynamic model of seed storage for soybean (soyVios-2 model). The Seed Storability Vigor Prediction Model by using permeability of packaging and variety, moisture content, temperature and initial viability as model input could logically predict the seed storability vigor (VDS) and storage period.
Simulation of Seed Storability Vigor Prediction Model with Microsoft Excell 2010 software and the same input model showed that soyVios-1 model could also predict logically the seed storability vigor (VDS) and storage period. Simulation of
Soybean Seed Storage Dynamic Model by using the Model Construction Layer-Stella (MCLS) with permeability and surface area of packaging, relative humidity (RH), temperature, initial moisture content and initial viability as input model could predict logically the seed moisture content, seed storability vigor (VDSDB),
seed conductivity (VDSDHL), and storage period.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kedelai merupakan sumber protein nabati yang penting dan terjangkau bagi masyarakat, sehingga pemerintah terus berupaya meningkatkan produksi dalam negeri dengan mencanangkan program peningkatan produksi kedelai nasional dan menjadikan tahun 2014 sebagai tahun swasembada kedelai. Kendala utama yang dihadapi dalam upaya peningkatan produksi kedelai antara lain usahatani yang tidak dilakukan sepanjang tahun, karena masih bertumpu pada lahan pertanian di pulau Jawa (65%) dan mutu atau viabilitas benih kedelai yang cepat menurun.
Usahatani kedelai di pulau Jawa umumnya dibudidayakan di lahan sawah setelah tanaman padi dengan pola tanam padi-palawija-sayuran atau padi-padi-palawija, sehingga budidaya kedelai tidak dilakukan sepanjang tahun (Badan Litbang Pertanian 2005). Adanya jeda waktu antar musim tanam tersebut memerlukan upaya penyimpanan untuk mempertahankan viabilitas benih agar tetap tinggi hingga saat ditanam pada musim berikutnya.
Penurunan viabilitas benih kedelai secara cepat terutama disebabkan oleh tingginya kandungan protein dan kondisi lingkungan tropis dengan kelembaban yang tinggi. Justice dan Bass (1994) menjelaskan bahwa protein merupakan kandungan kimia yang paling banyak dalam benih kedelai yang memiliki sifat mudah menyerap dan menahan uap air, sehingga berperan penting dalam peningkatan kadar air (KA) benih. Ginting dan Tastra (2007) mengemukakan bahwa beberapa varietas kedelai dalam negeri mengandung protein yang tinggi berkisar 36.9 sampai 45.6% dan kandungan lemak antara 13.0 sampai 19.6%.
Benih yang disimpan pada suhu dan lingkungan alami serta KA yang berkeseimbangan dengan lingkungan akan mengalami kemunduran yang relatif cepat (Justise & Bass 1994). Penelitian Sadjad (1980) membuktikan hal tersebut, yaitu benih kedelai yang disimpan dengan KA 14% pada suhu kamar 30 OC tidak dapat mempertahankan viabilitasnya dalam waktu tiga bulan.
Upaya penyimpanan juga diperlukan karena adanya pergeseran minat petani menanam kedelai dari benih berukuran kecil ke besar, karena ukuran benih mempengaruhi ketahanannya terhadap kondisi lingkungan simpan. Varietas kedelai berbiji sedang atau kecil seperti Lokon, Orba (Mugnisyah 1991), Tidar dan Cikuray (Sukarman & Raharjo 2000) umumnya memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap kondisi penyimpanan yang kurang optimal dibandingkan varietas yang berbiji besar dan berkulit biji terang. Terkait ukuran benih, Hutahaean (2008) menyampaikan hasil penelitian yang berbeda yaitu benih kedelai varietas Anjasmoro yang mewakili benih ukuran besar ternyata memiliki ketahanan yang lebih baik dibandingkan varietas Kaba yang mewakili benih kedelai berukuran sedang. Benih varietas Anjasmoro yang disimpan dalam kemasan plastik, katong terigu dan kaleng pada ruang suhu kamar selama empat bulan memiliki daya berkecambah > 80%, sedangkan benih varietas Kaba yang disimpan dalam kemasan sama pada periode simpan tiga bulan daya berkecambahnya sudah turun menjadi < 50% dan pada akhir periode simpan (4 bulan) daya berkecambah benih < 30%. Zahrok (2007) menyampaikan kesimpulan serupa, yaitu benih kedelai varietas Anjasmoro yang disimpan dalam kemasan plastik pada suhu 28 OC memiliki daya berkecambah > 90% setelah disimpan selama empat bulan.
(2004) yang mengemukakan bahwa benih kedelai dengan KA awal 8% dan 10% yang disimpan dalam kemasan kantong plastik polietilen dan kantong aluminium foil mutu benihnya dapat dipertahankan tetap tinggi selama periode simpan 6 bulan. Penggunaan kemasan simpan merupakan alternatif teknologi yang dianjurkan terutama pada kondisi keterbatasan fasilitas penyimpanan benih.
Harnowo et al. (2007) mengemukakan bahwa petani kedelai masih banyak menggunakan benih yang berasal dari hasil panen sebelumnya (benih produksi sendiri). Petani umumnya menyimpan benih menggunakan kemasan karung maupun kaleng karena mudah diperoleh dan disimpan pada ruangan tertentu di rumah tanpa adanya pengaturan suhu dan kelembaban (sistem penyimpanan terbuka). Penyediaan benih dan cara simpan tersebut dilakukan oleh petani karena jauhnya lokasi produsen benih dengan lahan usaha petani.
Suhu, kelembaban relatif udara, kemasan dan berbagai komponen lainnya merupakan bagian dari sistem penyimpanan benih kedelai yang berinteraksi melalui suatu proses yang kompleks, sehingga perlu disederhanakan agar mudah dipahami untuk pengembangan ilmu dan teknologi penyimpanan benih. Penyederhanaan sistem dikenal sebagai pemodelan yang dapat menghasilkan model numerik, statis, dinamis dan mekanistik. Model penyimpanan benih dapat dibuat sebagai model numerik, mekanistik dan dinamis.
Model penyimpanan benih yang berkembang saat ini umumnya diperoleh dari penelitian dengan kondisi lingkungan yang terkendali sehingga bersifat empiris dan disajikan dalam bentuk persamaan regresi. Salah satu persamaan yang banyak digunakan dan telah disepakati validitasnya adalah persamaan viabilitas oleh Ellis dan Roberts (Hong & Ellis 1996). Persamaan tersebut menggambarkan hubungan antara kelangsungan hidup benih dan lamanya penyimpanan, suhu dan kadar air benih. Persamaan viabilitas telah menjadi dasar dalam pengembangan model untuk menduga daya simpan benih diantaranya pada jagung hibrida (Tang
Tujuan
1. Mempelajari perilaku benih kedelai pada sistem penyimpanan terbuka 2. Menyusun model penyimpanan benih kedelai
Hipotesis
1. Terdapat perbedaan perilaku benih kedelai yang disimpan menggunakan jenis kemasan berbeda pada sistem penyimpanan terbuka
2. Varietas kedelai yang berbeda memiliki perilaku berbeda pada sistem penyimpanan terbuka
3. Sistem penyimpanan benih kedelai dapat dimodelkan
TINJAUAN PUSTAKA
Botani Kedelai
Kedelai termasuk tanaman kacang-kacangan dengan klasifikasi sebagai berikut : divisi Spermatophyta, kelas Dikotiledon, ordo Polypetales, famili
Leguminoseae, sub famili Papilioniodeae, genus Glycine, spesies Glycine max.
Buah kedelai berbentuk polong dengan jumlah biji rata-rata dua dengan kisaran satu sampai empat biji tiap polong. Biji kedelai berkeping dua, terbungkus kulit biji dan tidak mengandung jaringan endosperm (Sumarno & Hartono 1983).
Warna kulit biji kedelai bervariasi dari kuning, hijau, coklat, hitam hingga kombinasi berbagai warna atau campuran. Kotiledon pada embrio yang sudah tua berwarna hijau, kuning atau kuning tua, namun umumnya berwarna kuning (Adie & Krisnawati 2007). Suhartina (2005) mengemukakan bahwa biji kedelai varietas Anjasmoro berwarna kuning, berbentuk oval, hilum berwarna kuning kecoklatan, dan bobot 100 biji berkisar 14.8 sampai 15.3 g. Biji kedelai varietas Tanggamus berwarna kuning, berbentuk oval, hilum berwarna coklat tua, dan bobot 100 biji 11.0 g. Biji kedelai varietas Wilis berwarna kuning, berbentuk oval agak pipih, hilum berwarna coklat tua, dan bobot 100 biji 10.0 g. Balitkabi (2010) pada tahun 2008 telah melepas kedelai varietas Detam-1 dengan biji berwarna hitam, berbentuk agak bulat, hilum berwarna putih, dan bobot 100 biji 14.84 g.
Struktur biji kedelai terluar terdiri atas kulit, hilum, mikrofil, dan kalaza. Kulit benih (testa) merupakan karakter morfologi yang penting bagi benih kedelai karena menentukan proses fisiologis embrio, sekaligus menjadi penutup dan pelindung embrio. Biji kedelai yang ada di Indonesia memiliki ketebalan kulit yang berbeda-beda. Ketebalan lapisan epidermis berkisar antara 0.040 mm (genotipe MLG 2759 dan MLG 3311) hingga 0.070 mm (MLG 3051). Ketebalan total kulit berkisar antara 0.245 mm (genotipe MLG 2648) hingga 0.445 mm (MLG 2989) (Adie & Krisnawati 2007).
Kandungan lemak kedelai sebaliknya lebih tinggi kedelai impor yang mencapai 21.7%, sedangkan kedelai dalam negeri antara 13.0 sampai 19.6% (Ginting & Tastra 2007).
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Daya Simpan Benih
Sadjad et al. (1999) mendefinisikan daya simpan (DS) benih sebagai kemampuan lamanya benih disimpan, sehingga DS merupakan perkiraan waktu benih mampu untuk disimpan. Daya simpan merupakan parameter viabilitas benih dalam satuan waktu untuk suatu periode simpan, sehingga memiliki peran yang penting dalam kaitannya dengan penyimpanan benih.
Justice dan Bass (1994) menyebutkan 10 faktor yang mempengaruhi daya simpan benih yaitu pengaruh genetik, kondisi sebelum panen, sruktur dan komposisi benih, benih keras, kemasakan benih, ukuran benih, dormansi benih, kadar air benih, kerusakan mekanik dan vigor. Kadar air benih selama penyimpanan dan vigor benih sewaktu disimpan merupakan faktor yang paling mempengaruhi masa hidup dan umur simpannya.
Penyimpanan benih berkaitan dengan tempat dan perlakuan atau kondisi yang diberikan terhadap benih tersebut. Justice dan Bass (1994) menyatakan bahwa selain kadar air, suhu penyimpanan juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi masa hidup benih. Benih yang disimpan pada suhu dan lingkungan alami kadar airnya akan meningkat seiring dengansemakin lamanya periode simpan dan akan mengalami keseimbangan dengan lingkungan. Benih yang berada dalam kemasan yang terbuat dari bahan kedap uap air yang baik akan menunjukkan perubahan kandungan air yang kecil, sedangkan benih yang berada dalam bahan tidak kedap uap air kadar aimya akan berubah dengan cepat.
Walters (1998) mengemukakan bahwa suhu dan kadar air benih berperan penting dalam penyimpanan jangka panjang. Pola dari suatu kemunduran benih umumnya digambarkan berkenaan dengan kadar air benih tersebut selama penyimpanan.
berbeda pada kondisi simpan yang sama. Krzyzanowski et al. (2008) menyebutkan pengaruh genetik lain dari perbedaan varietas yaitu kandungan lignin pada kulit benih. Kandungan lignin kulit benih dari 12 varietas kedelai yang diteliti menunjukkan perbedaan yang nyata. Perbedaan kandungan lignin mempengaruhi daya simpan benih kedelai, semakin tinggi kandungan lignin maka benih kedelai memiliki daya simpan yang lebih lama. Lignin berperan meningkatkan daya simpan benih diantaranya melalui resistensi terhadap gangguan mikroorganisme. Selama periode simpan 12 bulan pada ruangan dengan suhu 10 0C, ternyata kandungan lignin kulit benih sebanyak 12 varietas tersebut tidak menunjukkan perubahan yang nyata.
Hubungan Kadar Air dengan Daya Simpan Benih
Air yang berada di dalam benih merupakan suatu sistem yang kompleks dan memiliki peran penting dalam aktivasi enzim, translokasi dan penggunaan cadangan bahan simpan. Kadar air yang rendah menyebabkan metabolisme benih dalam kondisi yang relatif tidak aktif (kondisi quiscence), yang memungkinkan benih tetap berada pada tingkatan terendah dari aktivitas metabolisme sehingga menjamin benih tersebut dapat bertahan lama selama penyimpanan (Copeland & McDonald 1995).
Kadar air benih senantiasa berkeseimbangan dengan kelembaban relatif udara lingkungan simpan, sehingga peningkatan kelembaban relatif udara akan mengakibatkan terjadinya peningkatan kadar air benih. Benih dengan kadar air tinggi menjadi media yang kondusif bagi pertumbuhan cendawan. Cendawan yang tumbuh dan berkembang pada benih selama penyimpanan akan memproduksi beberapa enzim eksoseluler, diantaranya lipase yang akan mendorong peningkatan konsentrasi asam lemak bebas. Peningkatan asam lemak bebas akan mempercepat kemunduran benih dan mengurangi daya simpan benih (Halloin 1986).
berlaku untuk kisaran kadar air 5 sampai 14%. Pada kadar air kurang dari lima persen akan terjadi kerusakan membran yang akan mempercepat kemunduran benih, sedangkan pada kadar air lebih dari 14% akan dapat mempercepat kemunduran benih karena meningkatnya respirasi, suhu dan kemungkinan adanya serangan cendawan (Copeland & McDonald 1995). Kaidah Harrington tersebut secara jelas mengindikasikan bahwa suhu dan kadar air benih merupakan faktor utama yang menentukan viabilitas benih selama penyimpanan (Bewley & Black 1985).
Hasil penelitian Tatipata et al. (2004) menunjukkan bahwa viabilitas benih kedelai dengan kadar air awal 6 sampai 8% tetap tinggi setelah disimpan selama enam bulan. Hasil yang sama ditunjukkan Zahrok (2007), benih kedelai yang disimpan dengan kadar air 7 dan 9% memiliki viabilitas lebih dari 90% setelah disimpan empat bulan. Yaja et al. (2005) mengemukakan terjadinya penurunan daya berkecambah benih kedelai yang disimpan dengan kadar air enam persen pada suhu 15 0C dari 93% menjadi 76% setelah disimpan 16 minggu. Sadjad (1980) mengemukakan bahwa viabilitas benih kedelai yang disimpan dengan kadar air 14% turun setelah periode simpan tiga bulan.
Hasil berbagai penelitian menunjukkan bahwa kadar air merupakan faktor yang paling krusial dalam mempertahankan viabilitas benih selama periode simpan yang lama (Maguire diacu dalam Khan 1977), sehingga menjadi faktor yang paling mempengaruhi kemunduran benih yang terjadi sejalan dengan meningkatnya kadar air (Barton diacu dalam Justice & Bass 1994). Faktor-faktor yang mempengaruhi penyerapan dan penahanan uap air oleh benih diantaranya ketebalan dan struktur kulit serta komposisi kimia benih. Komposisi kimia benih yang berperan dalam peningkatan kadar air adalah protein karena sifatnya yang higroskopis (mudah menyerap dan menahan uap air), sedangkan karbohidrat kurang higroskopis dan lipida bersifat hidrofobis (daya tarik terhadap air rendah) (Justice & Bass 1994).
Hubungan Suhu dengan Daya Simpan Benih
Copeland dan McDonald (1995) menemukan bahwa kandungan minyak benih kedelai dipengaruhi oleh suhu selama proses perkembangan polong. Benih yang selama proses pematangan berada pada suhu 21 OC mengandung minyak sekitar 19.5%, sedangkan benih yang selama proses pematangan berada pada suhu 30 OC mengandung minyak sekitar 22.3%.
Suhu merupakan faktor lingkungan yang juga mempengaruhi daya simpan benih. Pada suhu rendah respirasi berjalan lambat dibanding suhu tinggi, sehingga viabilitas benih dapat dipertahankan lebih lama. Penyimpanan benih kedelai dalam suhu kamar selama 6 sampai 10 bulan aman pada kadar air tidak lebih dari 11%. Suhu di tempat penyimpanan benih dipengaruhi langsung oleh lingkungan di sekitar dan juga oleh kegiatan respirasi oleh benih atau mikroorganisme (Harrington 1972). Semakin tinggi suhu maka laju kemunduran viabilitas benih akan semakin meningkat (Copeland & McDonald 1995).
Hubungan suhu dengan daya simpan benih, dinyatakan dalam kaidah Harrington yaitu untuk setiap kenaikan suhu 5 0C pada tempat penyimpanan maka umur benih akan menjadi setengahnya, demikian juga sebaliknya jika suhu tempat penyimpanan turun 5 OC maka umur benih menjadi dua kalinya. Kaidah tersebut berlaku pada kisaran suhu 0 sampai 50 OC(Copeland & McDonald 1995).
Benih kedelai varietas Mammoth Yellow dengan kadar air 18.1% dan varietas Otootan dengan kadar air 17.9% rendah yang disimpan pada suhu tinggi (30 OC), masing-masing memiliki daya berkecambah 14% dan 0% setelah periode simpan satu bulan. Daya berkecambah kedua varietas dapat dipertahankan tinggi (≥ 80%) selama lima bulan untuk varietas Mammoth Yellow dan tiga bulan untuk Otootan ketika disimpan pada suhu 20 OC. Daya simpan benih kedua varietas semakin lama dengan semakin rendahnya kadar air benih dan suhu ruang simpan (Justice & Bass 1994).
Yaja et al. (2005) menyampaikan hasil penelitian penyimpanan benih kedelai pada berbagai tingkatan kadar air (6, 8, 10, 12%) dan suhu ruang simpan (15, 20, 25, 30 OC, suhu kamar), bahwa seiring dengan peningkatan suhu ruang simpan pada seluruh tingkatan kadar air benih ditemukan adanya peningkatan infeksi cendawan terhadap benih yang disimpan. Peningkatan suhu ruang simpan juga berkaitan dengan peningkatan nilai pengukuran daya hantar listrik benih yang menunjukkan tingkat kebocoran atau kerusakan membran.
Hubungan Kemasan dengan Daya Simpan Benih
Peran utama kemasan adalah untuk melindungi bahan yang dikemas dari kerusakan dan pengaruh luar, hingga bahan tersebut digunakan sesuai dengan tujuannya (Marsh & Bugusu 2007). Kemasan yang dapat melindungi mutu fisik benih terutama selama penyimpanan adalah kemasan yang cukup kuat, tahan pecah dan tidak sobek. Hal yang penting dalam pengemasan adalah bahwa bahan pengemas dapat menahan masuknya uap air. Sifat permeabilitas bahan pengemas terhadap uap air sangat penting untuk mempertahankan kadar air serta viabilitas benih. Sifat penting lainnya adalah bahwa kemasan harus mudah direkatkan (sealabelity) dan memiliki elastisitas yang baik, harga terjangkau dan mudah diperoleh (Barlian 1990).
Kemasan benih sangat mempengaruhi viabilitas benih selama penyimpanan sehingga harus dirancang sedemikian rupa agar dapat melindungi mutu fisik maupun fisiologi benih. Sudikno (1977) mengemukakan bahwa pengaruh kemasan terhadap benih dapat dilihat dari dua aspek yaituaspek fisik dan fisiologis. Pengaruh kemasan terhadap aspek fisik dapat diketahui dari warna, bobot, kadar air, dan kerusakan mekanis yang diperlihatkan benih, sedangkan terhadap aspek fisiologis dapat diketahui dari viabilitas benih.
plastik. Hal tersebut disebabkan kemasan kantong terigu bersifat porous dan tidak dapat menahan uap air dari lingkungan sekitar terhadap benih tersebut
Benih kedelai yang disimpan pada kemasan yang dapat menahan uap air mampu mempertahankan viabilitas yang tinggi dibandingkan kemasan yang permeabel atau porous terhadap uap air (Baciudiacu dalam Arulnandhy & Senanayake 1984).
Penggunaan kemasan simpan untuk benih telah mengikuti perkembangan penggunaan kemasan simpan untuk produk pangan yang lebih maju dengan perhatian utama pada kemampuan kemasan menahan masuknya uap air. Pengaruh jenis kemasan yang ditunjukkan oleh kemampuannya menahan laju transfer uap air baik dari lingkungan ke produk pangan maupun dari produk pangan ke lingkungan disebut permeabilitas. Kerusakan mutu produk pangan kering dapat dihambat melalui penggunaan kemasan yang memiliki permeabilitas rendah terhadap uap air karena penyerapan uap air dapat menurunkan mutu produk pangan (Arpah 2007).
Hubungan Varietas dengan Daya Simpan Benih
Spesies tanaman yang berbeda memiliki daya simpan yang berbeda, beberapa spesies dapat bertahan lebih lama pada kondisi penyimpanan tertentu dibandingkan dengan spesies lainnya (Justice & Bass 1994). Delouche (2005) menyatakan bahwa daya simpan benih merupakan suatu karakteristik yang melekat pada spesies dan atau varietas, misalnya benih kedelai memiliki daya simpan yang lebih pendek dibandingkan benih padi.
ditunjukkan pada penelitian terhadap 10 varietas kedelai yang menyimpulkan bahwa viabilitas benih berukuran sedang (varietas Malabar, Orba, Raung, dan Galunggung) lebih cepat turun dibandingkan viabilitas benih berukuran kecil (varietas Lokon, Petek, Tidar, Wilis, Kerinci, Merbabu) (Sunardi et al. 1993).
Varietas kedelai berbeda menunjukkan kandungan kimia benih yang berbeda. Benih yang memiliki kandungan lemak tinggi dan karbohidrat rendah lebih cepat menurun viabilitasnya daripada benih yang memiliki kandungan lemak rendah dan karbohidrat tinggi, serta benih dengan ukuran besar lebih cepat menurunviabilitasnya daripada benih yang berukuran kecil karena benih yang berukuran besar memiliki nisbah selaput benih terhadap benih yang lebih rendah daripada benih yang berukuran kecil (Sunardi et al. 1993).
Purwanti (2004) menyatakan bahwa perbedaan warna kulit benih juga mempengaruhi perbedaan ketahanan dalam penyimpanan, yaitu kedelai berkulit hitam lebih tahan disimpan dibandingkan kedelai berkulit kuning. Menurut Marwanto (2004), perbedaan ketahanan selama penyimpanan antara kedelai kuning dengan kedelai hitam disebabkan oleh perbedaan kandungan lignin pada kulit benih. Kedelai hitam seperti varietas Merapi memiliki kandungan lignin yang lebih tinggi (15.31%) dibandingkan kedelai kuning seperti varietas Lampo-Batang (1.43%) sehingga permeabilitas kedelai hitam terhadap uap air juga lebih rendah. Menurut Krzyzanowski et al. (2008), kandungan lignin pada kulit benih yang dapat meningkatkan daya tahan benih terhadap tekanan udara dan kerusakan mekanik yang mungkin dialami benih adalah > 5.0%. Penampang kulit benih kedelai ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Penampang kulit benih kedelai varietas CD 201, A.lapisan sel palisade, B. lapisan sel hourglass,dan C. parenkim (Menezes diacu dalam Gris & Pinho 2012)
A
B
Lignin adalah suatu polimer fenolik kompleks alami yang terdapat pada dinding sel termasuk pada kulit benih (Krzyzanowski et al. 2008), dan merupakan polimer yang paling banyak ditemukan pada jaringan tanaman setelah selulosa (Gris & Pinho 2012). Pada awal pembentukan sel, lignin berperan menambah kekuatan struktural sel dan sebagai pelindung polisakarida dari hidrolisis enzim selulase (Purwaning 2009). Lignin masuk ke dalam dinding sel melalui lamela tengah dan selanjutnyamenuju ke bagian dalam dari dinding sel, sehingga akhirnya lignin terdapat pada jaringan tanaman dan kulit benih. Kulit benih kedelai terdiri atas tiga lapisan yaitu lapisan palisade (lapisan terluar), lapisan hourglas, dan parenkim (Gambar 1). Lignin terdapat pada lapisan palisade dan lapisan hourglass. Lignin yang terdapat pada lapisan palisade lebih tebal dibandingkan lapisan hourglass, sehinggasifat kaku dan kurang elastis yang dimiliki lignin mengakibatkan kulit benih memiliki resistensi terhadap kerusakan mekanis dan tekanan udara luar, memiliki permeabilitas terhadap uap air dan memberikan perlindungan terhadap gangguan mikroorganisme pada dinding sel (Gris & Pinho 2012).
Karakter lain yang mempengaruhi ketahanan benih dalam penyimpanan adalah ketebalan, struktur dan komposisi kimia kulit benih (Justice & Bass 2004), jenis dan sifat benih (Sutopo 2010). Kulit benih berperan dalam menentukan derajat dan kecepatan penyerapan uap air benih (Krisnawati & Adie 2008).
Viabilitas dan Kemunduran Benih
Penyimpanan benih merupakan upaya mempertahankan viabilitas benih agar tetap tinggi dengan memperlambat proses kemunduran benih. Viabilitas benih menunjukkan daya hidup benih, aktif secara metabolik dan memiliki enzim yang dapat mengkatalisis reaksi metabolik yang diperlukan untuk perkecambahan dan menghasilkan kecambah normal (Copeland & McDonald 1995).
Barton diacu dalam Justice dan Bass (1994) menyatakan bahwa benih yang berviabilitas awal tinggi lebih tahan terhadap kondisi simpan yang kurang menguntungkan dibandingkan benih yang berviabilitas awal rendah. Hasil-hasil penelitian lain juga menunjukkan bahwa viabilitas awal mempengaruhi daya simpan benih.
Teknologi benih selalu berupaya menghasilkan benih yang mampu melampaui periode simpan (PS) sepanjang mungkin (Sadjad et al. 1999). Vigor benih selama PS yang ditunjukkan oleh persentase kecambah normal setelah benih melampaui deraan atau kondisi lingkungan simpan yang sub optimum disebut Vigor Daya Simpan (VDS) (Sadjad 1994). Variabel yang digunakan untuk
menentukan VDS diantaranya adalah persentase kecambah normal (daya
berkecambah atau fisiologis), daya hantar listrik (DHL) (Sadjad 1994), bobot kering kecambah normal (BKKN) dan keserempakan tumbuh (KST) (Sudjindro
1994).
Kemunduran benih adalah proses mundurnya mutu fisiologis benih secara berangsur-angsur dan kumulatif serta tidak dapat balik (irreversible) akibat perubahan fisiologis dan biokimia (Copeland & McDonald 1995). Indikasi kemunduran benih dapat diketahui secara fisik maupun fisiologis. Benih yang telah mundur secara fisik mengalami perubahan warna dan umumnya terlihat lebih kusam dan keriput dari keadaan awalnya. Kemunduran benih juga dapat diketahui dari gejala fisiologis yang merupakan akibat dari proses biokimia benih, seperti terjadinya perubahan pada struktur protein, berkurangnya cadangan makanan, terbentuknya asam lemak, adanya aktivitas enzim, terjadi perubahan pada kromosom, adanya kerusakan membran dan meningkatnya aktivitas respirasi (Justice & Bass 1994).
Salah satu sebab pemicu laju kemunduran benih ialah kandungan air dalam benih. Kadar air dalam benih dipengaruhi oleh kemampuan benih dalam menyerap dan menahan uap air. Kemampuan menyerap dan menahan uap air setiap benih berbeda, tergantung ketebalan dan struktur kulit benih serta komposisi kimia dalam benih (Justice & Bass 1994).
rendah, sehingga akan memiliki periode simpan yang lebih pendek. Benih dengan viabilitas awal sebelum simpan yang tinggi, akan menunjukkan nilai Vigor Daya Simpan (VDS) yang tinggi. Daya simpan benih akan semakin tinggi dengan
panjangnya periode simpan dan tingginya VDS. Hubungan antara daya simpan
benih dengan VDS dapat didekati melalui model regresi (Sadjad 1994). Vigor
Daya Simpan merupakan parameter vigor benih yang ditunjukkan oleh kemampuan benih disimpan dalam keadaan sub optimum (Sadjad et al. 1999).
Model Penyimpanan Benih
Penyimpanan benih merupakan sebuah sistem yang didalamnya terdiri dari berbagai komponen yang saling berinteraksi melalui suatu proses, sehingga mekanisme yang berlangsung cukup rumit untuk dijelaskan dan perlu dilakukan penyederhanaan melalui kegiatan pemodelan. Handoko (2005) menyatakan bahwa suatu sistem yang telah disederhanakan disebut model, yang menjelaskan hanya sebagian proses ataupun komponen sistem. Model sebagai representasi dari suatu masalah merupakan pendekatan yang dibuat berdasarkan pengetahuan yang telah dimiliki dan dibangun dengan menghubungkan faktor-faktor utama yang berperan dalam suatu sistem.
Pemodelan sebagai penyederhanaan dari suatu sistem memerlukan adanya pembatasan, terutama terkait dengan faktor-faktor yang menjadi variabel dalam model yang dibentuk. Pembatasan tersebut diantaranya dilakukan dengan melakukan perumusan model yang akan dibangun berdasarkan model yang sudah ada atau merumuskan sendiri model setelah melalui percobaan, sehingga model prediktif bisa bersifat teoritis (dibangun berdasarkan teori keilmuan) atau empiris (hasil penelitian yang dikuantifikasi). Model yang saat ini banyak dikembangkan merupakan gabungan dari metode teoritis dan empiris, diantaranya adalah model pendugaan daya simpan benih.
Model pendugaan daya simpan benih dibangun berdasarkan hubungan antara daya simpan dengan faktor yang paling berpengaruh, yaitu kadar air benih dan suhu penyimpanan (Roberts diacu dalam Hong dan Ellis 1996). Kuantifikasi hubungan antara suhu, kadar air dan viabilitas benih selama periode simpan yang dilakukan dengan dua pendekatan (teori dan empiris) telah dinyatakan oleh Roberts dalam bentuk persamaan berikut :
Log p50 = Kv– C1m – C2t ... (persamaan 1)
dimana p50 adalah waktu yang diperlukan hingga benih kehilangan 50%
viabilitasnya (hari), Kv, C1danC2 adalah konstanta spesifik spesies, m adalah kadar
air (%) dan t adalah suhu (OC) (Roberts 1972).
Persamaan tersebut telah dinyatakan memiliki kecocokan yang sangat baik dengan berbagai data observasi, sehingga dapat digunakan untuk menduga periode simpan beberapa spesies diantaranya padi (log p50 = 6.531 – 0.159 m –
0.069 t), gandum (log p50 = 5.067 – 0.108 m – 0.050 t), dan barley (log p50 =
6.745 – 0.172 m – 0.075 t). Periode simpan dapat disimulasi menggunakan rumus-rumus tersebut, sehingga Roberts mengajukan nomografi periode simpan dengan variasi kadar air dan suhu ruang simpan (Sadjad 1994).
Komponen (1) :
... (persamaan 2) dimana v adalah viabilitas benih yang dinyatakan dalam probit, adalah simpangan baku distribusi frekuensi kematian benih pada periode tertentu yang menggambarkan waktu yang diperlukan vabilitas benih untuk turun satu probit (hari), p adalah periode simpan (hari) dan Ki intersep atau viabilitas awal sebelum
simpan yang dinyatakan dalam probit. Komponen (2):
... (persamaan 3) menggambarkan hubungan antara waktu yang diperlukan vabilitas benih untuk turun satu probit (σ, hari), suhu ruang simpan (t, oC) dan kadar air (m, % wb), sedangkan KE, CW, CH dan CQ merupakan konstanta spesifik komoditas.
Persamaan viabilitas tersebut memiliki batasan kadar air dan daya simpan benih yaitu (a) batas atas, yakni ketika daya simpan benih tidak lagi menurun dengan terjadinya peningkatan kadar air saat disimpan secara tertutup dan daya simpan benih yang tidak lagi meningkat dengan peningkatan kadar air ketika disimpan secara terbuka; dan (b) batas bawah,yakni ketika penurunan kadar air tidak lagi meningkatkan daya simpan benihketika disimpan secara tertutup. Beberapa penelitian telah melaporkan tentang batas atas kadar air, yaitu sekitar 15% pada selada, 18% pada bawang, dan sekitar 26% pada gandum. Meskipun terdapat variasi yang jauh antara spesies dalam ketentuan kadar air, nilai tersebut sesuai dengan potensial air benih yatu sekitar -14 Mpa (Roberts & Ellis 1989; Zewdie & Ellis 1991). Batas terendah kadar air pada persamaan viabilitas juga bervariasi antar spesies. Hong dan Ellis (1996) memberikan contoh penelitian terhadap daya simpan benih kacang kapri dan kacang hijau (kadar air 6.0%), padi (KA 4.5%), dan bunga matahari (KA 2%) yang disimpan secara kedap udara pada suhu 65 OC, ternyata memiliki daya simpan yang sama ketika disimpan pada kondisi RH 10 sampai 12% (RH keseimbangan) pada suhu 20 OC.
model-model lainnya, dengan berbagai modifikasi faktor dan lingkungan penyimpanan.
Daya simpan benih yang dinyatakan dalam satuan waktu (hari), dapat diduga dengan menggunakan persamaan (3) yang mengakomodasi adanya variasi suhu ruang simpan benih. Penyimpanan benih pada kondisi suhu yang konstan atau kondisi lingkungan yang terkendali, maka pendugaan dapat dilakukan menggunakan penyederhanakan dari persamaan (3) yaitu:
Log10σ = K – Cwlog10m ... (persamaan 4)
dimana nilai K pada persamaan (4) tersebut diperoleh dari K = KE – Cwlog10m –
CHt – CQt2 (Ellis & Hong 2006).
Persamaan viabilitas tersebut memiliki asumsi bahwa semua lot benih dari suatu spesies mengalami kemunduran dengan laju yang sama pada kondisi lingkungan simpan yang sama. Asumsi tersebut ternyata tidak sesuai untuk jagung hibrida, sehingga Tang et al. (2000) mengajukan model alternatif menggunakan indeks simpan potensial (PG) dan koefisien lingkungan simpan (storage environment coefficient, SEC).
Wang et al. (2010) juga membuat hubungan antara waktu tercapainya kadar air keseimbangan dengan kadar air awal, kelembaban relatif (RH) dan suhu ruang simpan. Hubungan tersebut dinyatakan dalam bentuk model regresi berganda, yaitu d = 23.29+ 3.72x – 0.19y – 0.86z – 0.02xy – 0.09xz – 0.008yz + 0.005y2 + 0.03z2 untuk kedelai varietas Liaodou 11 dan d = 48,64 + 0,36x – 0,44y – 1,49z – 0,008yz + 0.006y2 + 0,026z2 untuk kedelai varietas Hedou 13.
Pengaruh jenis kemasan terhadap daya simpan benih telah diketahui dari beberapa hasil penelitian, namun demikian pengaruh jenis kemasan tersebut belum dimasukkan sebagai variabel atau faktor penduga variabel dalam model pendugaan daya simpan benih. Pengaruh kemasan yang diintegrasikan dalam model pendugaan umur simpan produk telah dikembangkan pada produk pangan, diantaranya adalah Model Rudolph diacu dalam Arpah (2007) yaitu :
Model tersebut menentukan umur simpan produk, dimana adalah total penetran uap air pada waktu (t), Ws adalah berat kering produk, A adalah luas pengemas.
Model pendugaan umur simpan terhadap produk pangan lainnya yang banyak digunakan adalah Model Labusa dan Model Waktu Paruh Syarief (Arpah, 2007). Labuza menyatakan bahwa degradasi faktor mutu produk yang disimpan seperti perubahan sifat fisik (tekstur, kebasian, memburuk/busuk), perubahan sifat kimia (ketengikan, perubahan zat gizi), perubahan sifat mikrobiologi (pertumbuhan patogen, pembentukan lendir) maupun perubahan sifat organoleptik (rasa, bau, warna dan aroma) disebabkan karena pengaruh lingkungan simpan, diantaranya suhu, kelembaban relatif (RH), konsentrasi oksigen di dalam kemasan, cahaya, aktifitas air maupun permeabilitas kemasan. Model Labuza dinyatakan sebagai berikut :
... (persamaan 6)
dimana Me adalah kadar air kesetimbangan produk dengan lingkungan, Mi adalah kadar air awal produk (basis kering), Mt adalah kadar air pada waktu (t), P/X adalah karakteristik permeabilitas pengemas, A adalah luas pengemas, Ws adalah berat kering produk, Po adalah tekanan parsial uap air jenuh pada suhu percobaan, dan b merupakan slope kurva moisture sorption isothermis pada daerah linier. Model Labuza tersebut memiliki beberapa asumsi dasar, yaitu (i) laju penetrasi uap air berlangsung dalam keadaan yang tetap (steady-state), (ii) pengemas dengan permeabilitas (P) merupakan faktor resistensi utama penyerapan uap air pada produk, (iii) moisture sorption isothermis dari produk linier pada kisaran tertentu, (iv) laju penetrasi uap air sebanding dengan perbedaan tekanan uap air parsial, (v) laju transfer uap air berlangsung homogen, dan (vi) pengemas sempurna dan tidak memiliki kebocoran.
keseimbangan dengan kondisi penyimpanan telah tercapai (Me). Model Waktu Paruh Syarief dinyatakan sebagai berikut :
... (persamaan 7) Besaran merupakan slope dari kurva hubungan kadar air
log dengan waktu t, sehingga model tersebut
selanjutnya dapat disederhanakan menjadi :
Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan melalui kegiatan penelusuran pustaka, penentuan permeabilitas kemasan simpan, penyimpanan dan pengujian benih di laboratorium serta penyusunan, simulasi dan verifikasi model. Penelusuran pustaka dimulai bulan November 2011 sampai dengan Juli 2012. Penentuan permeabilitas kemasan simpan dilakukan bulan Januari 2012 di Laboratorium Penyimpanan dan Pengujian Viabilitas Benih Departemen Agronomi dan Hortikultura, Institut Pertanian Bogor. Penyimpanan dan pengujian benih dilakukan mulai bulan Maret sampai dengan Juli 2012 di Laboratorium Benih Lewikopo Departemen Agronomi dan Hortikultura, Institut Pertanian Bogor. Penyusunan, simulasi dan verifikasi model dimulai bulan Desember 2011 sampai dengan Oktober 2012.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah benih kedelai varietas Anjasmoro, Detam-1, Tanggamus dan Wilis, kemasan alumunium foil, plastik polypropilen (PP), karung plastik, silika gel, kertas stensil, lembaran plastik, label, air bebas ion, aquades dan amplop kertas. Alat yang digunakan terdiri atas kotak plastik, ruang tempat penyimpanan benih (suhu berkisar 25– 30 OC), ruang berpendingin udara (suhu 20±2 OC), timbangan analitik, oven, cawan keramik dengan ketebalan 0.5 mm,
blender, saringan dengan mesh 4.0 mm, desikator, alat pengecambah benih (ecogerminator) tipe IPB 72-1, sealer, thermohigrometer, inkubator, alat pengepres kertas, gelas ukur, gelas jar, spatula, conductivity meter, jangka sorong digital (ketepatan 2 digit) dan perangkat lunak pemodelan komputer (Microsoft Excell 2010 dan STELLA v9.0.2).
Metode Penelitian
pengujian benih di laboratorium, 2) Penyusunan model, dan 3) Simulasi dan verifikasi model.
Penentuan Nilai Permeabilitas Kemasan Simpan
Permeabilitas kemasan ditentukan menggunakan metode Moyls (Arpah 2007), berdasarkan ASTM D895-79 (whole bag desiccant method) dengan pelaksanaan percobaan sebagai berikut :
a. Rancangan percobaan yang digunakan yaitu Rancangan Acak Lengkap Faktor Tunggal dengan lima ulangan. Faktor penyusun perlakuan yaitu jenis kemasan yang terdiri dari tiga jenis (alumunium foil, plastik PP dan karung plastik).
b. Desikan (silika gel) pertama-tama dikeringkan dalam oven 105 OC selama tiga jam, kemudian didinginkan dalam desikator dan dimasukkan ke dalam kemasan yang telah diketahui luasnya serta direkatkan menggunakan sealer. Bobot desikan yang dimasukkan ke dalam setiap kemasan adalah ±20 g. c. Seluruh kemasan yang telah diisi dengan desikan disimpan dalam inkubator
bersuhu 43 sampai 44 OC dan mempunyai kelembaban relatif (relative humidity, RH) 99% selama 14 hari.
d. Bobot desikan ditimbang setiap hari selama 14 hari sehingga dapat diperoleh
slope yang merupakan jumlah air terserap per hari dari kurva hubungan bobot dangan waktu (hari). Selanjutnya nilai permeabilitas kemasan dihitung menggunakan persamaan 9.
... (persamaan 9) Persamaan (9) menunjukkan nilai permeabilitas kemasan yang dipengaruhi oleh n/t (jumlah air terserap per hari, g.hari-1), luas permukaan kemasan (A, m2), RH luar (RHout, %) dan RH dalam (RHin, %) kemasan, tekanan uap air jenuh (Po, mmHg).
Penyimpanan dan Pengujian Benih di Laboratorium
Percobaan 1 Penyimpanan dan pengujian benih kedelai varietas Anjasmoro menggunakan jenis kemasan berbeda
Rancangan percobaan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap satu faktor dengan lima ulangan. Faktor penyusun perlakuan yaitu jenis kemasan terdiri atas alumunium foil (kemasan impermeabel), plastik PP (semi-permeabel) dan karung plastik (permeabel/porous). Benih kedelai yang digunakan dalam percobaan ini adalah varietas Anjasmoro dengan kadar air awal 8.2 sampai 8.8%. Variabel yang diamati adalah kadar air benih (KA), daya berkecambah (DB, selanjutnya disingkat VDSDB), daya hantar listrik (DHL, selanjutnya disingkat
VDSDHL), dan bobot kering benih (BK benih). Pengamatan dilakukan setiap tujuh
hari, sehingga selama percobaan dilakukan 16 kali pengamatan. Model linier dari rancangan percobaan yang digunakan yaitu :
Yij = µ + i+ єij
Keterangan :
Yij : nilai pengamatan perlakuan kemasan simpan taraf ke-i dan ulangan ke-j
µ : rataan umum
i : pengaruh perlakuan kemasan simpan taraf ke-i
єij : pengaruh galat percobaan terhadap kemasan simpan ke-i dan ulangan ke-j
Percobaan 2 Penyimpanan dan pengujian benih empat varietas kedelai menggu-nakan kemasan karung plastik
Rancangan percobaan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap satu faktor dengan empat ulangan. Faktor penyusun perlakuan yaitu varietas kedelai yang terdiri atas varietas Anjasmoro (kedelai berbiji besar berwarna kuning), Detam-1 (kedelai biji besar warna hitam), Tanggamus (kedelai biji sedang warna kuning) dan Wilis (kedelai biji kecil warna kuning). Kadar air awal benih berkisar antara 7.3 sampai 8.5%. Variabel yang diamati adalah KA, VDSDB,
VDSDHL, dan BK benih. Pengamatan dilakukan setiap tujuh hari, sehingga selama
percobaan dilakukan 16 kali pengamatan.
Jumlah benih yang digunakan untuk tiap variabel dalam satu kemasan simpan pada percobaan 1 dan 2 mengikuti standar ISTA (2010) yaitu : KA sebanyak 4.5±0.5 g, VDSDB sebanyak 100 butir, VDSDHL 50 butir, dan BK benih
Model linier dari rancangan percobaan yang digunakan yaitu :
Yij = µ + i+ єij
Keterangan :
Yij : nilai pengamatan perlakuan varietas taraf ke-i dan ulangan ke-j
µ : rataan umum
i : pengaruh perlakuan varietas taraf ke-i
єij : pengaruh galat percobaan terhadap varietas ke-i dan ulangan ke-j
Pengamatan. Metode pengamatan tiap variabel sebagai berikut :
1. Kadar air benih selama penyimpanan diukur menggunakan metode open suhu rendah konstan (101-105 0C) selama 17 ±1 jam (berdasarkan bobot basah). Benih kedelai contoh yang digunakan untuk pengukuran KA sebanyak 4.5±0.5 g untuk tiap ulangan. KA merupakan persentase dari berat benih yang dihitung menggunakan persamaan berikut :
... (persamaan 10) dimana M1 adalah berat wadah dan tutupnya (gram), M2 adalah berat wadah,
tutup dan benih sebelum dioven (gram), dan M3 adalah berat wadah, tutup
dan benih setelah dioven (gram). Benih kedelai dihancurkan dulu (kasar, tidak perlu sampai halus), setelah itu ditimbang untuk mendapatkan M2 dan
dioven untuk mendapatkan M3 (ISTA 2010). Pengamatan KA benih
dilakukan setiap periode tujuh hari.
2. VDSDB diamati pada hari ke-3 (hitungan pertama) dan hari ke-5 (hitungan
kedua) setelah dikecambahkan. Persentase kecambah normal ditentukan digunakan rumus sebagai berikut:
-
.... (persamaan 11) Pengujian VDSDB dilakukan dengan metode uji kertas digulung didirikan
3. VDSDHL diukur berdasarkan prosedur ISTA (2010), menggunakan alat conductivity meter. Benih kedelai sebanyak 50 butir dimasukkan ke dalam wadah (gelas jar) dan tambahkan air bebas ion sebanyak 100 ml kemudian tutup dengan alumunium foil dan tempatkan pada suhu 20±2 OC selama 24 jam. Dua gelas piala yang hanya diisi dengan air murni digunakan sebagai kontrol, ditutup dengan alumunium foil dan ditempatkan pada kondisi yang sama dengan benih. Benih dikeluarkan dari gelas piala dengan menuangkan benih dan air menggunakan saringan, selanjutnya masukkan ujung sel alat ukur (dip cell) ke dalam air rendaman serta ukur/baca nilai konduktivitasnya. Setiap kali selesai pengukuran ujung sel alat ukur harus selalu dibilas dan dikeringkan. Penghitungan VDSDHL benih untuk masing-masing ulangan
menggunakan rumus sebagai berikut :
... (persamaan 12) Pengukuran DHL benih dan alat yang digunakan ditampilkan pada Gambar 2.
Gambar 2 Pengukuran DHL benih menggunakan conductivity meter.
petridish dan dikeringkan menggunakan oven pada suhu 103 sampai 105 OC selama 17 sampai 24 jam, selanjutnya ditimbang bobot kering benih.
5. Kelembaban relatif dan suhu ruang simpan diukur menggunakan
thermohigrometer dan pengamatan dilakukan setiap hari dengan waktu pengamatan tiga kali yaitu pagi, siang dan sore hari.
6. Jari-jari benih diukur menggunakan jangka sorong digital. Hasil pengukuran menggunakan jangka sorong digital berupa diameter benih, selanjutnya nilai tersebut dibagi dua untuk mendapatkan nilai jari-jari benih. Benih kedelai berbentuk elips, sehingga pengukuran jari-jari benih terdiri atas jari-jari panjang dan jari-jari pendek. Jari-jari pendek adalah rata-rata dari dua bagian pendek benih. Jumlah contoh benih untuk tiap varietas yang diuji sebanyak 5 butir benih kedelai yang diambil secara acak. Pengukuran jari-jari benih dan jangka sorong digital yang digunakan ditampilkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Pengukuran jari-jari benih menggunakan jangka sorong digital.
Penyusunan Model
Penyusunan model diawali dengan menyusun diagram alir (flowchart), menentukan hubungan yang logik antar variabel yang digunakan dan merangkai hubungan antar variabel menggunakan perangkat lunak pemodelan.
Model yang disusun terdiri terdiri atas: (1) model pendugaan vigor daya simpan benih kedelai berdasarkan persamaan viabilitas dan dikembangkan dengan memasukkan variabel kemasan dan varietas, dan (2) model dinamik penyimpanan benih kedelai. Model pendugaan vigor daya simpan benih menggunakan perangkat lunak Microsoft Excell 2010, sedangkan model dinamik penyimpanan benih menggunakan StellaV9.0.2.
Diagram Alir Penyimpanan Benih. Penyusunan diagram alir merupakan langkah penting dalam membuat desain model ke dalam komputer (Handoko 2005), karena melalui diagram alir tersebut dapat diketahui peubah yang terlibat dan hubungan antar peubah dalam penyimpanan. Sebelum menyusun diagram alir terlebih dahulu dilakukan identifikasi variabel yang terlibat dan keterkaitan antar variabel selama penyimpanan.
Hubungan antar Variabel dan Konstanta Model. Hubungan antar variabel dan konstanta untuk tiap model yang disusun sebagai berikut :
(1) Model Pendugaan Vigor Daya Simpan Benih Kedelai berdasarkan Persamaan Viabilitas
Model pendugaan daya simpan benih berdasarkan persamaan viabilitas terdiri atas dua komponen persamaan yang menghubungkan antar variabel dan konstanta model sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, yaitu persamaan (2) dan persamaan (3).
... (persamaan 2) Persamaan (2) menggambarkan kurva kelangsungan hidup benih, v adalah viabilitas benih yang dinyatakan dalam probit, adalah simpangan baku distribusi frekuensi kematian benih pada periode tertentu (hari), p adalah periode simpan (hari) dan Ki intersep atau viabilitas awal sebelum simpan yang
dinyatakan dalam probit.
Persamaan (3) menggambarkan hubungan antara waktu yang diperlukan vabilitas benih untuk turun satu probit(σ, hari), suhu ruang simpan (t, oC) dan kadar air (m, % wb), sedangkan KE, CW, CH dan CQ merupakan konstanta spesifik komoditas.
Konstanta spesifik untuk komoditas kedelai berdasarkan Kruse et al. (2005) yaitu KE (7.748), CW (3.979), CH (0.053) dan CQ (0.000228).
Nilai kadar air benih (m) pada persamaan (3) pada periode simpan tertentu diduga berdasarkan nilai permeabilitas kemasan yang digunakan dan varietas yang disimpan, sedangkan nilai suhu (t) diduga menggunakan dua pendekatan yaitu nilai suhu efektif (TE) dan suhu rata-rata mingguan yang diperoleh dari hasil
pengukuran selama percobaan.
(2) Model Dinamik Penyimpanan Benih Kedelai
Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menghubungkan antar variabel dan konstanta model dinamik penyimpanan benih kedelai terdiri atas: (a) persamaan Moyls, (b) persamaan Hendeson, dan (c) persamaan Taliroso.
a. Persamaan Moyls (Arpah 2007)
... (persamaan 9) Persamaan (9) menunjukkan nilai permeabilitas kemasan yang dipengaruhi oleh n/t (jumlah air terserap per hari, g.hari-1), luas permukaan kemasan (A, m2), RH luar (RHout, %) dan RH dalam (RHin, %) kemasan, tekanan uap air jenuh (Po, mmHg).
b. Persamaan Henderson (Henderson & Perry 1976) yang terdiri atas dua komponen, yaitu :
... (persamaan 13) RH adalah kelembaban relatif dalam kemasan (RH in, %), T adalah suhu (OR), c dan n adalah konstanta spesifik varietas, untuk varietas kedelai c: 3.20x10-5 dan n: 1.52. RH dalam kemasan (RH in) diperoleh setelah memasukkan nilai permeabilitas kemasan dan RH luar kemasan sebagai input model menggunakan persamaan Moyls.
Mt adalah kadar air benih pada periode simpan t hari (%), MO adalah kadar air
awal benih, Me kadar air keseimbangan (%), A luas permukaan benih (m2), Ɵ
periode simpan (hari), dan k koefisien divusivitas benih kedelai. Nilai k pada persamaan (15) ditentukan menggunakan persamaan :
... (persamaan 15) Dv adalah divusivitas untuk varietas kedelai sebesar 10-11 m2.detik-1, dan r adalah jari-jari benih kedelai. Benih kedelai berbentuk oval atau elips, sehingga terdapat dua nilai r benih kedelai yang digunakan dalam persamaan yaitu r-a untuk jari-jari benih kedelai sisi panjang dan r-b untuk sisi pendek.
c. Persamaan Taliroso (Taliroso 2008)
... (persamaan 16) Persamaan (16) merupakan persamaan regresi antara vigor daya simpan benih dengan DHL.
Simulasi dan Verifikasi Model
Simulasi Model. Simulasi model dilakukan untuk mengetahui tingkat ketepatan (logik) model yang telah disusun, sehingga dapat ditentukan validitas model tersebut. Input yang digunakan dalam simulasi terdiri atas permeabilitas kemasan, kadar air, viabilitas awal dan suhu, sedangkan output simulasi terdiri atas vigor daya simpan dan lama simpan benih.
