PEMODELAN PERTUMBUHAN DAN SERAPAN NITROGEN PADA PRODUKSI BENIH KACANG BAMBARA (Vigna subterranea (L.) Verdc)

Abstract

Kacang Bambara tergolong underutilized crop dibandingkan tanaman legum lainnya, sehingga menimbulkan kesenjangan pengetahuan dalam produksi, yang menyebabkan produktivitas kacang Bambara rendah. Solusi untuk meningkatkan produksi kacang Bambara dapat dilakukan dengan cara mengembangkan varietas yang memiliki produktivitas tinggi. Varietas kacang Bambara belum tersedia di Indonesia sampai saat ini, sehingga petani masih menanam galur lokal adaptif dengan produktivitas rendah. Rendahnya produktivitas kacang Bambara merupakan masalah utama dalam pengembangannya. Tersedianya benih bermutu merupakan salah satu solusi tercepat dalam peningkatan produksi kacang Bambara. Mutu benih merupakan perwujudan dari pengaruh berbagai faktor selama pembentukan, perkembangan, dan periode hidup benih. Pemahaman terhadap proses dari faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses pertumbuhan dan produksi tanaman menjadi sangat penting dalam usaha peningkatan mutu benih. Pemahaman terhadap proses pertumbuhan tanaman dalam produksi benih kacang Bambara secara komprehensif dan simultan sulit dilaksanakan. Pemahaman dilakukan dengan pendekatan model, yaitu mengkuantifikasi beberapa proses utama yang sangat menentukan terhadap pertumbuhan dan produksi kacang Bambara. Model pertumbuhan dan serapan nitrogen disusun untuk menggambarkan proses suhu mempengaruhi perkembangan tanaman, proses radiasi matahari mempengaruhi fotosintesis dan bobot kering, air mempengaruhi fotosintesis dan bobot kering, serta serapan nitrogen mempengaruhi bobot kering. Suhu melalui photothermal unit memberikan informasi tentang fase-fase perkembangan tanaman. Radiasi matahari mempengaruhi proses fotosintesis setelah tanaman berdaun, yang didukung oleh faktor air dan nitrogen. Perkecambahan benih memanfaatkan cadangan makanan dalam benih untuk membentuk struktur akar, tangkai daun, dan daun, sebelum fotosintesis dapat dilakukan oleh daun tanaman. Fotosintat pada tanaman yang sudah berfotosintesis ditranslokasikan untuk pembentukan struktur tanaman, pemeliharaan organ, dan disimpan sebagai cadangan makanan. Aliran air bersama nitrogen masuk ke organ tanaman melalui serapan akar, bersamaan dengan proses transpirasi. Nitrogen merupakan unsur yang dibutuhkan dalam jumlah terbesar bagi tanaman yang merupakan konstituen integral dari protein, asam nukleat, klorofil, co-enzim, fitohormon, dan metabolit sekunder. Model pertumbuhan dan produksi tanaman, diharapkan berfungsi sebagai instrumen dalam pengambilan keputusan dalam mengelola produksi kacang Bambara dan melakukan pendugaan produksi berdasarkan model yang diperoleh, yang pada gilirannya untuk menghasilkan benih kacang Bambara yang bermutu. Tujuan umum penelitian ini adalah untuk menyusun model pertumbuhan tanaman dan serapan nitrogen pada produksi benih enam lanras kacang Bambara. Tujuan khusus dari penelitian ini adalah (1) menyusun model yang dikonstruksi oleh sub model perkembangan, pertumbuhan, kecukupan air, dan serapan nitrogen; (2) merumuskan metode pendugaan produksi benih berdasarkan simulasi model; (3) merumuskan metode pendugaan kecukupan air dalam produksi benih berdasarkan simulasi model; (4) dan merumuskan metode pendugaan serapan nitrogen dalam produksi benih berdasarkan simulasi model. Manfaat penelitian ini diharapkan dapat menjadi rujukan dan rekomendasi bagi produsen benih dalam memproduksi benih kacang Bambara. Model pertumbuhan dan serapan nitrogen dapat mempercepat penyelesaian permasalahan produksi berdasarkan proses fisiologis berdasarkan pendugaan. Penelitian dilaksanakan dengan tiga macam kegiatan, yaitu desk study, lapangan percobaan, dan pengujian laboratorium. Desk study dilakukan pada Januari 2022 sampai dengan Desember 2024. Percobaan di lapangan dilakukan bulan Juli 2022 sampai dengan Maret 2023, di kebun percobaan Sawah Baru IPB. Pengujian di laboratorium dilakukan pada Juli 2022 sampai dengan Maret 2023, di Laboratorium Pengujian AGH IPB, Laboratorium Penyimpanan dan Pengujian Mutu Benih AGH IPB, serta Laboratorium Pengujian Balai Penelitian Tanah, Balitbangtan. Metode pemodelan mencakup empat langkah yaitu (1) identifikasi komponen sistem, (2) konstruksi model, (3) simulasi model, dan (4) validasi model. Pertumbuhan kacang Bambara dipengaruhi oleh agroklimat dan media tumbuh. Agroklimat yang paling mempengaruhi adalah suhu, radiasi, panjang hari, curah hujan disamping kelembaban dan kecepatan angin. Media tumbuh berkaitan dengan kesediaan air tanah dan unsur hara. Hara utama yang paling banyak diperlukan oleh tanaman adalah nitrogen. Sistem yang diidentifikasi adalah sistem perkembangan, pertumbuhan, kecukupan air, dan serapan nitrogen. Model yang dikonstruksi terdiri atas empat sub model yaitu (1) model perkembangan, (2) model pertumbuhan, (3) model kecukupan air, dan (4) model serapan nitrogen. Model perkembangan dikontruksi berdasarkan input suhu dan panjang hari melalui photothermal unit dengan output berupa fase perkembangan tanaman. Model pertumbuhan merupakan konstruksi respon ekofisiologis tanaman terhadap radiasi matahari dan suhu dalam fotosintesis dan respirasi. Komponen input untuk menyusun model antara lain suhu, radiasi matahari, efisiensi penggunaan cahaya, koefisien pemadaman, luas daun spesifik, dan koefisien partisi karbohidrat pada setiap fase perkembangan tanaman. Output model pertumbuhan dan perkembangan berupa bobot kering organ tanaman. Penyusunan model perkembangan dan pertumbuhan diperoleh dari percobaan 2, hasil simulasi model untuk output bobot kering akar, tangkai daun, daun, dan polong menggunakan data aktual yang diperoleh dari percobaan 1. Model kecukupan air merupakan salah satu pengendali utama dalam pertumbuhan tanaman dan penggunaannya dapat diestimasi menggunakan input komponen cuaca dan air tanah. Output dari model kecukupan air adalah ketersediaan air tanaman. Model serapan nitrogen menggambarkan tanaman menyerap nitrogen pada seluruh organ tanaman sepanjang siklus hidupnya berdasarkan komponen input berupa ketersediaan nitrogen melalui pemupukan. Output model berupa serapan nitrogen pada tanaman. Penyusunan model perkembangan dan pertumbuhan diperoleh dari percobaan 3, hasil simulasi model untuk output bobot kering organ menggunakan data aktual yang diperoleh dari percobaan 1. Model pertumbuhan dan serapan nitrogen pada produksi benih kacang Bambara (Vigna subterranea (L.) Verdc) berhasil dikonstruksi berupa Model construction layer dan equation layer Stella pada enam lanras kacang Bambara. Simulasi model menggunakan interface layer Stella sehingga menghasilkan grafik pertumbuhan dan serapan nitrogen dengan output bobot kering akar, tangkai daun, daun dan polong. Kriteria mutu benih diindikasi dengan hasil simulasi bobot kering. Validasi model dilakukan dengan membandingkan hasil simulasi bobot kering dengan aktual. Validasi menggunakan kriteria hasil simulasi masuk dalam standar deviasi aktual minimal 80%. Tingkat validitas model pertumbuhan dan serapan nitrogen pada enam lanras Tasikmalaya mencapai 82,4%, Sukabumi 82,4%, Sumedang 94,1%, Sumedang kecil 82,4%, Bogor 88,2%, dan lanras Gresik 82,4%, sehingga model dinyatakan valid. Model pertumbuhan dan serapan nitrogen pada produksi benih kacang Bambara (Vigna subterranea (L.) Verdc) layak digunakan untuk pendugaan. Metode pendugaan produksi dilakukan dengan memasukkan input suhu, lama penyinaran, radiasi matahari, curah hujan, angin, kecepatan angin, RH, nitrogen, pada model yang sudah dikonstruksi dengan software Stella 9.0.2, sehingga hasil pendugaan berupa bobot kering polong dapat dilihat pada interface layer Stella. Metode pendugaan kecukupan air pada model yang sudah dikonstruksi didasarkan kepada kriteria konstanta kecukupan air (Fair) = 1, yang tertera pada interface layer Stella. Metode pendugaan serapan nitrogen pada model yang sudah dikonstruksi didasarkan pada kriteria konstanta kecukupan nitrogen (FNit) = 1, yang tertera pada interface layer Stella. Model ini memberikan dasar yang kuat untuk memprediksi dinamika pertumbuhan dan perkembangan tanaman kacang Bambara dalam rangka produksi benih. Jika disempurnakan lebih lanjut, model ini berpotensi digunakan sebagai alat bantu pengambilan keputusan dalam sistem pertanian presisi, pemuliaan tanaman, dan evaluasi agroekosistem berbasis simulasi.