Struktur Anatomi Kayu .1 Ciri Makroskopis Kayu

23 Pengukuran Dimensi Serat dan Penentuan Nilai Turunan Dimensi Serat Dimensi serat merupakan salah satu sifat penting kayu yang dapat digunakan sebagai dasar memilih kayu untuk produksi pulp dan kertas. Dimensi serat dari pohon diameter 40 cm, 50 cm, dan 60 cm dapat dilihat pada Tabel 3.2. Dari Tabel 3.2 terlihat bahwa dimensi serat kayu maniani memiliki keragaman baik antar diameter batang maupun bagian batang. Menurut Tsoumis 1991, keragaman secara horisontal terjadi karena perubahan tebal dinding dan panjang serat, sedangkan secara vertikal keragaman terjadi pada panjang serat. Variasi struktur kayu bervariasi dapat terjadi baik dari empulur ke kulit maupun dari pangkal ke ujung batang. Berdasarkan klasifikasi IAWA 2008, maka kayu maniani dikategorikan memiliki panjang serat sedang 900 sampai 1600 µ m, dan dinding sel sangat tipis sampai tebal. Berdasarkan klasifikasi Klemn Nurahman dan Silitonga 1973, diameter serat kayu ini tergolong sedang 10 sampai 25 µ m. Priasukmana dan Silitonga 1972 menyatakan bahwa dinding serat yang tipis dengan diameter yang besar dapat menyebabkan collapse dalam pembentukan lembaran yang rata, namun memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Sebaliknya jika dinding serat tebal akan lebih tahan terhadap collapse namun kekuatan tariknya rendah. Lembaran kertasnya pun akan lebih tebal. Selain mempengaruhi kekuatan pulp dan kertas, dimensi serat berpengaruh pula pada sifat-sifat kayu. Ukuran dimensi serat mempengaruhi tekstur kayu. Panjang serat juga mempengaruhi sifat fisis dan mekanis kayu. Kayu dengan serat panjang akan memiliki kekuatan tarik tensile strength yang tinggi Jane 1942 yang diacu dalam Priasukmana dan Silitonga 1972. Persyaratan serat untuk bahan baku pulp dan kertas juga ditentukan oleh nilai turunan dimensi serat. Nilai turunan dimensi serat dan nilai kelas serat dari pohon diameter 40 cm, 50 cm, dan 60 cm seperti pada Tabel 3.3. Tabel 3.2 Dimensi serat kayu maniani Bagian batang Sub- bagian Panjang serat µm Diameter serat µm Diameter lumen µm Tebal dinding serat µm Diameter 40 cm Pangkal 1192.50 ± 62.43 18.15 ± 1.23 11.48 ± 1.94 3.34 ± 0.70 Tengah 1079.09 ± 84.13 18.20 ± 1.05 13.05 ± 1.32 2.58 ± 0.44 Ujung 1089.77 ± 102.94 17.81 ± 1.01 12.03 ± 1.23 2.89 ± 0.21 Rata-rata 1127.56 18.07 12.13 2.97 Diameter 50 cm Pangkal 1164.02 ± 93.94 17.01 ± 1.79 7.67 ± 3.86 4.67 ± 1.28 Tengah 1040.17 ± 145.70 18.45 ± 1.49 12.58 ± 1.97 2.94 ± 0.38 Ujung 1050.19 ± 87.12 15.12 ± 1.03 6.38 ± 2.64 4.37 ± 0.95 Rata-rata 1088.89 16.89 8.84 4.03 Diameter 60 cm Pangkal 1107.07 ± 65.36 20.23 ± 1.62 14.75 ± 2.06 2.74 ± 0.30 Tengah 1120.54 ± 87.05 19.84 ± 1.59 14.98 ± 2.04 2.43 ± 0.53 Ujung 1133.91 ± 74.23 17.61 ± 1.46 12.00 ± 1.61 2.81 ± 0.27 Rata-rata 1121.70 19.18 13.85 2.66 24 Tabel 3.3 Nilai turunan dimensi serat kayu maniani Bagian batang Sub- bagian Runkel ratio Muhlsteph ratio Flexibility ratio Felting power Rigidity Diameter 40 cm Pangkal 0.61 ± 0.21 0.60 ± 0.10 0.63 ± 0.08 65.98 ± 5.79 0.18 ± 0.04 Tengah 0.40 ± 0.09 0.48 ± 0.05 0.72 ± 0.04 59.45 ± 5.08 0.14 ± 0.02 Ujung 0.49 ± 0.09 0.54 ± 0.05 0.67 ± 0.04 61.20 ± 5.08 0.16 ± 0.02 Rata-rata 0.50 0.54 0.67 62.21 0.16 Diameter 50 cm Pangkal 1.72 ± 1.26 0.78 ± 0.17 0.44 ± 0.18 69.30 ± 9.71 0.28 ± 0.09 Tengah 0.49 ± 0.20 0.54 ± 0.08 0.68 ± 0.07 56.26 ± 6.27 0.16 ± 0.03 Ujung 1.94 ± 1.60 0.81 ± 0.12 0.41 ± 0.15 69.62 ± 5.77 0.29 ± 0.08 Rata-rata 1.38 0.71 0.51 65.06 0.24 Diameter 60 cm Pangkal 0.38 ± 0.09 0.47 ± 0.07 0.73 ± 0.05 55.19 ± 6.59 0.14 ± 0.02 Tengah 0.33 ± 0.09 0.43 ± 0.09 0.75 ± 0.06 56.66 ± 4.56 0.12 ± 0.03 Ujung 0.48 ± 0.10 0.54 ± 0.06 0.68 ± 0.04 64.90 ± 7.62 0.16 ± 0.02 Rata-rata 0.40 0.48 0.72 58.91 0.14 Tabel 3.3 menunjukkan bahwa kayu diameter 50 cm memiliki bilangan Runkell yang tinggi. Hal ini disebabkan oleh dinding serat pada kayu diameter 50 cm lebih tebal dibanding kayu diameter 40 cm dan 60 cm. Bilangan Runkell yang tinggi menurunkan kualitas lembaran kertas. Dinding sel dan lumen yang berukuran sedang biasanya terdapat pada jenis kayu yang setengah ringan atau agak berat. Bilangan Runkell yang rendah berarti serat berdinding tipis, lebih mudah memipih sehingga daerah kontak antar serat yang terbentuk semakin luas, proses penggilingan, pengepresan dan pengeringan juga lebih baik. Muhlsteph ratio yang rendah juga meningkatkan kualitas lembaran kertas. Semakin kecil muhlsteph ratio, semakin besar diameter lumen sehingga serat semakin mudah menggepeng dan memiliki daya lipat yang tinggi. Flexibility ratio yang terbesar terbaik dimiliki oleh kayu diameter 60 cm. Hal ini berarti diameter lumennya paling besar dan diameter seratnya kecil. Pulp yang dihasilkan mudah menggepeng dan memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Felting power yang tertinggi pada kayu diameter 50 cm menandakan serat tersusun lebih rapat sehingga kertas yang dihasilkan memiliki kekuatan sobek yang lebih tinggi. Felting power juga mempengaruhi daya lentur serat sehingga ikatan antar serat menjadi lebih baik. Koefisien rigidity yang rendah menandakan dinding serat yang tipis dengan diameter serat yang lebar. Pembentukan lembaran kertas lebih fleksibel sehingga kualitas jalinan ikatan antar seratnya bagus. Berdasarkan kriteria penilaian untuk bahan baku pulp dan kertas Departemen Pertanian 1976, maka serat kayu maniani termasuk dalam kualitas II yaitu cocok untuk bahan baku kertas seni atau pengemas. Namun penggunaan kayu maniani sebagai bahan baku pulp dan kertas tidaklah disarankan mengingat potensi kayu ini sangat baik jika digunakan dalam bentuk solid utuh untuk berbagai produk, di antaranya sebagai kayu konstruksi maupun furniture. 25 Batas Kayu Juvenil dan Kayu Dewasa Volume dan persentase kayu muda juvenil dapat ditentukan berdasarkan salah satu indikator yaitu panjang serat secara horizontal, mulai dari empulur ke arah kulit pada tingkat ketinggian tertentu pada batang. Secara struktural kayu juvenil dicirikan dengan kenaikan dimensi panjang serat secara progresif hingga adanya kecenderungan konstan pada titik tertentu, maka kayu dewasa mature wood mulai terbentuk, dan sebaliknya pertumbuhan kayu muda mulai terhenti. Lamanya pembentukan kayu muda di antara jenis kayu sangat bervariasi, umumnya berkisar antara 5 - 20 tahun Panshin dan de Zeeuw 1980. Dengan menggunakan persamaan regresi dengan fungsi resiprokal, diperoleh trend pertambahan panjang serat dari empulur ke kulit seperti pada Gambar 3.3. Gambar 3.3 Panjang serat dari empulur ke arah kulit pada diameter batang 40 cm ♦ , 50 cm ■ dan 60 cm ▲ Dari Gambar 3.3 terlihat terjadi peningkatan panjang serat dari ketiga diameter pohon hingga jarak 11 - 13 cm dari empulur. Setelah itu panjang serat menunjukkan nilai yang relatif konstan hingga ke arah kulit. Dengan demikian dapat diduga bahwa bagian kayu dewasa mulai terbentuk di bagian pangkal batang setelah 13 cm dari empulur sehingga dapat dikatakan bahwa proporsi kayu juvenil pada bagian pangkal batang sebesar 30 - 50 dari total volume kayu. Menurut Bendtsen 1978 dalam Haygreen dan Bowyer 1989, perubahan kayu juvenil ke kayu dewasa ditunjukkan oleh kenaikan nilai berat jenis, kerapatan, panjang sel, kekuatan, tebal dinding sel, penyusutan transversal dan persen kayu akhir. Menurut Glass dan Zelinka 2010 dan Tsoumis 1991, kayu juvenil meliputi seluruh riap pertumbuhan yang terletak dekat dengan empulur, dimana riap pertumbuhannya memiliki ciri-ciri adanya bagian kayu akhir yang kurang jelas, sel-selnya lebih pendek, sudut mikrofibrilnya lebih besar, derajat kristalinitas dan kadar selulosanya lebih rendah bila dibandingkan dengan kayu dewasa yang akan dibentuk kemudian. Karena sudut mikrofibril yang besar pada dinding sel lapisan S2, maka dapat memberi peluang terjadinya penyusutan longitudinal yang relatif besar ketika dikeringkan, sehingga menyebabkan cacat kayu seperti memuntir, memangkuk dan retak. Kayu juvenil berpengaruh besar pula terhadap berkurangnya sifat-sifat mekanis kayu. 600 800 1000 1200 1400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 P a n ja n g se ra t m ik ro n Jarak dari empulur cm 50µm 26 3.2 Sifat Fisis Kayu 3.2.1 Kadar Air Segar Gambar 3.4 memperlihatkan bahwa kadar air kondisi segar KAS kayu maniani pada bagian teras lebih tinggi dibandingkan gubalnya. Berbeda dengan kayu daun jarum yang selalu memiliki kadar air kayu gubal yang lebih tinggi dibandingkan terasnya, maka kadar air kayu daun lebar dapat berbeda-beda antara kayu gubal dan terasnya tergantung pada jenis kayu itu sendiri. Walaupun nilai kadar air setiap jenis kayu berada pada kisaran tertentu, namun variasi di dalam pohon cukup besar Glass dan Zelinka 2010. Di dalam sel, keberadaan air dikelompokkan menjadi dua yaitu air bebas dan air terikat. Air bebas terletak pada rongga sel yang memberikan pengaruh berat pada kayu serta air terikat yang terletak pada dinding sel dan mikrofoid memberikan pengaruh berat dan dimensi pada kayu. Jumlah air bebas tergantung pula pada porositas dan volume kayu Siau 1971. Kayu teras memiliki kerapatan yang tinggi, dengan demikian jumlah komponen penyusun kayu seperti selulosa dan hemiselulosa juga semakin banyak. Kandungan selulosa yang tinggi pada kayu teras memberikan peluang terjadinya ikatan hidrogen dengan air lebih banyak pula. Setiap unit glukosa yang mengandung tiga gugus hidroksil dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air pada daerah amorph Siau 1995; Skaar 1972. Nilai KAS berkisar antara 32.97 - 78.91. Kayu teras pada bagian tengah batang untuk masing-masing diameter 40 cm, 50 cm dan 60 cm memiliki kadar air segar yang tertinggi. Berdasarkan sidik ragam terhadap nilai KAS pada selang kepercayaan 95, terdapat perbedaan nilai KAS pada setiap diameter batang dan bagian batang pada setiap diameter batang. Hasil uji Duncan untuk KAS tersaji pada Tabel 3.4 Keterangan : PT = pangkal teras TT = tengah teras UT = ujung teras PG = pangkal gubal TG = tengah gubal UG = ujung gubal Gambar 3.4 Kadar air segar kayu maniani 20 30 40 50 60 70 80 PT PG TT TG UT UG K ad ar A ir Bagian Batang Diameter 40 cm Diameter 50 cm Diameter 60 cm 27 Tabel 3.4 Hasil uji Duncan KAS pada diameter batang 40 cm, 50 cm dan 60 cm Bagian batang Diameter 40 cm Diameter 50 cm Diameter 60 cm PT 51.409 def 44.794 f 70.190 ab PG 44.660 f 35.346 g 53.026 de TT 67.698 ab 73.150 a 72.910 a TG 52.692 de 58.758 cd 58.722 cd UT 63.122 bc 53.101 de 67.938 ab UG 52.836 de 50.792 ef 54.873 de 3.2.2 Kadar Air Kering Udara Nilai kadar air kering udara KAU berkisar antara 10.57 - 17.54 Gambar 3.5. Berbeda dengan nilai KAS yaitu kayu teras memiliki kadar air yang lebih tinggi, maka pada kondisi kering udara kadar air kayu gubalnya yang lebih tinggi dibandingkan kayu teras. Kayu gubal mengandung sel kayu yang masih hidup, dengan demikian kandungan pati di dalam sel diduga masih tinggi. Hal ini mempengaruhi jumlah kadar air pada kayu gubal. Berdasarkan analisis sidik ragam terhadap nilai KAU pada selang kepercayaan 95 diperoleh hasil bahwa tidak terdapat perbedaan KAU antar diameter batang, namun demikian terdapat perbedaan pada bagian batang. Hasil uji Duncan seperti pada Tabel 3.5. Tabel 3.5 Hasil uji Duncan KAU pada diameter batang 40 cm, 50 cm dan 60 cm Bagian batang Diameter 40 cm Diameter 50 cm Diameter 60 cm PT 13.51 b 13.56 b 14.62 ab PG 16.03 a 15.66 ab 16.32 a TT 15.20 ab 15.24 ab 15.45 a TG 16.50 a 16.69 a 16.56 a UT 15.67 ab 14.59 ab 14.87 ab UG 15.40 ab 16.17 a 16.40 a Gambar 3.5 Kadar air kering udara kayu maniani 10 11 12 13 14 15 16 17 PT PG TT TG UT UG Ka d a r a ir Bagian batang Diameter 40 cm Diameter 50 cm Diameter 60 cm 28 3.2.3 Berat Jenis Nilai berat jenis BJ kayu maniani berkisar antara 0.49 - 0.98 dengan rata- rata 0.61. Bagian pangkal batang pada setiap diameter kayu memiliki BJ tertinggi, sedangkan bagian ujung batang sedikit lebih tinggi dibandingkan pada bagian tengah batang Gambar 3.6. Berdasarkan sidik ragam terhadap nilai BJ pada selang kepercayaan 95, terdapat perbedaan nilai BJ antara diameter batang dan posisinya pada masing- masing diameter batang. Hasil uji Duncan tersaji pada Tabel 3.6. Tabel 3.6 Hasil uji Duncan BJ pada diameter batang 40 cm, 50 cm dan 60 cm Bagian batang Diameter 40 cm Diameter 50 cm Diameter 60 cm PT 0.664 c 0.863 a 0.600 def PG 0.749 b 0.835 a 0.569 defg TT 0.514 g 0.508 g 0.504 g TG 0.556 defg 0.548 efg 0.522 g UT 0.569 defg 0.613 cd 0.559 defg UG 0.590 def 0.608 cde 0.541 fg Menurut Bowyer et al. 2003, bagian pangkal kayu cenderung memiliki BJ yang lebih tinggi daripada bagian kayu yang lebih tinggi dalam batang utama. Menurut Tsoumis 1991, BJ dipengaruhi oleh kadar air, struktur kayu, zat ekstraktif dan komponen kimia. Peningkatan kadar air cenderung untuk meningkatkan kerapatan kayu karena berat kayu yang bertambah dan volume yang walaupun meningkat pada awalnya hingga kapasitas maksimum sel untuk mengembang, namun setelah itu volume kayu akan konstan. Kerapatan kayu bervariasi tergantung jumlah penyusun dinding sel dan rongga sel pada volume tertentu. Lebar lingkaran pertumbuhan dan proporsi kayu akhir juga mempengaruhi kerapatan kayu. Kadar ekstraktif yang tinggi dapat pula meningkatkan berat jenis pada kayu teras. Komponen kimia penyusun dinding sel seperti selulosa dan lignin juga mempengaruhi kerapatan kayu. Gambar 3.6 Berat jenis kayu maniani 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 PT PG TT TG UT UG B e ra t je n is Bagian batang Diameter 40 cm Diameter 50 cm Diameter 60 cm 29 BJ h asil penelitian ini lebih tinggi dibandingkan dengan hasil penelitian Sosef et al. 1998 untuk jenis kayu yang sama. Menurut Sosef et al. 1998, rata- rata BJ kayu maniani 0.56. Berdasarkan nilai BJ kayu, maka kayu ini termasuk dalam kayu dengan Kelas Kuat II Den Berger 1923 dalam Martawijaya et al. 2005. 3.2.4 Penyusutan Kayu Penyusutan kayu arah tangensial dan radial dari kondisi segar ke kondisi kering udara ditunjukkan pada Gambar 3.7 dan 3.8. Rata-rata penyusutan tangensial dan radial masing-masing sebesar 2.48 dan 1.21. Terlihat bahwa penyusutan pada arah tangensial lebih besar daripada penyusutan radialnya. Penyusutan pada bidang tangensial lebih besar dari radial disebabkan oleh susunan jari-jari yang memanjang ke arah radial sehingga penyusutan ke arah radial menjadi tertahan oleh jari-jari. Selain itu dapat pula disebabkan oleh jumlah noktah yang rapat pada dinding radial Brown et al. 1952. Perbedaan jumlah zat penyusun dinding sel secara radial dan tangensial dan keberagaman sudut mikrofibril juga mempengaruhi besar kecilnya penyusutan kayu pada arah yang berbeda Haygreen dan Bowyer 1989. Tingginya kadar air pada kayu teras diiringi pula oleh tingginya penyusutan pada bagian tersebut. Menurut Haygreen dan Bowyer 1989, jumlah penyusutan yang terjadi umumnya sebanding dengan jumlah air yang keluar dari dinding sel. Artinya kayu dengan kerapatan yang tinggi akan menyusut lebih banyak per persen perubahan kadar air. Bagian pangkal batang cenderung lebih besar penyusutannya dibanding bagian batang lainnya Gambar 3.7 dan 3.8. Hal ini sejalan pula dengan tingginya berat jenis pada bagian tersebut. Kondisi tersebut terjadi karena jumlah penyusun dinding sel yang lebih banyak pada kayu dengan kerapatan tinggi sehingga dinding selnya menjadi lebih tebal. Pada saat air keluar ataupun bertambah, ukuran rongga sel tidak mengalami perubahan. Kayu dengan kerapatan tinggi mengandung sejumlah air yang lebih banyak pula dalam dinding selnya Tsoumis 1991. Gambar 3.7 Penyusutan tangensial T kayu dari kondisi segar ke kering udara 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 PT PG TT TG UT UG P e n yu su ta n Bagian batang Diameter 40 cm Diameter 50 cm Diameter 60 cm