Kajian Kualitas Perairan Terhadap Kelimpahan

32
METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Lokasi penelitian terletak di Kepulauan seribu, DKI Jakarta. Lokasi
penelitian tersebut yaitu Pulau Lancang, Pulau Pari dan Pulau Pramuka
(Gambar 7). Pelaksanaan penelitian di lapangan dan analisis laboratorium
berlangsung selama 5 bulan, mulai bulan Agustus -Desember 2005.
Penentuan Stasiun
Stasiun penelitian ditetapkan setelah mengevaluasi kondisi kualitas air
dan spons di Kepulauan Seribu melalui penelitian pendahuluan yang
dilaksanakan tanggal 4-5 Mei 2005. Penentuan stasiun didasarkan atas
perbedaan kondisi variabel fisika dan kimia perairan. Pulau Lancang (daerah
yang paling dekat dengan daratan utama, Jawa), Pulau Pari (daerah yang telah
mengalami gradasi pengaruh daratan utama) dan Pulau Pramuka (daerah yang
relatif sangat sedikit mendapatkan pengaruh daratan utama). Adapun
pengukuran penentuan titik stasiun pengamatan kualitas air dan spons laut
menggunakan alat “GPS” dapat dilihat pada Lampiran 1, dimana pengamatan
kualitas air dan spons lautnya dilakukan pada kedalaman 7 m dan 15 m.
Keterangan :
1 = Stasiun pengamatan 1 Utara Pulau Lancang (UPL)
2 = Stasiun pengamatan 2 Utara Pulau Pari (UPP)
3 = Stasiun pengamatan 3 Barat Pulau Pari (BPP)
4 = Stasiun pengamatan 4 Utara Pulau Pramuka (UPR)
5 = Stasiun pengamatan 5 Timur Pulau Pramuka (TPR)
6 = Stasiun pengamatan 6 Barat Pulau Pramuka (BP R)
7 = Stasiun pengamatan 7 Selatan Pulau Pramuka (SPR)
33
Gambar 7 Peta lokasi penelitian di Kepulauan Seribu DKI Jakarta.
34
Bahan dan Alat
Bahan-bahan penelitian terdiri dari sampel spons laut Demospongiae,
bahan-bahan kimia untuk ekstraksi serta bahan-bahan kimia untuk uji senyawa
bioaktif seperti metanol p.a (pro analysis), etanol 70 % dan etanol 95 %,
Nutrient Broth (NB), Tryptic Soy Broth (TSB), dan akuades. Bahan lainnya
yaitu bioindikator bakteri patogen terdiri atas bakteri (Eschericia coli dan
Staphylococcus aureus) dan antibiotik pembandingnya adalah ampicillin
(0,1g/ml).
Peralatan utama yang dipergunakan adalah blender, timbangan, alat
penggoyang
(shaker), alat
sentrifus, refrigerator, inkubator, oven,
autoclave, spektrofotometer UV-VIS (Spektronik-20), jarum ose, Kertas
cakram (paper disc) dengan ukuran diameter 6 mm, kertas saring whatman
no 40, yellow tips 100 µ dan blue tips 1000 µ dan peralatan gelas.
Metode Penelitian
Pengamatan Spons
Pengamatan spons di ekosistem terumbu karang dilakukan dengan cara
membentangkan rol meter sebagai transek garis sepanjang 50 meter sejajar
dengan garis pantai, sedangkan transek kuadrat diletakkan pada meter ke 10,
20, 30, 40, dan 50. Pengambilan data transek kuadrat dilakukan dengan
metode belt transec (English et al. 1994).
Pengawetan Sampel Spons
Sampel spons yang telah diambil, dipotong bagian tubuhnya dengan
menggunakan pisau cutter, potongan spons dimasukkan kedalam keranjang
plastik yang kemudian dibawa ke permukaan air secara perlahan. Spons hasil
pengelompokkan dimasukkan kedalam pelarut metanol dalam wadah plastik
sampai terendam kemudian ditransfor dalam keadaan dingin menggunakan
cool box pada suhu -20oC.
35
Pengukuran Parameter Oseanografi
Pengukuran parameter Oseanografi fisika, kimia dan biologi dapat
dilihat pada Tabel 3. Parameter suhu, salinitas , kecepatan arus dan pH
dilakukan secara in -situ , sedangkan parameter lainnya dilakukan di
laboratorium Lingkungan PPLH (Pusat Penelitian Lingkungan Hidup), IPB.
Tabel 3 Parameter oseanografi fisik a, kimia dan biologi air yang diamati
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
PARAMETER
Fisika
Suhu
Kekeruhan
TSS
Kecepatan arus
Kimia
Salinitas
Derajat Keasaman (pH)
Oksigen terlarut (DO)
Total Organik Mater (TOM)
BOD5
COD
N-NO3
P-PO4
Silikat
Biologi
Spons laut
METODE /ALAT
Termometer
Turbidimetrik
Gravimetrik
Current draudge
Refraktometer
pH meter
Titrimetrik
Titrimetrik
Titrimetrik
Titrimetrik
Spektrofotometer
Spektrofotometer
Spektrofotometer
Belt transec
SATUAN
0
C
NTU
mg/l
m/det
o
/oo
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
Individu
Pengujian Senyawa Bioaktif Antibak teri Spons
Pengujian senyawa bioaktif antibakteri spons terdiri atas beberapa
tahap, yaitu identifikasi, pembuatan ekstrak kasar , pembuatan media kultur
bakteri, pembiakan bakteri uji dan uji senyawa bioaktif antibakteri.
Identifikasi. Spons diidentifikasi di P 2O LIPI (Pusat Penelitian dan
Pengembangan Oseanologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia), Jakarta.
Identifikasi spons laut didasarkan pada petunjuk Bergquist (1968), Dawson
(1993) , Amir dan Budiyanto (1996).
Pembuatan Ekstrak Spons. Ekstraksi dilakukan dengan metode
maserasi menurut petunjuk Rachmaniar (1994, 1995). Metode tersebut adalah
sebagai berikut: spons ditimbang sebanyak 25 g, lalu dipotong kecil-kecil,
selanjutnya diblender sampai halus. Setelah halus dipindahkan ke dalam
36
erlenmeyer 100 ml dan ditambahkan 35 m l metanol p.a., kemudian diaduk
hingga metanol meresap ke dalam sampel. Erlenmeyer ditutup dengan
aluminium foil dan disimpan selama 24 jam pada suhu kamar. Setelah 24 jam,
suspensi pekat disentrifus selama 15 menit dengan kecepatan 3500 rpm,
disaring dengan kertas saring untuk memisahkan cairan dengan endapannya.
Cairan ditampung di dalam labu takar 25 ml (ekstrak). Setelah ditempatkan
dalam labu takar 25 ml, ekstrak dipindahkan ke dalam botol-botol kecil dan
ditutup rapat. Ekstrak disimpan di dalam lemari pendingin untuk dilakukan
pengujian senyawa bioaktifnya.
Pembuatan Media Kultur Bakteri. Media kultur bakteri yang
digunakan adalah berupa Tryptic Soy Broth , agar plates (Rachmaniar 1994).
Cara pembuatan masing-masing media kultur tersebut adalah sebagai berikut :
-
Tryptic Soy Broth (TSB): 40 g TSB agar puder disuspensi kedalam satu
liter akuades. Campuran dipanaskan hingga larut kemudian disterilkan
dalam autoclave selama 55 menit pada suhu 121 oC. Setelah itu
didinginkan pada suhu kamar.
-
Agar plate: TSB yang telah disterilkan dalam autoclave pada suhu 121
o
C dituangkan kedalam cawan petri masing-masing 15 ml setiap petri.
Kemudian didinginkan pada suhu kamar.
-
Agar miring: TSB yang telah disterilkan dituang kedalam tabung reaksi
yang dimiringkan. Kemudian disterilkan dalam autoclave pada suhu
121 oC. Setelah itu didinginkan pada suhu kamar.
Pembiakan Bakteri Uji. Biakan bakteri uji ditanam dengan metode
agar miring. Biakan bakteri dioleskan pada media agar miring yang telah
memadat secara steril. Kemudian disimpan dalam inkubator pada suhu 37
o
C selama 24 jam. Setelah itu ditambahkan akuades steril dan dibuat
suspensi bakteri dengan konsentrasi sebesar 10 8 sel/ ml. Konsentrasi sebesar
itu dibuat dengan menentukan Optical Density (OD). Alat yang digunakan
Spektrofotometer dengan panjang gelombang 650 nm. Pada OD ini
konsentrasi bakteri setara dengan 10 8 sel/m l (Brock dan Madigan 1991,
diacu dalam Supoyo 1998).
37
Uji Senyawa Bioaktif Antibakteri. Uji senyawa bioaktif antibakteri
menggunakan metode difusi agar. Metode tersebut adalah: larutan agar TSB di
autoclave selama 20 menit pada suhu 20 oC, kemudian didinginkan pada suhu
kamar. Media agar cair yang telah dingin dipindahkan kedalam cawan petri
sebanyak 15 ml kemudian ditutup rapat dan dibia rkan membeku. Biakan
bakteri sebanyak 0,1 µ l disebarkan dalam media agar yang telah padat dan
dibiarkan meresap kedalam media agar selama lebih kurang 15 menit. Paper
disc steril dicelupkan kedalam ekstrak kasar, kemudian dikibaskan sampai
tidak ada larutan yang menetes. Per lakuan kontrol (kontrol positif: ampicillin
dan kontrol negatif: metanol p.a) dikerjakan seperti perlakuan sampel.
Paper disc yang telah diberi ekstrak diletakkan diatas kultur bakteri dala m
agar dan ditutup. Hal sa ma dilakukan untuk kontrol positif dan negatif.
Kultur diinkubasi dalam inkubator pada suhu 37 oC. Pengamatan dilakukan
terhadap ukuran zona bening yang terbentuk disekitar paper disc dan
pengujian ekstraks spons dilakukan sebanyak sembilan kali ulangan
sedangkan untuk kontrol positif dan negatifnya sebanyak lima kali ulangan.
Analisis Data
Analisis Komponen Utama (PCA)
Untuk mendeterminasi sebaran karakteristik fisika-kimia air antar
stasiun
pengamatan,
digunakan
suatu
pendekatan
analisis
statistik
multivariabel yang didasarkan pada analisis komponen utama (Principal
Components Analysis, PCA) dengan menggunakan perangkat lunak program
Statistika 6.
Analisis komponen utama merupakan metode statistik deskriptif yang
bertujuan untuk mempresentasikan dalam bentuk grafik, informasi maksimum
yang terdapat dalam suatu matriks data.
Matriks data yang dimaksud terdiri dari stasiun pengamatan sebagai
individu statistik (baris) dan parameter fisika -kimia air sebagai variabel
kuantitatif (kolom). Data dari parameter-parameter tersebut tidak mempunyai
unit pengukuran dan ragam yang sama, karena itu sebelum dilakukan PCA
data-data tersebut dinormalisasikan terlebih dahulu melalui pemusatan dan
pereduksian. Dengan demikian hasil PCA tidak direalisasikan dari nilai-nilai
38
parameter inisial, tapi dari indeks sintetik yang diperoleh dari kombinasi linier
nilai parameter (Legendre dan Legendre 1983, diacu dalam Bengen 2000).
Pemusatan diperoleh dari selisih antara nilai parameter pengamatan
dengan nilai rata -rata parameter :
C = Xij - X
i
Dimana :
C = nilai pusat
Xij = nilai parameter ke-i untuk pengamatan ke-j (nilai parameter
lingkungan)
X i = nilai rata-rata parameter ke -i (nilai rata -rata parameter
lingkungan)
Pereduksian adalah hasil bagi antara nilai parameter yang telah
dipusatkan dengan nilai simpangan baku parameter tersebut :
R=
Dimana :
R
C
Sd
C
sd
= nilai reduksi
= nilai parameter lingkungan yang tela h dipusatkan
= nilai simpangan baku parameter lingkungan
Untuk menentukan hubungan antara dua parameter digunakan
pendekatan matriks korelasi yang dihitung dari indeks sintetik (Ludwig dan
Reynolds 1988, diacu dalam Bengen 2000) :
Bsxn = A sxn . A ’ nxs
Dimana :
Bsxn
Asxn
A’ nxs
= matriks korelasi, rij
= matriks indeks sintetik, Aij
= matriks transpose A sxn
Korelasi linier antara dua parameter yang dihitung dari indeks
sintetiknya adalah peragam dari kedua parameter tersebut yang telah
dinormalisasikan.
Diantara semua indeks sintetik yang mungkin, didalam PCA dicari
terlebih dahulu indeks yang menunjukkan ragam stasiun maksimumnya.
39
Indeks ini disebut komponen indeks utama pertama yang merupakan sumbu
utama 1 (F1). Suatu proporsi tertentu dari ragam total stas iun dijelaskan oleh
komponen utama pertama (F1). Selanjutnya dicari komponen utama kedua
(F2) yang memiliki kolerasi nihil dengan komponen utama ini. Komponen
utama kedua memberika n informasi terbesar kedua sebagai pelengkap
komponen utama pertama. Proses ini berlanjut terus hingga diperoleh
komponen utama ke -p, dimana bagian informasi yang dapat dijelaskan
semakin kecil. Pada prinsipnya dalam Analisis Komponen Utama digunakan
pengukuran jarak Euklidien (jumlah kuadrat perbedaan antara stasiun untuk
parameter variabel yang berkoresponden pada data). Jarak Euklidien
didasarkan pada rumus :
p
D2 ( i , i’ ) =
∑
(Xij – Xi’ j)2
j =1
Dimana :
D2 = jarak Euklidien (jarak antara pusat data dengan titik data)
i,i’ = 2 stasiun (pada baris)
j = parameter fisika-kimia air (pada kolom, bervariasi dari i ke -p)
Semakin kecil jarak Euklidien antar 2 stasiun, maka makin mirip
karakteristik fisika-kimia air antar kedua stasiun tersebut. Demikian pula
sebaliknya, semakin besar jarak Euklidien antar 2 stasiun, maka semakin
berbeda karakteristik fisik-kimia air antar kedua stasiun tersebut.
Kelimpahan Spons
Kelimpahan spons adalah jumlah individu per satuan luas. Kelimpahan
spons yang ada pada setiap stasiun pengamatan spons dihitung berdasarkan:
X=
∑
xi/n
Dimana :
X = kelimpahan spons (ind/m2)
xi = jumlah individu dalam kuadrat ke -i
n = jumlah satuan contoh atau titik plot (m2 )
40
Struktur Komunitas Spons Laut
Lokasi pengambilan data spons mengikuti lokasi pengambilan data
karang
sehingga didapat gambaran kondisi habitat spons pada ekosistem
terumbu karang. Pengolahan data spons meliputi kelimpahan, indeks
keanekaragaman, indeks keseragaman dan indeks dominansi.
Indeks keanekaragaman (H’) dan indeks keseragaman (E) sering
digunakan untuk menduga kondisi lingkungan perairan. Dengan melihat kedua
indeks tersebut dapat ditentukan suatu lingkungan stabil atau tidak stabil.
Indeks dominansi (C) digunakan untuk menghitung adanya spesies tertentu
yang mendominasi suatu komunitas pada perairan. Apabila nilai indeks
dominansi tinggi, maka ada spesies tertentu yang mendominasi komunitas di
perairan tersebut demikian pula sebaliknya. Jumlah spesies yang ada pada
komunitas tersebut juga turut menentukan besarnya indeks dominansi. Pada
perairan yang banyak hidup spesies akan memiliki nilai indeks dominansi
yang rendah dibandingkan dengan jumlah spesies yang sedikit dengan catatan
jumlah masing-masing spesiesnya adalah sama.
Struktur komunitas spons terdiri atas indeks keanekaragaman atau
keragaman (H’), indeks keseragaman (E) dan indeks dominansi (C). Ketiga
indeks ini biasanya digunakan dalam analisa populasi dan komunitas
organisme. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
s
H' = − ∑ pi log 2 pi ; pi = ni/N (Odum 1983).......................(1)
i =1
Dimana:
H' =
s =
pi =
ni =
N =
indeks keanekaragaman
jumlah genus spons
proporsi jumlah individu pada genus spons
jumlah individu jenis ke-i
jumlah total individu seluruh jenis
Indeks keseragaman (E) menggambarkan ukuran ju mlah individu antar
spesies dalam suatu komunitas spons. Rumus yang digunakan adalah:
E=
H`
...........................................................................(2)
H max
41
Dimana:
E
= indeks keseragaman Eveness
H max = indeks keseragaman maksimum = log 2 S
S
= jumlah taksa/spesies/jenis
Dominansi suatu spesies dirumuskan dengan:
s
C =∑
pi2 =
i =1
∑
(ni /N)2....................................................(3)
Dimana:
C = indeks dominansi
Semakin besar jumlah spesies serta semakin kaya dan seimbang
distribusi diantara spesiesnya akan meningkatkan keanekaragaman spesies
yang diukur dengan indeks tersebut di atas. Sebaliknya bila nilainya kecil,
maka komunitas tersebut didomin asi oleh satu atau sedikit spesies. Legendre
dan Legendre (1983) menetapkan bahwa jika H’ = 0 maka komunitas akan
terdiri dari satu spesies/jenis tunggal. Nilai H’ akan mendekati maksimum jika
semua spesies terdistribusi secara merata dalam komunitas.
Kisaran nilai indeks Shannon dapat diklasifikasi sebagai berikut
(Masson 1981) (Tabel 4). Untuk nilai keseragaman dan dominansi, nilainya
berkisar antara 0 hingga 1. Semakin kecil nilai E, nilai C akan mendekati 1,
artinya semakin kecil keseragaman suatu populasi dan ada kecendrungan
bahwa suatu jenis mendominasi populasi tersebut.
Tabe l 4 Tingkat Keanekaragaman jenis berdasarkan nilai indeks
keanekaragaman Shannon Wiener (H’) (sumber: Odum 1983)
Nilai keanekaragaman
jenis (H’)
< 1. 0
1,0 – 3.0
> 3. 0
Tingkat keanekaragaman jenis
Rendah, tekanan ekologi sangat kuat
Sedang, tekanan ekologi sedang
Tinggi, tekanan ekologi rendah
42
Analisis Faktorial Koresponden (CA)
Untuk melihat hubungan antara kualitas perairan terhadap kelimpahan
dan senyawa bioaktif antibakteri spons Demospongiae digunakan Analisis
Faktorial Koresponden. Analisis Faktorial Koresponden (Corresponden
Analysis, CA) adalah suatu metode statistik yang bertujuan mencari hubungan
yang erat antara modalitas dari dua karakter atau variabel pada variabel
matriks data kontingensi dan mencari hubungan yang erat antara seluruh
modalitas karakter dan kemiripan antara individu berdasarkan konfigurasi
jawabannya pada tabel atau matriks data (Bengen 2000).
Tabel kontingensi mempertemukan n baris dan p kolom, baris ke-i dan
kolom ke-j berisi n (ij) dengan karakter i dan kerakter j dalam matriks tersebut,
i dan j mempunyai peranan yang simetrik. Membandingkan unsur-unsur i
(untuk tiap j) sama dengan membandingkan hukum probabilitas bersyarat
yang diestimasi dari nij/ni (untuk masing-masing nij /nj), dimana ni = Σ nij
( Σ subjek I yang memiliki semua karakter j) dan ni = Σ nij (jumlah jawaban
karakter j).
Untuk membandingkan dua subjek, maka perlu diberikan suatu
pengukuran yang dapat mengkarakteristikan kemiripan atau ketidakmiripan.
Dalam hal ini Analisis Faktorial Koresponden menggunakan jarak khi-kuadrat.
Jarak khi-kuadrat diformulasikan dengan rumus :
∑ [(X
p
d2 (i,i’) =
j =1
ij
/ X i − X i' j / X i' )
2
]
Dimana :
Xi = Σ baris i untuk semua kolom
Xij= Σ kolom j untuk semua baris
Pada matriks data, terdiri dari i-baris (genera spons Demospongiae dan
bioaktif spons Demospongiae) dan j-kolom (stasiun pengamatan), dimana
pada baris ke-i dan kolom ke-j ditemukan kelimpahan spons Demospongiae
atau kelimpahan spons bioaktif.