Bioremediasi Lahan Tercemar Profenofos Secara

III. METODE PENELITIAN
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Kawasan Agropolitan Desa Sindang Jaya,
Kecamatan Pacet, Kabupaten Cianjur Jawa Barat. Analisis mikroba dan
penyemaian benih di Laboratorium Bioproses IV dan Greenhouse, Pusat
Penelitian Bioteknologi-LIPI, Cibinong. Analisis residu profenofos dilakukan di
Laboratorium Residu Pestisida Balai Besar Penelitian dan Pengembangan
Bioteknologi dan Sumberdaya Genetika Pertanian (BALITBIOGEN). Penelitian
dilaksanakan pada bulan Oktober 2005 -Maret 2006.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1 Alat
Penelitian ini menggunak an alat-alat sebagai berikut: cawan petri, labu
Erlenmeyer, tabung reaksi, gelas piala, gelas ukur, autopipet, labu ukur, botol
Schott, corong, jarum ose, lampu spritus, kertas saring, neraca analitik, pH meter,
autoklaf, sentrifuse, mikropipet Eppendorf 100 dan 1000µl, kertas milipore
0.45µm, termometer, bak pengomposan, pH meter dan Kromatografi gas (GC)
dan Spektrofotometer.
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah tercemar
pestisida yang diperoleh
dari Kawasan Agropolitan Des a Sindang Jaya,
Kecamatan Pacet, Kabupaten Cianjur Jawa Barat Bahan-bahan pengomposan
dalam hal ini kotoran sapi dan daun wortel diperoleh dari tempat asal tanah yang
terkontaminasi pestisida. Bahan lain yang digunakan adalah media selektif MSPY
(Mineral Salt Peptone Yeast), alkohol teknis 70% (v/v), metanol, larutan garam
steril, arang aktif, spirtus, larutan NaOH 5% Na2SO4 anhidrat, larutan asam asetat
25%, etil asetat, serium(II)sulfat, asetonitril dan air destilata, standar pestisida,
FDA, buffer posfat pH 3-6, CH3CN.
22
3.3 Desain Penelitian
Penelitian diawali dengan survei lahan pertanian yang tercemar pestisida
di kecamatan Darmaga, Ciawi, Cisarua dan Kecamatan Pacet. Lahan pertanian
yang mengindikasikan residu pestisida tinggi dianalisis sampel tanahnya. Hasil
analisis residu yang melewati ambang batas ditetapkan sebagai lokasi
pengomposan.
Tahap penelitian selanjutnya menganalisis C/N dan kadar air bahan-bahan
yang digunakan untuk pengomposan yaitu; tanah, serbuk gergaji kotoran sapi dan
daun wortel. Berdasarkan data tersebut diperoleh komposisi masing-masing bahan
dalam campuran untuk C/N 30, 35 dan 40 menggunakan Software Moisture and
Carbon/Nitrogen Ratio Calculation Spread Sheet (Richard 2005 ).
Selanjutnya dilakukan pengomposan tanah tercemar profenofos dengan
tanah, serbuk gergaji kotoran sapi dan daun wortel. Tahap ini bertujuan untuk
mengetahui laju degradasi profenofos selama pengomposan.
Tanah yang sudah diremediasi dengan cara pengomposan diuji
pengaruhnya terhadap pertumbuhan tanaman. Pada penelitian ini menggunakan
tanaman bayam Jepang, karena mudah di dapat dan cepat panen. Tahap ini
dilakukan di 2 tempat yaitu: penyemaian benih di green house dan penanaman di
lapangan.
Selanjutnya menghitung jumlah populasi bakteri dengan TPC (Total Plate
Count), mengisolasi bakteri yang mampu mendegradasi profenofos selama
pengomposan, menguji aktivitas bakteri dengan FDA (Fluorescent Diacetate
Assay) dan menguji kemampuan degradasi profenofos oleh bakteri yang telah
diisolasi tersebut dengan media adaptasi. Bagan alir tahapan penelitian disajikan
pada Gambar 5.
1. Analisis residu profenofos pada tanah yang diduga tercemar profenofos.
Analisis C/N dan kadar air tanah, kotoran sapi dan daun wortel.
2. Selama pengomposan 35 hari dilakukan pengukuran suhu harian dan sampling
tanah setiap minggu untuk analisis residu profenofos, pH dan analisis
mikroba. Menurut Indriani (2004), akhir proses pengomposan ditandai dengan
suhu kompos stabil yang berarti kondisi semua bahan organik juga sudah
stabil.
23
Analisis residu
pestisida
Survei penggunaan
pestisida
Penentuan lokasi
pengomposan
Kotoran sapi dan
daun wortel
Tanah tercemar
pestisida
Analisis residu pestisida,
C/N dan kadar air
Analisis C/N dan
kadar air
Pencampuran tanah tercemar
dengan biowaste pada
Sampling perminggu untuk
analisis: residu profenofos, C/N,
pH, TPC dan aktivitas mikroba
Minggu ke-5: Analisis kualitas
kompos meliputi C/N, KTK, unsur
hara, kadar air, kadar abu, pH dan
populasi mikroba
Inkubasi
Kompos/Tanah
bebas profenofos
Penanaman di
rumah kaca
Uji Toksisitas
Penanaman di
lapang
Pertumbuhan dan
biomass
Isolasi Bakteri
Uji aktivitas dan uji kemampuan
degradasi profenofos
Gambar 5 Diagram Tahapan Penelitian
3. Analisis kompos dilakukan pada akhir penelitian meliputi C/N, kadar air,
kadar abu, KTK, unsur hara, pH, residu profenofos dan populasi mikroba.
24
4. Menguji toksisitas tanah yang sudah dikomposkan dengan menyemai benih
bayam Jepang di green house Bioteknologi LIPI Cibinong tanpa pemupukan
selama 14 hari dan menanam bayam Jepang di lapangan selama 40 hari
(panen). Biomass tanaman ditimbang berdasarkan akar, batang dan daun.
Sedangkan hasil panen di lapangan dibandingkan dengan hasil panen petani di
lahan sumber tanah yang digunakan untuk penelitian.
Parameter yang diamati selama penelitian secara detail di sajikan pada Tabel 4
Tabel 4 Sampling dan parameter yang diamati
Sampling
Parameter
Metode/Alat
Harian
Suhu
Termometer
Minggu ke-0
1, 2, 3, 4
pH
C/N
Kadar air
Residu profenofos
Populasi mikroba
Aktivitas mikroba
pH meter
Gravimetri & Kjeldal
AOAC, 1984
GC
TPC
FDA
Minggu ke-5
pH
C/N
Kadar air
Residu profenofos
Populasi mikroba
Aktivitas mikroba
Kualitas kompos:
Kadar Abu
Total N
P2O5
K2O
pH meter
Gravimetri & Kjeldal
Gravimetri
GC
TPC
FDA
Gravimetri
Kjeldal
Bak pengomposan (Gambar 6) memiliki dimensi 1 x 1 x 1 meter terbuat
dari kayu yang dipasang dengan jarak 1-2 cm tiap lembarnya guna aliran oksigen
selama pengomposan. Pada bak yang sama dilakukan penanaman bayam Jepang
untuk uji pertumbuhan tanaman pada tanah sudah dibioremediasi.
25
Gambar 6. Bak Proses Pengomposan
3.4 Pengolahan Data
3.4.1 Rancangan Percobaan
Penelitian ini dilakukan dengan Rancangan Acak Lengkap satu faktor
yaitu komposisi campuran pengomposan (tanah, serbuk gergaji, daun wortel dan
kotoran sapi) dengan 3 taraf yaitu C/N 30, C/N 35, C/N 40 dua kali ulangan.
Respon utama yang diamati adalah parameter laju degradasi pestisida.
Sebagai kontrol digunakan tanah tercemar pestisida tanpa perlakuan untuk
mengetahui laju degradasi pestisida secara alami di lahan tercemar tersebut.
Model Statistik untuk rancangan ini adalah (Matjik dan Sumertajaya,
2002):
Yij = µ + t i + eij
dimana;
i
= 1,2,...,t dan j = 1,2,...,r
Yij
=Pengamatan pada perlakuan ke-i dan ulangan ke-j
µ
=Rataan umum
ti
=Pengaruh perlakuan ke-i
eij
=Pengaruh acak pada perlakuan ke-i ulangan ke-j
Hipotesis yang diuji adalah sebagai berikut:
H0 : t 1 = t 2 = t 3 = 0 (Perlakuan tidak berpengaruh terhadap respon yang
diamati/semua perlakuan memberikan respon yang
sama)
H1 : paling sedikit ada satu i dimana t i ? 0
26
Analisa yang dilakukan meliputi kadar residu pestisida, C/N, KTK, unsur
hara, pH, kadar air, kadar abu dan populasi mikroba dalam kompos.
3.4.2 Penurunan Profenofos Selama Pengomposan
Pengomposan dilakukan dengan mencampurkan tanah yang tercemar
profenofos dengan serbuk gergaji, kotoran sapi dan daun wortel. Komposisi
masing-masing bahan berdasarkan C/N yaitu 30, 35 dan 40 masing-masing 2
ulangan. Selama pengomposan (35 hari) dilakukan 6 kali sampling campuran
untuk analisis residu profenofos dan analisis mikroba. Sampling tersebut
dilakukan pada 5 titik dan dikompositkan. Pengukuran suhu dilakukan setiap hari
dan jika suhu meningkat ditandai dengan campuran menjadi panas atau
kelembaban berkurang dilakukan pembalikan sambil disiram. Pada akhir proses
pengomposan ditandai dengan suhu menurun dan stabil mendekati suhu ruang,
dilakukan analisis kualitas kompos meliputi: C/N, kadar air, kadar abu, KTK,
unsur hara, pH, residu profenofos dan populasi mikroba. Selanjutnya dilakukan
analisa kualitas kompos mengacu kepada standar mutu kompos menurut Indrasti
dan Wilmot (2001), Japan Bark Compost Association (Harada et al. 1993), SNI
19-7030-2004 Kompos (2004) dan Depatemen Pertanian (2004) seperti Tabel 5.
Tabel 5 Standar Mutu Kompos
Paremeter Mutu Satuan
Total N
%
Rasio C/N
P 2O5
%
K2O
%
pH
KTK
Meq/100g
Kadar air
%
Keterangan:
A
2.5-3.5
20-25
>0.021
>0.021
7-8
100
35-45
B
0.2
<35
>0.5
>0.3
5.5-7.5
>70
55-65
C
0.4
10-25
0.1
0.2
6.8-7.5
= 50
D
7-8
= 80
= 35
A: Indrasti dan Wilmot (2001)
B: Japan Bark Compost Association (Harada et.al., 1993)
C: SNI Kompos (19-7030-2004)
D: Depatemen Pertanian (2004)
Kualitas kompos sangat ditentukan oleh beberapa kriteria yaitu;
kematangan kompos, kandungan unsur hara kompos, kandungan bahan berbahaya
dan kandungan mikroba patogen dalam tanah. Gaur (1980) menyatakan bahwa
kompos yang baik berstruktur remeh dan tidak menggumpal, berwarna coklat
27
kehitaman, bau humus dan reaksi agak masam sampai netral. Nisbah C/N berkisar
5-20 dan kompos yang stabil mengandung N dalam bentuk senyawa nitrat dan
tidak ada N dalam bentuk amonia (Murbandono, 2005).
3.4.3 Analisis Residu Profenofos
Analsis residu profenofos menggunakan Gas Chromatography (GC)
dilakukan dengan metode shaker. Spesifikasi GC yang digunakan adalah adalah:
tipe GC Shimadzu Model GC-4CM, kolom OV 17, Dimensi kolom panjang 2m
dan diameter 3 mm, detektor
63
Ni ECD, phase gerak N2, sensitivitas 102, laju alir
30 ml/menit, kecepatan kertas 5mm/menit, attunation 4, suhu kolom 210oC, suhu
detektor dan injektor 250 oC. Metode kerja analisis residu profenofos secara rinci
dapat dilihat pada Lampiran 12.
3.4.4 Analisis Mikroba
Analisis mikroba meliputi: jumlah populasi bakteri, isolasi jenis bakteri,
analisis aktivitas bakteri dan uji kemampuan bakteri mendegradasi profenofos.
Analisis jumlah populasi bakteri dilakukan dengan metode TPC pada media agar
PCA/Plate Count Agar.
Mikroba yang terdapat di dalam campuran pengo mposan masih
merupakan koloni beberapa jenis bakteri sehingga perlu dilakukan isolasi untuk
mendapatkan isolat/biakan murni (koloni tunggal). Isolasi bakteri dapat dilakukan
dengan 2 cara yaitu: metode cawan tuang/taburan (Pour Plate Method) dan
metode cawan gores
(Streak Plate Method ) seperti yang dilakukan pada
penelitian ini. Metode awan tuang dilakukan dengan cara menginokulasi medium
agar yang sedang mencair pada temperatur 50oC dengan suspensi bahan yang
mengandung bakteri dan menuangkannya ke dalam cawan petri, setelah
diinkubasi akan terlihat koloni-koloni yang tersebar di pemukaan agar.
Mikroba dapat mendegradasi pestisida apabila mikroba tersebut telah
beradaptasi dengan lingkungan yang mengandung pestisida. Pada proses adaptasi
tersebut terjadi sintesis enzim yang dibutuhkan untuk mendegradasi senyawasenyawa rekalsitran (Gumbira dan Fauzi, 1996).
28
Sebelum melakukan pengujian kemampuan bakteri dalam mendegradasi
profenofos, bakteri diadaptasikan dahulu pada media padat NA adaptasi yang
mengadung profenofos. Bakteri yang mampu tumbuh diuji kemapuannya
mendegradasi profenofos dengan uji pembentukan zona jernih pada media MSPY
(Mineral Salt Pepton Yeast) yang mengandung profenofos. Bakteri tersebut
diinkolasi selama 4 hari.
Pembuatan media padat NA adaptasi sama dengan media padat NA yang
mengadung nistayn. Perbedaanya pada media padat NA adaptasi tidak
ditambahkan nistatyn tetapi ditambahkan profenofos dengan konsentrasi yang
berbeda.
Analisis Aktivitas Mikroba dilakukan dengan metode Fluorescent
Diacetate Assay (FDA) seperti yang dilakukan Eggen (1999). FDA digunakan
untuk membandingkan aktivitas mikroba hydrolitik dalam satu eksoterm yang
sama. Analisis FDA dilakukan dengan cara menginkubasi sampel dalam larutan
buffer yang bertindak sebagai penerima elektron yang menurunkan warna
fluoroscent. Intensitas warna ditentukan dengan spektrofotometer. Metode kerja
analisis mikroba secara rinci dapat dilihat pada Lampiran 13.
29