Akumulasi logam Pb, Cu, dan Zn pada tanaman

5
TINJAUAN PUSTAKA
Tanaman Pelindung
Tanaman tidak hanya dapat diambil manfaatnya dari hasil produksi bagian
pohonnya saja. Manfaat tanaman juga dapat berupa peranannya dalam
menciptakan kenyamanan, meredam kebisingan, dan mengurangi bahaya hujan
asam (Dahlan 2004). Pohon dapat meredam suara dengan cara mengabsoprsi
gelombang suara oleh daun, cabang, dan ranting. Jenis pohon yang paling efektif
untuk meredam suara adalah yang mempunyai tajuk tebal dengan daun yang
rindang. Penanaman berbagai jenis tanaman dengan berbagai strata yang cukup
rapat dan tinggi akan dapat menyerap kebisingan yang bersumber dari bawah
melalui daunnya sampai 95 % (Dahlan 2004).
Berdasarkan beberapa pernyataan mengenai peranan pohon serta berbagai
polusi yang terjadi dalam lingkungan baik berupa emisi gas atau partikel, energi
panas atau radiasi sinar, dan kebisingan. Maka solusi terbaik adalah penataan jalur
hijau dan perluasan area untuk penanaman pohon pelindung (Dahlan 2004).
Pohon pelindung merupakan pohon yang ditanam di pinggir jalan sebagai
penghijauan juga untuk melindungi tanaman lain dari sengatan matahari secara
langsung. Adapun pohon yang tergolong sebagai pohon pelindung antara lain
pohon angsana, mahoni, glodogan, dan tanjung (Dahlan 2004).
Pohon angsana (Pterocarpus indicus Willd) seperti pada Gambar 1 adalah
jenis tanaman pohon berasal dari Asia Tenggara, tingginya mencapai 10-40 m.
Daun majemuk berbentuk bulat telur, berukuran 12-22 cm dengan 5-11 lembar
anak daun, panjang daun 3-10 cm, lebar 2-5 cm. Mahkota bunga berwarna kuning,
dan
tajuk
tanaman
berbentuk
bulat.
Taksonomi
tanamannya
devisi
Spermatophyta, sub divisi Angiospermae, kelas Dicotyledonae, bangsa Resales,
Suku Leguminoceae, marga Pteracafpus, dan Jenis Pterocarpus indica Willd
(Sulasmini 2007).
6
Gambar 1 Pohon angsana (Pterocarpus indicus Willd)
Pohon mahoni (Swetenia mahagoni Jacq) dapat dilihat pada Gambar 2
merupakan jenis tanaman pohon yang berasal dari Hindia Barat dan Afrika,
tingginya mencapai 10-30 m, daun majemuk menyirip genap, berbentuk elips
agak bundar dengan helaian anak daun meruncing, dan berwarna hijau tua,
panjang 8-12 cm, lebar 3-5 cm. Buah pohon mahoni memiliki tangkai, tajuknya
berbentuk tidak teratur. Taksonomi tanaman tergolong divisi Spermatophyta, sub
divisi Angiospermae, kelas Dicotiledenae, bangsa Rutales, suku Meliaceae, marga
Swietenie, jenis Swetenia mahagoni Jacq (Sulasmini 2007).
Gambar 2 Pohon mahoni (Swetenia mahagoni Jacq).
7
Pohon glodogan (Polyalthia longifolia) ditunjukkan pada Gambar 3 juga
termasuk jenis tanaman pohon yang tingginya 10-25 m, batangnya lurus, daunnya
tunggal berseling, berbentuk elips memanjang dan tebal, warna daun hijau tua,
panjangnya 12,5-20 cm, lebar 2,5-5 cm. Bunga axial, berwarna kuning kehijauhijauan, dan tajuknya berbentuk kerucut. Taksonomi tanamanannya
Spermatophyta,
sub
divisi
Angiospermae,
kelas
Dicosiledenae,
divisi
bangsa
Canangium, suku Annonaceae, marga Polyalthia, jenis Polyalthia longifolia
(Sulasmini 2007).
Gambar 3 Pohon glodogan (Polyalthia longifolia).
Logam Berat
Logam ditemukan dan menetap dalam alam, tetapi bentuk kimianya dapat
berubah akibat pengaruh fisik, kimia, biologis, atau akibat aktivitas manusia.
Logam berat adalah unsur logam yang mempunyai massa jenis lebih besar dari 5
g/cm3, antara lain Cd, Hg, Pb, Cu, Zn, Ni. Logam berat Cd, Hg, dan Pb beracun
bagi makhluk hidup. Logam Cu dan Zn merupakan unsur mikroesensial tanaman
pada proses metabolisme asam lemak dan karbohidrat, tetapi pada konsentrasi
tinggi akan bersifat toksik (Lahuddin 2007).
Logam berat terdapat dalam 3 kelompok biologi dan kimia (biokimia).
Pengelompokan tersebut adalah sebagai berikut: Pertama logam-logam yang
dengan mudah mengalami reaksi kimia bila bertemu dengan unsur oksigen. Kedua
logam-logam yang dengan mudah mengalami reaksi kimia bila bertemu dengan
8
unsur nitrogen atau unsur sulfur. Ketiga logam antara atau logam transisi yang
memiliki sifat khusus (spesifik) sebagai logam pengganti.
Sifat umum dari logam berat adalah potensial toksisitasnya terhadap
mikroorganisme dan makhluk hidup yang lain.
1. Timbal (Pb) merupakan logam berat yang sangat beracun pada seluruh aspek
kehidupan. Sumber utama timbal berasal dari komponen gugus alkil timbal pada
bahan bakar kendaraan bermotor. Mobilitas timbal di tanah dan tumbuhan
cenderung lambat dengan kadar normalnya pada tumbuhan berkisar 0,5 – 3 ppm.
2. Tembaga (Cu) logam yang bersifat racun terhadap semua tumbuhan pada
konsentrasi larutan diatas 0,1 ppm. Konsentrasi normal elemen ini di tanah
berkisar 20 ppm dengan tingkat mobilitas sangat lambat karena ikatan yang sangat
kuat dengan material organik dan mineral tanah liat.
3. Zink (Zn) biasanya terdapat dalam tanah dengan level 10-300 ppm dan ratarata 30-50 ppm. Lumpur Limbah biasanya mengandung Zn yang tinggi, dan
bersifat aktif di tanah.
Kandungan logam dalam tanah sangat berpengaruh terhadap kandungan
logam pada tanaman yang tumbuh diatasnya. Akumulasi logam dalam tanaman
juga tergantung pada unsur kimia tanah, jenis logam, pH tanah, dan spesies
tanaman (Lahuddin 2007). Logam berat selain akan mempengaruhi ketersediaan
hara tanaman juga dapat mengkontaminasi hasil tanaman. Jika logam berat
memasuki lingkungan tanah, maka akan terjadi keseimbangan dalam tanah,
kemudian akan terserap oleh tanaman melalui akar, dan selanjutnya akan
terdistribusi ke bagian tanaman lainnya seperti batang, cabang (ranting), dan daun
(Lahuddin 2007).
Menurut Priyanto dan Prayitno (2006) mekanisme penyerapan logam berat
pada tanaman melalui akar dapat dibagi menjadi tiga proses yang sinambung,
yaitu pertama penyerapan oleh akar. Agar tanaman dapat menyerap logam, maka
membentuk suatu enzim reduktase di membran akarnya. Reduktase ini berfungsi
mereduksi logam yang selanjutnya diangkut ke bagian tumbuhan lainnya melalui
jaringan pengangkut yaitu xylem dan floem. Untuk meningkatkan efisiensi
pengangkutan, logam diikat oleh molekul kelat. kemudian senyawa-senyawa yang
larut dalam air biasanya diserap oleh akar bersama air. Kedua translokasi logam
9
dari akar ke bagian tanaman lain. Setelah logam menembus endodermis akar,
logam atau senyawa asing lain mengikuti aliran transpirasi ke bagian atas tanaman
melalui jaringan pengangkut (xilem) ke bagian tanaman lainnya. Ketiga lokalisasi
logam pada sel dan jaringan. Hal ini bertujuan untuk menjaga agar logam tidak
menghambat metabolisme tanaman. Sebagai upaya untuk mencegah peracunan
logam terhadap sel, tanaman mempunyai mekanisme detoksifikasi yaitu
penimbunan logam di dalam organ tertentu seperti akar (Lahuddin 2007).
Logam Timbal (Pb)
Timbal (Pb) lebih dikenal dengan nama timah hitam. Pb merupakan suatu
logam berat yang lunak berwarna kelabu kebiruan dengan titik leleh 327 ºC dan
titik didih 1.620 ºC, pada suhu 550–600 ºC dapat menguap dan bereaksi dengan
oksigen di udara membentuk timbal oksida (PbO) dan senyawa organometalik,
yaitu timbal tetra etil (TEL: tetra ethyl lead), timbal tetra metil (TML: tetra
methyl lead) dan timbal stearat yang merupakan logam tahan terhadap korosi atau
karat, sehingga sering digunakan sebagai bahan coating.
Kendaraan bermotor menjadi salah satu sumber utama pencemaran udara,
karena mengandung berbagai emisi gas buang yang berbahaya dan berdampak
negatif terhadap kesehatan manusia, hewan, tumbuhan dan infrastruktur lain di
sekitarnya. Untuk meningkatkan bilangan oktan pada bahan bakar kendaraan
bermotor biasanya menambahkan suatu cairan kimia yang dapat mengurangi
letupan selama proses pembakaran di dalam mesin. Cairan anti letupan yang lazim
dipakai adalah timbal tetraetil (Pb(C 2 H 5 ) 4 ) dan timbal tetrametil (Pb(CH 3 ) 4 ) atau
campurannya. Senyawa ini pada proses pembakaran akan melepaskan partikelpartikel Pb dalam bentuk PbCl 2 , PbBr 2, PbBrCl, PbO, dan PbO 4 tidak larut dalam
air dan sisanya dilepaskan ke udara (Wardhana 2001).
Pencemaran logam Pb dapat menimbulkan pengaruh negatif pada klorofil
karena sebagian besar diakumulasi oleh organ tanaman, yaitu daun, batang, akar
dan tanah. Tanaman dapat menyerap logam Pb pada saat kondisi kesuburan dan
kandungan bahan organik tanah rendah, pada keadaan ini Pb akan terlepas dari
ikatan tanah berupa ion dan bergerak bebas dalam larutan tanah, maka akan terjadi
serapan Pb oleh akar tanaman, pada konsentrasi yang tinggi (100-1000 mg/kg)
10
dapat mengakibatkan pengaruh toksik terhadap proses fotosintesis sehingga
pertumbuhan akan terhambat (Widowati et al. 2008).
Mekanisme masuknya partikel Pb ke dalam jaringan daun, yaitu melalui
stomata daun yang berukuran besar dan ukuran partikel Pb lebih kecil, sehingga
Pb dengan mudah masuk kedalam jaringan daun melalui proses penjerapan pasif.
Partikel Pb yang menempel pada permukaan daun berasal dari tiga proses yaitu
(1) sedimentasi akibat gaya gravitasi (2) tumbukan akibat turbulensi angin, dan
(3) pengendapan yang berhubungan dengan hujan. Celah stomata mempunyai
panjang sekitar 10 μm dan lebar antara 2 –7 μm, oleh karena ukuran Pb yang
demikian kecil, maka partikel Pb akan masuk ke dalam daun lewat celah stomata
serta menetap dalam jaringan daun dan menumpuk di antara celah sel jaringan
pagar dan jaringan bunga karang. Oleh karena partikel Pb tidak larut dalam air,
maka senyawa Pb dalam jaringan terperangkap dalam rongga antarsel sekitar
stomata seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Logam Pb bersifat amfoter. Dalam
suasana asam, Pb berupa ion Pb2+ dan sebaliknya pada suasana basa akan berubah
menjadi Pb(OH) 4 . Karena bersifat amfoter, maka Pb akan lebih berbahaya pada
daerah yang mempunyai keasaman air hujan tinggi. Pada suasana asam, Pb larut
membentuk ion Pb2+ dengan demikian menjadi lebih bebas jika dibandingkan
ketika Pb masih dalam bentuk partikel (Dahlan 2004).
stomata
Epidermis atas
Pb
Jaringan tiang
Sel miophil
Jaringan bunga karang
Pb
Epidermis bawah
Gambar 4 Akumulasi partikel Pb pada jaringan daun.
11
Logam tembaga (Cu)
Logam Cu di alam ditemukan dalam bentuk logam bebas, tetapi lebih
banyak ditemukan dalam bentuk senyawa padat bentuk mineral. Logam Cu seperti
juga unsur-unsur mikro lainnya, bersumber dari hasil pelapukan dan pelarutan
mineral-mineral yang terkandung dalam bebatuan. Ada 10 jenis bebatuan dan 19
mineral utama yang mengandung Cu dan kandungan Cu dalam bebatuan berkisar
2–200 ppm dan dalam berbagai mineral berkisar 23–100% (Alloway 1995).
Pada konsentrasi rendah Cu sangat berperan dalam pembentukan protein.
Kelebihan Cu akan mengganggu aktivitas dari beberapa enzim dan proses
fotosintesis, metabolisme asam lemak dan protein. Efek yang paling penting
adalah penurunan sistem transfer elektron pada proses fotosintesis yang
menyebabkan produksi radikal yang memulai reaksi dari rantai peroksidase,
melibatkan membran lipid (Lahuddin 2007).
Logam Cu diserap oleh akar tanaman dalam bentuk Cu2+ yang berperan
dalam proses oksidasi, reduksi, dan pembentukan enzim. Logam Cu dalam tanah
dalam bentuk Cu2+ yang terikat kuat oleh matrik tanah yang terdiri dari komplek
liat dan humus atau senyawa-senyawa organik yang berasal dari reaksi
perombakan bahan organik. Tanda-tanda kekurangan Cu pada tanaman yaitu
terjadi kelainan pada bagian daun, ujung daun layu, dan daun yang muda menjadi
klorosis (Lahuddin 2007).
Kadar Cu dalam larutan tanah meningkat dengan meningkatnya pH tanah
atau sebaliknya, hal ini disebabkan Cu terikat kuat pada matrik tanah. Logam Cu
dapat stabil dalam tanah setelah mengalami reaksi-reaksi hidrolisis, pembentukan
komplek anorganik dan organik, adsorpsi Cu pada berbagai jenis mineral liat.
Kelebihan kadar Cu dalam tanah yang melewati ambang batas akan mejadi
pemicu terjadinya keracunan khususnya pada tanaman. Kandungannya di dalam
tanah antara 2 sampai 250 ppm, sedangkan dalam jaringan tanaman yang tumbuh
normal sekitar 5-20 ppm. Kondisi kritis dalam tanah 60-125 ppm, dan dalam
jaringan tanaman 5-60 ppm, pada kondisi kritis pertumbuhan tanaman mulai
terhambat sebagai akibat keracunan Cu (Lahuddin 2007).
12
Logam Zink (Zn)
Zink (Zn) merupakan unsur mikro esensial untuk tumbuhan tingkat tinggi.
Zn berfungsi sebagai penyusun pati dan aktivator enzim (aldolase, asam aksalat
dekarboksilase, histidin, superoksida demutase dan lain-lain), pembentukan
klorofil, dan metabolisme karbohidrat. Mineral-mineral sebagai sumber utama
yang kaya Zn dalam tanah adalah ZnS, dan sumber yang sangat kecil dari
mineral-mineral ZnCO 3 , ZnO, ZnSO 4 dan Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H 2 O (Lahuddin 2007).
Logam Zn adalah komponen alam yang terdapat di kerak bumi. Adsorpsi Zn
dalam tanah dapat terjadi karena adanya bahan organik dan mineral liat. Mineral
Zn yang ada dalam tanah antara lain ZnS, (ZnFe)S, dan ZnCO 3 . Pelarutan mineral
terjadi secara alami sehingga unsur yang terkandung di dalamnya terbebas dalam
bentuk ion. Zn2+ yang terbebas mengalami proses lanjut, terikat dengan matrik
tanah atau bereaksi dengan unsur-unsur lain (Widowati et al. 2008).
Untuk pertumbuhan, tanaman membutuhkan unsur Zn hanya dalam jumlah
sedikit. Hal ini terlihat dari hasil analisis Zn pada jaringan tanaman berkisar 21–
120 ppm dari bahan kering jaringan tanaman yang sehat, bila kandungan 11–25
ppm dikatakan rendah, di bawah angka 10 ppm disebut kurang, dan tinggi atau
berlebihan bila kandungan Zn di atas 71 atau 81 ppm. Beberapa spesies tanaman
toleran terhadap tingginya kandungan Zn dalam jaringan tanaman (600–7800
ppm). Keracunan Zn menyebabkan berkurangnya pertumbuhan akar, pelebaran
daun, dan diikuti klorosis dan nekrosis pada daun. Kadar Zn yang tinggi menekan
serapan P dan Fe oleh tanaman (Lahuddin 2007).
Logam Zn diserap oleh tanaman dalam bentuk ion Zn2+ dan dalam tanah
alkalis diserap dalam bentuk monovalen Zn(OH)+, di samping itu Zn diserap juga
dalam bentuk komplek khelat, misalnya Zn-EDTA. Kadar Zn dalam tanah
berkisar antara 16-300 ppm dan dalam tanaman berkisar 20-70 ppm. Kelarutan Zn
tinggi pada tanah yang keasamannya tinggi dan sebaliknya keasaman tanah
rendah maka kelarutan Zn juga rendah (Lahuddin 2007).
13
Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)
Spektrofotometer serapan atom (SSA) merupakan alat untuk menganalisis
unsur-unsur logam dan semi logam dalam suatu senyawa. Prinsip kerja AAS
adalah adanya interaksi antara energi (sinar) dan materi (atom). Panjang
gelombang sinar yang diserap bergantung pada konfigurasi elektron dari atom,
sedangkan intensitasnya bergantung pada jumlah atom dalam keadaan dasar.
Spektrofotometri Serapan Atom juga merupakan suatu metode analisis yang
memiliki beberapa keuntungan yaitu kecepatan analisis dan ketelitiannya, tingkat
sensitivitas dan selektivitas tinggi. Sistemnya relatif mudah, dan tidak
memerlukan pemisahan pendahuluan. Perangkat SSA ini sudah menggunakan
program komputer otomatis pada seluruh parameter alat, seperti kuat arus lampu
katoda, slit, panjang gelombang, standarisasi dan sebagainya. Adapun beberapa
kekurangannya, antara lain hanya dapat digunakan untuk larutan dengan
konsentrasi rendah, memerlukan jumlah larutan yang relatif besar (10-15 ml), dan
efisiensi nebulizer untuk membentuk aerosol rendah (Tzalev dan Zapri 1995).
Hukum dasar penyerapan; Besaran cahaya terserap
transmitan (T),
didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas akhir dengan intensitas awal.
T = I/Io
Transmittan mengindikasikan fraksi intensitas cahaya mula-mula yang mencapai
detektor setelah melewati atom dalam nyala. Persen Transmitan (%T), merupakan
transmitan yang dinyatakan dalam persen.
%T = I/Io x 100
Persen serapan (% A), merupakan komplemen dari %T yang didefinisikan sebagai
persen dari intensitas cahaya mula mula yang terserap dalam nyala.
% A = 100 - %T atau A = log (Io/I)
Besaran absorban inilah yang lazim digunakan untuk mengkarakterisasi
penyerapan cahaya dalam spektrofotometri serapan atom. Besaran ini memiliki
hubungan yang linier dengan konsentrasi analit, seperti diungkapkan oleh Hukum
Lambert- Beer:
A=abc
Keterangan : A = absorban, a = koefisien absorpsi, b = panjang jalan yang dilalui
cahaya, dan c = konsentrasi dari spesi yang menyerap.
14
Persamaan ini menunjukkan bahwa A secara langsung proporsional
dengan konsentrasi (C) dari spesi penyerap pada suatu kondisi pengukuran dan
peralatan tertentu. Pada daerah konsentrasi tertentu dimana hukum Lambert-Beer
berlaku, diperoleh garis lurus. Tetapi pada konsentrasi yang lebih besar terjadi
penyimpangan dari hukum Lambert-Beer dimana absorban tidak lagi memberikan
hubungan linier dengan konsentrasi.
Spektroskopi serapan atom terdapat dua istilah yang perlu diperhatikan
yaitu sensitivitas dan limitdeteksi. Jika suhu nyala yang digunakan terlalu tinggi
maka sensitivitas menurun karena atom-atom akan terionisasi lebih lanjut. Ionisasi
lebih lanjut ini pada suhu tinggi dapat diatasi dengan penambahan ke dalam
sampel sejumlah besar unsur tertentu yang mempunyai potensial ionisasi lebih
rendah daripada unsur yang diukur. Konsentrasi karakteristik dan limit deteksi
adalah besaran yang digunakan untuk menilai kinerja peralatan bagi analisis unsur
tertentu. Walaupun kedua besaran ini bergantung pada pengukuran absorban
namun memberikan spesifikasi kinerja yang berbeda dan jenis informasi yang
diperoleh dari kedua besaran inipun berbeda.
Sensitivitas ditentukan sebagai konsentrasi dari suatu unsur dalam g/mL
(ppm) yang menghasilkan signal transmitans sebesar 0,99 atau signal absorbans
sebesar 0,0044. Suatu konvensi yang mendefinisikan besarnya absorban yang
dihasilkan pada suatu konsentrasi analit tertentu. Pada spektrofotometri serapan
atom,
besaran
ini
dinyatakan
sebagai
konsentrasi
suatu
unsur
dalam
milligram/Liter (mg/L) yang diperlukan untuk menghasilkan isyarat sebesar 1%
absorpsi (0,0044 A).
Kepekaan (mg/L) =
Limit Deteksi konsentrasi terkecil yang dapat terukur dari suatu unsur
ditentukan melalui nilai kepekaan dan kestabilan dari pengukuran absorban.
Terdapatnya derau (noise) pada isyarat yang dihasilkan mempersulit pengamatan
adanya perubahan absorban akibat adanya perubahan konsentrasi yang kecil.
Limit deteksi ditentukan sebagai konsentrasri terendah dari suatu unsur yang
menghasilkan signal sama dengan dua standar diviasi signal beckground atau dua
15
kali dari baseline noise. Baik sensitivitas maupun limit deteksi nilainya bervariasi
dan keduanya tergantung pada suhu nyala, tipe instrumen, dan metode analisis.
Sumber radiasi yang paling banyak digunakan untuk pengukuran secara
spektroskopi serapan otom adalah lampu katoda cekung (hallow cathode lamp).
Lampu katoda cekung terdiri dari anoda Tungsten (bermuatan positif) dan katoda
silindris (bermuatan negatif) dimana kedua elektron tersebut berada di dalam
sebuah tabung gelas yang diisi gas neon (Ne) atau gas argon (Ar) dengan tekanan
1 sampai 5 torr. Biasanya diisi gas argon karena pertama massanya lebih besar
untuk memungkinkan terjadinya Sputtering dan kedua potensial eksitasinya lebih
besar untuk memungkinkan terjadinya garis resonansi.
Pemilihan nyala dalam analisis spektroskopi absorpsi atom biasanya ada
empat jenis nyala yang dapat digunakan yaitu nyala udara-asetilena, nyala N 2 Oasetilena, nyala udara-hidrogen, dan nyala argon-hidrogen. Pemilihan nyala yang
sesuai terutama didasarkan pada sifat-sifat unsur yang akan dianalisis. Keempat
jenis nyala selain berbeda dalam suhu nyala juga berbeda dalam pereduksi,
trasmitans. Rangkaian kerja SSA dapat dilihat pada Gambar 5.
Pengukuran dilakukan pada rentang daerah linier maka penggunaan satu
larutan standar dan satu larutan blanko telah cukup untuk mendefinisikan atau
menentukan hubungan antara konsentrasi dan absorban. Diperlukan deretan
larutan standar lainnya untuk verifikasi keakuratan kalibrasi terutama bila
hubungan absorban-konsentrasi menjadi tidak linier lagi. Akurasi kurva kalibrasi
tak linier sangat bergantung pada jumlah standar dan persamaan garis yang
digunakan dalam membuat kurva kalibrasi.
Gambar 5 Rangkaian kerja SSA