Biogeokimia logam tembaga (Cu): Phytoakumulasi, Distribusi dan
advertisement
PROSIDING SEMINAR NASIONAL GEOFISIKA 2014 Optimalisasi Sains dan Aplikasinya Dalam Peningkatan Daya Saing Bangsa Makassar, 13 September 2014 Biogeokimia logam tembaga (Cu): Phytoakumulasi, Distribusi dan Immobilisasi Menggunakan Limbah serbuk Gergaji dalam Soil-Plant System 1) Deasy Liestianty, 1)Muliadi, 1)Nurvita A.N, 2)Yanny Program Studi Pendidikan Kimia, FKIP, Universitas Khairun 2) Teknik pertambangan, Universitas Muhammadiyah Ternate 1) [email protected] Kemampuan tanaman dalam menyerap logam berat pada konsentrasi tertentu dan melebihi konsentrasi yang biasanya terserap oleh tanaman lain disebut dengan tanaman hiperakumulator. Potensi tanaman hiperakumulator erat kaitannya dengan penyediaan unsur hara di dalam tanah. Jika kandungan unsur hara di dalam tanah tercukupi, maka kemampuan tanaman dalam menyerap logam berat dan potensinya sebagai tanaman hiperakumulator dapat ditingkatkan. Tanah yang telah tercemar logam berat biasanya memiliki kandungan unsur hara yang rendah sehingga diperlukan penambahan material organik sebagai amendment pada tanah untuk memberikan suplai unsur hara bagi tanah, karena seperti yang diketahui material organik merupakan salah satu sumber nutrisi yang potensial untuk membantu pertumbuhan tanaman (Rao, 1994). Dalam penelitian ini, material organik yang digunakan adalah limbah serbuk gergaji yang mudah diperoleh. Adebowale, 1985 dalam Iderawumi, 2012 menyatakan serbuk gergaji mengandung nutrisi yang baik bagi tanaman seperti P, K, Ca, Mg, Cu, Zn, Mn and Fe. Serbuk gergaji juga memiliki kemampuan untuk mengontrol tingkat keasaman tanah (Owolabi, dkk., 2003 dalam Iderawumi, dkk., 2012). Selain itu, serbuk gergaji juga sebagai adsorben logam berat. Sehingga diharapkan penggunaan serbuk gergaji sebagai soil amendment dapat berfungsi sebagai penyuplai unsur hara sekaligus sebagai material yang berpotensi menahan laju logam berat dari dalam tanah ke tanaman(soil-plant system). Sari Studi ini bertujuan untuk mengetahui fenomena biogeokimia logam tembaga dalam soil-plant system. Jenis tanaman yang digunakan adalah kedelai (Glycine max (L) merill) dan limbah serbuk gergaji sebagai amendment. Metode analisis yang digunakan voltametry. Hasil penelitian menunjukkan total konsentrasi logam tembaga dalam tanaman kontrol dan perlakuan masing–masing 80,48 mg/g dan 59,69 mg/g sedangkan konsentrasi logam tembaga dalam tanah baik kontrol maupun perlakuan yaitu sebesar 6,92 mg/g dan 4,90 mg/g. Hal ini menunjukkan limbah serbuk gergajimampu menahan laju logam berat dari tanah ke tanaman dan tanaman kedelai dapat dikategorikan sebagai tanaman hiperakumulator logam berat dan tembaga karena memiliki nilai Enrichment Factor (EF) > 1. Kata kunci : Biogeokimia, Phytoakumulasi, Tembaga, Kedelai, Serbuk Gergaji Pendahuluan Logam berat tembaga merupakan logam berat esensial untuk tanaman. Tembaga berguna untuk pertumbuhan jaringan tanaman terutama daun sebagai tempat terjadinya proses fotosintesis (Kamaruzzaman, dkk., 2008). Pada umumnya kadar logam berat tembaga dalam jaringan tanaman berkisar 5–25 ppm. Tetapi, pada konsentrasi yang tinggi logam berat tembaga dapat bersifat toksik bagi tanaman dan karsinogenik jika terakumulasi pada tubuh manusia. Data dan Metoda Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dan greenhouse serta analisis sampel menggunakan metode voltametri dilakukan di Laboratorium Dasar Universitas Khairun. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat gelas yang umum digunakan di Laboratorium, oven, neraca analitik, perangkat lisimeter, water timer, saringan, mikro pipet, pH meter, perangkat voltameter, tanah tercemar (limbah laboratorium), bibit tanaman kedelai (Glycine max (L) merill), aquades, CuSO4, HNO3, HCl, pupuk NPK, dan serbuk gergaji (sawdust). Pencemaran logam berat tembaga pada lingkungan tanah memerlukan penanggulan yang baik dan tepat. Beberapa tanaman yang tumbuh di tanah tercemar logam berat memiliki kemampuan menyerap dan mengakumulasi logam berat sehingga dapat dimanfaatkan untuk menanggulangi masalah pencemaran oleh logam berat tersebut. Metode pemanfaatan kemampuan tanaman sebagai sistem biologi yang alami dalam memperbaiki, mengurangi, dan membersihkan tanah dari zat pencemar seperti logam berat dikenal dengan metode fitoremediasi. Fitoremediasi telah digunakan untuk mengurangi erosi dan menjaga kualitas air serta tanah (Robinson, dkk., 2003). Keunggulan dari metode fitoremediasi adalah aplikasinya lebih murah jika dibandingkan dengan teknologi berbasis fisika kimia (Munir, 2010). Penelitian dilakukan dalam empat tahapan, yaitu penyiapan media tanam tercemar logam berat tembaga, pembibitan dan penanaman tanaman, pengamatan pertumbuhan selama masa pertumbuhan dan pemanenan. Media tanam yang digunakan terdiri dari media tanam kontrol dan perlakuan yang ditambahkan serbuk gergaji. Media tanam terdiri dari 9 kg tanah tercemar dan 1 kg serbuk gergaji. Tanaman yang 212 PROSIDING SEMINAR NASIONAL GEOFISIKA 2014 Optimalisasi Sains dan Aplikasinya Dalam Peningkatan Daya Saing Bangsa Makassar, 13 September 2014 digunakan adalah tanaman kedelai Glycine max (L) merillyang selanjutnya ditanam selama 4 bulan. Setelah masa tumbuh tanaman kedelai kemudian dipanen dan dipisahkan sesuai dengan morfologinya, yaitu akar, batang, daun, dan buah. Kemudian bagian tanaman tersebut dibersihkan dan dikeringkan dengan oven selama 24 jam dengan suhu 100oC. sebelum dianalisis, biomassa kering sampel tersebut didestruksi dengan aquaregia 9 mL. Filtrat yang diperoleh kemudian di analisis dengan menggunakan voltameter ingsen 1030. Untuk identifikasi potensi tanaman sebagai tanaman hiperakumulator, maka dapat dihitung nilai Translocation Factor (EF) dan Enrichment Factor (TF). Nilai KTK media tanam juga mempunyai peranan yang penting karena memiliki hubungan dengan suplai unsur hara dan berpengaruh terhadap daya sanggah media tanam. Hasil analisis menunjukkan media tanam yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai kemampuan tinggi untuk menyimpan dan melepaskan kation. [Logam] Daun mg/g [Logam] Akar Perbandingan Konsentrasi Logam Berat Tembaga dalam Tanah dan Tanaman [Logam] Daun mg/g [Logam] Tanah Pada penelitian ini, dilakukan tiga replikasi media tanam. Hal tersebut di maksudkan agar didapatkan hasil yang baik dan akurat.Media tanam yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas tanah kontrol dan tanah perlakuan. Tanah kontrol adalah media tanam yang terdiri dari 100 % tanah yang mengandung logam berat tembaga. Sedangkan tanah perlakuan adalah tanah yang merupakan campuran dari tanah yang mengandung limbah logam berat dan serbuk gergaji dengan perbandingan 9 : 1. Untuk mengetahui perbandingan konsentrasi logam berat tembaga yang terserap oleh tanaman dan konsentrasi yang terdapat di dalam media tanam setelah pemanenan dapat dilihat pada hasil analisis yang disajikan pada Tabel 2 dan Gambar 1. Translocation Factor (EF) = Enrichment Factor (EF) = penting untuk diketahui. Unsur hara menunjukkan keberadaan nutrisi-nutrisi yang dibutuhkan oleh tanaman. Berdasarkan hasil analisis diketahui bahwa unsur hara yang dimiliki media tanam seperti K, Ca, dan Mg dikategorikan rendah. Hasil dan Diskusi Hasil Analisis Sifat Fisika Kimia Tanah Tahap pertama dalam penelitian ini adalah uji parameter fisika kimia tanah untuk menentukan komposisi dan tingkat kesuburan media tanam yang digunakan dalam penelitian. Hasil analisis tersebut disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi sampel tanah berdasarkan parameter fisika kimia tanah Parameter Kadar Kadar Air 8,52 % * Parameter Kadar * Karbon (C) - SR Tabel 2. Perbandingan Konsentrasi Logam berat Tembagapada Tanah Dan Tanaman Cu (mg/g) Sampel Liat 45 % Nitrogen (N) Debu 35 % P2O5 Pasir Klas Tekstur 20 % K 15,68 ppm 0,8 % Liat Ca 5,82 % KTK 32,24 c mol/kg 0,24 % R R - Tanaman Kontrol 6.92 80.48 Perlakuan 4.9 59.69 Perbandingan Tembaga dalam tanah dan tanaman Cu (mg/g) Tanah T Mg - SR Cu (mg/g) Tanaman SR 10,45 R % *SR Sangat Rendah, R Rendah, T Tinggi (dirujuk berdasarkan parameter kesuburan kimiawi tanah menurut FAO). Berdasarkan hasil analisis tersebut, tekstur tanah yang digunakan sebagai media tanam memiliki kandungan fraksi liat yang cukup tinggi, yaitu 45 %. Kondisi tekstur tersebut dapat dikategorikan sebagai tanah yang memiliki tekstur liat (Hanafiah, 2012). Tanah yang memiliki kandungan liat yang cukup tinggi adalah tanah yang bertekstur halus, dapat menyerap banyak air, bersifat plastis, lengket, dan sehingga sukar dan berat untuk diolah (Mulyani, 2007). Unsur hara esensial yang terkandung dalam tanah, KTK, dan pH tanah merupakan sifat-sifat kimia tanah yang Na Tanah R Al 80,48 6,92 Kontrol 59,69 4,9 Perlakuan Gambar 1. Perbandingan konsentrasi logam berat tembaga pada tanah dan tanaman. Gambar 1, menunjukkan konsentrasi logam berat yang diserap oleh tanaman kedelai kontrol perlakuan. Jumlah konsentrasi yang diserap oleh kedelai kontrol lebih tinggi dibandingkan 213 tembaga maupun tanaman dengan PROSIDING SEMINAR NASIONAL GEOFISIKA 2014 Optimalisasi Sains dan Aplikasinya Dalam Peningkatan Daya Saing Bangsa Makassar, 13 September 2014 konsentrasi yang diserap tanaman perlakuan dengan nilai masing-masing 80,48 mg/g dan 59,69 mg/g. Jumlah konsentrasi logam berat tembaga yang berada pada tanah setelah masa tumbuh dan tahap pemanenan memiliki konsentrasi masing-masing 6,92 mg/g dan 4,90 mg/g. Hasil analisis konsentrasi logam berat tembaga yang didistribusikan ke bagian-bagian tanaman kedelai, seperti akar, batang, daun, dan buah dapat dilihat pada tabel 3 dan gambar 2 di atas. Jumlah konsentrasi logam berat lebih banyak terkonsentrasi pada akar dan buah tanaman baik kontrol maupun perlakuan dengan nilai untuk akar masingmasing adalah 36,20 mg/g dan 19,60 mg/g serta pada buah dengan nilai masing-masing 26,64 mg/g dan 25,16 mg/g. Konsentrasi logam berat tembaga yang terdapat pada batang dan daun baik kontrol maupun perlakuan lebih kecil dibandingkan dengan buah dan akar. Perbedaan penyerapan logam berat tembaga oleh tanaman kontrol dan perlakuan yang cukup besar disebabkan terserapnya logam berat tembaga oleh serbuk gergaji yang ditambahkan pada media tanam perlakuan. Logam berat tembaga yang sama–sama diserap oleh serbuk gergaji pada media tanam kemudian diserap oleh tanaman. Logam berat tembaga lebih banyak terdapat pada media tanam yang ditambahkan serbuk gergaji. Hal ini disebabkan oleh potensi terkhelatnya logam berat tembaga oleh material organik lebih besar dibandingkan dengan logam berat lainnya. Menurut Singh dan Steinnes, 1990 dalam Wulandari, 2011, logam berat dikhelat oleh material organik dengan urutan Cu>Cd>Zn>Pb. Berdasarkan hal tersebut diperoleh hasil bahwa tanaman kedelai lebih banyak mengkonsentrasikan logam berat tembaga pada akar dan buahnya. Logam berat tembaga yang diserap oleh akar lebih banyak ditransportasikan ke bagian buah kedelai dibandingkan pada bagian daun dan batang. Hal ini disebabkan oleh kandungan asam amino esensial yang dimiliki buah kedelai, yaitu sistin. Sistin merupakan dua residu sistein yang mengandung gugus merkapto (S-H), gugus tersebut merupakan gugus pengkhelat yang memiliki kemampuan mengikat logam berat dan ditransportasikan ke seluruh tubuh tanaman Hal tersebut menunjukkan laju penyerapan logam tembaga dari tanah ke tanaman dapat ditahan dengan serbuk gergaji yang dicampurkan pada media tanam perlakuan sehingga jumlah konsentrasi logam berat tembaga yang diserap oleh tanaman perlakuan lebih kecil konsentrasinya dibandingkan dengan tanaman kontrol. Identifikasi Mekanisme Fitoremediasi dan Tanaman Hiperakumulator Penentuan mekanisme proses fitoremediasi oleh tanaman Glycine max (L) merill dilakukan dengan menghitung nilai TF dan EF yang menunjukkan kemampuan akumulasi, translokasi, dan distribusi logam berat tembaga dalam tanaman Glycine max (L) merill. Perbandingan nilai TF dan EF pada tanaman kontrol dan perlakuan untuk logam berat tembaga disajikan dalam Tabel 4 dan Gambar 3. Distribusi Logam Berat Tembaga dalam Tanaman Hasil analisis konsentrasi rata-rata logam berat tembaga yang terdistribusi pada akar, batang, daun, dan buah tanaman kedelai setelah masa tumbuh dan tahap pemanenan ditunjukkan pada Tabel 3 dan Gambar 2. Tabel 3. Distribusi Logam Berat Cu pada Bagian-bagian Tanaman setelah Tahap Pemanenan Glycine max (L) merill Tabel 4. Perbandingan Nilai TF dan EF Logam Tembaga untuk Sampel Kontrol dan Perlakuan Logam Berat Cu (mg/g) Sampel Tanaman TF EF Akar Batang Daun Buah Kontrol 0.18 0.94 Kontrol 36.2 11.16 6.48 26.64 Perlakuan 0.36 1.46 Perlakuan 19.6 7.79 7.14 25.16 40 Kontrol Perlakuan 1,5 20 1 [Cu] mg/g 30 Kontrol Perlakuan 10 0,5 0 Akar Batang Daun Bagian Tanaman Buah 0 TF Gambar 2. Perbandingan Distribusi Logam Berat Cu pada Bagian-bagian tanaman Glycine max (L) merill EF Gambar 3. Perbandingan Nilai TF dan EF Logam Tembaga untuk Sampel Kontrol dan Perlakuan 214 PROSIDING SEMINAR NASIONAL GEOFISIKA 2014 Optimalisasi Sains dan Aplikasinya Dalam Peningkatan Daya Saing Bangsa Makassar, 13 September 2014 Sebagaimana ditunjukkan oleh Tabel 4 dan Gambar 3, nilai TF logam tembaga untuk tanaman kontrol dan perlakuan nilainya masing-masing 0,18 dan 0,36. Data tersebut menunjukkan bahwa mekanisme fitoremediasi yang terjadi baik pada tanaman pada kontrol maupun perlakuan adalah mekanisme fitostabilisasi, karena konsentrasi logam berat tembaga yang terkonsentrasi di akar besar dibandingkan pada daun. Pada gambar 3, dapat dilihat bahwa nilai EF kontrol lebih kecil dari nilai EF perlakuan dengan nilai masing-masing sebesar 0,94 dan 1,46. Berdasarkan data yang diperoleh, tanaman kedelai pada perlakuan dapat dikategorikan sebagai tanaman hiperakumulator untuk logam tembaga karena memiliki nilai EF > 1. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian, disimpulkan bahwa konsentrasi logam berat tembaga yang diakumulasi oleh tanaman pada media tanam perlakuan lebih sedikit dibandingkan kontrol. Hal ini disebabkan oleh serbuk gergaji yang digunakan sebagai amendment mampu menahan laju logam berat dari tanah ke tanaman. Tanaman kedelai dikategorikan sebagai tanaman hiperakumulator karena memiliki nilai EF>1. Daftar Pustaka Hanafiah, K.A, 2012, Dasar-Dasar Ilmu Tanah, Jakarta : PT Rajagrafindo persada Iderawumi, dkk., 2012, Integrated Application of Urea and Sawdust Ash : Effect on Soil Chemical Properties, Plant Nutrisis, and Sorghum Performance, Journal of Agriculture and Veterinary Science, Vol 1, No 4, 38-41 Kamaruzzaman, 2008, Taburan Plumbum dan Kumprum di Sedimen Dasar Muara Sungai Pahang, Pahang Malaysia, Sains Malaysiana, Vol 35, No 4, Hal 543-547 Moenir, M., 2010, Kajian Fitoremediasi sebagai Alternatif Pemulihan Tanah Tercemar Logam Berat, Jurnal Riset Teknologi Pencegahan Pencemaran Industri, Vol. 1, No. 2 Mulyani, dkk., 2012, Studi Voltametri Siklik Sodium Dedocyl Benzen Sulfonat dalam Berbagai Elektroda dan Elektrolit Pendukung, Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah, Vol 15, No 1 Rao, 1994, mekanisme tanah dan pertumbuhan tanaman, UI-Press, Jakarta Robinson, dkk., 2003, Phytoremediation : using plants as biopumps to improve degraged environments, Australian journal of soil Research, Vol 41, hal 599 – 611 Ucapan Terima Kasih Tim penulis mengucapkan terima kasih kepada DP2MDIKTI yang telah membiayai penelitian ini dalam skema Desentralisasi-Hibah Bersaing Tahun kedua (2014). 215
