Analisis Residu Paraquat dan Pengaruh.… ANALISIS RESIDU PARAQUAT DAN PENGARUH PAPARAN PARAQUAT TERHADAP POPULASI MIKROB PADA TANAH PERKEBUNAN DESA BATETANGNGA SULAWESI BARAT Sahribulan1), Ni’matuzahroh1), Tini Surtiningsih1), dan Ganden Supriyanto2) 1) Departemen Biologi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga [email protected] 2) ABSTRAK Paraquat adalah herbisida yang digunakan secara luas untuk mengontrol pertumbuhan gulma. Penggunaan paraquat dalam jangka panjang dapat mengganggu keseimbangan ekosistem termasuk mikroorganisme tanah karena keberadaan residunya di dalam tanah. Penelitian ini bertujuan untuk: mengevaluasi kadar residu herbisida paraquat pada tanah perkebunan Desa Batetangnga, Sulawesi Barat yang terpapar herbisida paraquat dan pengaruh paparan herbisida paraquat terhadap populasi mikrob heterotrofik (bakteri, yeast, kapang) bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat, dan nitrifikasi pada tanah perkebunan. Penelitian ini merupakan penelitian observasional. Kadar residu herbisida paraquat dianalisis menggunakan HPLC LC-MS/MS. Pengaruh paparan paraquat terhadap populasi mikroba dievaluasi dari nilai Total Plate Count (CFU/g Tanah) mikrob heterotrofik (bakteri, yeast, kapang), bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat, dan nitrifikasi pada tanah yang terpapar dan yang tidak terpapar herbisida paraquat. Data penelitian dianalisis secara deskriptif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa residu paraquat pada tanah perkebunan Desa Batetangnga, Sulawesi Barat tidak terdeteksi dengan limit deteksi = 100 ppm. Nilai TPC populasi mikrob heterotrofik (bakteri, yeast, kapang), bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat dan nitrifikasi tanah yang tidak terpapar herbisida paraquat masing-masing sebesar 7,17; 5,54 dan 4,05 (CFU/g), sedangkan tanah yang terpapar herbisida paraquat, masing-masing sebesar 5,50; 3,86 dan 3,59 (CFU/g). Paparan herbisida paraquat pada tanah perkebunan Desa Batetangnga, Sulawesi Barat dapat menurunkan populasi mikroba tanah. Kata kunci: herbisida, paraquat, populasi mikrob, residu PENDAHULUAN Tingkat pencemaran lingkungan perairan dan tanah semakin tinggi dan kompleks. Pencemaran ini diakibatkan masih maraknya penggunaan bahan-bahan kimia berbahaya di tengah-tengah masyarakat maupun industri, serta belum baiknya sistem pengelolaan terhadap limbah yang dihasilkan. Salah satu bahan kimia yang memberikan kontribusi cukup besar sebagai sumber pencemaran adalah herbisida. Herbisida adalah salah satu jenis pestisida yang mengandung senyawa kimia beracun dan digunakan untuk mengendalikan gulma atau tumbuhan penggangu yang tidak dikehendaki (Ledoh dkk., 2010). Penggunaan paraquat yang semakin meningkat dalam jangka panjang dapat mengganggu keseimbangan ekosistem karena keberadaan residunya di dalam tanah. Penelitian yang telah dilakukan oleh Stanley et al. (2013) menunjukkan bahwa ketika herbisida paraquat diaplikasikan, herbisida paraquat terbukti berpengaruh tidak hanya terhadap gulma tetapi pada organisme non target, termasuk mikroorganisme tanah. Biomassa mikroba tanah memainkan peran yang penting dalam ekosistem tanah yaitu dalam siklus nutrisi dan dekomposisi (De Lorenzo et al., 2001). Paraquat terbukti menurunkan populasi dan keragaman bakteri (Baboo et al., 2013; Stanley et al., 2013). Keberadaan paraquat di dalam tanah (20 ppm) mampu menghambat pertumbuhan bakteri Azotobacter dan Rhizobium yang berperan dalam Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9 fiksasi nitrogen sehingga dapat mempengaruhi kesuburan tanah. Paraquat juga diketahui menghambat pertumbuhan bakteri E.coli dan alga di dalam tanah (Riadi dkk., 2011). Penelitian Stanley et al. (2013) tentang pengaruh aplikasi herbisida (atrizine dan paraquat) terhadap polulasi bakteri tanah menunjukkan penurunan populasi pada minggu ke 4 dan meningkat kembali pada minggu ke 6 dan ke 8. Hal ini menunjukkan bahwa ada beberapa bakteri yang mampu bertahan hidup dengan kehadiran herbisida, sehingga bakteri tersebut memungkinkan memiliki potensi dalam proses degradasi residu herbisida. Informasi lain mengenai penggunaan herbisida berbahan aktif paraquat yaitu gramoxone juga telah lama digunakan oleh masyarakat di Desa Batetangnga, Kecamatan Binuang, Kabupaten Polman, Sulawesi Barat. Herbisida ini telah digunakan selama puluhan tahun. Namun, karena kurangnya informasi dan pengetahuan masyarakat setempat mengenai pengaruh negatif yang ditimbulkan oleh paraquat sehingga herbisida ini masih digunakan. Berdasarkan informasi yang diperoleh melalui wawancara langsung dengan para pemilik perkebunan, bahwa hasil perkebunan mengalami penurunan. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh paparan residu paraquat yang berpengaruh terhadap berkurangnya keragaman mikroorganisme heterotrofik yang menyebabkan menurunnya kesuburan tanah, terutama mikroba yang berperan sebagai dekomposer, 188 Analisis Residu Paraquat dan Pengaruh.… pelarut fosfat, dan bakteri nitrifikasi yang berperan dalam siklus N untuk kesuburan tanaman. METODE PENELITIAN Media uji yang digunakan terdiri dari: Nutrient Agar (Oxoid), Potato Dextrose Agar (Oxoid), Saboroud Dextrose Agar, Carboxylmetyl Cellulose (CMC), MgSO4, CaCl2, KH2PO4, K2HPO4, NH4NO3, FeCl3, Ca3PO4, (NH4)2SO4, MnSO4, amilum, susu skim, minyak sayur, yeast ekstrak, Heptafluorobutyric Acid (HFBA), methanol 50%, dan akuades. Alat yang digunakan terdiri dari: Laminar Air Flow mikropipet, blue tipe mikropipet, neraca analitik, neraca portable, cawan Petri, magnetic stirrer, colony counter, mikroskop, inkubator dan HPLC LC-MS/MS. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Terpadu S2 Biologi, Universitas Airlangga Surabaya, Jawa Timur. Analisis residu paraquat Angler bioChemLab, dimulai pada Juli sampai dengan November 2015. Sampel tanah diperoleh dari tanah perkebunan di Desa Batetangnga Kecamatan Binuang, Kabupaten Polman, Sulawesi Barat. Titik pengambilan sampel tanah dilakukan secara sistematis yaitu sistem diagonal. Titik koordinat pengambilan sampel tanah terpapar paraquat (A1, B1, C1, D1, 1) dan sampel tanah tidak terpapar paraquat (A2, B2, C2, D2, 2) menggunakan GPS ( Tabel 1). Tabel 1 . Titik Koordinat Pengambilan Sampel Titik X1 Y1 A1 B1 C1 D1 1 A2 B2 C2 E119°24’22.404 E119°24’21.596 E119°24’21.599 E119°24’22.408 E119°24’22.004 E119°24’17.440 E119°24’16.631 E119°24’16.634 S3°23’56.119 S3°23’56.121 S3°23’57.421 S3°23’57.419 S3°23’56.759 S3°23’53.183 S3°23’53.185 S3°23’54.485 D2 2 E119°24’17.443 E119°24’17.032 S3°23’54.483 S3°23’53.849 Penentuan konsentrasi residu paraquat pada sampel tanah (Angeler BioChemLab), sebanyak 0,1 g sampel tanah diekstraksi menggunakan pelarut Heptafluorobutyric Acid (HFBA) dalam methanol 50%. Sampel dan pelarut kemudian dihomogenkan menggunakan vortex, selanjutnya disentrifuge untuk memisahkan antara supernatan dan pelet. Supernatan diambil dan diinjekkan di HPLC LC-MS/MS. Pengamatan Pengaruh Paraquat Terhadap Populasi Mikrob Heterotrofik Sampel tanah terpapar herbisida paraquat (gramoxone) dan sampel tanah kontrol masing-masing ditimbang sebanyak 10 g dilarutkan dalam larutan garam fisiologis 90 mL, dihomogenkan menggunakan spatula kaca, di vortex dan diendapkan selama 5 menit. Suspensi diambil dari masing – masing botol sebanyak 1 mL Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9 dimasukkan ke dalam 9 mL larutan garam fisiologis steril dan dilakukan pengenceran berseri hingga 10 -7. Tiga pengenceran 10-5, 10-6, dan 10-7 untuk isolasi bakteri sedangkan 10-1, 10-2, dan 10-3 untuk isolasi kapang dan yeast, Tiga pengenceran 10-3, 10-4, dan 10-5 untuk isolasi bakteri amilolitik, selulolitik, proteolitik, lipolitik, pelarut fosfat dan penambat nitrogen kemudian di plate dengan metode pour plate. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Residu Paraquat Hasil uji analisis residu paraquat pada sampel tanah menunjukkan bahwa pada sampel tanah tidak ditemukan adanya residu paraquat dengan limit deteksi 100 ppm (Gambar 1). Dalam pengujian residu paraquat pada sampel tanah dilakukan dengan komponen pembanding antara lain: standard in solvent (SIS), sampel tanah yang ditambahkan pada awal ekstraksi (standar adisi (SA)-pre) dan sampel tanah pada akhir ekstraksi (standar adisi (SA)-post). Konsentrasi paraquat yang ditambahkan pada pengujian mulai dari konsentrasi 1,10,dan 100 ppm. pada SIS konsentrasi 1 ppm bisa terdeteksi atau muncul sinyal paraquat pada HPLC LC-MS/MS, pada SA-post sinyal paraquat terdeteksi pada konsentrasi 10 ppm, sedangkan pada SA-pre sinyal paraquat terdeteksi pada konsentrasi 100 ppm. Tidak terdeteksinya paraquat pada sampel tanah diduga karena tingkat adsorpsi tanah terhadap paraquat sangat tinggi (Tabel 2). a (a) (b) Gambar 1. a) Hasil analisis paraquat pada sampel tanah, b) hasil analisis paraquat pada standar adisi (SA-Pre) 100 mg/L 189 Analisis Residu Paraquat dan Pengaruh.… Tabel 2. Hasil analisis residu paraquat pada sampel tanah dengan HPLC LC-MS/MS. Nama sampel Tipe sampel Waktu retensi Area Puncak 1 Standar in solvent (SIS) 1 mg/L Standar in solvent (SIS) 10 mg/L Standar in solvent (SIS) 100 mg/L Standar adisi (SA-Pos) 1 mg/L Standar adisi (SA-Pos) 10 mg/L Standar adisi (SA-Pos) 100 mg/L Standar adisi (SA-Pre) 1 mg/L Standar adisi (SA-Pre) 10 mg/L Standar adisi (SA-Pre) 100 mg/L Sampel tanah Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) Standar (Calc. Point) 4.215 14.768 1.290 4 5 6 7 8 9 10 991.472 8.021 4.184 1.177.99 96.259 4.162 7.826 1.046 Gambar 4.292 97.386 7.525 4.379 864.644 58.235 ND ND ND ND ND ND 4.232 23.108 2.411 ND ND ND Pengaruh Paparan Herbisida Paraquat Terhadap Populasi Mikrob Heterotrofik (Bakteri, Yeast, dan Kapang) dan Bakteri yang Berperan Sebagai Dekomposer, Pelarut Fosfat, dan Nitrifikasi Hasil penelitian yang telah dilakukan mengenai pengaruh paparan herbisida terhadap populasi mikrob heterotrofik (kapang, yeast, dan bakteri) dan bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat, dan nitrifikasi dari cuplikan sampel tanah yang terpapar herbisida paraquat dan tanah yang tidak terpapar herbisida paraquat, menunjukkan adanya perbedaan. Dari hasil Total Plate Count populasi mikrob heterotrofik (kapang, yeast, dan bakteri) dan bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat, dan nitrifikasi dari cuplikan sampel tanah yang terpapar herbisida paraquat lebih rendah dibandingkan dengan tanah yang tidak terpapar herbisida paraquat (Gambar 2 dan 3). Hal ini diduga bahwa adanya pengaruh paparan herbisida terhadap populasi mikrob pada tanah tersebut. Meskipun pada analisis residu yang terpapar paraquat tidak ditemukan residu namun diduga bahwa tidak ditemukannya residu disebabkan oleh tanah tersebut memiliki sifat absorbansi yang kuat terhadap paraquat sesuai dengan perlakuan pengujian saat analisis residu. Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9 (CFU/g Tanah) mikroba heterotrofik 3 4.197 10log 2 10log (CFU/g Tanah) mikroba heterotrofik No 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Tanah… 2. Jumlah Total Plate Count mikroba heterotrofik (kapang, yeast, dan bakteri) dari sampel tanah terpapar herbisida paraquat dan sampel tanah kontrol. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Tanah Kontrol Tanah Terpapar Bakteri Kapang Yeast Gambar 3. Jumlah Total Plate Count bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat, dan nitrifikasi Berdasarkan hasil penelitian Muktamar dkk. (2003) herbisida paraquat bila terdisosiasi akan membentuk kation dalam larutan tanah dan akan difiksasi oleh pertukaran kation pada muatan negatif permukaan koloid tanah. Sebagai herbisida kationik, paraquat akan terionisasi sempurna dalam larutan tanah membentuk kation divalen sehingga menyebabkan fiksasi residu herbisida ini sangat kuat teradsorpsi dan menjadi tidak aktif di dalam tanah, tetapi akan menyebabkan konsentrasi paraquat di dalam tanah meningkat. Meskipun paraquat tidak aktif di dalam tanah, kelarutan paraquat di dalam air sangat tinggi. Sehingga apabila datang hujan, paraquat akan terbawa oleh aliran perkolasi ke dalam tubuh tanah dan masuk ke dalam sistem drainase sehingga dapat mencemari lingkungan (Nurhayati, 2012). Selain itu, tidak ditemukannya residu herbisida bisa disebabkan oleh pengaruh dari sinar matahari atau terjadinya fotodegradasi. Mulyono (2007) dalam penelitiannya mengenai studi kinetika degradasi paraquat dalam lingkungan persawahan Boyolali Jawa Tengah menunjukkan bahwa paraquat yang terpapar sinar matahari selama 18 hari mengalami degradasi hingga 190 Analisis Residu Paraquat dan Pengaruh.… 49,21%. Penelitian yang sama oleh Wogo, dkk. (2010) di tanah pertanian Kabupaten Kupang menunjukkan bahwa sinar matahari dapat meningkatkan laju degradasi paraquat. Absorpsi herbisida akan meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan bahan organik, liat, dan kapasitas tukar kation (KTK) (Tu, 2001). Hasil analisis karakteristik sifat kimia tanah dari sampel tanah yang terpapar herbisida menunjukkan bahwa kandungan bahan organik, liat, dan kapasitas tukar kation (KTK) dari sampel tanah rendah (Tabel 3). Tabel 3. Karakteristik sifat fisika-kima tanah Nilai kandungan tanah Sifat tanah pH H2O pH KCl C. organik (%) N. total (%) Bahan organik C/N P. Bray1 (mg kg-1) K (me/100 g) Na (me/100 g) Ca (me/100 g) Mg (me/100 g) Kapasitas tukar kation (me/100 g) Kejenuhan basa (%) Pasir (%) Debu (%) Liat (%) Tekstur Tanah terpapar paraquat 4.6 4.0 1.50 0.17 2.58 9 3.65 3.37 1.95 2.06 0.41 14.64 53 62 23 15 Lempung berpasir Tanah tidak terpapar paraquat 5.82 4.67 2.33 0.48 4.01 5 8.65 1.02 0.65 3.88 1.09 22.97 29 12 49 39 Lempung liat berdebu Penelitian yang telah dilakukan oleh Muktamar dkk. (2006) tentang adsorpsi herbisida paraquat oleh tanah Dystrandept, Paleudult, dan Psamment pada berbagai konsentrasi NaCl dan MgCl2 menyebutkan bahwa keberadaan unsur Mg dan Na didalam tanah memiliki peranan terhadap adsorpsi herbisida di dalam tanah. Hal ini terbukti dengan penambahan NaCl dan MgCl2 mengakibatkan peningkatan adsorpsi paraquat pada pada masing-masing tanah yang diperlakukan. Selain itu, unsur Ca juga merupakan adsorben yang baik dalam menjerap herbisida di dalam tanah. Berdasarkan kriteria sifat kimia tanah menunjukkan bahwa kandungan unsur Mg dan Ca sangat rendah tanah, tetapi kandungan unsur Na sangat tinggi (Tabel 3). Gambar 2 menunjukkan bahwa adanya pengaruh paparan herbisida paraquat terhadap populasi mikrob heterotrofik (bakteri, kapang, dan yeast) dibandingkan dengan populasi mikrob heterotrofik tanah kontrol. Nilai log TPC dari populasi mikrob heterotrofik yaitu bakteri, kapang dan yeast tanah kontrol masing-masing sebesar 7,17; 5,54 dan 4,05 (CFU/g) sedangkan tanah yang terpapar herbisida paraquat masing-masing sebesar 5,50; 3,86 dan 3,59 (CFU/g). Gambar 3 juga menunjukkan adanya pengaruh paparan herbisida paraquat terhadap populasi bakteri yang berperan sebagai dekomposer, Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9 pelarut fosfat, dan nitrifikasi dibandingkan dengan populasi bakteri tanah kontrol. Nilai TPC dari populasi bakteri amilolitik, selulolitik, proteolitik, lipolitik, pelarut fosfat, dan penambat nitrogen tanah kontrol masingmasing sebesar 7,34; 7,04; 7,48; 7,04; 7,77 dan 5,00. Sedangkan tanah yang terpapar herbisida paraquat masing-masing sebesar 6,42; 6,04; 6,25; 6,41; 6,29; dan 4,85. Sahid et al. (1992) menyatakan bahwa herbisida bersifat toksik bagi tanaman maupun mikroorganisme, berdasarkan hasil penelitiannnya menunjukkan bahwa pemberian alaklor dan paraquat dengan konsentrasi 250 ppm pada tanah gambut menurunkan populasi kapang dan bakteri masing-masing sebsar 78% dan 95%. Umumnya pemberian paraquat dengan konsentrasi yang tinggi akan menghambat bergagai macam proses yang dilakukan oleh mikrob di dalam tanah. Paraquat yang diaplikasikan ke tanah dengan konsentrasi 5000 µg/gm terbukti menghambat proses nitrifikasi sebesar 40% selama 28 hari masa inkubasi (Smith dan Mayfield, 1977). Sebiomo et al. (2011) pada penelitiannya mengenai efek empat jenis herbisida (atrizin, primextra, paraquat, dan glifosat) terhadap populasi mikrob, bahan organik tanah, dan aktivitas dehidrogenase pada lahan yang belum pernah diberikan herbisida menunjukkan bahwa penambahan herbisida pada lahan menyebabkan kandungan bahan organik dan populasi mikrob meningkat dalam beberapa minggu, namun mengalami penurunan dibandingkan kontrol. Peningkatan populasi mikrob ini sebagai reaksi adaptasi terhadap stres dari peningkatan jumlah herbisida yang diberikan. SIMPULAN Kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai beriku. 1. Residu paraquat pada tanah perkebunan Desa Batetangnga, Kecamatan Binuang, Kabupaten Polman, Sulawesi Barat tidak terdeteksi dengan limit deteksi = 100 ppm. 2. Paparan herbisida paraquat menurunkan jumlah populasi mikrob heterotrofik (bakteri, yeast, kapang) dan bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat dan nitrifikasi. Nilai TPC populasi mikrob heterotrofik (bakteri, yeast, kapang) dan bakteri yang berperan sebagai dekomposer, pelarut fosfat dan nitrifikasi tanah kontrol masing-masing sebesar 7.17, 5.54 dan 4.05 (CFU/g) sedangkan tanah yang terpapar herbisida paraquat masing-masing sebesar 5.50, 3.86 dan 3.59 (CFU/g). DAFTAR PUSTAKA Baboo, M., Mamata, P., Alka S., Monty, K.., Jitesh, K. M. and Amiya, K. P., 2013, Effect of Four Herbicides on Soil Organic Carbon, Microbial Biomass-C, Enzymes Activity and Microbial Population in Agricultural Soil, International Journal of Research in Environmental Science and Technology, ISSN 2249–9695, 4(3): 100-112. 191 Analisis Residu Paraquat dan Pengaruh.… De Lorenzo, M. E, Scott, G. I, Ross, P. E., 2001. Toxicity of Pesticides to Aquatic Microorganisms: a review. Environ. Toxicol. Chem. 20: 84-98. Ledoh, S.M.F.., Hermania, E.W. dan Siti, A.S.A, 2010, Laju Adsorpsi dan Desorpsi Paraquat pada Tanah Pertanian Desa Oesao Kecamatan Kupang Timur, Jurusan Kimia, Fakultas Sain dan Teknik Universitas Nusa Cendana, Kupang-NTT, Molekul, 5 (1): 1 – 9. Muktamar, Z., Silmi, F. dan Nanik, S., 2003, Adsorpsi Paraquat oleh Bahan Mineral Ultisol dan Entisol pada Berbagai Konsentrasi, Jurnal Ilmu-Ilmu Pertanian Indonesia, ISSN 1411-0067, 5 (2): 4047. Muktamar, Z., Titin, R. dan Nanik, S., 2006, Adsorpsi Herbisida Paraquat oleh Tanah Dystrandept, Paleudult, dan Psamment pada Berbagai Konsentrasi NaCl dan MgCl2, Jurnal Ilmu-Ilmu Pertanian Indonesia, ISSN 1411-0067, 8 (1): 1930. Nurhayati, 2012, Risk Assessment Herbisida Paraquat, Program Studi Kimia, Jurusan Ilmu Kimia, Pasca Sarjana Universitas Gajah Mada, Yogyakarta. Sahid, I., Ainon, H. and Paridah, A.M. 1992.Effects of Paraquat and Alachlor on Soil Microorganisms in Peat Soil. Pertanika 15: 121-125. Sebiomo, A., Ogundero, V.W. and Bankole, S.A. 2011.Effect of Four Herbicides on Microbial Population, Organic Matter and Dehydrogenase Activity. African Journal of Biotechnology 10: 770-778. Smith, E.A and C.I Mayfield, 1977, Effect of Paraquat on Selected Microbial Activities in Soil, Departement of Biology, University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada, 3: 333-343. TU, 2001, Weed Control Method Handbook, Thenature Conservancy, Version April 2001. Wago, H.E., Sherlly, M.F.L., Philiphi de, L., 2010, Studi Kinetika Dgradasi Paraquat (1,1-dimetil, -4,-4 bipiridilium) dalam Lingkungan Tanah Pertanian Kabupaten Kupang, Jurusan Kimia, fakultas Sains dan Teknik-UNDANA, Media Exacta, 10 (2). Prosiding Seminar Nasional Biologi 2016_ ISBN: 978‐602‐0951‐11‐9 192