Akumulasi Timbal (Pb) Dan Kadmium (Cd) Pada Tiga Jenis Tumbuhan Yang Terpapar Debu Semen Di Cileungsi, Bogor
AKUMULASI TIMBAL (Pb) DAN KADMIUM (Cd) PADA TIGA JENIS
TUMBUHAN YANG TERPAPAR DEBU SEMEN DI CILEUNGSI, BOGOR
SINTARIA PRAPTINASARI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul “Akumulasi Timbal (Pb) dan
Kadmium (Cd) pada Tiga Jenis Tumbuhan yang Terpapar Debu Semen di
Cileungsi, Bogor” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2016
Sintaria Praptinasari
NRP G353124041
RINGKASAN
Sintaria Praptinasari. Akumulasi Timbal (Pb) dan Kadmium (Cd) pada Tiga Jenis
Tumbuhan yang Terpapar Debu Semen di Cileungsi, Bogor. Dibimbing oleh
SULISTIJORINI dan YOHANA C. SULISTYANINGSIH.
Logam berat merupakan salah satu zat toksik yang terkandung dalam
limbah bahan baku, emisi bahan bakar, dan emisi debu selama proses produksi
semen. Debu pabrik semen dan polutan gas dapat menyebabkan perubahan
kondisi lingkungan di sekitarnya, salah satunya adalah kondisi vegetasi. Emisi
debu yang terus terjadi dalam waktu yang lama dapat menyebabkan terbatasnya
jenis yang mampu bertahan hidup pada daerah tersebut. Kondisi tersebut dapat
berdampak terhadap struktur dan komposisi penyusun vegetasi di daerah sekitar
pabrik semen. Kontaminasi polutan pabrik semen menghambat pertumbuhan
tumbuhan dan mereduksi keberadaan jenis-jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitarnya.
Logam berat yang ditemukan dalam tubuh tumbuhan di sekitar industri
semen antara lain: Cd, Cu, Pb, dan Zn. Timbal (Pb) merupakan jenis logam berat
yang paling sering ditemukan sebagai kontaminan pada lingkungan. Kadmium
(Cd) merupakan kontaminan dengan toksisitas yang sangat tinggi bagi tumbuhan.
Akumulasi logam Pb dan Cd dalam tubuh tumbuhan dapat menyebabkan
beberapa gangguan, yaitu gangguan pertumbuhan seperti terhambatnya
pertumbuhan akar dan tunas, kerusakan jaringan seperti rusaknya dinding sel,
serta gangguan fisiologi seperti terganggunya proses fotosintesis dan pemblokiran
transpor unsur hara. Kontaminasi Pb dan Cd yang disebabkan oleh debu pabrik
semen perlu diteliti untuk mengetahui akumulasi kedua logam tersebut dalam
tanah dan tumbuhan serta untuk mengetahui komposisi tumbuhan bawah
berdasarkan analisis vegetasi yang dilakukan di sekitar pabrik semen di Cileungsi,
Bogor.
Pengamatan kondisi vegetasi tumbuhan bawah dilakukan pada radius 1, 3,
dan 5 km dari lokasi pabrik semen. Analisis vegetasi dilakukan menggunakan
metode kuadrat, dengan luas petak contoh (2 × 2) m2, masing-masing radius
sebanyak 50 petak contoh.
Analisis kandungan logam dalam contoh akar dan daun Stachytarpheta
jamaicensis, Bidens pilosa, dan Pennisetum purpureum diambil secara komposit
untuk setiap radius 1, 3, dan 5 km. Kedua jenis contoh organ tumbuhan dianalisis
kadar Cd dan Pb menggunakan atomic absorption spectrometry (AAS). Hal yang
sama dilakukan pada contoh tanah dengan kriteria pengambilan pada kedalaman
0-15 cm.
Analisis histokimia menggunakan contoh berupa helai daun dan akar P.
purpureum, S. jamaicensis, dan B. pilosa disayat melintang setebal 30 µm
menggunakan mikrotom beku. Uji kandungan kadmium dilakukan dengan
menggunakan pengamatan tidak langsung, yaitu dengan mendeteksi keberadaan
senyawa tanin pada sel atau jaringan menggunakan FeCl3. Keberadaan logam Cd
pada sel atau jaringan ditandai dengan adanya warna coklat hinggu hitam. Uji
kandungan timbal dilakukan dengan menggunakan reagen sodium rodizonat.
Keberadaan logam Pb pada sel atau jaringan ditandai dengan adanya warna merah.
Pengamatan stomata diamati pada sediaan paradermal. Proses pengerikan
sisi adaksial dan abaksial daun menggunakan silet. Parameter yang diamati pada
sayatan paradermal daun adalah ukuran dan kerapatan stomata.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat 36 jenis tumbuhan bawah
yang berasal dari 14 famili hidup di sekitar industri semen di Cileungsi, Bogor.
Berdasarkan hasil perhitungan INP, B. pilosa, S. jamaicensis, dan P. purpureum
merupakan jenis yang dominan di daerah tersebut. Akumulasi logam Pb dan Cd
paling tinggi ditemukan di akar, selanjutnya di daun, dan terakhir di tanah. Secara
umum translocation factor (TF) dan bioconcentration factor (BCF) ketiga jenis
tumbuhan uji untuk logam Pb dan Cd bernilai lebih dari satu 1. Hal tersebut
mengindikasikan ketiga jenis tumbuhan berpotensi sebagai akumulator logam Pb
dan Cd. Preparat histokimia akar dan daun tumbuhan uji menunjukkan logam Pb
dan Cd umumnya diakumulasi di xilem, floem, dan epidermis. Ukuran stomata
tumbuhan yang terpapar logam Cd dan Pb menunjukkan perbedaan yang tidak
signifikan jika dibandingkan dengan ukuran stomata tumbuhan kontrol.
Sementara itu, kerapatan stomata pada sisi abaksial B. pilosa dan S. jamaicensis
lebih rendah dibandingkan dengan tumbuhan kontrol, sedangkan kerapatan
stomata P. purpureum menunjukkan hasil yang sebaliknya. Dapat disimpulkan
bahwa logam Pb dan Cd terakumulasi dalam tumbuhan dan dalam tanah di sekitar
industri semen di daerah Cileungsi, Bogor.
Kata kunci: debu semen, histokimia, kadmium (Cd), timbal (Pb), vegetasi
tumbuhan bawah
SUMMARY
Lead and Cadmium Accumulation in Three Cement-Dust-Exposed Plant Species
Surrounding Cement Factory in Cileungsi, Bogor. Supervised by
SULISTIJORINI and YOHANA C. SULISTYANINGSIH.
Heavy metals is a toxic substances contained in the waste of raw materials,
fuel and dust emissions during the cement production process. Cement dust
factory and gaseous pollutants can changes the environmental conditions such as
condition of the vegetation. The plant species difficult to survive on the
environmental that full of dust emission. This environmental condition can impact
the structure and composition of the vegetation in the area around the cement
factory. Pollutant resulting from the cement factory could inhibit the plant growth
and reduce the vegetation around its area.
Heavy metals that commonly found in the plant shoot are Cd, Cu, Pb, and
Zn. Cadmium has a very high toxicity to plants. The accumulation of Pb and Cd
cause some disruptions, i.e. growth disorders such as inhibited the growth of roots
and seedlings, and tissue damage such as damaged cell walls, as well as
physiological disorders such as disruption of the photosynthetic process and
nutrients blocking transportation. The accumulation of Cd and Pb in the soils and
plants, as well as composition of the vegetation around the cement factory of
Cileungsi, Bogor were exemined to measures the Cd and Pb contamination by the
factory.
The understorey vegetation around the area of cement factory were observed
on the radius of 1, 3, and 5 km. Vegetation analysis was conducted in (2 × 2) m²
plots, with 50 plots were selected for each radius.
The metal content in the root and leaf samples from S. jamaicensis, B.
pilosa, and P. purpureum analyzed compositely for each radius of 1, 3, and 5 km.
The Cd and Pb concentrations in the plants sample organs were analyze using
AAS. The same method was carried out for soil sample analysis which was
observed in 0-15 cm depth.
Histochemical analysis using leaves and roots samples of S. jamaicensis, B.
pilosa, and P. purpureumwhich were sliced into cross section of 30 μm thickness
using freeze microtome. Cadmium content test was carried out using indirect
observation, by detecting the presence of tannin in the cells or tissues using FeCl3.
The presence of Cd metal in cells or tissues is characterized by the brown to
blackcolor. Lead content test was carried out using sodium rodizonat reagent. The
existence of Pb in cells or tissue is characterized by red color.
The stomata was observed on paradermal slides section. The slides
preparation of upper and lower surface of leaves was carried out using a razor
blade. The parameters observed on the incisions of paradermal leaves are stomatal
size and density.
There are 36 species of understorey plants belongs to 14 families were
found around the cement factory in Cileungsi, Bogor. Based on IVI, S.
jamaicensis, B. pilosa, and P. purpureum were the dominant species in the area.
The high of Pb and Cd accumulation were detected respectively in roots, leaves
and ground. Generally, the Cd and Pb accumulation in the three plant species
based on TF and BCF values is higher than 1. It indicated that those three plant
species are potential as Pb and Cd accumulator. The results of hystochemical
analysis showed that Pb and Cd are generally accumulated in xylem, phloem, and
epidermis. The stomatal size test showed no significant difference compared with
control plants. Meanwhile, the density of stomata on the lower surface of B. pilosa
and S. jamaicensis were lower than control plants, whereas the density of stomata
in P. purpureum showed the opposite results. Conclusion, Pb and Cd metals were
already accumulated the plants and soils around the cement factory in Cileungsi,
Bogor.
Keywords: cadmium (Cd), cement dust, histochemistry, lead (Pb), understorey
vegetation
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
AKUMULASI TIMBAL (Pb) DAN KADMIUM (Cd) PADA TIGA JENIS
TUMBUHAN YANG TERPAPAR DEBU SEMEN DI CILEUNGSI, BOGOR
SINTARIA PRAPTINASARI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Hamim, MSi
PRAKATA
Rasa syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala rahmat-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul “Akumulasi Timbal (Pb)
dan Kadmium (Cd) pada Tiga Jenis Tumbuhan yang Terpapar Debu Semen di
Cileungsi, Bogor” dapat terselesaikan dengan baik.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Sulistijorini, M. Si dan Dr.
Yohana C. Sulistyaningsih selaku dosen pembimbing, Dr. Hamim selaku dosen
penguji, serta semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyusunan karya
ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, dan seluruh
keluarga yang selalu memberikan doa, motivasi serta inspirasi bagi penulis agar
tetap sabar dalam mencapai kesuksesan, keluarga besar prodi Biologi Tumbuhan
serta seluruh keluarga besar di laboratorium Ekologi Tumbuhan dan keluarga
besar di laboratorium Mikroteknik Departemen Biologi IPB atas segala doa dan
dukungannya.
Harapan besar bagi saya, semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi penulis
sendiri pada khususnya dan masyarakat serta bangsa pada umumnya.
Bogor, April 2016
Sintaria Praptinasari
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
2
2
2
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Umum di Sekitar Pabrik Semen
Pencemaran di Lingkungan Industri Semen
Akumulasi Logam Berat pada Tumbuhan
3
3
4
METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Alat dan Bahan
Analisis Vegetasi
Analisis Kandungan Cd dan Pb pada Akar, Daun, serta Tanah
Analisis Histokimia
Pengamatan Stomata
Analisis Data
6
6
7
7
7
8
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Komposisi Vegetasi Lingkungan Industri Semen di Cileungsi, Bogor
Akumulasi Logam Pb dan Cd pada Akar, daun, dan Tanah di sekitar
Pabrik Semen di Cileungsi, Bogor
Gejala Kerusakan Daun
Akumulasi Logam Pb dan Cd pada Jaringan Akar dan Daun
Pembahasan
10
11
13
15
16
19
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
26
26
DAFTAR PUSTAKA
27
LAMPIRAN
31
RIWAYAT HIDUP
35
DAFTAR GAMBAR
1 Peta lokasi penelitian
2 Kandungan logam Cd dan Pb dalam tanah di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor
3 Kandungan logam Cd dalam akar dan daun di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor
4 Kandungan logam Pb dalam akar dan daun di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor
5 Gejala kerusakan daun tumbuhan uji yang tumbuh di sekitar pabrik
semen di Cileungsi, Bogor
6 Hasil pengujian kandungan Cd dalam jaringan tumbuhan perlakuan dan
kontrol
7 Hasil pengujian kandungan Pb dalam jaringan tumbuhan perlakuan dan
kontrol
6
13
13
14
16
17
18
DAFTAR TABEL
1 Perbandingan emisi gas SO2, NO2, dan emisi debu PT. Holcim, PT.
Semen Indonesia dan baku mutu emisi di Indonesia
3
2 Batas kritis logam berat dalam tanah dan tumbuhan
4
3 Indeks nilai penting tumbuhan penyusun vegetasi tumbuhan bawah
sekitar industri semen di daerah Cileungsi, Bogor
10
4 Indeks keanekaragaman jenis, kekayaan jenis, dan kemerataan jenis
vegetasi tumbuhan bawah lingkungan industri semen di Cileungsi, Bogor
11
5 Indeks kemiripan komunitas vegetasi tumbuhan bawah di lingkungan industri
semen daerah Ciluengsi, Bogor
6 Hasil analisis kondisi kimia tanah di sekitar pabrik semen di daerah
Cileungsi, Bogor
12
7 Kondisi klimatik lingkungan industri semen di Cileungsi, Bogor
12
8 Nilai bioconcentration factor (BCF) akar dan daun tumbuhan uji yang
hidup di sekitar pabrik semen di Cileungsi, Bogor
15
9 Nilai translocation factor (TF) tumbuhan uji yang hidup di sekitar pabrik
semen di Cileungsi, Bogor
15
10 Perbandingan ukuran daun tumbuhan perlakuan di sekitar pabrik semen
di Cileungsi dan tumbuhan kontrol
16
11 Perbandingan ukuran stomata tumbuhan perlakuan yang tumbuh di
sekitar pabrik semen di Cileungsi dan tumbuhan kontrol
19
12 Perbandingan kerapatan stomata tumbuhan perlakuan yang tumbuh di
sekitar pabrik semen di Cileungsi dan tumbuhan kontrol
19
DAFTAR LAMPIRAN
1 Nilai kerapatan dan frekuensi jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitar industri semen Cileungsi, Bogor Radius 1 km
2 Nilai kerapatan dan frekuensi jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitar industri semen Cileungsi, Bogor Radius 3 km
3 Nilai kerapatan dan frekuensi jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitar industri semen Cileungsi, Bogor Radius 5 km
32
33
34
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dewasa ini, pencemaran menjadi masalah serius terutama di negara
berkembang, termasuk Indonesia. Pabrik-pabrik dibangun guna menunjang
kebutuhan nasional terhadap berbagai jenis produk, salah satunya pembangunan
pabrik semen. Kapasitas produksi semen nasional pada 5 tahun terakhir
mengalami kenaikan cukup signifikan, pada tahun 2010 sebesar 52.067 ton/tahun,
sedangkan pada tahun 2015 sebesar 64.594 ton/tahun (Kemenperin 2015). Hal ini
baik untuk pertumbuhan ekonomi Indonesia, namun disisi lain menimbulkan
dampak buruk bagi lingkungan karena kapasitas limbah yang dihasilkan juga
meningkat.
Terdapat tiga jenis limbah yang ditimbulkan akibat proses produksi semen,
meliputi limbah cair (air bekas produksi), padat (debu dan partikel) dan gas (SO2,
NO2, dan CO2). Jika tidak dikelola dengan baik, keberadaan ketiga jenis limbah
tersebut dapat mencemari lingkungan di sekitarnya dengan berbagai kandungan
zat toksik yang dimiliki, termasuk logam berat. Debu semen merupakan salah satu
jenis limbah dengan kuantitas yang cukup banyak dan relatif mudah terakumulasi
baik pada lingkungan maupun tubuh makhluk hidup. Debu semen umumnya
mengandung beberapa jenis logam berat, meliputi Cd, Cu, Pb, dan Zn (Trezza &
Scian 2004; Ramesh & John 2014)). Kadmium (Cd) dan timbal (Pb) merupakan
logam dengan toksisitas tinggi dan berbahaya jika terakumulasi di dalam tubuh
makhluk hidup, termasuk tumbuhan.
Timbal merupakan logam dengan tingkat persebaran dan ketersediaan
yang tinggi jika dibandingkan dengan jenis logam berat lainnya. Secara alami, Pb
dapat ditemukan pada batuan dan lapisan kerak bumi. Kadmium memiliki tingkat
ketersediaan alamiah yang cukup rendah. Logam tersebut merupakan hasil
samping dari proses pemurnian Pb dan Zn yang terbuang ke lingkungan. Tingkat
ketersediaan logam Pb dan Cd berbanding terbalik dengan tingkat toksisitas yang
dimiliki, Cd memiliki tingkat toksisitas yang lebih tinggi dibandingkan Pb.
Meskipun demikian, Cd memiliki tingkat ketersediaan yang lebih rendah
dibandingkan Pb (Tangahu et al. 2011). Akumulasi logam Pb dan Cd dalam tubuh
tumbuhan dapat menyebabkan beberapa gangguan, meliputi gangguan
pertumbuhan seperti terhambatnya pertumbuhan akar dan tunas, kerusakan
jaringan misalnya rusaknya dinding sel, serta gangguan fisiologi contohnya
terganggunya proses fotosintesis (Ghelich et al. 2013).
Emisi debu yang terjadi terus-menerus dalam jangka waktu yang lama
dapat menyebabkan perubahan kondisi lingkungan di sekitarnya, termasuk
kondisi vegetasi. Akumulasi logam Pb dan Cd yang terkandung dalam debu
pabrik semen memberikan dampak terhadap perubahan struktur dan komposisi
tumbuhan penyusun vegetasi di daerah sekitar tersebut. Hal tersebut dapat
menghambat pertumbuhan dan mereduksi keberadaan jenis-jenis tumbuhan
penyusun vegetasi di sekitarnya (Iqbal & Shafiq 2001; Lameed & Ayodele 2008).
Perubahan komposisi vegetasi menyebabkan kestabilan ekosistem terganggu,
sehingga berdampak terhadap kehidupan makhluk hidup lainnya, termasuk
manusia dan hewan (Misra 1980).
2
Pabrik semen di daerah Cileungsi memiliki lokasi yang berdekatan dengan
permukiman penduduk, area persawahan, dan perbukitan yang ditumbuhi
tumbuhan yang dimanfaatkan oleh penduduk sekitar sebagai sumber hijauan
pakan ternak. Akumulasi logam Cd dan Pb yang terkandung dalam debu semen
dapat menyebabkan gangguan terhadap pertumbuhan dan perkembangan makhluk
hidup di sekitarnya. Sebagai contoh, logam Cd dan Pb yang terkandung dalam
debu dapat terakumulasi dalam tanah, kemudian terserap oleh tumbuhan yang
selanjutnya dikonsumsi hewan maupun manusia. Hal tersebut memungkinkan
logam Cd dan Pb terakumulasi dalam tubuh manusia maupun hewan.
Penelitian mengenai beberapa jenis rumput yang dipergunakan sebagai
pakan ternak menunjukkan Digitaria sp dan Axonopus sp yang tumbuh di sekitar
pabrik semen di Bogor terbukti terkontaminasi oleh beberapa jenis logam berat
termasuk Cd dan Pb. Logam Cd dan Pb ditemukan terakumulasi pada kedua jenis
rumput tersebut hingga jarak 5 km dari pabrik semen (Darmono 1994). Mengacu
terhadap hasil penelitian tersebut, maka penelitian ini ingin mempelajari
akumulasi logam Cd dan Pb pada jenis tumbuhan bawah secara lebih menyeluruh
pada radius 1, 3, dan 5 km dari pabrik semen di Cileungsi, Bogor.
Tujuan Penelitian
Penelitian bertujuan: (1) mempelajari perbedaan komposisi vegetasi
tumbuhan bawah pada tiga radius yang berbeda di lingkungan sekitar industri
semen di daerah Cileungsi, Bogor, (2) mengukur kadar akumulasi logam Pb dan
Cd dalam tanah, daun, dan akar, (3) mempelajari lokasi akumulasi logam Pb dan
Cd pada jaringan akar dan daun Pennisetum purpureum, Stachytarpheta
jamaicensis dan Bidens pilosa.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi jenis-jenis
tumbuhan yang mampu hidup pada lingkungan yang terkontaminasi limbah
industri semen, serta tingkat kontaminasi logam Cd dan Pb di dalam tanah
maupun tumbuhan di sekitar industri semen di Cileungsi, Bogor. Penelitian ini
diharapkan dapat memberikan informasi mengenai potensi S. jamaicensis, B.
pilosa dan P. purpureum sebagai akumulator logam Cd dan Pb.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian dilakukan di radius 1, 3, dan 5 km dari pabrik semen di
Klapanunggal-Cileungsi, Bogor. Contoh tanah dan tumbuhan diambil dengan pola
melingkar mengelilingi pabrik pada masing-masing radius pengamatan.
Tumbuhan yang digunakan sebagai kontrol diambil di sekitar Dramaga, dengan
pertimbangan daerah tersebut memiliki sumber polusi dan tingkat pencemaran di
daerah Dramaga lebih rendah jika dibandingkan dengan Cileungsi.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Umum di Sekitar Pabrik Semen
Semen merupakan suatu campuran senyawa kimia yang mampu mengikat
bahan-bahan lain menjadi satu kesatuan massa yang dapat memadat dan mengeras.
Bahan baku pembuatan semen adalah batu kapur, tanah liat, pasir besi, silika, dan
gipsum (KemenLH 2010). Sejauh ini, terdapat sembilan perusahaan semen yang
beroperasi di Indonesia, dengan 30 unit pabrik yang tersebar hampir di seluruh
wilayah Indonesia. Kapasitas produksi semen tertinggi pada lima tahun terakhir
(2010-2015) dihasilkan oleh PT. Semen Indonesia (9.100-13.120 ton), diikuti oleh
PT. Holcim (8.300-10.700 ton). Tingginya kapasitas produksi suatu pabrik semen
berakibat terhadap banyaknya limbah yang diemisikan ke lingkungan. Tabel 1
menyajikan perbandingan emisi gas SO2, NO2, dan emisi debu yang dihasilkan
oleh PT. Holcim, PT. Semen Indonesia, dan baku mutu emisi pabrik semen di
Indonesia.
Tabel 1 Perbandingan emisi gas SO2, NO2, dan emisi debu PT. Holcim, PT.
Semen Indonesia dan baku mutu emisi pabrik semen di Indonesia
Baku mutu emisi pabrik
semen di Indonesia
(mg/m3)
Emisi SO2
630
482
800
Emisi NO2
860
1208
1000
Debu
45
24
80
Sumber: Annual Report Holcim 2013; Sustainability Report Semen Indonesia 2013;
Kepmen LH No. 13 Tahun 1995
Parameter
Holcim (mg/m3)
Semen Indonesia
(mg/m3)
Akumulasi limbah yang diemisikan pabrik semen dalam jangka waktu
yang lama berdampak terhadap kondisi lingkungan di sekitarnya, termasuk
kondisi vegetasi. Hasil penelitian menunjukkan kondisi vegetasi di sekitar pabrik
semen di Mesir cenderung memiliki kelimpahan yang lebih rendah dibandingkan
dengan lokasi lain yang berada jauh dari pabrik semen (Fakhry & Migahid 2011).
Kondisi suatu vegetasi dapat mengindikasikan dampak sumber polusi terhadap
lingkungan sekitarnya. Salah satu cara pemantauan pencemaran lingkungan dapat
dilakukan dengan menggunakan tumbuhan. Daun, kulit batang, dan akar
merupakan contoh bagian tumbuhan yang dapat mengindikasikan adanya
pencemaran (Kord et al. 2010). Analisis vegetasi merupakan salah satu cara untuk
mengetahui pengaruh akumulasi limbah industri semen terhadap kondisi vegetasi
disekitarnya (Lameed & Ayodele 2008).
Pencemaran di Lingkungan Industri Semen
Keberadaan pabrik semen di suatu wilayah dapat menimbulkan dampak
negatif terhadap lingkungan yang disebabkan oleh limbah debu, cair, dan gas
(Lestari 2012). Debu dan limbah bahan baku yang dihasilkan oleh pabrik semen
mengandung sejumlah partikel logam berat, antara lain Zn, Pb, Cd, dan Cu
(Trezza & Scian 2004). Logam berat dalam industri semen berasal dari material
berkapur, tanah liat dan bahan bakar kiln. Pemanasan pada proses pembuatan
4
semen memanfaatkan solar, batubara serta bahan bakar sintetis (limbah B3 yang
disubtitusikan) sebagai bahan bakar (KemenLH 2010). Pembakaran menggunakan
bahan bakar tersebut jika tidak ditangani dengan baik dapat menimbulkan
pencemaran terhadap lingkungan. Emisi dari bahan bakar dan emisi debu
mengandung logam berat yang dapat mencemari lingkungan serta berbahaya bagi
keseimbangan ekosistem. Akumulasi logam berat yang berlebih dapat
mengganggu kestabilan lingkungan (COWI 2002).
Debu dan emisi sisa pembakaran selama proses produksi semen dapat
mencemari air, udara serta tanah hingga radius 6 km (Oke & Ogedengbe 2011;
Okasha et al. 2013). Sementara itu, hasil penelitian Darmono (1994) di pabrik
semen di Cibinong menunjukkan logam berat yang terkandung dalam debu pabrik
semen dapat terakumulasi dalam rumput pakan ternak hingga radius 5 km dari
pabrik semen.
Akumulasi Logam Berat pada Tumbuhan
Logam berat merupakan unsur-unsur kimia dengan massa jenis lebih besar
dari 5 g/cm3. Sebagian logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), dan
merkuri (Hg) merupakan zat pencemar yang berbahaya. Logam berat dapat
tersimpan bebas dalam tanah. Hal tersebut dapat menyebabkan keseimbangan
kandungan tanah terganggu. Keadaan tersebut mengakibatkan logam berat
terserap oleh tumbuhan melalui akar, dan akan terdistribusi ke bagian tumbuhan
lainnya (Callender 2010; Emamverdian et.al 2015).
Tumbuhan yang mengalami cekaman akumulasi logam berat menunjukkan
gejala yang mirip dengan gejala yang ditunjukkan akibat cekaman kekeringan,
meliputi peningkatan jumlah dan ukuran sel-sel epidermis, peningkatan jumlah
stomata, reduksi pembukaan stomata, dan peningkatan ukuran sel penjaga (Cai &
Shi 2009). Tabel 2 menunjukkan batas kritis logam berat dalam tanah dan
tumbuhan.
Tabel 2 Batas Kritis Kandungan Logam Berat dalam Tanah dan Tumbuhan
Kisaran Kadar Logam (ppm)
Tanah
Tumbuhan
As
0.1 - 40
0.1 - 5
B
2 - 100
30 - 75
Fe
30 - 300
2 - 20
Cd
0.1 - 7
0.2 - 0.8
Mn
100 - 4000
15 - 200
Ni
10 - 1000
10 - 100
Zn
10 - 300
15 - 200
Cu
2 - 100
4 - 15
Pb
2 - 200
0.1 - 10
Sumber: Brady & Weil (2008)
Unsur
Mekanisme tumbuhan dalam merespon toksisitas logam berat terjadi secara
bertahap. Tumbuhan memiliki kecenderungan untuk memutus pergerakan logam
ke akar dengan bantuan mikoriza, sedangkan logam yang terserap oleh akar diikat
ke dinding sel. Tumbuhan mengelat ion logam menggunakan eksudat akar,
mengurangi influx melalui membran plasma, efflux ke dalam apoplas. Ion logam
dikelat di dalam sitosol dengan menggunakan berbagai jenis ligan, seperti asam
5
organik, phytochelatins (PC), dan metallothioneins (MT). Kompleks yang
dibentuk oleh ion logam dan ligan (misalnya PC-Cd) selanjutnya dipindahkan ke
vakuola. (Lambers et al. 2008; Manara 2012).
Beberapa hasil penelitian menunjukkan logam berat dapat terakumulasi di
dalam tubuh tumbuhan yang ditemukan di daerah industri. Liang et al. (2011)
menunjukkan bahwa logam berat Cd dan Cr di temukan pada kawasan pertanian
di sepanjang aliran pembuangan limbah di daerah industri Dunhua, China. Hasil
penelitian tersebut menunjukkan jagung di daerah tersebut tercemar logam Cd dan
Cr. Logam Cd terakumulasi pada akar sebesar 0.05 mg/kg, batang 0.02 mg/kg,
daun 0.01 mg/kg, dan pada biji 0,01 mg/kg. Logam Cr terakumulasi pada akar
sebesar 2.45 mg/kg, batang 1.98 mg/kg, daun 2.08 mg.kg, dan biji 0.36 mg/kg.
Penelitian Escarre (2010) menunjukkan bahwa logam berat terakumulasi dalam
tubuh tumbuhan di area tambang timbal di Les Mallines. Sampel daun jenis
tumbuhan Anthyllis vulneraria dan Banksia laevigata menunjukkan kadar logam
Cd >10mg/kg. Penelitian tersebut juga mengungkapkan ada tiga jenis tumbuhan
yang merupakan hiperakumulator logam Pb dengan kadar Pb melebihi 1000
mg/kg. Tiga jenis tumbuhan tersebut adalah A. vulneraria, Thlaspi caerulescens
dan Arenaria aggregata. Penelitian mengenai pengaruh logam berat terhadap
tanaman jagung di Iran menunjukkan terjadi reduksi berat kering dengan urutan
Cd > Co > Hg > Mn > Pb > Cr. Hal tersebut mengindikasikan tingkatan toksisitas
logam berat. Tumbuhan yang diberi perlakuan dengan Cd mengalami penurunan
berat kering yang nyata. Hal tersebut menunjukkan tingkat toksisitas Cd terhadap
tumbuhan cukup tinggi. Hasil penelitian Ghani (2010) menunjukkan bahwa
kandungan Cd yang berlebih dalam tanaman jagung dapat menyebabkan reduksi
hasil produksi biji jagung maupun bobot kering biomassa total.
6
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di sekitar industri semen di daerah Cileungsi,
Bogor, Jawa Barat. Pengambilan sampel dilakukan dengan metode purposive
sampling pada tiga lokasi dengan radius 1, 3, dan 5 km dari pabrik semen
(Gambar 1). Analisis vegetasi tumbuhan bawah dilaksanakan pada bulan Juni-Juli
2014; analisis kandungan Pb dan Cd pada akar, daun, serta tanah dilaksanakan
pada bulan September-Desember 2014; pengamatan lokasi akumulasi Pb dan Cd
pada jaringan akar dan daun tumbuhan uji dilaksanakan pada bulan Oktober 2014Januari 2015.
Pabrik semen
Gambar 1 Peta lokasi penelitian. Lokasi pengamatan di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor: A1, A2, dan A3 radius 1 km; B1, B2, dan B3
radius 3 km; C1, C2, dan C3 radius 5 km (Google Maps 2016).
Alat dan Bahan
Tumbuhan yang digunakan sebagai contoh merupakan jenis-jenis dominan
yang hidup di sekitar pabrik semen, meliputi Stachytarpheta jamaicensis, Bidens
pilosa, dan Pennisetum purpureum. Organ tumbuhan yang digunakan untuk
analisis kadar logam Cd dan Pb dan analisis akumulasi jaringan adalah daun dan
akar. Reagen untuk pengamatan histokimia meliputi FeCl3 untuk mendeteksi
logam Cd dan sodium rodizonat untuk mendeteksi logam Pb. Analisis
kandungan logam Pb dan Cd pada contoh akar dan daun dianalisis menggunakan
7
Atomic Absorbtion Spectrometry (AAS) di laboratorium Balai Penelitian Tanaman
Rempah dan Obat (Balitro) Cimanggu, sedangkan contoh tanah dianalisis di
Laboratorium Kimia Terpadu IPB. Sayatan melintang daun dan akar dibuat
dengan menggunakan mikrotom beku (Yamato tipe RV-240) di Laboratorium
Zoologi LIPI Cibinong. Pengamatan jaringan dilakukan dengan menggunakan
mikroskop (Olympus BX51) yang dilengkapi dengan kamera optilab.
Analisis Vegetasi
Pengamatan kondisi vegetasi tumbuhan bawah dilakukan pada setiap radius
pengamatan. Analisis vegetasi dilakukan menggunakan metode kuadrat, dengan
luas petak contoh (2×2) m2, masing-masing radius sebanyak 50 petak contoh.
Analisis Kandungan Cd dan Pb dalam Akar, Daun dan Tanah
Contoh akar dan daun S. jamaicensis, B. pilosa , dan P.purpureum diambil
secara komposit dari setiap radius pengamatan. Akar dan daun selanjutnya
dikeringkan menggunakan oven pada suhu 60 °C selama 5 hari. Tumbuhan yang
sudah kering kemudian dihancurkan hingga menjadi serbuk, lalu dianalisis kadar
Cd dan Pb menggunakan AAS. Contoh tanah diambil dengan kedalaman 0-15 cm
pada setiap radius pengamatan, selanjutnya kandungan logam berat dalam contoh
tanah dianalisis dengan AAS.
Analisis Histokimia
Sampel berupa helai daun dan akar P. purpureum, S. jamaicensis, dan B.
pilosa disayat melintang setebal 30 µm menggunakan mikrotom beku (Yamato
tipe RV-240). Pengamatan akumulasi Cd dalam jaringan tumbuhan dilakukan
dengan menggunakan pengamatan tidak langsung, yaitu dengan mendeteksi
keberadaan senyawa tanin pada sel atau jaringan menggunakan FeCl3 (Mulyani &
Laksana 2011). Hal ini didasarkan pada hasil penelitian Vollenweider et.al (2006)
yang menunjukkan bahwa tanin merupakan salah satu senyawa metabolit
sekunder yang kadarnya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya
akumulasi logam Cd dalam jaringan tumbuhan. Sampel direndam dalam larutan
10% FeCl3 lalu didiamkan selama 15 menit pada suhu kamar. Sayatan
diletakkan di atas gelas obyek dan ditetesi dengan 30% gliserin, kemudian ditutup
dengan gelas penutup. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop
cahaya (Olympus BX51) yang dilengkapi dengan kamera optilab. Keberadaan
logam Cd pada jaringan ditandai dengan adanya warna coklat hingga hitam.
Pengamatan akumulasi Pb dalam jaringan tumbuhan dilakukan dengan
menggunakan reagen sodium rodizonat. Sampel yang sudah disayat direndam
dalam 0.4% sodium rodizonat selama 60 menit, dicuci dengan akuades dan
direndam pada pewarna tanding 0.1% light green dalam 1% asam asetat selama 2
menit. Sayatan lalu diletakkan di atas gelas obyek dan ditetesi dengan 30%
gliserin, kemudian ditutup dengan gelas penutup. Pengamatan dilakukan dengan
menggunakan mikroskop cahaya (Olympus BX51) yang dilengkapi dengan
kamera optilab. Keberadaan logam Pb pada sel atau jaringan ditandai dengan
adanya warna merah (Harahap 2004).
8
Pengamatan Stomata
Stomata diamati pada sediaan paradermal daun P. purpureum, S.
jamaicensis, dan B. pilosa. Sediaan paradermal daun dibuat dalam bentuk semi
permanen dengan metode sediaan utuh (Sass 1951). Helai daun yang telah
difiksasi dalam alkohol 70%, dicuci dengan akuades lalu direndam dalam larutan
HNO3 50% hingga daun cukup lunak, kemudian dibilas dengan akuades. Proses
pengerikan sisi adaksial dan abaksial daun dilakukan dengan menggunakan silet.
Hasil sayatan direndam dalam larutan klorox (Bayclin) dengan kandungan NaClO
5,25% selama 3-5 menit, kemudian dibilas dengan akuades lalu diwarnai dengan
safranin 1% selama 2-3 menit, dan diberi media gliserin 30%. Parameter yang
diamati pada sayatan paradermal daun adalah ukuran dan kerapatan stomata.
Pengukuran stomata di lakukan pada kondisi tertutup dengan mengukur panjang
dan lebar sel penjaga dengan menggunakan mikrometer, 5 kali ulangan untuk
setiap bidang pandang.
Analisis Data
Nilai INP diperoleh melalui perhitungan menggunakan rumus:
Indeks Nilai Penting (INP)jenis i = KR jenis i + FR jenis i
Besarnya nilai kerapatan relatif dan frekuensi relatif diperoleh melalui
perhitungan menggunakan rumus sebagai berikut:
Kerapatan Relatif KR jenis i =
Frekuensi Relatif FR jenis i =
Kerapatan mutlak jenis i
× 100%
Kerapatan total seluruh jenis
Frekuensi mutlak jenis i
× 100%
Frekuensi total seluruh jenis
Nilai INP yang diperoleh dipergunakan untuk perhitungan indeks
keanekaragaman jenis, indeks kekayaan jenis, indeks kemerataan jenis dan indeks
kemiripan komunitas dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
�
′
Indeks Keanekaragaman Jenis H = H′ =
Pi ln Pi
�=1
S−1
ln N
H′
H′
Indeks Kemerataan Jenis E =
atau
Hmaks
ln
(S)
Indeks Kekayaan Jenis R1 =
Indeks Kemiripan Komunitas IS =
2W
× 100%
a+b
Keterangan:
Pi
= Peluang kepentingan tiap jenis (Total
a
b
Indeks nilai penting jenis i (ni )
)
Indeks Nilai Penting seluruh jenis (N)
= Jumlah nilai INP dari tegakan pertama
= Jumlah nilai INP dari tegakan kedua
9
W
= Jumlah nilai INP terkecil untuk masing-masing jenis pada kedua tegakan
yang diamati
N
= Total individu dari seluruh jenis
S
= Banyaknya jenis
Kriteria nilai H’
= rendah (H
TUMBUHAN YANG TERPAPAR DEBU SEMEN DI CILEUNGSI, BOGOR
SINTARIA PRAPTINASARI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul “Akumulasi Timbal (Pb) dan
Kadmium (Cd) pada Tiga Jenis Tumbuhan yang Terpapar Debu Semen di
Cileungsi, Bogor” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2016
Sintaria Praptinasari
NRP G353124041
RINGKASAN
Sintaria Praptinasari. Akumulasi Timbal (Pb) dan Kadmium (Cd) pada Tiga Jenis
Tumbuhan yang Terpapar Debu Semen di Cileungsi, Bogor. Dibimbing oleh
SULISTIJORINI dan YOHANA C. SULISTYANINGSIH.
Logam berat merupakan salah satu zat toksik yang terkandung dalam
limbah bahan baku, emisi bahan bakar, dan emisi debu selama proses produksi
semen. Debu pabrik semen dan polutan gas dapat menyebabkan perubahan
kondisi lingkungan di sekitarnya, salah satunya adalah kondisi vegetasi. Emisi
debu yang terus terjadi dalam waktu yang lama dapat menyebabkan terbatasnya
jenis yang mampu bertahan hidup pada daerah tersebut. Kondisi tersebut dapat
berdampak terhadap struktur dan komposisi penyusun vegetasi di daerah sekitar
pabrik semen. Kontaminasi polutan pabrik semen menghambat pertumbuhan
tumbuhan dan mereduksi keberadaan jenis-jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitarnya.
Logam berat yang ditemukan dalam tubuh tumbuhan di sekitar industri
semen antara lain: Cd, Cu, Pb, dan Zn. Timbal (Pb) merupakan jenis logam berat
yang paling sering ditemukan sebagai kontaminan pada lingkungan. Kadmium
(Cd) merupakan kontaminan dengan toksisitas yang sangat tinggi bagi tumbuhan.
Akumulasi logam Pb dan Cd dalam tubuh tumbuhan dapat menyebabkan
beberapa gangguan, yaitu gangguan pertumbuhan seperti terhambatnya
pertumbuhan akar dan tunas, kerusakan jaringan seperti rusaknya dinding sel,
serta gangguan fisiologi seperti terganggunya proses fotosintesis dan pemblokiran
transpor unsur hara. Kontaminasi Pb dan Cd yang disebabkan oleh debu pabrik
semen perlu diteliti untuk mengetahui akumulasi kedua logam tersebut dalam
tanah dan tumbuhan serta untuk mengetahui komposisi tumbuhan bawah
berdasarkan analisis vegetasi yang dilakukan di sekitar pabrik semen di Cileungsi,
Bogor.
Pengamatan kondisi vegetasi tumbuhan bawah dilakukan pada radius 1, 3,
dan 5 km dari lokasi pabrik semen. Analisis vegetasi dilakukan menggunakan
metode kuadrat, dengan luas petak contoh (2 × 2) m2, masing-masing radius
sebanyak 50 petak contoh.
Analisis kandungan logam dalam contoh akar dan daun Stachytarpheta
jamaicensis, Bidens pilosa, dan Pennisetum purpureum diambil secara komposit
untuk setiap radius 1, 3, dan 5 km. Kedua jenis contoh organ tumbuhan dianalisis
kadar Cd dan Pb menggunakan atomic absorption spectrometry (AAS). Hal yang
sama dilakukan pada contoh tanah dengan kriteria pengambilan pada kedalaman
0-15 cm.
Analisis histokimia menggunakan contoh berupa helai daun dan akar P.
purpureum, S. jamaicensis, dan B. pilosa disayat melintang setebal 30 µm
menggunakan mikrotom beku. Uji kandungan kadmium dilakukan dengan
menggunakan pengamatan tidak langsung, yaitu dengan mendeteksi keberadaan
senyawa tanin pada sel atau jaringan menggunakan FeCl3. Keberadaan logam Cd
pada sel atau jaringan ditandai dengan adanya warna coklat hinggu hitam. Uji
kandungan timbal dilakukan dengan menggunakan reagen sodium rodizonat.
Keberadaan logam Pb pada sel atau jaringan ditandai dengan adanya warna merah.
Pengamatan stomata diamati pada sediaan paradermal. Proses pengerikan
sisi adaksial dan abaksial daun menggunakan silet. Parameter yang diamati pada
sayatan paradermal daun adalah ukuran dan kerapatan stomata.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat 36 jenis tumbuhan bawah
yang berasal dari 14 famili hidup di sekitar industri semen di Cileungsi, Bogor.
Berdasarkan hasil perhitungan INP, B. pilosa, S. jamaicensis, dan P. purpureum
merupakan jenis yang dominan di daerah tersebut. Akumulasi logam Pb dan Cd
paling tinggi ditemukan di akar, selanjutnya di daun, dan terakhir di tanah. Secara
umum translocation factor (TF) dan bioconcentration factor (BCF) ketiga jenis
tumbuhan uji untuk logam Pb dan Cd bernilai lebih dari satu 1. Hal tersebut
mengindikasikan ketiga jenis tumbuhan berpotensi sebagai akumulator logam Pb
dan Cd. Preparat histokimia akar dan daun tumbuhan uji menunjukkan logam Pb
dan Cd umumnya diakumulasi di xilem, floem, dan epidermis. Ukuran stomata
tumbuhan yang terpapar logam Cd dan Pb menunjukkan perbedaan yang tidak
signifikan jika dibandingkan dengan ukuran stomata tumbuhan kontrol.
Sementara itu, kerapatan stomata pada sisi abaksial B. pilosa dan S. jamaicensis
lebih rendah dibandingkan dengan tumbuhan kontrol, sedangkan kerapatan
stomata P. purpureum menunjukkan hasil yang sebaliknya. Dapat disimpulkan
bahwa logam Pb dan Cd terakumulasi dalam tumbuhan dan dalam tanah di sekitar
industri semen di daerah Cileungsi, Bogor.
Kata kunci: debu semen, histokimia, kadmium (Cd), timbal (Pb), vegetasi
tumbuhan bawah
SUMMARY
Lead and Cadmium Accumulation in Three Cement-Dust-Exposed Plant Species
Surrounding Cement Factory in Cileungsi, Bogor. Supervised by
SULISTIJORINI and YOHANA C. SULISTYANINGSIH.
Heavy metals is a toxic substances contained in the waste of raw materials,
fuel and dust emissions during the cement production process. Cement dust
factory and gaseous pollutants can changes the environmental conditions such as
condition of the vegetation. The plant species difficult to survive on the
environmental that full of dust emission. This environmental condition can impact
the structure and composition of the vegetation in the area around the cement
factory. Pollutant resulting from the cement factory could inhibit the plant growth
and reduce the vegetation around its area.
Heavy metals that commonly found in the plant shoot are Cd, Cu, Pb, and
Zn. Cadmium has a very high toxicity to plants. The accumulation of Pb and Cd
cause some disruptions, i.e. growth disorders such as inhibited the growth of roots
and seedlings, and tissue damage such as damaged cell walls, as well as
physiological disorders such as disruption of the photosynthetic process and
nutrients blocking transportation. The accumulation of Cd and Pb in the soils and
plants, as well as composition of the vegetation around the cement factory of
Cileungsi, Bogor were exemined to measures the Cd and Pb contamination by the
factory.
The understorey vegetation around the area of cement factory were observed
on the radius of 1, 3, and 5 km. Vegetation analysis was conducted in (2 × 2) m²
plots, with 50 plots were selected for each radius.
The metal content in the root and leaf samples from S. jamaicensis, B.
pilosa, and P. purpureum analyzed compositely for each radius of 1, 3, and 5 km.
The Cd and Pb concentrations in the plants sample organs were analyze using
AAS. The same method was carried out for soil sample analysis which was
observed in 0-15 cm depth.
Histochemical analysis using leaves and roots samples of S. jamaicensis, B.
pilosa, and P. purpureumwhich were sliced into cross section of 30 μm thickness
using freeze microtome. Cadmium content test was carried out using indirect
observation, by detecting the presence of tannin in the cells or tissues using FeCl3.
The presence of Cd metal in cells or tissues is characterized by the brown to
blackcolor. Lead content test was carried out using sodium rodizonat reagent. The
existence of Pb in cells or tissue is characterized by red color.
The stomata was observed on paradermal slides section. The slides
preparation of upper and lower surface of leaves was carried out using a razor
blade. The parameters observed on the incisions of paradermal leaves are stomatal
size and density.
There are 36 species of understorey plants belongs to 14 families were
found around the cement factory in Cileungsi, Bogor. Based on IVI, S.
jamaicensis, B. pilosa, and P. purpureum were the dominant species in the area.
The high of Pb and Cd accumulation were detected respectively in roots, leaves
and ground. Generally, the Cd and Pb accumulation in the three plant species
based on TF and BCF values is higher than 1. It indicated that those three plant
species are potential as Pb and Cd accumulator. The results of hystochemical
analysis showed that Pb and Cd are generally accumulated in xylem, phloem, and
epidermis. The stomatal size test showed no significant difference compared with
control plants. Meanwhile, the density of stomata on the lower surface of B. pilosa
and S. jamaicensis were lower than control plants, whereas the density of stomata
in P. purpureum showed the opposite results. Conclusion, Pb and Cd metals were
already accumulated the plants and soils around the cement factory in Cileungsi,
Bogor.
Keywords: cadmium (Cd), cement dust, histochemistry, lead (Pb), understorey
vegetation
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
AKUMULASI TIMBAL (Pb) DAN KADMIUM (Cd) PADA TIGA JENIS
TUMBUHAN YANG TERPAPAR DEBU SEMEN DI CILEUNGSI, BOGOR
SINTARIA PRAPTINASARI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Hamim, MSi
PRAKATA
Rasa syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala rahmat-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul “Akumulasi Timbal (Pb)
dan Kadmium (Cd) pada Tiga Jenis Tumbuhan yang Terpapar Debu Semen di
Cileungsi, Bogor” dapat terselesaikan dengan baik.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Sulistijorini, M. Si dan Dr.
Yohana C. Sulistyaningsih selaku dosen pembimbing, Dr. Hamim selaku dosen
penguji, serta semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyusunan karya
ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, dan seluruh
keluarga yang selalu memberikan doa, motivasi serta inspirasi bagi penulis agar
tetap sabar dalam mencapai kesuksesan, keluarga besar prodi Biologi Tumbuhan
serta seluruh keluarga besar di laboratorium Ekologi Tumbuhan dan keluarga
besar di laboratorium Mikroteknik Departemen Biologi IPB atas segala doa dan
dukungannya.
Harapan besar bagi saya, semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi penulis
sendiri pada khususnya dan masyarakat serta bangsa pada umumnya.
Bogor, April 2016
Sintaria Praptinasari
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
2
2
2
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Umum di Sekitar Pabrik Semen
Pencemaran di Lingkungan Industri Semen
Akumulasi Logam Berat pada Tumbuhan
3
3
4
METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Alat dan Bahan
Analisis Vegetasi
Analisis Kandungan Cd dan Pb pada Akar, Daun, serta Tanah
Analisis Histokimia
Pengamatan Stomata
Analisis Data
6
6
7
7
7
8
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Komposisi Vegetasi Lingkungan Industri Semen di Cileungsi, Bogor
Akumulasi Logam Pb dan Cd pada Akar, daun, dan Tanah di sekitar
Pabrik Semen di Cileungsi, Bogor
Gejala Kerusakan Daun
Akumulasi Logam Pb dan Cd pada Jaringan Akar dan Daun
Pembahasan
10
11
13
15
16
19
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
26
26
DAFTAR PUSTAKA
27
LAMPIRAN
31
RIWAYAT HIDUP
35
DAFTAR GAMBAR
1 Peta lokasi penelitian
2 Kandungan logam Cd dan Pb dalam tanah di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor
3 Kandungan logam Cd dalam akar dan daun di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor
4 Kandungan logam Pb dalam akar dan daun di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor
5 Gejala kerusakan daun tumbuhan uji yang tumbuh di sekitar pabrik
semen di Cileungsi, Bogor
6 Hasil pengujian kandungan Cd dalam jaringan tumbuhan perlakuan dan
kontrol
7 Hasil pengujian kandungan Pb dalam jaringan tumbuhan perlakuan dan
kontrol
6
13
13
14
16
17
18
DAFTAR TABEL
1 Perbandingan emisi gas SO2, NO2, dan emisi debu PT. Holcim, PT.
Semen Indonesia dan baku mutu emisi di Indonesia
3
2 Batas kritis logam berat dalam tanah dan tumbuhan
4
3 Indeks nilai penting tumbuhan penyusun vegetasi tumbuhan bawah
sekitar industri semen di daerah Cileungsi, Bogor
10
4 Indeks keanekaragaman jenis, kekayaan jenis, dan kemerataan jenis
vegetasi tumbuhan bawah lingkungan industri semen di Cileungsi, Bogor
11
5 Indeks kemiripan komunitas vegetasi tumbuhan bawah di lingkungan industri
semen daerah Ciluengsi, Bogor
6 Hasil analisis kondisi kimia tanah di sekitar pabrik semen di daerah
Cileungsi, Bogor
12
7 Kondisi klimatik lingkungan industri semen di Cileungsi, Bogor
12
8 Nilai bioconcentration factor (BCF) akar dan daun tumbuhan uji yang
hidup di sekitar pabrik semen di Cileungsi, Bogor
15
9 Nilai translocation factor (TF) tumbuhan uji yang hidup di sekitar pabrik
semen di Cileungsi, Bogor
15
10 Perbandingan ukuran daun tumbuhan perlakuan di sekitar pabrik semen
di Cileungsi dan tumbuhan kontrol
16
11 Perbandingan ukuran stomata tumbuhan perlakuan yang tumbuh di
sekitar pabrik semen di Cileungsi dan tumbuhan kontrol
19
12 Perbandingan kerapatan stomata tumbuhan perlakuan yang tumbuh di
sekitar pabrik semen di Cileungsi dan tumbuhan kontrol
19
DAFTAR LAMPIRAN
1 Nilai kerapatan dan frekuensi jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitar industri semen Cileungsi, Bogor Radius 1 km
2 Nilai kerapatan dan frekuensi jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitar industri semen Cileungsi, Bogor Radius 3 km
3 Nilai kerapatan dan frekuensi jenis tumbuhan penyusun vegetasi di
sekitar industri semen Cileungsi, Bogor Radius 5 km
32
33
34
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dewasa ini, pencemaran menjadi masalah serius terutama di negara
berkembang, termasuk Indonesia. Pabrik-pabrik dibangun guna menunjang
kebutuhan nasional terhadap berbagai jenis produk, salah satunya pembangunan
pabrik semen. Kapasitas produksi semen nasional pada 5 tahun terakhir
mengalami kenaikan cukup signifikan, pada tahun 2010 sebesar 52.067 ton/tahun,
sedangkan pada tahun 2015 sebesar 64.594 ton/tahun (Kemenperin 2015). Hal ini
baik untuk pertumbuhan ekonomi Indonesia, namun disisi lain menimbulkan
dampak buruk bagi lingkungan karena kapasitas limbah yang dihasilkan juga
meningkat.
Terdapat tiga jenis limbah yang ditimbulkan akibat proses produksi semen,
meliputi limbah cair (air bekas produksi), padat (debu dan partikel) dan gas (SO2,
NO2, dan CO2). Jika tidak dikelola dengan baik, keberadaan ketiga jenis limbah
tersebut dapat mencemari lingkungan di sekitarnya dengan berbagai kandungan
zat toksik yang dimiliki, termasuk logam berat. Debu semen merupakan salah satu
jenis limbah dengan kuantitas yang cukup banyak dan relatif mudah terakumulasi
baik pada lingkungan maupun tubuh makhluk hidup. Debu semen umumnya
mengandung beberapa jenis logam berat, meliputi Cd, Cu, Pb, dan Zn (Trezza &
Scian 2004; Ramesh & John 2014)). Kadmium (Cd) dan timbal (Pb) merupakan
logam dengan toksisitas tinggi dan berbahaya jika terakumulasi di dalam tubuh
makhluk hidup, termasuk tumbuhan.
Timbal merupakan logam dengan tingkat persebaran dan ketersediaan
yang tinggi jika dibandingkan dengan jenis logam berat lainnya. Secara alami, Pb
dapat ditemukan pada batuan dan lapisan kerak bumi. Kadmium memiliki tingkat
ketersediaan alamiah yang cukup rendah. Logam tersebut merupakan hasil
samping dari proses pemurnian Pb dan Zn yang terbuang ke lingkungan. Tingkat
ketersediaan logam Pb dan Cd berbanding terbalik dengan tingkat toksisitas yang
dimiliki, Cd memiliki tingkat toksisitas yang lebih tinggi dibandingkan Pb.
Meskipun demikian, Cd memiliki tingkat ketersediaan yang lebih rendah
dibandingkan Pb (Tangahu et al. 2011). Akumulasi logam Pb dan Cd dalam tubuh
tumbuhan dapat menyebabkan beberapa gangguan, meliputi gangguan
pertumbuhan seperti terhambatnya pertumbuhan akar dan tunas, kerusakan
jaringan misalnya rusaknya dinding sel, serta gangguan fisiologi contohnya
terganggunya proses fotosintesis (Ghelich et al. 2013).
Emisi debu yang terjadi terus-menerus dalam jangka waktu yang lama
dapat menyebabkan perubahan kondisi lingkungan di sekitarnya, termasuk
kondisi vegetasi. Akumulasi logam Pb dan Cd yang terkandung dalam debu
pabrik semen memberikan dampak terhadap perubahan struktur dan komposisi
tumbuhan penyusun vegetasi di daerah sekitar tersebut. Hal tersebut dapat
menghambat pertumbuhan dan mereduksi keberadaan jenis-jenis tumbuhan
penyusun vegetasi di sekitarnya (Iqbal & Shafiq 2001; Lameed & Ayodele 2008).
Perubahan komposisi vegetasi menyebabkan kestabilan ekosistem terganggu,
sehingga berdampak terhadap kehidupan makhluk hidup lainnya, termasuk
manusia dan hewan (Misra 1980).
2
Pabrik semen di daerah Cileungsi memiliki lokasi yang berdekatan dengan
permukiman penduduk, area persawahan, dan perbukitan yang ditumbuhi
tumbuhan yang dimanfaatkan oleh penduduk sekitar sebagai sumber hijauan
pakan ternak. Akumulasi logam Cd dan Pb yang terkandung dalam debu semen
dapat menyebabkan gangguan terhadap pertumbuhan dan perkembangan makhluk
hidup di sekitarnya. Sebagai contoh, logam Cd dan Pb yang terkandung dalam
debu dapat terakumulasi dalam tanah, kemudian terserap oleh tumbuhan yang
selanjutnya dikonsumsi hewan maupun manusia. Hal tersebut memungkinkan
logam Cd dan Pb terakumulasi dalam tubuh manusia maupun hewan.
Penelitian mengenai beberapa jenis rumput yang dipergunakan sebagai
pakan ternak menunjukkan Digitaria sp dan Axonopus sp yang tumbuh di sekitar
pabrik semen di Bogor terbukti terkontaminasi oleh beberapa jenis logam berat
termasuk Cd dan Pb. Logam Cd dan Pb ditemukan terakumulasi pada kedua jenis
rumput tersebut hingga jarak 5 km dari pabrik semen (Darmono 1994). Mengacu
terhadap hasil penelitian tersebut, maka penelitian ini ingin mempelajari
akumulasi logam Cd dan Pb pada jenis tumbuhan bawah secara lebih menyeluruh
pada radius 1, 3, dan 5 km dari pabrik semen di Cileungsi, Bogor.
Tujuan Penelitian
Penelitian bertujuan: (1) mempelajari perbedaan komposisi vegetasi
tumbuhan bawah pada tiga radius yang berbeda di lingkungan sekitar industri
semen di daerah Cileungsi, Bogor, (2) mengukur kadar akumulasi logam Pb dan
Cd dalam tanah, daun, dan akar, (3) mempelajari lokasi akumulasi logam Pb dan
Cd pada jaringan akar dan daun Pennisetum purpureum, Stachytarpheta
jamaicensis dan Bidens pilosa.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi jenis-jenis
tumbuhan yang mampu hidup pada lingkungan yang terkontaminasi limbah
industri semen, serta tingkat kontaminasi logam Cd dan Pb di dalam tanah
maupun tumbuhan di sekitar industri semen di Cileungsi, Bogor. Penelitian ini
diharapkan dapat memberikan informasi mengenai potensi S. jamaicensis, B.
pilosa dan P. purpureum sebagai akumulator logam Cd dan Pb.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian dilakukan di radius 1, 3, dan 5 km dari pabrik semen di
Klapanunggal-Cileungsi, Bogor. Contoh tanah dan tumbuhan diambil dengan pola
melingkar mengelilingi pabrik pada masing-masing radius pengamatan.
Tumbuhan yang digunakan sebagai kontrol diambil di sekitar Dramaga, dengan
pertimbangan daerah tersebut memiliki sumber polusi dan tingkat pencemaran di
daerah Dramaga lebih rendah jika dibandingkan dengan Cileungsi.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Kondisi Umum di Sekitar Pabrik Semen
Semen merupakan suatu campuran senyawa kimia yang mampu mengikat
bahan-bahan lain menjadi satu kesatuan massa yang dapat memadat dan mengeras.
Bahan baku pembuatan semen adalah batu kapur, tanah liat, pasir besi, silika, dan
gipsum (KemenLH 2010). Sejauh ini, terdapat sembilan perusahaan semen yang
beroperasi di Indonesia, dengan 30 unit pabrik yang tersebar hampir di seluruh
wilayah Indonesia. Kapasitas produksi semen tertinggi pada lima tahun terakhir
(2010-2015) dihasilkan oleh PT. Semen Indonesia (9.100-13.120 ton), diikuti oleh
PT. Holcim (8.300-10.700 ton). Tingginya kapasitas produksi suatu pabrik semen
berakibat terhadap banyaknya limbah yang diemisikan ke lingkungan. Tabel 1
menyajikan perbandingan emisi gas SO2, NO2, dan emisi debu yang dihasilkan
oleh PT. Holcim, PT. Semen Indonesia, dan baku mutu emisi pabrik semen di
Indonesia.
Tabel 1 Perbandingan emisi gas SO2, NO2, dan emisi debu PT. Holcim, PT.
Semen Indonesia dan baku mutu emisi pabrik semen di Indonesia
Baku mutu emisi pabrik
semen di Indonesia
(mg/m3)
Emisi SO2
630
482
800
Emisi NO2
860
1208
1000
Debu
45
24
80
Sumber: Annual Report Holcim 2013; Sustainability Report Semen Indonesia 2013;
Kepmen LH No. 13 Tahun 1995
Parameter
Holcim (mg/m3)
Semen Indonesia
(mg/m3)
Akumulasi limbah yang diemisikan pabrik semen dalam jangka waktu
yang lama berdampak terhadap kondisi lingkungan di sekitarnya, termasuk
kondisi vegetasi. Hasil penelitian menunjukkan kondisi vegetasi di sekitar pabrik
semen di Mesir cenderung memiliki kelimpahan yang lebih rendah dibandingkan
dengan lokasi lain yang berada jauh dari pabrik semen (Fakhry & Migahid 2011).
Kondisi suatu vegetasi dapat mengindikasikan dampak sumber polusi terhadap
lingkungan sekitarnya. Salah satu cara pemantauan pencemaran lingkungan dapat
dilakukan dengan menggunakan tumbuhan. Daun, kulit batang, dan akar
merupakan contoh bagian tumbuhan yang dapat mengindikasikan adanya
pencemaran (Kord et al. 2010). Analisis vegetasi merupakan salah satu cara untuk
mengetahui pengaruh akumulasi limbah industri semen terhadap kondisi vegetasi
disekitarnya (Lameed & Ayodele 2008).
Pencemaran di Lingkungan Industri Semen
Keberadaan pabrik semen di suatu wilayah dapat menimbulkan dampak
negatif terhadap lingkungan yang disebabkan oleh limbah debu, cair, dan gas
(Lestari 2012). Debu dan limbah bahan baku yang dihasilkan oleh pabrik semen
mengandung sejumlah partikel logam berat, antara lain Zn, Pb, Cd, dan Cu
(Trezza & Scian 2004). Logam berat dalam industri semen berasal dari material
berkapur, tanah liat dan bahan bakar kiln. Pemanasan pada proses pembuatan
4
semen memanfaatkan solar, batubara serta bahan bakar sintetis (limbah B3 yang
disubtitusikan) sebagai bahan bakar (KemenLH 2010). Pembakaran menggunakan
bahan bakar tersebut jika tidak ditangani dengan baik dapat menimbulkan
pencemaran terhadap lingkungan. Emisi dari bahan bakar dan emisi debu
mengandung logam berat yang dapat mencemari lingkungan serta berbahaya bagi
keseimbangan ekosistem. Akumulasi logam berat yang berlebih dapat
mengganggu kestabilan lingkungan (COWI 2002).
Debu dan emisi sisa pembakaran selama proses produksi semen dapat
mencemari air, udara serta tanah hingga radius 6 km (Oke & Ogedengbe 2011;
Okasha et al. 2013). Sementara itu, hasil penelitian Darmono (1994) di pabrik
semen di Cibinong menunjukkan logam berat yang terkandung dalam debu pabrik
semen dapat terakumulasi dalam rumput pakan ternak hingga radius 5 km dari
pabrik semen.
Akumulasi Logam Berat pada Tumbuhan
Logam berat merupakan unsur-unsur kimia dengan massa jenis lebih besar
dari 5 g/cm3. Sebagian logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), dan
merkuri (Hg) merupakan zat pencemar yang berbahaya. Logam berat dapat
tersimpan bebas dalam tanah. Hal tersebut dapat menyebabkan keseimbangan
kandungan tanah terganggu. Keadaan tersebut mengakibatkan logam berat
terserap oleh tumbuhan melalui akar, dan akan terdistribusi ke bagian tumbuhan
lainnya (Callender 2010; Emamverdian et.al 2015).
Tumbuhan yang mengalami cekaman akumulasi logam berat menunjukkan
gejala yang mirip dengan gejala yang ditunjukkan akibat cekaman kekeringan,
meliputi peningkatan jumlah dan ukuran sel-sel epidermis, peningkatan jumlah
stomata, reduksi pembukaan stomata, dan peningkatan ukuran sel penjaga (Cai &
Shi 2009). Tabel 2 menunjukkan batas kritis logam berat dalam tanah dan
tumbuhan.
Tabel 2 Batas Kritis Kandungan Logam Berat dalam Tanah dan Tumbuhan
Kisaran Kadar Logam (ppm)
Tanah
Tumbuhan
As
0.1 - 40
0.1 - 5
B
2 - 100
30 - 75
Fe
30 - 300
2 - 20
Cd
0.1 - 7
0.2 - 0.8
Mn
100 - 4000
15 - 200
Ni
10 - 1000
10 - 100
Zn
10 - 300
15 - 200
Cu
2 - 100
4 - 15
Pb
2 - 200
0.1 - 10
Sumber: Brady & Weil (2008)
Unsur
Mekanisme tumbuhan dalam merespon toksisitas logam berat terjadi secara
bertahap. Tumbuhan memiliki kecenderungan untuk memutus pergerakan logam
ke akar dengan bantuan mikoriza, sedangkan logam yang terserap oleh akar diikat
ke dinding sel. Tumbuhan mengelat ion logam menggunakan eksudat akar,
mengurangi influx melalui membran plasma, efflux ke dalam apoplas. Ion logam
dikelat di dalam sitosol dengan menggunakan berbagai jenis ligan, seperti asam
5
organik, phytochelatins (PC), dan metallothioneins (MT). Kompleks yang
dibentuk oleh ion logam dan ligan (misalnya PC-Cd) selanjutnya dipindahkan ke
vakuola. (Lambers et al. 2008; Manara 2012).
Beberapa hasil penelitian menunjukkan logam berat dapat terakumulasi di
dalam tubuh tumbuhan yang ditemukan di daerah industri. Liang et al. (2011)
menunjukkan bahwa logam berat Cd dan Cr di temukan pada kawasan pertanian
di sepanjang aliran pembuangan limbah di daerah industri Dunhua, China. Hasil
penelitian tersebut menunjukkan jagung di daerah tersebut tercemar logam Cd dan
Cr. Logam Cd terakumulasi pada akar sebesar 0.05 mg/kg, batang 0.02 mg/kg,
daun 0.01 mg/kg, dan pada biji 0,01 mg/kg. Logam Cr terakumulasi pada akar
sebesar 2.45 mg/kg, batang 1.98 mg/kg, daun 2.08 mg.kg, dan biji 0.36 mg/kg.
Penelitian Escarre (2010) menunjukkan bahwa logam berat terakumulasi dalam
tubuh tumbuhan di area tambang timbal di Les Mallines. Sampel daun jenis
tumbuhan Anthyllis vulneraria dan Banksia laevigata menunjukkan kadar logam
Cd >10mg/kg. Penelitian tersebut juga mengungkapkan ada tiga jenis tumbuhan
yang merupakan hiperakumulator logam Pb dengan kadar Pb melebihi 1000
mg/kg. Tiga jenis tumbuhan tersebut adalah A. vulneraria, Thlaspi caerulescens
dan Arenaria aggregata. Penelitian mengenai pengaruh logam berat terhadap
tanaman jagung di Iran menunjukkan terjadi reduksi berat kering dengan urutan
Cd > Co > Hg > Mn > Pb > Cr. Hal tersebut mengindikasikan tingkatan toksisitas
logam berat. Tumbuhan yang diberi perlakuan dengan Cd mengalami penurunan
berat kering yang nyata. Hal tersebut menunjukkan tingkat toksisitas Cd terhadap
tumbuhan cukup tinggi. Hasil penelitian Ghani (2010) menunjukkan bahwa
kandungan Cd yang berlebih dalam tanaman jagung dapat menyebabkan reduksi
hasil produksi biji jagung maupun bobot kering biomassa total.
6
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di sekitar industri semen di daerah Cileungsi,
Bogor, Jawa Barat. Pengambilan sampel dilakukan dengan metode purposive
sampling pada tiga lokasi dengan radius 1, 3, dan 5 km dari pabrik semen
(Gambar 1). Analisis vegetasi tumbuhan bawah dilaksanakan pada bulan Juni-Juli
2014; analisis kandungan Pb dan Cd pada akar, daun, serta tanah dilaksanakan
pada bulan September-Desember 2014; pengamatan lokasi akumulasi Pb dan Cd
pada jaringan akar dan daun tumbuhan uji dilaksanakan pada bulan Oktober 2014Januari 2015.
Pabrik semen
Gambar 1 Peta lokasi penelitian. Lokasi pengamatan di sekitar pabrik semen di
daerah Cileungsi, Bogor: A1, A2, dan A3 radius 1 km; B1, B2, dan B3
radius 3 km; C1, C2, dan C3 radius 5 km (Google Maps 2016).
Alat dan Bahan
Tumbuhan yang digunakan sebagai contoh merupakan jenis-jenis dominan
yang hidup di sekitar pabrik semen, meliputi Stachytarpheta jamaicensis, Bidens
pilosa, dan Pennisetum purpureum. Organ tumbuhan yang digunakan untuk
analisis kadar logam Cd dan Pb dan analisis akumulasi jaringan adalah daun dan
akar. Reagen untuk pengamatan histokimia meliputi FeCl3 untuk mendeteksi
logam Cd dan sodium rodizonat untuk mendeteksi logam Pb. Analisis
kandungan logam Pb dan Cd pada contoh akar dan daun dianalisis menggunakan
7
Atomic Absorbtion Spectrometry (AAS) di laboratorium Balai Penelitian Tanaman
Rempah dan Obat (Balitro) Cimanggu, sedangkan contoh tanah dianalisis di
Laboratorium Kimia Terpadu IPB. Sayatan melintang daun dan akar dibuat
dengan menggunakan mikrotom beku (Yamato tipe RV-240) di Laboratorium
Zoologi LIPI Cibinong. Pengamatan jaringan dilakukan dengan menggunakan
mikroskop (Olympus BX51) yang dilengkapi dengan kamera optilab.
Analisis Vegetasi
Pengamatan kondisi vegetasi tumbuhan bawah dilakukan pada setiap radius
pengamatan. Analisis vegetasi dilakukan menggunakan metode kuadrat, dengan
luas petak contoh (2×2) m2, masing-masing radius sebanyak 50 petak contoh.
Analisis Kandungan Cd dan Pb dalam Akar, Daun dan Tanah
Contoh akar dan daun S. jamaicensis, B. pilosa , dan P.purpureum diambil
secara komposit dari setiap radius pengamatan. Akar dan daun selanjutnya
dikeringkan menggunakan oven pada suhu 60 °C selama 5 hari. Tumbuhan yang
sudah kering kemudian dihancurkan hingga menjadi serbuk, lalu dianalisis kadar
Cd dan Pb menggunakan AAS. Contoh tanah diambil dengan kedalaman 0-15 cm
pada setiap radius pengamatan, selanjutnya kandungan logam berat dalam contoh
tanah dianalisis dengan AAS.
Analisis Histokimia
Sampel berupa helai daun dan akar P. purpureum, S. jamaicensis, dan B.
pilosa disayat melintang setebal 30 µm menggunakan mikrotom beku (Yamato
tipe RV-240). Pengamatan akumulasi Cd dalam jaringan tumbuhan dilakukan
dengan menggunakan pengamatan tidak langsung, yaitu dengan mendeteksi
keberadaan senyawa tanin pada sel atau jaringan menggunakan FeCl3 (Mulyani &
Laksana 2011). Hal ini didasarkan pada hasil penelitian Vollenweider et.al (2006)
yang menunjukkan bahwa tanin merupakan salah satu senyawa metabolit
sekunder yang kadarnya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya
akumulasi logam Cd dalam jaringan tumbuhan. Sampel direndam dalam larutan
10% FeCl3 lalu didiamkan selama 15 menit pada suhu kamar. Sayatan
diletakkan di atas gelas obyek dan ditetesi dengan 30% gliserin, kemudian ditutup
dengan gelas penutup. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop
cahaya (Olympus BX51) yang dilengkapi dengan kamera optilab. Keberadaan
logam Cd pada jaringan ditandai dengan adanya warna coklat hingga hitam.
Pengamatan akumulasi Pb dalam jaringan tumbuhan dilakukan dengan
menggunakan reagen sodium rodizonat. Sampel yang sudah disayat direndam
dalam 0.4% sodium rodizonat selama 60 menit, dicuci dengan akuades dan
direndam pada pewarna tanding 0.1% light green dalam 1% asam asetat selama 2
menit. Sayatan lalu diletakkan di atas gelas obyek dan ditetesi dengan 30%
gliserin, kemudian ditutup dengan gelas penutup. Pengamatan dilakukan dengan
menggunakan mikroskop cahaya (Olympus BX51) yang dilengkapi dengan
kamera optilab. Keberadaan logam Pb pada sel atau jaringan ditandai dengan
adanya warna merah (Harahap 2004).
8
Pengamatan Stomata
Stomata diamati pada sediaan paradermal daun P. purpureum, S.
jamaicensis, dan B. pilosa. Sediaan paradermal daun dibuat dalam bentuk semi
permanen dengan metode sediaan utuh (Sass 1951). Helai daun yang telah
difiksasi dalam alkohol 70%, dicuci dengan akuades lalu direndam dalam larutan
HNO3 50% hingga daun cukup lunak, kemudian dibilas dengan akuades. Proses
pengerikan sisi adaksial dan abaksial daun dilakukan dengan menggunakan silet.
Hasil sayatan direndam dalam larutan klorox (Bayclin) dengan kandungan NaClO
5,25% selama 3-5 menit, kemudian dibilas dengan akuades lalu diwarnai dengan
safranin 1% selama 2-3 menit, dan diberi media gliserin 30%. Parameter yang
diamati pada sayatan paradermal daun adalah ukuran dan kerapatan stomata.
Pengukuran stomata di lakukan pada kondisi tertutup dengan mengukur panjang
dan lebar sel penjaga dengan menggunakan mikrometer, 5 kali ulangan untuk
setiap bidang pandang.
Analisis Data
Nilai INP diperoleh melalui perhitungan menggunakan rumus:
Indeks Nilai Penting (INP)jenis i = KR jenis i + FR jenis i
Besarnya nilai kerapatan relatif dan frekuensi relatif diperoleh melalui
perhitungan menggunakan rumus sebagai berikut:
Kerapatan Relatif KR jenis i =
Frekuensi Relatif FR jenis i =
Kerapatan mutlak jenis i
× 100%
Kerapatan total seluruh jenis
Frekuensi mutlak jenis i
× 100%
Frekuensi total seluruh jenis
Nilai INP yang diperoleh dipergunakan untuk perhitungan indeks
keanekaragaman jenis, indeks kekayaan jenis, indeks kemerataan jenis dan indeks
kemiripan komunitas dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
�
′
Indeks Keanekaragaman Jenis H = H′ =
Pi ln Pi
�=1
S−1
ln N
H′
H′
Indeks Kemerataan Jenis E =
atau
Hmaks
ln
(S)
Indeks Kekayaan Jenis R1 =
Indeks Kemiripan Komunitas IS =
2W
× 100%
a+b
Keterangan:
Pi
= Peluang kepentingan tiap jenis (Total
a
b
Indeks nilai penting jenis i (ni )
)
Indeks Nilai Penting seluruh jenis (N)
= Jumlah nilai INP dari tegakan pertama
= Jumlah nilai INP dari tegakan kedua
9
W
= Jumlah nilai INP terkecil untuk masing-masing jenis pada kedua tegakan
yang diamati
N
= Total individu dari seluruh jenis
S
= Banyaknya jenis
Kriteria nilai H’
= rendah (H