Dinamika Populasi Mikrob dalam Campuran Tanah Bekas Tambang Batubara dengan Sludge Selama Proses Bioremediasi

(1)

DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN

TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE

SELAMA PROSES BIOREMEDIASI

Oleh :

Nenny Andriyetni

A24101012

PROGRAM STUDI ILMU TANAH

FAKULTAS PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN

TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE

SELAMA PROSES BIOREMEDIASI

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian

Pada Fakutas Pertanian, Institut Pertanian Bogor

Oleh : Nenny Andriyetni

A24101012

PROGRAM STUDI ILMU TANAH

FAKULTAS PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(3)

RINGKASAN

NENNY ANDRIYETNI. Dinamika Populasi Mikrob Dalam Campuran Tanah Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge Selama Proses Bioremediasi. (Dibimbing Oleh Dr. Rahayu Widyastuti, Msc., Dra. Enny Widyati dan Dr. Dwi Andreas Santosa, Ms)

Bioremediasi adalah suatu teknologi yang menggunakan mikrob untuk membersihkan tanah yang terkontaminasi. Sludge bubur kertas merupakan bahan yang dapat mendukung pertumbuhan mikrob. Salah satu mikrob yang dapat digunakan dalam proses bioremediasi lahan bekas tambang batubara adalah bakteri pereduksi sulfat. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dinamika populasi mikrob fungsional dalam sludge serta hubungannya dengan sifat-sifat kimia tanah yang meliputi pH, Eh dan kandungan logam- logam berat (Pb, Cd, Cr6+ dan Hg). Mikrob diisolasi dari dari campuran tanah bekas tambang batubara steril dengan sludge bubur kertas (3: 1 v/v) dan selanjutnya diinkubasi selama 15 hari. Untuk menjaga kondisi campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas tetap reduktif maka dilakukan penggenangan hingga berbentuk lumpur. Isolasi yang dilakukan terdiri dari bakteri, fungi, mikrob selulolitik mikrob pendegradasi xilan dan bakteri pereduksi sulfat. Isolasi mikrob dan pengukuran pH serta Eh dilakukan setiap 5 hari sekali selama 15 hari inkubasi sedangkan pengukuran logam- logam berat dilakukan pada hari ke-0 dan 15 inkubasi. Populasi mikrob selulolitik dan mikrob pendegradasi xilan semakin berkurang seiring dengan bertambahnya waktu inkubasi. Fenomena ini disebabkan oleh semakin berkurangnya kandungan oksigen dalam campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas akibat proses penggenangan.

(4)

ABSTRACT

NENNY ANDRIYETNI. The Microbe Population Dynamic in the Mixture of

Sludge and Ex-Coal Mining Soil During Bioremediation. (Supervised by Rahayu Widyastuti, Enny Widyati, Dwi Andreas Santosa).

Bioremediation is a procces to reduce the pollution using microorganisms. The sludge pulp mills, like other materials, can play an important role as substrates to support the growth of microbes, such as sulphate-reducing bacteria. This research aimed to observe the population dynamics of sludge-colonizing microbes, cellullolytic microbes (CM), xylan-degrading microbes (XDM) and sulphate-reducing bacteria (SRB) related to chemical soil characteristic. The microbes were isolated from sterilized of ex-coal mining soil mixed with pulping sludge (3: 1 v/v) and incubated for 15 days. The water content was maintained in saturated condition by flooding the mixture. CM, XDM and SRB were isolated by using the CMC, Nakamura and Modified Phosgate medium, respectively. Microbes isolation, pH and Eh were accessed every 5 days for 15 days, while heavy metals concentration were measured at the day of 0 and 15th. The result showed that the population of CM and XDM decreased with the increased of incubation days. SRB population, on the other hand, rised in line with the added of incubation time. This phenomenon related to the deplete of oxygen content due to the flooding.

(5)

Judul

:DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN

SLUDGE SELAMA PROSES BIOREMEDIASI Nama : Nenny Andriyetni

NRP : A24101012

Menyetujui, Dosen Pembimbing

Pembimbing I Pembimbing II Pembimbing III

Dr. Rahayu Wid yastuti, MSc Dra. Enni Widyati Dr. Dwi Andreas Santosa, MS NIP. 131 879 328 NIP. 710 028 930 NIP. 131 803 643

Mengetahui, Dekan Fakultas Pertanian

Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, Magr. NIP. 30 422 698

(6)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Padang, Propinsi Sumatera Barat pada tanggal 1 Oktober 1983. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara dari pasangan Suhandri dan Ayetti Alni.

Tahun 1995 penulis menyelesaikan pendidikan di SDN 10 Padang, kemudian melanjutkan ke SLTP Negeri 22 Padang dan lulus tahun 1998. Selanjutnya penulis lulus dari SMU Negeri 12 Padang pada tahun 2001. Pada tahun yang sama penulis diterima di IPB melalui jalur USMI pada Program Studi Ilmu Tanah, Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian. Selama kuliah penulis menjadi asisten praktikum kuliah Biologi Tanah dan Bioteknlogi Tanah pada tahun ajaran 2003 / 2004.

(7)

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur dipanjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan kekuatan dan hidayah-Nya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik.

Penelitian Dinamika Populasi Mikrob Dalam Campuran Tanah Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge Selama Proses Bioremediasi ini diharapkan dapat memberikan sumbangsih untuk perkembangan ilmu pengetahuan. Penelitian ini dilakukan sebagai salah syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian pada Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan penghargaan dan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan masukan dan dukungan selama penelitian maupun dalam penulisan skripsi ini. Rasa terimakasih yang tulus Saya sampaikan kepada :

1. Dr. Rahayu Widyastuti, M.Sc, Dra Enny Widyati dan Dr. Dwi Andreas Santosa, MS, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing selama proses penelitian dan penyusunan skripsi ini.

2. Dr. Ir Sri Djuniwati, M.Sc selaku dosen penguji yang memberikan banyak masukan bagi penulis.

3. Ayahanda Suhandri dan Mamaku Ayetti Alni tercinta, Uda Hendy Fitrian Suhandri, Rahmi Meutia Andriyetni, Siti Sharah Andriyetni dan seluruh keluarga tercinta yang selalu memberikan motivasi dan dukungan baik materi maupun moril kepada penulis untuk menyelesaikan studi di IPB.

(8)

4. Ir. Enny Dwi Wahyunie, Msi selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberian bimbingan selama masa perkuliahan.

5. Segenap staf, laboran, pegawai Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan dan Pusat Penelitian Lingkungan Hidup, Pak Jito, Bu Asih, Bu Jul, Uni Ipat, Pak Sukoyoh, Bu Ratna, Mbak Lastri, Mbak Salma, Teteh, Bu Endar, Mas Puput, Mas Rizal, dan lain- lainnya yang telah memberikan banyak masukan dan bantuannya dalam melaksanakan penelitian.

6. Isti, Risska, Dwi, Ovi, dan rekan-rekan Soil 38 lainnya yang tidak mungkin saya sebutkan satu persatu, teman-teman seperjuanganku (Mel, Andri, Rahmad), Ninda, Noval, Ponytailers (mbak Vitri, Dini, Reina, Ayu), Mas Dhedoz dan semuanya yang telah memberikan motivasi dan selalu bersama dalam canda dan tawa.

7. Dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

Akhirnya, semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi yang memerlukan.

Bogor, Februari 2006

(9)

D AFTAR I SI

Halaman

DAFTAR ISI...i

DAFTAR TABEL... iii

DAFTAR GAMBAR... ...iv

DAFTAR LAMPIRAN... ...v

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan ... 2

2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sludge ... 3

2.2. Lahan Bekas Tambang Batubara ... 4

2.3. Karakteristik Umum Bakteri dan Fungi... 5

2.4. Mikrob Pendegradasi Xilan ... 6

2.5. Mikrob Selulolitik ... 7

2.6. Bakteri Pereduksi Sulfat ... 9

3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 13

3.2 Bahan dan Alat... 13

3.3. Metode Penelitian 3.3.1. Persiapan Penelitian ... 14

3.3.2. Isolasi dan Penghitungan Populasi Mikrob. ... 14

3.3.3. Analisis Beberapa Sifat Kimia ... 15

4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Isolasi Mikrob Dari Campuran Sludge dan Tanah Bekas Tambang Batubara ... 17

4.2. Dinamika Populasi Mikrob 4.2.1. Total Bakteri ... 19

4.2.2. Total Fungi ... 20

4.2.3. Mikrob Selulolitik. ... 21

4.2.4. Mikrob Pendegradasi Xilan... 22

4.2.5. Bakteri Pereduksi sulfat...23

4.3. Analisis pH, Eh dan Kandungan Logam Berat Dalam Campuran Tanah Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge 4.3.1. Nilai pH dan Eh………...………. 24

4.3.2. Kandungan Logam Berat……….. …....27

5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan... 29

Saran ... 29

(10)

(11)

DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN

TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE

SELAMA PROSES BIOREMEDIASI

Oleh :

Nenny Andriyetni

A24101012

PROGRAM STUDI ILMU TANAH

FAKULTAS PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(12)

DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN

TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE

SELAMA PROSES BIOREMEDIASI

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian

Pada Fakutas Pertanian, Institut Pertanian Bogor

Oleh : Nenny Andriyetni

A24101012

PROGRAM STUDI ILMU TANAH

FAKULTAS PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(13)

RINGKASAN

(14)

ABSTRACT

NENNY ANDRIYETNI. The Microbe Population Dynamic in the Mixture of

Sludge and Ex-Coal Mining Soil During Bioremediation. (Supervised by Rahayu Widyastuti, Enny Widyati, Dwi Andreas Santosa).

(15)

Judul

:DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN

SLUDGE SELAMA PROSES BIOREMEDIASI Nama : Nenny Andriyetni

NRP : A24101012

Menyetujui, Dosen Pembimbing

Pembimbing I Pembimbing II Pembimbing III

Dr. Rahayu Wid yastuti, MSc Dra. Enni Widyati Dr. Dwi Andreas Santosa, MS NIP. 131 879 328 NIP. 710 028 930 NIP. 131 803 643

Mengetahui, Dekan Fakultas Pertanian

Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, Magr. NIP. 30 422 698

(16)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Padang, Propinsi Sumatera Barat pada tanggal 1 Oktober 1983. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara dari pasangan Suhandri dan Ayetti Alni.

(17)

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur dipanjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan kekuatan dan hidayah-Nya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik.

1. Dr. Rahayu Widyastuti, M.Sc, Dra Enny Widyati dan Dr. Dwi Andreas Santosa, MS, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing selama proses penelitian dan penyusunan skripsi ini.

2. Dr. Ir Sri Djuniwati, M.Sc selaku dosen penguji yang memberikan banyak masukan bagi penulis.

(18)

4. Ir. Enny Dwi Wahyunie, Msi selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberian bimbingan selama masa perkuliahan.

7. Dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

Akhirnya, semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi yang memerlukan.

Bogor, Februari 2006

(19)

D AFTAR I SI

Halaman

DAFTAR ISI...i

DAFTAR TABEL... iii

DAFTAR GAMBAR... ...iv

DAFTAR LAMPIRAN... ...v

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan ... 2

2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sludge ... 3

2.2. Lahan Bekas Tambang Batubara ... 4

2.3. Karakteristik Umum Bakteri dan Fungi... 5

2.4. Mikrob Pendegradasi Xilan ... 6

2.5. Mikrob Selulolitik ... 7

2.6. Bakteri Pereduksi Sulfat ... 9

3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 13

3.2 Bahan dan Alat... 13

3.3. Metode Penelitian 3.3.1. Persiapan Penelitian ... 14

3.3.2. Isolasi dan Penghitungan Populasi Mikrob. ... 14

3.3.3. Analisis Beberapa Sifat Kimia ... 15

4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Isolasi Mikrob Dari Campuran Sludge dan Tanah Bekas Tambang Batubara ... 17

4.2. Dinamika Populasi Mikrob 4.2.1. Total Bakteri ... 19

4.2.2. Total Fungi ... 20

4.2.3. Mikrob Selulolitik. ... 21

4.2.4. Mikrob Pendegradasi Xilan... 22

4.2.5. Bakteri Pereduksi sulfat...23

4.3. Analisis pH, Eh dan Kandungan Logam Berat Dalam Campuran Tanah Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge 4.3.1. Nilai pH dan Eh………...………. 24

4.3.2. Kandungan Logam Berat……….. …....27

5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan... 29

Saran ... 29

(20)

(21)

DAFTAR TABEL

Nomor Hal Teks

1. Kadar logam- logam berat dalam campuran sludge bubur kertas dengan tanah bekas tambang batubara pada hari ke-0 dan 15

(22)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Hal Teks

1. Diagram alir penelitian 16

2. Isolat bakteri pereduksi sulfat 18

3. Isolat mikrob selulolitik 18

4. Isolat Mikrob Pendegradasi xilan 18

5. Dinamika Populasi Total Bakteri Selama Waktu Inkubasi 19 6. Dinamika Populasi Total Fungi Selama Waktu Inkubasi 21 7. Dinamika Populasi Mikrob Selulolitik Selama Waktu Inkubasi 21 8. Populasi Mikrob Pendegradasi Xilan Selama Waktu Inkubasi 23 9. Populasi Bakteri Pereduksi Sulfat Selama Waktu Inkubasi 24 10. Perubahan Nilai pH Selama Waktu Inkubasi 25 11. Perubahan Nilai Eh Selama Waktu Inkubasi 26

(23)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Teks

1. Sifat fisik, kimia, dan biologi tanah bekas tambang batubara 2. Sifat kimia sludge bubur kertas

3. Media pertumbuhan mikrob selulolitik

4. Media pertumbuhan mikrob pendegradasi xilan 5. Media pertumbuhan bakteri pereduksi sulfat

(24)

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sejak akhir tahun 80-an perkembangan industri kertas di Indonesia cukup pesat. Peningkatan industri kertas yang hampir mencapai 700% tersebut diikuti juga dengan semakin meningkatnya jumlah limbah baik limbah padat maupun limbah cair (Liana, 2002). Salah satu jenis limbah padat berupa lumpur padat (sludge). Jumlah limbah padat yang cukup besar ini dapat menimbulkan permasalahan lingkungan bila tidak ditangani dengan serius.

Kegiatan penambangan dan pemanfaatannya mempunyai dampak terhadap lingkungan yang bersifat menguntungkan antara lain tersedianya berbagai kebutuhan manusia yang berasal dari sumber daya mineral dan meningkatnya pendapatan negara. Meskipun penambangan mampu memberikan pendapatan yang sangat besar namun sektor ini juga menimbulkan masalah lingkungan udara, air dan tanah. Dampak yang timbul tidak hanya terjadi pada lokasi penambangan itu sendiri tetapi juga berdampak pada daerah sekitarnya. Tanah bekas penambangan yang seharusnya merupakan tubuh alam, matriks dimana tanaman dapat tumbuh, sumber unsur hara bagi produsen primer itu telah kehilangan fungsinya. Horison-horisonnya sudah bercampur antara yang satu dengan yang lain, top soil sudah tidak ada dan yang tersisa hanya batuan induk sehingga kandungan C-organik sangat rendah. Kondisi lainnya adalah kemasaman tanah dengan pH < 3 karena bahan galian mengandung senyawa S yang mencapai 6 % (Widyati et al., 2005).

(25)

Sesungguhnya sludge industri kertas dapat dimanfaatkan sebagai salah satu bahan amelioran bagi tanah karena sludge merupakan sumber bahan organik tanah. Selain memperbaiki media tumbuh dan ekosistem tanah, sludge juga mengandung unsur-unsur hara essensial bagi tanaman. Sludge mengandung mikrob yang diduga dapat memperbaiki kondisi kimia lahan yang telah terdegradasi, misalnya menurunkan konsentrasi SO42- dengan efisiensi 94 % pada

lahan bekas tambang batubara (Widyati et al., 2005).

1.2. Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dinamika populasi total bakteri, total fungi dan mikrob fungsional (bakteri pereduksi sulfat, mikrob selulolitik dan mikrob xilan) serta hubungannya dengan sifat-sifat kimia tanah yang meliputi pH, Eh dan kandungan logam- logam berat (Cr6+, Cd, Pb dan Hg) dalam campuran

tanah bekas tambang batubara dan sludge. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai dinamika populasi mikrob yang terjadi selama bioremediasi lahan bekas tambang batubara melalui penambahan sludge bubur kertas sebagai bahan amelioran.

(26)

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sludge

Kebutuhan kertas setiap tahunnya meningkat maka pemerintah sedang dan akan terus merencanakan pendirian industri kertas baru atau memperluas industri kertas yang sudah ada. Pada tahun 1997 jumlah pabrik kertas dan barang dari kertas dalam skala besar maupun kecil di Indonesia adalah 345 pabrik dengan nilai produksi sebesar Rp 8,71 milyar. Pada tahun 1999 jumlah pabrik kertas meningkat menjadi 963 pabrik dengan nilai produksi sebesar Rp 12,4 milyar (Liana, 2002).

Kapasitas produksi bubur kertas pada tahun 1988 sekitar 0,6 juta ton/tahun, jumlah ini meningkat menjadi 4,9 juta ton/tahun pada tahun 1999 dan pada tahun 2005 kapasitas tersebut diperkirakan bertambah menjadi 12,7 juta ton/tahun. Peningkatan produksi industri bubur kertas dan kertas tersebut, juga diikuti dengan meningkatnya jumlah limbah baik limbah padat maupun limbah cair. Jika diasumsikan, 10% dari bahan kayu yang diolah akan menjadi limbah maka dapat dipastikan jumlah limbah yang dihasilkan sangat besar (Simarmata, 2004). Tanpa pengelolaan yang tepat, limbah tersebut akan menimbulkan pencemaran lingkungan yang cukup serius (Widyati et al., 2005).

Sludge merupakan hasil samping dari proses pengolahan limbah sistem lumpur aktif. Produksi sludge per hari menurut Supriyanto (1993) pada umumnya 10 - 50 % dari beban COD limbah yang diolah.

Sebelum dimanfaatkan sludge harus diolah terlebih dahulu agar diperoleh hasil yang memuaskan diantaranya dengan proses penggumpalan melalui

(27)

penampungan lumpur hasil pengendapan kemudian hasil penya ringan dibuang (L’Hermite, 1988).

2.2. Lahan Bekas Tambang Batubara

Penambangan batubara selain meningkatkan devisa negara juga menimbulkan dampak negatif. Lahan bekas tambang batubara umumnya tidak dapat digunakan lagi sebagai lahan pertanian karena adanya berbagai macam kendala. Dampak yang ditimbulkan dari penambangan tersebut adalah lapisan penutup tanah yang sudah tidak ada karena topsoil dan subsoil dibalik dan digusur, sedangkan bahan induk muncul di permukaan. Penggusuran tersebut menyebabkan hilangnya bahan organik tanah. Tanah yang miskin akan bahan organik kurang mampu dalam menyangga pupuk dan air, karena bahan organik merupakan koloid tanah yang berfungsi dalam pembentukan agregat mikro dan komplek jerapan kolo id (Djajakirana, 2001). Kandungan bahan organik yang rendah ini sangat mempengaruhi populasi mikrob pada lahan bekas tambang batubara tersebut. Bahan organik dan mikrob dapat mempengaruhi hubungan kesetimbangan dalam tanah, organisme hidup dapat memindahkan unsur-unsur dari larutan tanah dan menggunakannya untuk membangun jaringan tubuhnya (Lindsay, 1979).

Proses penggalian pada lahan bekas tambang batubara mengakibatkan terangkatnya bahan-bahan sulfidik ke permukaan sehingga menyebabkan teroksidasi, proses oksidasi terhadap mineral sulfida seperti pirit, akan melepaskan asam-asam sulfat yang berdampak pada menurunnya pH tanah secara drastis. Nilai pH tanah yang masam ini akan mempengaruhi kesetimbangan hara dalam tanah (Rochani & Damayanti, 1997).

(28)

2.3. Karakteristik Umum Bakteri dan Fungi

Semua bakteri bersel tunggal, walaupun dalam beberapa kondisi dapat dijumpai dalam bentuk koloni yang kelihatannya bersel banyak. Bakteri lebih kecil ukurannya dibandingkan dengan protozoa atau fungi sejati. pH optimum untuk pertumbuhan bakteri terletak antara 6,5 sampai 7,5. Beberapa spesies bakteri dapat tumbuh dalam keadaan sangat masam atau sangat alkalin (Pelczar & Chan, 1986).

Fungi atau cendawan adalah organisme heterotrof, mereka memerlukan senyawa organik untuk nutrisinya, kelembaban yang tinggi dan persediaan oksigen untuk pertumbuhannya. Bila mereka hidup dari benda organik mati yang terlarut, mereka disebut saprofit. Beberapa fungi, meskipun saprofitik, dapat juga menyerbu inang yang hidup lalu tumbuh subur sebagai parasit (Pelczar & Chan, 1986) . Menurut Volk dan Wheeler (1988), fungi juga dapat tumbuh baik pada lingkungan yang banyak mengandung gula dan pada kondisi asam yang tidak menguntungkan bagi bakteri.

Fungi merupakan jasad mikro yang dapat menghancurkan selulosa, zat pati, gum, lignin dan senyawa organik yang mudah dilapuk. Jasad mikro ini dapat dikelompokan ke dalam tiga golongan yaitu (1) ragi; (2) kapang; dan (3) jamur (Soepardi, 1983). Dari ketiga golongan fungi diatas, hanya kapang yang mempunya i arti penting dalam pertanian. Kapang sangat dipengaruhi oleh tingkat aerasi. Aerasi yang buruk akan menekan laju pertumbuhan organisme ini. Jumlah dan jenis bahan organik sangat mempengaruhi jenis kapang yang tumbuh. Jenis kapang yang sering dijumpai antara lain Penicilium, Mucor, Trichoderma, dan Aspergilus (Soepardi, 1983). Fungi sangat berperan penting dalam perubahan

(29)

susunan tanah. Fungi tidak berklorofil sehingga mereka menggantungkan sumber energi dan karbon yang berasal dari bahan organik (Volk & Wheeler, 1988).

2.4. Mikrob Pendegradasi Xilan

Xilan merupakan karbohidrat yang paling luas tersebar di alam setelah selulosa. Merang, kulit pohon dan kayu konifera terdiri dari 30% xilan, sedangkan ampas tebu dan kayu pohon berdaun masing- masing mengand ung 7 - 12% dan 25 - 29% (w/w) xilan (Schlegel & Schmidt, 1994).

Xilan termasuk ke dalam golongan karbohidrat, merupakan komponen utama dari hemiselulosa pada dinding sel tanaman yang terikat pada selulosa, pektin, lignin, dan polisakarida lainnya. Hemiselulosa ini tidak berkerabat dengan selulosa jika ditinjau dari strukturnya, namun larut dalam air atau alkali. Hemiselulosa terdiri dari pentosa (xilosa, arabinosa) atau heksosa (glikosa, manosa, galaktosa) maupun asam uronat. Di dalam tumbuh-tumbuhan hemiselulosa berfungsi sebagai zat cadangan atau penopang (Schlegel & Schmidt, 1994).

Rantai xilan terdiri dari ß-D-xilosa yang bersambungan secara 1,4 glikosidik. Rantai ini berasal dari rantai selulosa dengan mengganti gugus-gugus CH2-OH dengan atom H; tetapi derajat polimerisasinya jauh lebih rendah.

Beberapa xilan mengandung arabinosa, glukosa, galaktosa, dan glukuronat (Schlegel & Schmidt, 1994).

Hidrolisis xilan melibatkan kompleks enzim yang disebut xilanase dan menghasilkan monomer gula sederhana berupa xilooligosakarida, xilobiosa, dan xilosa. Produk hidrolisis xilan itu merupakan bahan yang dapat digunakan dalam

(30)

pelapisan tablet dan pemanis buatan rendah kalori (Kulkarni et al., 1999). Xilanase dapat juga digunakan dalam proses pembuatan bubur kertas (pulping) dan pemutihan bubur kertas (bleaching) pada industri bubur kertas (Horikoshi, 1996). Penerapan xilanase juga dilakukan pada industri ternak untuk mengubah bahan hemiselulosa menjadi pakan yang dapat diberikan pada hewan nonruminansia (Rahmanta, 2003).

Xilanase dibentuk oleh beberapa bakteri (Clostridium) secara konstitutif, sedangkan bakteri lain sesudah terjadi induksi oleh xilan. Faktor lingkungan mempengaruhi organisme yang bekerja. Di dalam tanah asam, fungi lebih dominan dalam menguraikan xilan, sedangkan pada tanah netral sampai alkali yang mendominasi adalah bakteri berbentuk batang, Sporocytophaga dan bakteri lainnya (Schlegel & Schmidt, 1994).

2.5. Mikrob Selulolitik

Unsur yang paling banyak terdapat pada tanaman adalah selulosa. Jumlah selulosa didalam tanaman tidak pernah tetap, tergantung dari jenis dan umur tanaman. Jumlah selulosa didalam tanaman akan meningkat seiring dengan bertambahnya umur tanaman tersebut (Alexander, 1977). Menurut Schlegel dan Schmidt (1994), produksi selulosa melampaui semua zat- zat alamiah lainnya. Zat-zat yang menetap di dalam tanah dan sisa-sisa tumbuhan dikembalikan ke dalam tanah, 40-70 % terdiri dari selulosa. Selulosa merupakan komponen dasar dinding sel tumbuhan sebagai penyusun struktur utama sel dan selalu berikatan dengan polisakarida lain seperti hemiselulosa, pektin dan lignin.

(31)

Pada umumya zat ini selalu terdapat dalam sel tumbuh-tumbuhan, zat ini merupakan susunan kristalin yang hidrofil, tidak larut dalam air, zat pelarut organik, dan tidak dapat larut dalam zat asam atau basa encer. Selulosa ini merupakan senyawa karbohidrat dengan rumus molekul (C6H10O5)n. Selulosa

adalah polimer karbohidrat yang tersusun atas 8000-12000 unit glukosa dan dihubungkan oleh ikatan ß-1,4-glikosida (Alexander, 1997).

Mikrob selulolitik dominan hidup pada daerah pertanian, hutan dan tanaman yang telah membusuk. Mikrob pengurai selulosa ini terdiri dari kelompok mikrob aerob, bakteri mesofilik anaerob, fungi berfilamen, Basidiomycetes, bakteri termofilik dan Actinomycetes. Fungi yang sangat berperan penting dalam penguraian selulosa antara lain Aspergillus, Chaetomium, Curvularia, Fusarium, Memnoneilla, Phoma, Thielvia, dan Trichoderma. Mikrob tersebut sangat berperan nyata pada tanah-tanah humid. Sedangkan bakteri dari kelompok Cytophaga dan Sporocytophaga lebih dominan pada daerah semiarid (Alexander, 1977). Menurut Schlegel dan Schmidt (1994), pada kondisi aerob fungi mempunyai peran yang nyata pada penguraian selulosa. Fungi membuktikan lebih unggul daripada bakteri, terutama pada tanah masam misalnya jenis-jenis dari Fusarium dan Chaetomium.

Kemampuan tumbuh pada selulosa sebagai substrat, rupanya juga banyak tersebar diantara bakteri-bakteri aerob, yang hampir dapat disebut “omnivor”. Beberapa diantaranya hanya memakai selulosa kalau tidak ada sumber karbon lainnya (Schlegel & Schmidt, 1994).

Pada kondisi anaerob, selulosa diuraikan oleh Clostridium yang bersifat mesofil dan termofil. Clostridium thermocellum yang termofil tumbuh dalam

(32)

larutan biak sintesis sederhana dengan selulosa atau selubiosa sebagai substrat dan garam-garam amonium sebagai sumber nitrogen (Schlegel & Schmidt, 1994).

2.6. Bakteri Pereduksi Sulfat

Mikrob anaerobik dapat didefinisikan sebagai mikrob yang tidak memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya dan menggunakan senyawa organik sebagai reduktan. Penerima elektron yang biasa digunakan secara anerobik adalah senyawa organik yang diambil dari substrat asli dalam kondisi oksidasi CO2 atau

sulfat (Labeda, 1990).

Bakteri anaerobik menyukai tumbuh di lingkungan potensial redoks sebesar -50 mV atau kurang. Hal ini berlaku juga untuk bakteri metanogenik yang membutuhkan potensial redoks -330 mV untuk memulai pertumbuhan. Bakteri pereduksi sulfat dapat tumbuh di lingkungan yang potensia l redoks -100 mV (Herbert & Gilbert, 1984).

Berdasarkan morfologi dan metabolismenya, bakteri pereduksi sulfat dibagi menjadi 8 genus, yaitu Desulvofibrio, Desulfotomaculum, Desulfomonas, Desulfobacter, Desulfolobus, Desulfococcus, Desulfonema, dan Desulfosarcina (Freney & Boonjawat, 1983). Bakteri dari genus Desulfolobus mempunyai bentuk bulat atau batang berukuran panjang 1,5 - 2,5 dan lebar 0,6 - 1,3µm. Genus ini ada yang bergerak dengan flagela polar tunggal dan ada juga yang tidak bergerak. Desulfolobus sp. bersifat sangat anaerobik dan mereduksi sulfat, sulfit atau thiosulfat menjadi H2S (Holt et al., 1994).

Bakteri genus Desulfomicrobium berbentuk bulat atau batang berukuran 0,6 x 1,3 µm dan bergerak dengan alat yang sama dengan Desulfolobus sp. bakteri dari genus ini selain mereduksi sulfat, sulfit atau thiosulfat juga mereduksi sulfur

(33)

menjadi H2S (Holt et al., 1994). Genus Desulfomonas, selnya berbentuk bulat

kadang tidak beraturan dengan ukuran panjang 1,2 - 5 µm dan lebar 0,8 – 1,3 µm. Desulfomonas sp. tidak bergerak, bersifat anaerobik dan mereduksi sulfat menjadi H2S (Holt et al., 1994).

Morfologi Desulfovibrio sp. dipengaruhi umur dan kondisi lingkungan. Desulfovibrio sp. mempunyai batang melengkung, tidak membentuk endospora dan bergerak dengan bantuan flagelum polar. Bakteri ini termasuk bakteri Gram-negatif, bersifat khemoautotrof dan memperoleh energi melalui respirasi anaerobik dengan cara mereduksi sulfat atau senyawa bersulfur lainnya yang dapat direduksi menjadi H2S. Bakteri ini merupakan bakteri anaerob sejati

(Pelczar dan Chan, 1988). Genus Desulfovibrio dibagi menjadi 9 spesies. Spesies utama adalah D. desulfuricans dan spesies lain digolongkan terpisah karena sifat kehomogenan dan kestabilan yang berbeda (Postgate, 1984).

Desulfotomaculum berbentuk batang. Stres atau kultivasi pada suhu rendah menyebabkan filamen mikrob mengerut. Berbeda dengan bakteri pereduksi sulfat lain, genus ini membentuk spora. Masa sporulasi tidak dapat diperkirakan, kadang tidak membentuk spora tetapi kadang dapat membentuk spora lebih dari 90%. Spora ini kadang tidak teramati di bawah mikroskop tapi dapat dideteksi dengan ketahanan panasnya. Spora D. nigrifican dapat bertahan hidup pada suhu didih air selama 30 menit (Postgate, 1984).

Desulfobacter hanya diwakili oleh satu spesies yaitu D. postgatei. Spesies ini berbentuk batang pendek dengan ukuran bervarisi tergantung jenis strainnya. Desulfococcus dan Desulfosarcina juga hanya mempunyai satu spesies yaitu masing- masing D. multivorans dan D. variabilis. Spesies dari genus Desulfonema

(34)

yaitu D. limicola dan D. magnum membentuk filamen panjang yang dapat bergerak meluncur dan menggulung(Postgate, 1984).

Beberapa genus bakteri pereduksi sulfat dapat tumbuh secara autotrofik seperti Desulfosarcina (Fry, 1987). Berdasarkan cara pengolahan asam-asam organik bakteri pereduksi sulfat dibedakan menjadi dua kelompok. Anggota-anggota kelompok pertama mengoksida donor hidrogen tidak sempurna dan mengeksresi asetat. Termasuk kelompok ini adalah jenis spesies pembentuk spora Desulfotomaculum dan spesies yang tidak membentuk spora yaitu Desulfovibrio. Kelompok kedua mencakup spesies-spesies dan jenis-jenis yang mampu tumbuh dengan menggunakan alkohol, asetat atau asam-asam lemak berbobot molekul tinggi dan bahkan secara kemo-autotrof mampu menggunakan hidrogen atau format. Termasuk dalam kelompok ini adalah Desulfonema, Desulfomaculum, Desulfosarcina dan Desulfococcus (Schlegel & Schmidt, 1994).

Bakteri pereduksi sulfat dapat ditemukan hampir di semua lingkungan di bumi: tanah (Postgate, 1984); air tawar, air laut dan air payau, sumber air panas, daerah geotermal (Postgate, 1984); sumur minyak dan gas, cadangan sulfur, endapan lumpur, selokan, besi berkarat, rumina kambing dan usus serangga (Posgate, 1984).

Bakteri pereduksi sulfat mampu beradaptasi dengan perubahan suhu dalam kisaran -5 sampai 750C, dapat tumbuh pada air dibawah tekanan 1 x 105 kPa, dan

mampu mentolerir nilai pH sampai 9,5 serta mampu beradaptasi pada kondisi osmotik dengan kisaran yang luas. Selain itu bakteri ini juga dapat mentolerir

(35)

Reduksi sulfat dapat terjadi dalam kisaran nilai pH, tekanan, suhu dan kondisi salinitas yang luas. Senyawa yang dapat digunakan sebagai pemberi elektron dalam reduksi sulfat sangat terbatas, diantaranya piruvat, laktat dan molekul hidrogen. Reduksi sulfat dapat dihambat dengan adanya oksigen, nitrat dan ion ferric. Selain itu bakteri pereduksi sulfat dan bakteri metanogenik berkompetisi untuk mendapatkan pemberi elektron. Adanya sulfat lebih menguntungkan bagi bakteri pereduksi sulfat, namun laju reduksi sulfat sering dibatasi oleh keberadaan senyawa karbon sehingga terjasi zonasi habitat. Hidrogen sulfida yang dihasilkan oleh bakteri pereduksi sulfat akan berpengaruh terhadap habitat dan populasinya. Hidrogen sulfida bersifat toksik bagi organisme aerobik, karena unsur S dari senyawa tersebut sangat reaktif terhadap unsur logam dari sistem sitokrom sel organisme (Atlas & Barha, 1981).

(36)

3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Biologi Tanah serta Laboratorium Kimia dan Kesuburan Tanah, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian; Laboratorium Bakteriologi, Fakultas Kedokteran Hewan, dan Laboratorium Mikrobiolo gi dan Bioteknologi Lingkungan, Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH) Kampus Darmaga, Institut Pertanian Bogor. Waktu Penelitian dimulai pada bulan Maret sampai Agustus 2005.

3.2. Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sludge industri kertas (lumpur padat) dan sampel tanah dari bekas tambang batubara Bukit Asam. Bahan kimia yang digunakan adalah KH2PO4, NH4Cl, Na2SO4, NaMoO4.2H2O, NH4Cl,

NaHCO3, sodium sitrat, NaCl, MnCl.4H2O, CaCl2.2H2O, MgSO4.7H2O,

FeSO4.7H2O, (NH4)2SO4, KCl, (CaNO3)24H2O, fe sitrat, fenol red, tripton, sodium

laktat (60 %), ekstrak khamir, asam askorbat.

Alat yang digunakan meliputi oven, inkubator, pH meter, anaerob jar, laminar flow, neraca analitik, sudip, pembakar bunsen, botol semprot, pipet dan perala tan gelas seperti gelas arloji, gelas piala, gelas ukur, tabung reaksi dan erlenmeyer.

(37)

3.3. Metode

Penelitian ini terdiri dari tiga tahap yaitu 1) persiapan penelitian, 2) isolasi dan penghitungan populasi mikrob dan 3) pengukuran pH, Eh serta kandungan logam-logam berat.

3.3.1 Persiapan Penelitian

Tahap ini dilakukan dengan mempersiapkan bahan yang terdiri dari sludge bubur kertas dan tanah bekas tambang batubara, untuk tanah bekas tambang batubara dilakukan sterilisasi dengan cara fumigasi. Setelah tanah diinkubasi selama 10-14 hari, tanah tersebut dicampur dengan sludge dengan perbandingan 75 : 25 (% v/v) (Widyati et al., 2005) dan selanjutnya diinkubasi. Untuk menjaga kondisi campuran tanah dengan sludge tetap reduktif, maka dilakukan penggenangan hingga berbentuk lumpur. Perlakuan ini menggunakan kontrol tanah bekas tambang batubara steril yang digenangi.

3.3.2. Isolasi dan Penghitungan Populasi Mikrob

Mikrob diisolasi dari campuran tanah bekas tambang batubara yang sudah disterilkan dan sludge bubur kertas yang kemudian digenangi oleh air hingga berbentuk lumpur. Media yang digunakan untuk kegiatan isolasi ini adalah nutrient agar (total bakteri), potato dextrose agar (fungi), carboxy methyl celullose (mikrob selulolitik), medium Nakamura (mikrob xilan), dan Phosgate padat yang dimodifikasi (bakteri pereduksi sulfat). Metode yang digunakan dalam isolasi mikrob dengan menggunakan media padat adalah metode agar tuang.

(38)

Isolasi total mikrob dan mikrob fungsional (mikrob selulolitik, mikrob pendegradasi xilan dan bakteri pereduksi sulfat) dilakukan selama 15 hari dengan selang waktu isolasi setiap 5 hari.

Pengenceran yang digunakan untuk isolasi total mikrob, fungi, bakteri xilan dan mikrob selulolitik yaitu 10-4 - 10-6 sedangkan pengenceran yang digunakan

untuk isolasi bakteri pereduksi sulfat yaitu 10-2 – 10-4 dengan masing- masing

pengenceran sebanyak 3 kali ulangan. Jumlah populasi mikrob didapatkan dengan cara mengalikan faktor pengenceran dengan jumlah koloni mikrob yang dihitung. Selanjutnya, hasil tersebut dikonversi ke dalam jumlah mikrob dalam 1 gram berat kering mutlak sampel. Grafik dinamika pertumbuhan mikrob didapatkan dari hasil perhitungan populasi mikrob.

3.3.3. Analisis Beberapa Sifat Kimia

Analisis logam- logam berat ( Pb, Hg, Cd, Cr6+) dilakukan pada awal inkubasi,

sedangkan pengukuran pH dan Eh dilakukan setiap 5 hari selama 15 hari inkubasi. Analisa sifat-sifat kimia ini dilakukan pada tanah bekas tambang batubara maupun campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas.

Gambaran tahap penelitian secara umum dapat dilihat pada Gambar 1 dibawah ini :

(39)

Lahan bekas tambang batubara

Sterilisasi tanah bekas tambang batubara dengan cara fumigasi selama ± 14 hari

Tanah bekas tambang batubara dicampur dengan sludge bubur kertas (75 : 25/ v/v)

Inkubasi selama 15 hari dan dilakukan penggenangan hingga berbentuk lumpur

Isolasi mikrob (total bakteri, fungi, mikrob xilan, mikrob selulolitik dan bakteri pereduksi sulfat) setiap 5 hari sekali Pengukuran pH, Eh dan

logam- logam berat

Dinamika populasi mikob selama proses bioremediasi

Gambar 1 Diagram Alir Penelitian

Pengamatan morfologi dan penghitungan jumlah koloni

(40)

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Isolasi Mikrob Dari Campuran Sludge dan Tanah Bekas Tambang

Batubara

Pertumbuhan mikrob bisa diartikan perbesaran maupun perbanyakan sel. Dikatakan perbesaran apabila terjadi perbesaran volume sel, sedangkan perbanyakan terjadi pada saat sel membelah diri. Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai penambahan semua komponen kimiawi secara beraturan (Stanier et al., 1984). Waktu yang diperlukan suatu organisme untuk membelah menjadi dua disebut waktu generasi. Waktu generasi selama pertumbuhan aktif bervariasi sesuai dengan jenis mikrob. Fase pertumbuhan bakteri dapat dibagi menjadi empat fase, yaitu fase tenggang (lag), fase logaritma (log), fase stasioner dan fase kematian (Volk & Wheeler, 1988). Pertumbuhan bakteri secara normal terbatas baik oleh kekurangan zat gizi yang tersedia ataupun karena adanya akumulasi hasil metabolisme beracun (Stanier et al., 1984).

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan metode agar tuang. Asumsi yang digunakan pada metode ini adalah bahwa tiap mikrob yang hidup pada suspensi tanah berkembang membentuk suatu koloni jika keadaan lingkungan memungkinkan. Hitunga n total yang diperoleh meliputi spesies yang berkembang pada media yang dipakai pada kondisi lingkungan tertentu.

Pada Gambar dibawah dapat dilihat bentuk koloni mikrob yang diperoleh dari hasil isolasi :

(41)

Gambar 2 Isolat Bakteri Pereduksi Sulfat

Gambar 3 Isolat Mikrob Selulolitik

Gambar 4 Isolat Mikrob Pendegradasi Xilan

Gambar 2 menampilkan isolat bakteri pereduksi sulfat. Bakteri anaerob ini mempunyai ciri-ciri koloni berbentuk bundaran berwarna hitam. Gambar 3 merupakan isolat mikrob selulolitik, mikrob ini memiliki zona terang di sekitar koloni. Zona terang tersebut menunjukkan aktivitas mikrob dalam menguraikan

(42)

selulosa. Sedangkan mikrob pendegradasi xilan (Gambar 4) menunjukan tepi koloni yang bergerigi dan adanya zona bening di sekitar koloni tersebut.

4.2. Dinamika Populasi Mikrob

4.2.1 Total Bakteri

Gambar 5 menunjukan populasi total bakteri pada campuran sludge dan tanah bekas tambang batubara. Jumlah total bakteri semakin berkurang seiring dengan bertambahnya waktu inkubasi.

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15

Waktu Inkubasi (hari)

Populasi (10

5 )

Total Bakteri

Gambar 5 Dinamika Populasi Total Bakteri Selama Waktu Inkubasi

Faktor yang sangat mempengaruhi jumlah bakteri tersebut yaitu kandungan oksigen yang semakin berkurang didalam sampel sehingga pertumbuhan bakteri aerob akan menjadi terhambat dan akan mati. Populasi bakteri mempunyai nilai yang tertinggi diantara mikrob lainnya. Hal ini dikarenakan populasi ini mencakup semua jenis bakteri aerob yang ada didalam

(43)

sludge. Nilai pH campuran sludge bubur kertas dengan tanah bekas tambang batubara tergolong netral-alkalin sehingga pada kisaran pH tersebut merupakan kondisi lingkungan yang optimum untuk pertumbuhan bakteri (Situmorang & Sudadi, 2001).

Analisis sludge bubur kertas yang dilakukan oleh Maulana (2005), menunjukkan bahwa sludge mengandung komponen yang diperlukan untuk pemupukan. Disamping mengandung unsur N, P dan C organik, sludge juga mengandung unsur-unsur Ca, Mg, K, Na, Cu, Mn, Zn, dan Fe. Sludge bubur kertas memiliki pH 8,87, KTK dan kandungan C-Organik tinggi (28,28 me/100g dan 4,38%), N-total tergolong sedang, tetapi ketersediaan P rendah, kelarutan sulfat berada pada kategori sedang, dan ketersediaan basa-basa yang tinggi (Tabel lampiran 2).

4.2.2 Total Fungi

Pola yang sama juga ditunjukkan oleh pertumb uhan fungi, yaitu terjadinya penurunan populasi fungi seiring dengan bertambahnya waktu inkubasi (Gambar 6). Disamping dengan semakin berkurangnya jumlah oksigen didalam sampel, faktor pH juga sangat mempengaruhi pertumbuhan mikrob tersebut. Sampel yang digunakan dalam isolasi ini mempunyai nilai pH yang tergolong netral (Gambar 10) sedangkan fungi dominan pada lingkungan dengan kondisi relatif masam (= 5). Aerasi yang buruk akibat penggenangan akan sangat menekan pertumbuhan fungi dibandingkan pertumbuhan bakteri. Penelitian di Jepang juga menyebutkan bahwa bakteri dominan dalam tanah yang tergenang, sedangkan fungi lebih banyak pada lahan kering (Situmorang & Sudadi, 2001).

(44)

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15

Waktu Inkubasi (hari)

Populasi (10

5 )

Total fungi

Gambar 6 Dinamika Populasi Total Fungi Selama Waktu Inkubasi

4.2.3 Mikrob Selulolitik

Selulosa merupakan unsur pokok karbon yang terbanyak dari tanaman dan ketersediaannya yang melimpah di alam. Unsur-unsur yang terdapat pada selulosa yaitu terdiri dari C, H dan O dengan rumus molekul (C6H10O5)n.

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15

Waktu Inkubasi (hari)

populasi (10

5 )

Mikrob Selulolitik

Gambar 7 Dinamika Populasi Mikrob Selulolitik Selama Waktu Inkubasi

Pada Gambar 7 terlihat selama waktu inkubasi jumlah mikrob pengurai selulosa semakin lama semakin menurun. Menurunnya populasi mikrob pengurai

(45)

selulosa ini dikarenakan kondisi lingkungan yang reduktif. Kandungan oksigen pada kondisi reduktif semakin lama semakin rendah sedangkan didalam sludge terjadi persaingan kebutuhan oksigen antara mikrob sehingga populasi mikrob pengurai selulosa semakin berkurang. Beberapa jenis fungi yang sangat berperan penting dalam penguraian selulosa yaitu dari jenis Aspergilus, Chaetomium, Curvularia, Fusarium, Memnoniella, Phoma, Thielavia, Trichoderma, sedangkan kelompok bakteri yang dominan dalam penguraian selulosa yaitu Cytophaga dan Sporocytophaga (Alexander, 1977).

Mikrob selulolitik berfungsi untuk menguraikan selulosa menjadi senyawa yang lebih sederhana sehingga meningkatkan ketersediaan unsur hara dalam tanah dan dapat tersedia bagi tanaman. Selulosa merupakan unsur yang relatif lebih sulit untuk diuraikan dibandingkan xilan karena gugus polimernya yang panjang dibandingkan xilan.

Sludge bubur kertas mempunyai kandungan C-organik yang tinggi (4,38%) (Maulana, 2005). Mikrob pendegradasi selulosa dapat memanfaatkan C-organik yang melimpah tersebut sebagai sumber karbon dalam metabolismenya dan mendukung pertumbuhan mikro tersebut.

4.2.4 Mikrob Pendegradasi Xilan

Pada Gambar 8 dapat dilihat bahwa jumlah mikrob pendegradasi xilan lebih sedikit dibandingkan dengan populasi mikrob selulolitik (Gambar 7). Hal ini dikarenakan xilan yang merupakan bagian dari hemiselulosa jumlahnya lebih sedikit daripada selulosa dan senyawa xilan lebih cepat diuraikan oleh sejumlah besar mikrob dibandingkan dengan selulosa. Rantai xilan terdiri dari ß-D-xilosa

(46)

yang bersambungan secara 1,4 glikosidik. Rantai ini berasal dari rantai selulosa dengan mengganti gugus-gugus CH2-OH dengan atom H; tetapi derajat

polimerisasinya jauh lebih rendah. Beberapa xilan mengandung arabinosa, glukosa, galaktosa, dan glukuronat (Schlegel dan Schmidt, 1994).

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15

Waktu Inkubasi (hari)

populasi (10

5 ) _{Mikrob Xilan}

Gambar 8 Populasi Mikrob Pendegradasi Xilan Selama Waktu Inkubasi

4.2.5 Bakteri Pereduksi Sulfat

Selama 15 hari inkubasi, dapat memberikan gambaran bahwa populasi bakteri pereduksi sulfat semakin tinggi jumlahnya seiring dengan semakin bertambahnya waktu ink ubasi, seperti yang terlihat pada Gambar 9. Dengan semakin bertambahnya populasi bakteri pereduksi sulfat ini, maka sulfat yang terdapat dalam tanah bekas tambang batubara akan semakin berkurang.

Faktor lingkungan yang mendukung pertumbuhan bakteri ini yaitu ketersediaan oksigen yang semakin berkurang karena suasana reduksi. Pada campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge ini juga menyediakan

(47)

sulfat yang cukup tinggi sehingga dapat dimanfaatkan oleh bakteri pereduksi sulfat sebagai sumber energi bagi bakteri ini untuk dapat hidup dan berkembang.

Reduksi sulfat dapat dihambat dengan adanya oksigen, nitrat dan ion ferric. Mekanisme kimia reduksi sulfat memerlukan aktivitas mikrob untuk menguraikan bahan organik. Mikrob ini dapat ditemukan hampir di semua lingkungan bumi, seperti sedimen laut, sedimen danau, tanah yang tergenang dan lumpur (Zinder & Brock, 1978).

-10 0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15

Waktu Inkubasi (hari)

Populasi (10

5 )

Bakteri Pereduksi Sulfat

Gambar 9 Populasi Bakteri Pereduksi Sulfat Selama Waktu Inkubasi

4.3. Analisis pH, Eh dan Kandungan Logam Berat Dalam Campuran Tanah

Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge Yang Digenangi

4.3.1 Nilai pH dan Eh

Pada Gambar 9 dapat dilihat terjadinya perubahan nilai pH pada campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge dibandingkan dengan tanah bekas tambang batubara. Perubahan pH ini akibat adanya proses penggenangan.

(48)

Penggenangan yang dilakukan pada sampel akan meningkatkan pH tanah masam dan menurunkan pH tanah alkali, sehingga pH tanah masam dan alkali akan bertemu pada pH antara 6 dan 7 setelah penggenangan (De Datta, 1981).

Perubahan pH yang terjadi ini dapat diakibatkan oleh beberapa faktor, seperti perubahan besi ferri menjadi ferro dan sulfat menjadi sulfida. Reaksi kimia yang dilakukan oleh bakteri pereduksi sulfat selama waktu inkubasi dalam keadaan tergenang yaitu : 2CH3CHOHCOOH + SO42- ? 2CH3COOH + 2H2O +

2CO2 + S2-. Pada reaksi kimia tersebut dapat dilihat bahwa terjadi reaksi reduksi

sulfat menjadi sulfida sehingga pH sampel akan meningkat (Gambar 10). Penurunan kadar sulfat ini telah dibuktikan pada penelitian sebelumnya yaitu dari 381,19 ppm ke 288,54 ppm.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 5 10 15

Waktu Inkubasi (hari)

Kisaran pH

TBTB + Sludge TBTB

(49)

Sejalan dengan semakin bertambahnya waktu inkubasi pada campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas yang digenangi selama 15 hari, nilai Eh semakin menurun (Gambar 11). Penurunan nilai Eh ini didukung juga oleh kandungan bahan organik dalam sludge yang cukup tinggi yaitu sebesar 28,28 me/100g (Maulana, 2005).

Apabila mikrob aerobik telah menggunakan oksigen selama masa penggenangan, maka bakteri anaerob akan menjadi dominan. Respirasi mikrob secara anaerobik akan melibatkan serangkaian reaksi reduksi-oksidasi. Dalam reaksi tersebut bahan organik berfungsi sebagai pemberi elektron dan senyawa anorganik sebagai penerima elektron atau senyawa anorganik tereduksi. Makin tinggi tingkat reduksi, maka akan semakin padat elektron di larutan tanah dan potensi redoks (Eh) menurun. Penurunan potensial redoks lebih cepat di tanah yang mengandung bahan organik tinggi (Situmorang & Sudadi, 2001).

-50 0 50 100 150 200

0 5 10 15

Waktu Inkubasi (hari)

Kisaran Eh (milivolt)

TBTB

TBTB + sludge

(50)

Potensial redoks secara kualitatif mengukur kecenderungan untuk mengoksidasi atau mereduksi bahan-bahan yang rentan. Semakin tinggi kandungan bahan organik, maka akan semakin besar intensitas reduksinya. Salah satu sumber elektron berasal dari bahan organik.

4.3.2 Kandungan Logam Berat

Kandungan logam berat yang melebihi ambang batas dapat merusak lingkungan dan membahayakan kesehatan makhluk hidup. Sludge bubur kertas diduga mengandung logam- logam berat yang dapat mencemari lahan bekas tambang batubara, sehingga perlu dilakukan analisis logam berat. Logam- logam yang dijadikan sebagai parameter dalam analisa ini yaitu Cr6+, Cd, Pb, dan Hg.

Pengukuran logam berat tersebut dilakukan pada tanah bekas tambang batubara dan campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas. Pengukuran logam berat untuk unsur krom berdasarkan atas ketersediaan unsur tersebut dalam larutan tanah, sedangkan untuk kadmium, timbal dan raksa diukur berdasarkan kandungan total dalam sampel. Pengukuran logam berat dilakukan dalam dua tahap yaitu pada hari ke-0 dan hari ke-15 inkubasi.

Hasil analisa yang dilakukan Laboratorium Balai Besar Industri Agro (BBIA) disajikan pada Tabel 1. Pada Tabel tersebut dapat dilihat adanya penurunan konsentrasi logam berat selama 15 hari waktu inkubasi baik pada tanah bekas tambang batubara maupun campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas. Konsentrasi logam berat pada campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas untuk krom mengalami penurunan sebesar 0,630, kadmium sebesar ± 0,001, timbal sebesar 0,353 sedangkan unsur raksa

(51)

pada hari ke-15 inkubasi tidak terdapat pada campuran sludge kertas dengan tanah bekas tambang batubara.

Tabel 1 Kadar logam- logam berat dalam campuran sludge bubur kertas dengan tanah bekas tambang batubara pada hari ke-0 dan 15 inkubasi.

Parameter Satuan

Tanah (hari inkubasi)

Tanah + Sludge

(hari inkubasi)

Ambang Batas (Bappenas,

2006)

0 15 0 15

Krom (Cr6+) Kadmium (Cd) Timbal (Pb) Raksa (Hg) ppm ppm ppm ppm 0,870 < 0,004 0,360 0,011 0,430 0,003 0,015 0,000 0,770 < 0,004 0,360 0,010 0,140 0,003 0,007 0,000 0,50 0,24 1,00 0,20

Ambang batas logam berat untuk tanah pertanian menurut Bappenas (2006), menunjukkan bahwa konsentrasi logam berat yang terdapat didalam campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas berada dibawah ambang batas dan tidak bersifat racun sehingga campuran ini tidak dikategorikan sebagai limbah berbahaya dan beracun (B3).

(52)

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

Sludge kertas mengandung mikrob- mikrob fungsional seperti bakteri pereduksi sulfat, mikrob selulolitik, dan mikrob pendegradasi xilan. Populasi mikrob selulolitik dan mikrob pendegradasi xilan semakin menurun dengan bertambahnya waktu inkubasi dan sebaliknya dengan populasi bakteri pereduksi sulfat yang semakin meningkat dengan semakin bertambahnya waktu inkubasi.

Campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas yang digenangi mengakibatkan naiknya nilai pH dan menurunnya nilai Eh. Sedangkan kandungan logam berat pada campuran tanah bekas tambang batubara dan sludge berada di bawah ambang batas sehingga campuran ini tidak dikategorikan sebagai

limbah berbahaya dan beracun (B3).

5.2. SARAN

Perlu dilakukan uji lanjut untuk mengidentifikasi jenis bakteri yang tumbuh pada sludge bubur kertas dan pengaruh lingkungan terhadap pertumbuhan mikrob pengkoloni sludge tersebut.

(53)

DAFTAR PUSTAKA

Alexander, M. 1977. Introduction to Soil Microbiology. 2nd ed. Wiley Eastern Limited. New Delhi.

Anas, I. 1989. Biologi Tanah dalam Praktek. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. Pusat Antar Universitas Bioteknlologi. IPB. Bogor.

Atlas, R.M. dan R. Barha. 1981. Microbial Ecology: Fundamental and Aplications. Addison-Wesley Publishing C. Inc., Philippines.

Bappenas. 2006. Baku Mutu Logam Berat. www.bappenas.go.id.

Clesceri, L., S. Arnold E. and G, Andrew D. Eaton. 1998. Standard Method for the Examination of Water and Watewater 20th edition. American Public Health Association. Washington DC.

De Datta, S.K. 1981. Principles and Practices of Rice Production. International Rice Research Institute. Los Banos, Philippines. 618.P.

Djajakirana, G. 2001. Kerusakan Tanah Sebagai Dampak Pembangunan Pertanian. Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Freney, J. and J. Boonjawat. 1983. Sulfur Transformation In Wetland Soils. In Sulfur In South East Asian and South Pasific Agriculture. Blair G. J. and Ti II A. R. (Ed) Indonesia.UNE.

Fry, J.C. 1987. Functional Roles of Major Groups of Bacteria Associated With Detritus, In: D.J.W. Moriarty dan R.S.V. Pulin (Ed.) Detritus and Microbial Ecology In Aquaculture. ICLARM Conference Proceedings. International Center For Living Aquatic Resources Management, Manila.

Halim, A. 2003. Pemanfaatan Limbah Padat Sludge Industri Kertas Untuk Pembuatan Kompos Sebagai Media Tanam Padi. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Herbert, B.N. and P.D. Gilbert. 1984. Isolation and Growth of Sulfate Reducing Bacteria. In : Microbiologycal Methodes of Environment Biotechnology. Academic Press, Orlando, Florida.

Holt, J.G., N.R. Kriegh., P. H. A. Sneath and J.T. Stanlley. 1994. Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 9th Ed. Williams dan Wilkins, Baltimore.

Horikoshi, K. 1996. Alkaliphiles : From an industrial point of view. FEMS. Microbial Rev 18 : 259 – 270.

(54)

Kulkarni, N. A. Shendye. and M. Rao. 1999. Molecular and biotechnological aspects of xylanases. FEMS Microbial Rev 23 : 411 - 456.

Labeda, D.P. 1990. Isolation of Biotechnological Organism From Nature. McGraw-Hill. USA.

Lestariningsih, R. 2003. Reduksi Sulfat Menggunakan Bakteri Campuran Anaerob. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Liana, A. 2002. Pengendalian Kualitas Pada Proses Produksi Kertas Medium Di PT Indah Kiat Bubur kertas & Paper Serang Mill. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

L’Hermite, P. 1988. Sewage Sludge Treatment and Use Elsevier Applied Science. New York.

Lindsay, W. L. 1979. Chemical Equilibria In Soils. Jhon Wiley and Sons. New York.

Metcalf dan Eddy. 1991. Waste Water Engineering: Treatment Disposal. Tata Mc.Graw Hill Publishing Company, New Delhi.

Nakamura, S., K. Wakayabashi, R. Nakai, R. Aono, dan K. Horikoshi. 1993. Purification and same properties of alkaline xylanase from alkaliphilic Bacillus sp. Strain 41m1. Appl and Environment Microbial. 59 (7) : 2311 – 2316.

Pelczar, M.J. dan E.C.S. Chan. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi I. Terjemahan.UI Press. Jakarta.

Postgate, J.R. 1984. The Sulfate Reducing Bacteria. Cambridge University Press, Cambridge.

Rahmanta, A. 2003. Isolasi Bakteri Termofil Penghasil Xilanase dan Karakterisasi Xilanase Isolat RT3 dan TR18. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Rochani, S. dan D. Retno. 1997. Acid Main Drainage: General overview and

strategis to control impacts. Indonesian Mining J. 3 (2): 36 – 42.

Schlegel, H.G. dan K. Schmidt. 1994. Mikrobiologi Umum. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Senior, D.J., Mayers P.R. and Saddier J. N. 1990. The interaction of xilanases with commercial pulps. Biotechnol Bioeng 37 : 274 – 279.

(55)

Simarmata, T., R. Hindersah, M. Kalay, dan Sumadi. 2004. Pemanfaatan Limbah Abu Terbang (Fly Ash) Boiler Berbahan Bakar Gambut dan Kompos Lumpur (Sludge) Eks Ipal Proses Organik Dari Industri Pulp dan Kertas Ditinjau Dari Aspek Tanaman. Makalah. Jakarta.

Situmorang, R. dan U. Sudadi. 2001. Tanah Sawah. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Soepardi, G. 1983. Sifat dan Ciri Tana h. Departemen Ilmu-Ilmu Tanah. IPB. Bogor.

Stanier, R., E. Adelberg. dan J. Ingkraham. 1984. Dunia Mikrob II. Bhratara Karya Aksara. Jakarta.

Supriyanto, A. 1993. Pencegahan dan Penanggulangan Lingkungan Akibat Industri Farmasi. Training Pengendalian Pencemaran Proyek Pengembangan Sumberdaya Energi dan Pengendalian Pencemaran Industri, Bekerjasama Dengan Akademik Kimia Analisis Bogor.

Volk, W. A. dan M. F. Wheeler. 1988. Mikrobiologi Dasar Jilid 1. Terjemahan. 5th Ed. Adisoemarto. Erlanggga. Jakarta.

Widyati, E., C. Kusmana, I. Anas, dan E. Santoso. 2005. Pemanfaatan Sludge Industri Kertas Sebagai Agen Pembenah Tanah Pada Lahan Bekas Tambang Batubara. Dalam proses penerbitan Jurnal Litbang Hutan.

Zinder, S. H and T. D. Brock. 1978. Microbial Transformation of Sulfur In The Environment. In : Sulfur In The Enviromental. Jhon Willey and Sons. New York.

(56)

Lampiran 1 Sifat Fisik, Kimia dan Biologi Tanah Bekas Tambang Batubara

Parameter Satuan Nilai

pH H2O 3.12

KTK me/100g 6.51

C-Org % 1.21

N-total % 0.02

P-bray 1 ppm 2.73

Ca me/100g 7.21

Mg me/100g 5.01

Na me/100g 0.29

K me/100g 0.15

Fe ppm 314.98

Zn ppm 55.8

Cu ppm 8.75

Mn ppm 152.95

SO4 ppm 21000

bobot isi g/cm3 1,71

porositas 35,46

air tersedia % 9,22

Total fungi -

Total bakteri 2 x 105

Sumber : Maulana (2005)

Lampiran 2 Sifat Kimia Limbah Industri Kertas

Parameter Satuan

Sludge Bubur Kertas

pH H2O 8.87

KTK me/100g 28.28

C-Org % 4.38

N-total % 0.40

P-bray 1 ppm 9.90

P-HCl 25% ppm 35.50

Ca me/100g 48.10

Mg me/100g 6.49

Na me/100g 19.82

K me/100g 9.85

Fe ppm 0.64

Zn ppm 0.60

Cu ppm 0.08

Mn ppm 0.56

Pb ppm 3.60

SO4 ppm 186.30

(57)

Lampiran 3 Media Pertumbuhan Mikrob Selulolitik

Media Komposisi (/L)

KH2PO4 1 gram

K2SO4. 7H2O 0,5 gram

NaCl 0,5 gram

FeSO4 0,01 gram

MnSO4 0,01 gram

(NH4)NO3 1 gram

Air 800 ml

Agar Bacto 20 gram Larutan Tepung Selulosa 10 gram/ 200 ml Sumber : Anas, 1989

Lampiran 4 Media Pertumbuhan Mikrob Pendegradasi Xilan

Media Komposisi ( % b/v )

Polypepton 0.5

Yeast extract 0.1

K2HPO4 0.12

MgSO4 0.02

Oat spelt xylan 0.05

Sumber : Nakamura, 1993

Lampiran 5 Media Pertumbuhan Bakteri Pereduksi Sulfat

Media Komposisi (/L)

Triptic soy 40 gram

Agar 5 gram

Sodium laktat 2.4 ml

MgSO4 2 gram

Fe(NH4)SO4 2 gram

NH4Cl 0.2 gram

KH2PO4 0.5 gram

Asam askorbat 0.1 gram

(1)

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

Sludge kertas mengandung mikrob- mikrob fungsional seperti bakteri pereduksi sulfat, mikrob selulolitik, dan mikrob pendegradasi xilan. Populasi mikrob selulolitik dan mikrob pendegradasi xilan semakin menurun dengan bertambahnya waktu inkubasi dan sebaliknya dengan populasi bakteri pereduksi sulfat yang semakin meningkat dengan semakin bertambahnya waktu inkubasi.

limbah berbahaya dan beracun (B3).

5.2. SARAN

Perlu dilakukan uji lanjut untuk mengidentifikasi jenis bakteri yang tumbuh pada sludge bubur kertas dan pengaruh lingkungan terhadap pertumbuhan mikrob pengkoloni sludge tersebut.

(2)

DAFTAR PUSTAKA

Alexander, M. 1977. Introduction to Soil Microbiology. 2nd ed. Wiley Eastern Limited. New Delhi.

Anas, I. 1989. Biologi Tanah dalam Praktek. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. Pusat Antar Universitas Bioteknlologi. IPB. Bogor.

Atlas, R.M. dan R. Barha. 1981. Microbial Ecology: Fundamental and Aplications. Addison-Wesley Publishing C. Inc., Philippines.

Bappenas. 2006. Baku Mutu Logam Berat. www.bappenas.go.id.

Clesceri, L., S. Arnold E. and G, Andrew D. Eaton. 1998. Standard Method for the Examination of Water and Watewater 20th edition. American Public Health Association. Washington DC.

De Datta, S.K. 1981. Principles and Practices of Rice Production. International Rice Research Institute. Los Banos, Philippines. 618.P.

Djajakirana, G. 2001. Kerusakan Tanah Sebagai Dampak Pembangunan Pertanian. Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Freney, J. and J. Boonjawat. 1983. Sulfur Transformation In Wetland Soils. In Sulfur In South East Asian and South Pasific Agriculture. Blair G. J. and Ti II A. R. (Ed) Indonesia.UNE.

Halim, A. 2003. Pemanfaatan Limbah Padat Sludge Industri Kertas Untuk Pembuatan Kompos Sebagai Media Tanam Padi. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.