Pemanfaatan Rumput Vetiver (Chrysopogon Zizanioides, L) Dalam Proses Remediasi Logam Berat Kadmium (Cd) Dan Tembaga (Cu)
PEMANFAATAN RUMPUT VETIVER (Chrysopogon
zizanioides, L.) DALAM PROSES REMEDIASI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd) DAN TEMBAGA (Cu)
DESY ARYANI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pemanfaatan Rumput
Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.) Dalam Proses Remediasi Logam Berat
Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu) adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun 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.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2015
Desy Aryani
NRP C251130111
RINGKASAN
DESY ARYANI. Pemanfaatan Rumput Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.)
Dalam Proses Remediasi Logam Berat Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu).
Dibimbing oleh HEFNI EFFENDI dan NIKEN TUNJUNG MURTI PRATIWI.
Pencemaran air yang disebabkan oleh kegiatan industri yang
menggunakan logam berat baik sebagai bahan baku, bahan tambahan maupun
katalis, saat ini menjadi masalah serius di lingkungan. Kadar logam berat tertentu
di perairan dibutuhkan dalam proses metabolisme, namun peningkatan kadar
logam berat secara terus menerus dapat berubah menjadi racun bagi organisme
melalui bioakumulasi dan biomagnifikasi serta dapat membahayakan kesehatan
manusia. Salah satu logam berat yang banyak ditemukan di lingkungan perairan
adalah kadmium (Cd) dan tembaga (Cu). Teknik yang dapat diaplikasikan dalam
pengelolaan limbah logam yaitu dengan fitoremediasi. Salah satu tanaman yang
dapat mengakumulasi logam berat adalah rumput vetiver (Chrysopogon
zizanioides (L.). Tanaman ini memiliki sistem perakaran yang kuat, tumbuh pada
berbagai kondisi iklim yang ekstrim, dan banyak digunakan dalam mengatasi
pencemaran lingkungan.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis efektivitas C.
zizanioides (L.) dalam penurunan logam berat Cd dan Cu secara hidroponik serta
mengkaji dampak yang ditimbulkan dari perbedaan logam berat Cd dan Cu
terhadap karakteristik struktur organ akar dan daun C. zizanioides (L.). Penelitian
ini dilakukan pada bulan Februari-Mei 2015 di Laboratorium Pusat Pengkajian
Lingkungan Hidup (PPLH) IPB. Penelitian terdiri dari tiga percobaan dengan tiga
ulangan, yaitu C. zizanioides (L.) tanpa kehadiran logam Cd dan Cu sebagai
kontrol, C. zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cd (Cd1, Cd2.5, Cd5), dan C.
zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cu (Cu2.5, Cu5, Cu7.5).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi limbah logam berat Cd
dan Cu di air menurun seiring meningkatnya waktu pemaparan selama periode
pengamatan untuk seluruh konsentrasi. Konsentrasi di air untuk logam Cd (Cd1,
Cd2.5, Cd5) pada awal pengamatan secara berturut-turut yaitu (1,007; 2,499;
5,008) mg L-1 menjadi (0,589; 1,311; 2,419) mg L-1, sedangkan, konsentrasi Cu
(Cu2.5, Cu5, Cu7.5) di awal secara berturut-turut yaitu (2,501; 4,991; 7,467) mg
L-1 menjadi (1,171; 1,852; 2,345) mg L-1. Total akumulasi logam baik Cd maupun
Cu oleh C. zizanioides (L.) untuk masing-masing perlakuan menunjukkan
akumulasi logam di akar lebih tinggi dibandingkan di daun. Berdasarkan hasil
perhitungan BCF, diperoleh nilai berkisar 0,83 – 2,51. Nilai BCF paling tinggi
untuk logam Cd, yaitu 2,51 (Cd2.5), sedangkan Cu yaitu 1,74 (Cu5). Nilai TF dari
semua konsentrasi kedua logam yaitu kurang dari 1 yang berkisar antara 0,010,07. Removal efficiency rata-rata untuk C. zizanioides (L.) adalah 37.64% (Cd1),
48.46% (Cd2.5) dan 48.84% (Cd5), serta 32.55% (Cu2.5), 54.68% (Cu5), dan
52.59% (Cu7.5).
C. zizanioides (L.)efektif menghapus logam Cd dan Cu dalam waktu 4
minggu. Pertumbuhan rata-rata C. zizanioides (L.) lebih baik pada perlakuan Cu
dibandingkan Cd.
Kata kunci : C. zizanioides (L.), fitoremediasi, kadmium, tembaga.
SUMMARY
DESY ARYANI. Utilization of Vetiver Grass (Chrysopogon zizanioides, L.) in
the Process Remediation of Heavy Metal Cadmium (Cd) and Copper (Cu).
Supervised by HEFNI EFFENDI and NIKEN TUNJUNG MURTI PRATIWI.
Water pollution that caused by industrialization greatly contribute to
environmental problem.the use of metals as raw materials, additives and catalysts
greatly contribute to this problem. Normally, a particular quantity of heavy metals
is needed in the water metabolic process. However, a simultaneous increase of
heavy metal concentration through bioaccumulation and biomagnification could
be toxic for organisms as well as perilious for human health. Some of heavy
metals found in aquatic environments are cadmium (Cd) and copper (Cu). The
technique that can be applied in the management of metal waste is
phytoremediation. One of the plants that can accumulate heavy metals is vetiver
grass (Chrysopogon zizanioides (L). Besides possessing strong root system, this
plant is adaptive to extreme climate, and widely used to solve environment
pollution.
This study is aimed to analyze the effectiveness of C. zizanioides (L.) to
reduce the concentration of the heavy metals (Cd and Cu) in water using
hydroponic system, as well as to assess the impact of differentt heavy metals Cd
and Cu on the characteristics of the root and leaf structures of C. zizanioides (L.).
The study was conducted in February-May 2015 at the Laboratory of Centre for
Environmental Research (PPLH) IPB. Three experiments with three replications
were conducted on this research C. zizanioides (L.) without metals Cd and Cu as
control, C. zizanioides (L.) with metals Cd (Cd1, Cd2.5, Cd5), and C. zizanioides
(L.) with Cu (Cu2.5, Cu5, Cu7.5) respectively.
The results indicated that the concentration of heavy metal waste (Cd and
Cu) in the water was decreasing along with the time exposure during the
observation period. The concentration of metals Cd (Cd1, Cd2.5, Cd5) in the
water at the beginning of the observation are correspondingly (1.007; 2.499;
5.008) mg L-1 into (0.589; 1.311; 2.419) mg L-1. While the concentration of Cu
(Cu2.5, Cu5, Cu7.5) respectively are (2.501; 4.991; 7.467) mg L-1 into (1.171;
1.852; 2.345) mg L-1. The total accumulation of metals for both Cd and Cu by C.
zizanioides (L.) for each treatment indicates that metal accumulation in roots was
higher than in the leaves. Based on BCF calculation, the results were ranging from
0.83 to 2.51. The highest BCF value for Cd, is 2.51 (Cd2.5), whereas Cu is 1.74
(Cu5). The TF value of all concentrations for both metals is less than 1, which
ranged from 0.01 to 0.07. The average removal efficiency for C. zizanioides (L.)
is 37.64% (Cd1), 48.46% (Cd2.5) and 48.84% (Cd5) and 32.55% (Cu2.5), 54.68%
(Cu5), and 52.59% (Cu7.5).
In conclusion, C. zizanioides (L.) effectively removes metals Cd and Cu
within 4 weeks. The average growth of C. zizanioides (L.) is better under the Cu
treatment than the Cd treatment.
Keywords: cadmium, copper, C. zizanioides (L.), phytoremediation
©Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindingi 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 apa pun tanpa izin IPB.
PEMANFAATAN RUMPUT VETIVER (Chrysopogon
zizanioides, L.) DALAM PROSES REMEDIASI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd) DAN TEMBAGA (Cu)
DESY ARYANI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Perairan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi Pada Ujian Tesis : Dr Ir Majariana Krisanti, M Si
Judul
Tesis
Nama
NRP
Pemanfaatan Rumput Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.) Dalam
Proses Remediasi Logam Berat Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu)
Desy Aryani
C251130111
Disetujui oleh
Komisi pembimbing
Dr Ir Hefni Effendi, M Phil
Ketua
Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, M Si
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Pengelolaan Sumberdaya Perairan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Sigid Hariyadi, M Sc
Dr Ir Dahrul Syah, M ScAgr
Tanggal Ujian : 21 September 2015
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2015 ini ialah
Pemanfaatan Rumput Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.) Dalam Proses
Remediasi Logam Berat Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu).
Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Dr Ir Hefni Effendi, M Phil
dan Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, M.Si selaku komisi pembimbing yang telah
meluangkan waktunya untuk menyampaikan ilmu dan saran-saran yang
membangun dalam membimbing penulis. Selain itu penulis ucapkan terima kasih
kepada:
1. Dr Ir Sigid Hariyadi, MSc selaku ketua program studi SDP periode 20142017 yang telah membantu penulis dalam kelancaran studi
2. Dr Ir Majariana Krisanti, MSi selaku penguji luar komisi pada ujian tesis
yang telah memberikan masukan dan saran kepada penulis
3. Nani Suryani dan Dadang Sumarna, mamah dan bapak atas bantuan,
dukungan yang diiringi rasa kasih sayang, serta doa terbaik yang selalu
tercurah untuk penulis di mana pun berada
4. Pihak DIKTI yang telah memberikan beasiswa BPPDN 2013 untuk
kelancaran studi penulis
5. PPLH IPB beserta staff yang memberikan fasilitas dan bantuan penelitian
6. Teman-teman seperjuangan SDP 2013, Sri Wahyuningsih, Iyat Hamiyati,
Mayanda Lia, Siti Fauziyyah Masykur dan Kongkret Crew serta pihak
yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas bantuan dan dukungannya
dalam menyelesaikan laporan penelitian ini, penulis ucapkan terima kasih
yang sebanyak-banyaknya, semoga Allah membalas semua kebaikan yang
kalian berikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2015
Desy Aryani
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar belakang
Perumusan masalah
Tujuan dan manfaat
Hipotesis
1
1
2
2
3
METODE
Waktu dan tempat penelitian
Bahan dan alat
Rancangan penelitian
Persiapan C. zizanioides (L.)
Pembuatan larutan uji
Uji pendahuluan
Uji lanjutan.
Pengumpulan Data
Pengukuran logam Cd dan Cu pada organ akar dan daun
C. zizanioides (L)
Pengamatan struktur jaringan akar dan daun C. zizanioides (L.)
Pertumbuhan tinggi tanaman
Laju pertumbuhan spesifik (SGR) C. zizanioides (L.)
Pengukuran kualitas air
Analisis Data
Analisis deskriptif
Analisis statistik
3
3
3
4
5
5
5
6
6
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Logam Cd dan Cu di air
Akumulasi logam Cd dan Cu di tanaman
Bioconcentration Factor (BCF) dan Translocation Factor (TF)
Removal Efficiency
Tinggi tanaman C. zizanioides (L.)
Laju pertumbuhan spesifik (SGR) C. zizanioides (L.)
Kualitas air
Pembahasan
9
9
9
9
10
11
11
12
12
14
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
18
7
7
7
8
8
8
8
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
Parameter kualitas air
Konsentrasi logam Cd di air selama perlakuan
Konsentrasi logam Cu di air selama perlakuan
Akumulasi Cd (mg kg-1) dalam C. zizanioides (L.) selama perlakuan
Akumulasi Cu (mg kg-1) dalam C. zizanioides (L.) selama perlakuan
Nilai BCF dan TF logam Cd dan Cu pada tanaman C. zizanioides (L.)
Removal efficiency logam Cd dan Cu di air
8
9
9
10
10
11
11
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Alur perumusan masalah penelitian
Rangkaian sistem floating penelitian
Grafik pertumbuhan tinggi tanaman pada perlakuan Cd dan Cu
Laju pertumbuhan spesifik (SGR)
Kualitas air pada perlakuan Cd dan Cu
3
6
12
12
13
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Gambar pertumbuhan C. zizanioides, L selama periode pengamatan
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan kontrol
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cd1
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cd2.5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cd5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cu2.5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cu5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cu7.5
Uji ANOVA konsentrasi logam Cd di air
Uji ANOVA konsentrasi logam Cu di air
Uji ANOVA SGR
24
24
25
26
27
28
29
30
31
32
32
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pencemaran air yang disebabkan oleh kegiatan antropogenik, terutama
kegiatan industri saat ini menjadi masalah serius di lingkungan. Meningkatnya
pembangunan di berbagai bidang, khususnya pembangunan di bidang industri,
diikuti dengan meningkatnya jumlah limbah yang dihasilkan, termasuk yang
berbahaya dan beracun (B3) yang dapat membahayakan lingkungan hidup dan
kesehatan manusia (PP RI No. 18 Tahun 1999). Salah satu limbah B3 yang
banyak digunakan dalam kegiatan industri, baik sebagai bahan baku, bahan
tambahan maupun katalis adalah logam berat.
Logam berat dengan kadar tertentu, di perairan dibutuhkan dalam proses
metabolisme, namun peningkatan kadar logam berat secara terus menerus dapat
berubah menjadi racun bagi organisme melalui bioakumulasi dan biomagnifikasi.
Logam berat yang biasa berada di lingkungan, di antaranya merkuri (Hg),
kadmium (Cd), tembaga (Cu), besi (Fe), kobalt (Co), timah (Sn), dan seng (Zn).
Kadmium (Cd) merupakan salah satu logam berat yang banyak ditemukan
di lingkungan, berasal dari kegiatan yang bergerak di bidang
industri electroplating, pembuatan plastik, pertambangan, pigmen cat, dan baterai.
Keberadaan logam Cd menjadi perhatian besar di lingkungan karena toksisitasnya
yang tinggi terhadap hewan dan manusia (Tudoreanu & Phillips 2004), serta
sebarannya yang luas di lingkungan perairan (Muthukumaravel & Paulay 2007;
Ghiasi et al. 2010). Cd dapat bersifat toksik dalam lingkungan perairan,
khususnya terhadap ikan. Ikan dapat mengakumulasi Cd dengan berbagai cara
melalui
insang,
kulit
dan
saluran
pencernaan
(Vinodhini & Narayanan 2008; Akan et al. 2009). Penyimpanan Cd di dalam
tubuh ikan terletak di hati dan tulang yang diangkut oleh sistem peredaran darah
ikan (Akan et al. 2009).
Logam lain yang ditemukan di lingkungan adalah tembaga (Cu). Cu
banyak digunakan dalam pembuatan kabel listrik, atap, pigmen cat, pipa, dan
industri kimia. FAO menyebutkan bahwa batas maksimum untuk irigasi adalah
200 µg/L dan untuk air minum tidak melebihi batas 1.3 mg L-1 (APHA 2012). Cu
merupakan unsur esensial bagi tanaman dan hewan, namun dapat menjadi toksik
apabila melebihi batas maksimum. Keberadaan Cu di lingkungan perairan dengan
konsentrasi yang tinggi (sama dengan Cd) dapat menyebabkan racun bagi
organisme air khusunya ikan. Kemampuan Cu adalah mampu menggabungkan
dengan kontaminan lain seperti amonia, merkuri (Hg), dan seng (Zn) untuk
menghasilkan zat aditif beracun terhadap ikan yang masuk dan terakumulasi di
hati, lambung, dan usus.
Berbagai pendekatan dalam pengolahan limbah industri telah banyak
dilakukan oleh beberapa peneliti di dunia, salah satunya dengan teknik
fitoremediasi. Fitoremediasi merupakan cara menghilangkan atau mereduksi
bahan pencemar di suatu lokasi dengan menggunakan tanaman. Beberapa
keunggulan fitoremediasi yaitu memiliki potensi yang dapat diaplikasikan, aman
untuk digunakan, biaya operasi relatif murah, mampu mereduksi volume
2
kontaminan, serta memberikan keuntungan bagi kesehatan masyarakat (Terry et
al. 2010)
Salah satu tanaman yang dapat mengakumulasi logam berat adalah rumput
vetiver (Chrysopogon zizanioides (L.) (Truong 2000). Rumput vetiver dapat
mencapai tinggi 1-2 m, tumbuh cepat, dan memiliki sistem perakaran yang kuat
dengan panjang 3-4 m, tumbuh pada berbagai kondisi iklim yang ekstrim, dan
banyak digunakan dalam mengatasi pencemaran lingkungan (Weragoda et al.
2012).
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, dapat dibuat suatu perumusan
masalah bahwa pertumbuhan industri khususnya yang bergerak dalam
pembuatan electroplating, pembuatan plastik, pertambangan, pigmen cat,
baterai, kabel listrik, atap, pipa, dan industri kimia akan terus bertambah seiring
meningkatnya permintaan tersebut. Aktivitas produksi yang semakin meningkat
juga diikuti dengan bertambahnya limbah cair ke dalam perairan. Kandungan
logam Cd dan Cu yang terus berada di perairan tidak mudah terdegradasi, yang
selanjutnya akan terakumulasi, baik pada sedimen, hewan, maupun tumbuhan.
Keberadaan logam berat di perairan dapat menjadi toksik dan berbahaya
bagi kehidupan organisme di dalamnya. Sebagian besar teknologi atau pemulihan
yang konvensional, baik secara kimia maupun fisika membutuhkan banyak biaya
dan berdampak pada ekosistem. Bioremediasi merupakan suatu teknologi yang
efektif dan ramah lingkungan. Pemanfaatan C. zizanioides (L.) dalam proses
remediasi dapat dipertimbangkan, karena diduga tanaman ini mampu menjadi
agen fitoremediasi atau mampu mengurangi konsentrasi logam berat di perairan.
Penelitian yang dilakukan oleh Aksorn dan Benjamart (2013) menunjukkan
bahwa C. zizanioides (L.) mampu mengakumulasi logam berat Pb antara 381
sampai 606 ppm dan mengakumulasi Zn lebih dari 10.000 ppm dalam jaringan
akar.
Penggunaan C. zizanioides (L.) dapat dijadikan sebagai salah satu
alternatif dalam pengolahan limbah cair yang dihasilkan dari kegiatan industri
dengan kemampuannya meremediasi kandungan logam berat di lingkungan.
Penelitian ini dirancang untuk menangani pencemaran logam berat, khusunya Cd
dan Cu yang berada di lingkungan perairan dengan konsentrasi yang tinggi.
Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji kemampuan C. zizanioides (L.) dalam
meremediasi logam Cd dan Cu di perairan. Alur dari perumusan masalah dalam
penelitian ini dijelaskan pada Gambar 1.
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah menganalisis efisiensi C. zizanioides (L.)
dalam menurunkan kadar logam berat Cd dan Cu serta mengkaji dampak yang
ditimbulkan dari perbedaan logam berat Cd dan Cu terhadap karakteristik struktur
organ akar dan daun C. zizanioides (L.). Manfaat penelitian ini diharapkan dapat
menjadi informasi mengenai kemampuan C. zizanioides (L.) dalam mengurangi
3
dampak negatif logam berat Cd dan Cu pada suatu perairan yang berasal dari
aktivitas industri. Keluaran dari hasil penelitian ini adalah untuk mendapatkan
model instalasi pengolahan air limbah yang murah, efektif, dan efisien dalam
kegiatan industri.
Hipotesis
Hipotesis yang diajukan adalah jika penggunaan C. zizanioides (L.) dapat
menurunkan konsentrasi logam berat kadmium (Cd) dan tembaga (Cu) di
perairan, maka tanaman ini dapat dijadikan sebagai fitoremediator pada perairan
tercemar limbah logam berat.
Kegiatan Industri
Limbah
Logam Cd
Fitoremediasi
oleh
C. zizanioides
(L)
Logam Cu
C. zizanioides (L.)
+
Penurunan
Konsentrasi
Logam Cd
dan Cu
-
Gambar 1. Alur perumusan masalah penelitian
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari-Mei 2015. Penelitian
dilakukan di Laboratorium Pusat Pengkajian Lingkungan Hidup (PPLH) IPB.
Analisis kualitas air dan struktur morfologi C. zizanioides (L.) dilakukan di
Laboratorium PPLH. Analisis kandungan logam berat Cd dan Cu pada tanaman
dan air dilakukan di Laboratorium Produktivitas dan Lingkungan Perairan
(Proling), Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, FPIK, IPB. Analisis
struktur anatomi C. zizanioides (L.) dilakukan di Laboratorium Biologi Mikro,
Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, FPIK, IPB.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah akuades, C. zizanioides
(L.), CdCl 2 .2.5H 2 O, CuSO 4 .5H 2 O, HNO 3 6 M, H 2 O 2 30 %, dan nutrisi A&B
4
mix. Alat yang digunakan selama penelitian adalah AAS, bak berukuran 40 x 20 x
25 cm3, cawan petri, DO meter, gelas kimia, kaca objek, kaca penutup, labu ukur,
lumpang porselin, mikroskop, kertas milipore, neraca analitik,oven, pH-meter,
pipet tetes, plastik, pot, termometer, rockwool, dan sterofoam.
Rancangan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental di
laboratorium dengan rancangan percobaan menggunakan RAL in time. Berikut
model linier yang digunakan:
yijk = μ + αi + δik + βj + (αβ)ij + εijk
Keterangan:
yijk
: Nilai pengamatan pada perlakuan ke-i, waktu ke-j, ulangan ke-k;
i=1,2,3 (Kontrol: tanpa logam; Cd : kehadiran logam Cd (Cd1, Cd2.5,
Cd 5); Cu : kehadiran logam Cu (Cu2.5, Cu5, dan Cu7.5), j=1,2,...,5
(hari ke- 0, 7, 14, 21, 28), k=1,2,3
μ
: Rataan umum
αi
: Pengaruh perlakuan ke-i
δik
: Komponen galat (a)
βj
: Pengaruh waktu ke-j
(αβ)jk : Pengaruh interaksi perlakuan ke-i dan waktu ke-j
1. Pengaruh perlakuan terhadap respon
Hipotesis:
H0
: αK = αS = αSB = 0 (tidak ada pengaruh perlakuan terhadap respon)
H1
: minimal ada satu αj ≠ 0 (ada pengaruh perlakuan terhadap respon)
2. Pengaruh waktu pengamatan
Hipotesis:
H0
: β0= β7= β14 = β ….= β35 = 0 (tidak ada pengaruh perlakuan terhadap
respon)
H1
: minimal ada satu βk ≠ 0 (ada pengaruh waktu pengamatan terhadap
respon)
3. Pengaruh interaksi perlakuan dan waktu pengamatan
Hipotesis:
H0
: (αβ)K0 = (αβ)K6 = … = (αβ)SB35 = 0 (tidak ada pengaruh perlakuan
dan waktu pengamatan)
H1
: minimal ada satu (αβ)jk ≠ 0 (ada pengaruh interaksi perlakuan dan
waktu pengamatan)
Pengamatan dilakukan sebanyak tiga kali ulangan dengan tiga konsentrasi.
Perlakuan konsentrasi yang diuji pada C. zizanioides (L.) adalah:
1. Perlakuan kontrol : C. zizanioides (L.) tanpa kehadiran logam Cd dan Cu
2. Perlakuan Cd : C. zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cd
3. Perlakuan Cu : C. zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cu
5
Prosedur penelitian ini terdiri dari persiapan C. zizanioides (L.), pembuatan
larutan uji, uji pendahuluan, dan uji lanjutan.
Persiapan C. zizanioides (L.)
Tanaman dipilih berdasarkan perkiraan umur yang sama, memiliki tinggi
antara 10-15 cm kemudian ditimbang bobotnya. Akar tanaman disterilkan dalam
larutan 0,3% hidrogen peroksida selama 20 menit, kemudian dibilas dengan
akuades (Aibibu et al. 2010). Tanaman disimpan pada bak berukuran 40 x 20 x 25
cm3 dalam 25 L larutan nutrisi (A&B mix) dan diaklimasi selama 7 hari
(Syahputra, 2005). Satu bak terdiri dari empat rumpun, masing-masing rumpun
memiliki bobot basah sekitar 30 gram. Metode ini menggunakan sistem floating
treatment (Sample et al. 2014; White & Cousin 2013). Media yang digunakan
adalah rockwool, dengan mengkondisikan akar C. zizanioides (L.) masuk ke
dalam air.
Pembuatan Larutan Uji
Penelitian ini menggunakan CdCl 2 .2.5H 2 O sebagai sumber Cd (Niu et al.
2012, Ahmadpour 2011) dan CuSO 4 .5H 2 O sebagai sumber Cu. Masing-masing
logam dibuat dengan konsentrasi yang berbeda untuk setiap perlakuan yang
meliputi: (i) kontrol, (ii) Cd 1 mg L-1, Cd 2,5 mg L-1, dan Cd 5 mg L-1 (Cd 1, Cd
2.5, Cd 5) dan (iii) Cu 2,5 mg L-1, Cu 5 mg L-1, dan Cu 7,5 mg L-1 (Cu 2.5, Cu 5,
Cu 7.5). Konsentrasi tersebut ditentukan berdasarkan pada peneltian sebelumnya
yang menggunakan eceng gondok dalam remediasi logam Cd dan Cu. Masingmasing konsentrasi berbeda untuk setiap perlakuan yaitu: kontrol, Cd 0,27 mg L-1,
Cd 0,54 mg L-1, Cd 0,81 mg L-1, dan Cu 0,35 mg L-1, Cu 0,70 mg L-1, dan Cu 1,05
mg L-1 (Swain et al. 2014) Pembuatan larutan stok dengan konsentrasi yang
dibutuhkan didapatkan dengan rumus pengenceran:
V1 N1 = V2 N2
Keterangan:
V1
: Volume air yang diencerkan
V2
: Volume air setelah pengenceran
N1
: Konsentrasi larutan yang akan diencerkan
N2
: Konsentrasi larutan setelah pengenceran
Penentuan perbedaan konsentrasi antara logam Cd dan Cu pada penelitian
ini mengacu juga pada nilai baku mutu perairan tawar, namun digunakan
konsentrasi yang lebih tinggi dari baku mutu. Hal ini dimaksudkan untuk melihat
seberapa besar kemampuan tanaman C. zizanioides (L.) dalam menyerap logam
tersebut di air.
Kadar logam Cd pada perairan tawar alami biasanya 0,0001-0,01 mg L-1,
sedangkan logam Cu biasanya < 0,02 mg L-1 (Moore 1991). Kadar logam Cd
untuk perairan laut yaitu 0,0001 mg L-1, sedangkan Cu berkisar antara 0.0010.025 mg L-1 (McNeely et al. 1979). Menurut WHO, kadar logam Cd maksimum
pada air yang diperuntukkan bagi air minum adalah 0,005 mg L-1, sedangkan Cu
adalah 0,1 mg L-1 (Moore 1991).
Uji Pendahuluan
Uji pendahuluan dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kondisi
tanaman pada saat perlakuan. Tanaman dipisahkan menjadi tanaman kontrol dan
6
tanaman percobaan. Tanaman kontrol digunakan untuk melihat pengaruh media
tumbuh terhadap semua variabel penelitian, sedangkan tanaman percobaan diberi
perlakuan konsentrasi Cd dan Cu. Bak penelitian yang digunakan berjumlah tujuh
buah dan diisi larutan nutrisi (A&B mix) yang telah ditambah logam (Gambar 2).
Penelitian ini dilakukan selama tujuh hari.
Uji Lanjutan
Tahap selanjutnya setelah C. zizanioides (L.) mampu beradaptasi pada
kondisi lingkungan dengan konsentrasi yang telah ditentukan, adalah penelitian
lanjutan dengan tiga kali ulangan. Bak penelitian yang digunakan sebanyak 21
buah dan diisi dengan limbah logam sebanyak 25 L. Tanaman diperkirakan
menyerap logam setiap 7 hari selama jangka waktu 28 hari (Dedy et al. 2013).
Proses remediasi logam berat Cd dan Cu dilakukan menggunakan C.
zizanioides (L.) dengan sistem floating treatment (Gambar 2) (White & Cousin
2013; Sample et al. 2013). Penelitian ini menggunakan bak berukuran 40 x 20 x
25 cm3 sebagai unit floating. Akar C. zizanioides (L.) dikondisikan masuk ke
dalam air, kemudian dilakukan pengukuran panjang akar (Weragoda et al. 2012).
1
1
2
3
1
Gambar 2. Rangkaian sistem floating penelitian
Keterangan : (1) Daun, (2) Pot dengan media rockwool, (3) Akar tanaman
Pengumpulan Data
Pengumpulan data dalam penelitian ini meliputi analisis kandungan logam
Cd dan Cu pada organ akar dan daun C. zizanioides (L.), pengamatan struktur
jaringan akar dan daun C. zizanioides (L.), laju pertumbuhan spesifik (SGR) C.
zizanioides (L.), pertumbuhan tinggi tanaman, serta pengukuran dan pengamatan
kualitas air.
Pengukuran Logam Cd dan Cu pada Organ Akar dan Daun
C. zizanioides (L.)
Pengukuran dan analisis jumlah ion-ion Cd dan Cu mengacu pada
prosedur kerja yang telah digunakan oleh Piotrowska dan zameki (2003) dan Cave
7
et al. (2000). Pada umumnya peneliti-peneliti tersebut menyatakan bahwa cara
basah lebih baik digunakan untuk analisis ion logam yang terkandung dalam
bahan organik daripada cara kering.
Akar dan daun C. zizanioides (L.) dicuci dengan akuades hingga bersih,
kemudian disimpan dalam kantong plastik. Bagian tersebut kemudian ditimbang
dengan teliti pada petridish yang telah diketahui berat kosongnya. Bagian
tanaman tersebut dipanaskan dalam oven selama 24 jam pada suhu 80o C,
kemudian didinginkan. Bagian tanaman yang kering ditimbang kembali sehingga
diketahui berat yang hilang sebagai jumlah air yang terkandung dalam akar dan
daun. Sampel kering ini digerus pada lumpang porselin. Sampel yang telah
digerus ditimbang kira-kira 0,5 gram dengan neraca analitik. Sampel tersebut
dilarutkan dengan campuran 5 mL HNO 3 6 M dan 5 mL H 2 O 2 30 %, dipanaskan
sampai semua bahan larut sempurna. Larutan didinginkan, kemudian ditambahkan
dengan akuades dan pHnya diatur dengan HNO 3 atau NaOH hingga mencapai
nilai sekitar 2 – 3. Volume larutan diimpitkan hingga tanda batas dengan akuades
dan dikocok hingga homogen. Larutan siap diukur dengan spektrofotometer
serapan atom (AAS).
Perbandingan kandungan logam berat Cd dan Cu pada organ akar dan
daun dengan logam berat di air dikalkulasi dengan bioconcentration factor (BCF)
(Ghosh & Singh 2005), sedangkan perbandingan kandungan logam berat Cd dan
Cu antara akar dengan daun dikalkulasi dengan translocation factor (TF) (Mellem
et al. 2012). Perhitungan BCF dan TF adalah sebagai berikut:
Faktor Biokonsentrasi (BCF) = [M] pada bagian akar tanaman (mg kg-1 BK)
[M] pada lingkungan perairan (mg L-1)
Faktor Konsentrasi (TF)
= [M] dalam daun (mg kg-1 BK)
[M] dalam akar (mg kg-1 BK)
Keterangan:
[M] : konsentrasi logam
Pengamatan Struktur Jaringan Akar dan Daun C. zizanioides (L.)
Akar dan daun C. zizanioides (L.) yang terpapar logam Cd dan Cu selama
perlakuan dilihat jaringannya. Organ tersebut masing-masing disayat secara
melintang dan diletakkan di atas kaca objek yang telah ditetesi air, kemudian
ditutup dengan kaca penutup dan dilihat dengan menggunakan mikroskop pada
perbesaran 10x10 (Dedy et al. 2013). Hasil pengamatan dibandingkan antara C.
zizanioides (L.) yang terpapar selama 7 hari, 14 hari, 21 hari, dan 28 hari dengan
kontrol.
Pertumbuhan Tinggi Tanaman
Pengukuran tinggi tanaman dilakukan satu minggu sekali selama 4 minggu
pengamatan. Pengukuran dilakukan mulai pangkal batang sampai ujung daun
tanaman tertinggi (Lestari et al, 2008).
Laju pertumbuhan spesifik (SGR) C. zizanioides (L.)
8
Pengamatan laju pertumbuhan spesifik C. zizanioides (L.) ditentukan
berdasarkan persamaan (Scherr et al. 2009; Kittiwongwattana & Supachai 2013):
sebagai berikut.
ln X −ln X0
� x 100%
SGR = � t
t− t0
Keterangan:
SGR : laju pertumbuhan spesifik
Xt
: bobot rata-rata pada waktu ke-t
Xt
: bobot rata-rata pada waktu ke-t 1
Pengukuran Kualitas Air
Pengukuran kualitas air dalam penelitian ini adalah dengan mengukur
beberapa parameter kualitas air yaitu pengukuran suhu, pH, dan DO. Pengukuran
dilakukan pada hari ke 0, 7, 14, 21, dan 28 hari. Cara pengukuran dilakukan
sebagai berikut.
Tabel 1. Parameter kualitas air
No
1
2
3
4
Parameter
Suhu
Oksigen terlarut
pH
Kandungan Cd dan Cu
Satuan
C
mg L-1
mg L-1
o
Alat ukur
Termometer
DO-meter
pH meter
AAS
(Atomic
Spectrophotometer)
Absorption
Logam yang terhapus selama waktu pengamatan, dihitung dengan
menggunakan rumus Removal efficiency sebagai berikut (Khan et al. 2009):
R=
I−F
x 100%
I
Keterangan:
R
: Removal Efficiency (%)
I
: Initial heavy metal concentration
F
: Final heavy metal concentration
Analisis Data
Analisis Deskriptif
Data berupa kualitas air disajikan dalam bentuk tabel untuk melihat
perubahan atau kondisi selama penelitian. Jaringan tumbuhan disajikan dalam
bentuk gambar untuk melihat perbandingan antara tanaman kontrol dan yang
terpapar logam Cd dan Cu pada setiap pengamatan 7 hari, 14 hari, 21 hari, dan 28
hari.
Analisis Statistik
Data yang diperoleh ditabulasi dan dianalisis menggunakan program
microsoft excel 2010. Pengaruh waktu perlu dikaji disamping perlakuan yang
diberikan (Mattjik dan Sumertajaya 2013). Untuk melihat perlakukan dan waktu
yang memiliki perbedaan, dianalisis dengan sidik ragam (ANOVA) yang diolah
9
menggunakan program SPSS 17. Jika analisis menunjukkan pengaruh nyata maka
dilanjutkan uji Duncan dengan taraf kepercayaan 95%.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Logam Cd dan Cu di Air
Tabel 2 menunjukkan penurunan konsentrasi logam Cd di air seiring
meningkatnya waktu pemaparan. Penurunan secara drastis hampir terjadi pada
semua perlakuan dari minggu ke-0 hingga minggu ke-1. Perlakuan Cd1 memiliki
perbedaan yang signifikan dengan perlakuan Cd2,5 dan Cd5 (P Cd5>kontrol>Cd1. Berkaitan
dengan hal ini, diduga bahwa C. zizanioides (L.) telah mengandung logam Cd di
dalam tubuhnya sebelum perlakuan. Keberadaan logam tersebut menjadi salah
satu faktor pada nilai BCF, namun setiap individu C. zizanioides (L.) pada setiap
16
perlakuan menunjukkan perbedaan dalam mengakumulasi logam yang terkait
dengan faktor internal tanaman itu sendiri.
Data lainnya yang menunjukkan perbedaan konsentrasi di setiap perlakuan
Cd, adalah nilai TF sebesar 0,04 (Cd1), 0,01 (Cd2,5), dan 0,01 (Cd5). Perlakuan
Cd1 memiliki nilai TF paling tinggi dibandingkan dengan perlakuan Cd2,5 dan
Cd5. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar logam ditranslokasikan ke daun
lebih banyak dibandingkan kedua perlakuan lainnya, dan nilai tersebut
memperkuat data BCF yang memiliki nilai terendah, karena logam yang tertahan
di akar lebih sedikit. Logam yang ditranslokasikan ke daun lebih banyak
menunjukkan bahwa C. zizanioides (L.) memanfaatkannya untuk proses
pertumbuhan dan perkembangan.
Nilai BCF untuk logam Cu adalah 1,65 (Cu2,5), 1,74 (Cu5), dan 1,69
(Cu7,5), sehingga perbandingannya adalah Cu5>Cu7,5>Cu2,5. Hal ini berkaitan
dengan banyaknya logam yang diserap oleh akar C. zizanioides (L.). Semakin
tinggi konsentrasi logam di air, semakin besar logam yang diserap oleh C.
zizanioides (L.). Namun pada konsentrasi yang lebih tinggi, yaitu pada perlakuan
Cu7,5, logam tersebut sebagian ditraslokasikan ke daun, sehingga nilai BCF
perlakuan Cu7,5 lebih kecil dari Cu5. Nilai BCF untuk setiap perlakuan Cu lebih
besar dibandingkan dengan kontrol (0,83). Hal ini menunjukkan bahwa C.
zizanioides (L.) membutuhkan Cu sebagai mikronutrien untuk pertumbuhannya.
Menurut Boudet et al. (2011) dan Deng et al. (2004), logam Cu merupakan
mikronutrien esensial. Hal ini terindikasikan dari kondisi tanaman meskipun pada
perlakuan kontrol tidak ditambahkan logam Cu ke dalam air, tanaman tetap
menyerap Cu dari nutrisi yang ditambahkan. Penyerapan logam tersebut sebagian
ditranslokasikan ke daun, sehingga perlakuan kontrol memiliki nilai TF lebih
besar dari perlakuan Cu yaitu sebesar 1,37, sedangkan untuk perlakuan Cu yaitu
0,04 (Cu2,5), 0,03 (Cu5), dan 0,07 (Cu7,5). Berdasarkan hal tersebut, nilai TF
berbanding lurus dengan nilai BCF, yaitu serapan logam dengan perlakuan
konsentrasi rendah lebih banyak disimpan di akar. Namun dengan perlakuan
konsentrasi lebih dari 5 ppm, logam lebih banyak ditranslokasikan ke daun atau
bagian tubuh lainnya Translokasi logam dari akar ke daun dibutuhkan untuk
proses fitostabilisasi, sesuai dengan pernyataan Liong et al. (2009) bahwa
mekanisme akumulasi logam oleh tanaman untuk konsentrasi tinggi dapat
diakumulasi di akar sampai batas tertentu.
Akumulasi logam oleh C. zizanioides (L.) berbanding lurus dengan
konsentrasi logam di air. Nilai removal efficiency Cd dan Cu menunjukkan
persentase pemindahan logam dari air ke dalam tubuh C. zizanioides (L.) selama
periode waktu tertentu. Persentase logam Cd pada penelitian ini selama 28 hari
pengamatan adalah 37,64% (Cd1), 48,46% (Cd2.5) dan 48,84% (Cd5).
Berdasarkan data tersebut terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi logam Cd di
air, maka semakin besar persentase removal efficiency. Hal berbeda terjadi pada
persentase Cu, yaitu sebesar 32,55% (Cu2.5), 54,68% (Cu5), dan 52,59% (Cu7.5),
yang menunjukkan kecenderungan peningkatan persentase removal efficiency.
Namun nilai persentase tersebut menurun pada tingkat konsentrasi yang lebih
besar dari 5 ppm.
C. zizanioides (L.) yang terpapar logam Cd dan Cu dengan konsentrasi
yang berbeda selama periode penelitian dapat tumbuh dengan baik (Lampiran 1).
Pertumbuhan ini ditandai dengan bertambahnya tinggi tanaman dari setiap
17
minggunya (Gambar 3). Sitompul dan Guritno (1995) menyebutkan bahwa tinggi
tanaman merupakan ukuran pertumbuhan yang paling mudah dilihat dan setiap
harinya akan mengalami perubahan. Tinggi C. zizanioides (L.) yang mencapai
maksimum pada periode minggu ke-0 hingga minggu ke-1, menunjukkan bahwa
serapan logam pada minggu pertama digunakan untuk proses metabolisme C.
zizanioides (L.). Namun seiring berjalannya waktu, sebagian logam yang terserap
tidak digunakan oleh C. zizanioides (L.) untuk proses tersebut. Logam Cd diserap
dalam bentuk ion Cd2+ dan logam Cu diserap dalam bentuk ion Cu2+. Serapan
tersebut kemudian ditranslokasikan ke daun.
Berkaitan dengan akumulasi total logam, baik di akar maupun di daun, C.
zizanioides (L.) lebih banyak menyerap logam Cu dibandingkan Cd. Menurut
Boudet et al. (2011) dan Deng et al. (2004), logam Cu merupakan mikronutrien
esensial, sehingga adanya Cu yang dipaparkan terhadap
zizanioides, L.) DALAM PROSES REMEDIASI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd) DAN TEMBAGA (Cu)
DESY ARYANI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pemanfaatan Rumput
Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.) Dalam Proses Remediasi Logam Berat
Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu) adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun 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.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2015
Desy Aryani
NRP C251130111
RINGKASAN
DESY ARYANI. Pemanfaatan Rumput Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.)
Dalam Proses Remediasi Logam Berat Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu).
Dibimbing oleh HEFNI EFFENDI dan NIKEN TUNJUNG MURTI PRATIWI.
Pencemaran air yang disebabkan oleh kegiatan industri yang
menggunakan logam berat baik sebagai bahan baku, bahan tambahan maupun
katalis, saat ini menjadi masalah serius di lingkungan. Kadar logam berat tertentu
di perairan dibutuhkan dalam proses metabolisme, namun peningkatan kadar
logam berat secara terus menerus dapat berubah menjadi racun bagi organisme
melalui bioakumulasi dan biomagnifikasi serta dapat membahayakan kesehatan
manusia. Salah satu logam berat yang banyak ditemukan di lingkungan perairan
adalah kadmium (Cd) dan tembaga (Cu). Teknik yang dapat diaplikasikan dalam
pengelolaan limbah logam yaitu dengan fitoremediasi. Salah satu tanaman yang
dapat mengakumulasi logam berat adalah rumput vetiver (Chrysopogon
zizanioides (L.). Tanaman ini memiliki sistem perakaran yang kuat, tumbuh pada
berbagai kondisi iklim yang ekstrim, dan banyak digunakan dalam mengatasi
pencemaran lingkungan.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis efektivitas C.
zizanioides (L.) dalam penurunan logam berat Cd dan Cu secara hidroponik serta
mengkaji dampak yang ditimbulkan dari perbedaan logam berat Cd dan Cu
terhadap karakteristik struktur organ akar dan daun C. zizanioides (L.). Penelitian
ini dilakukan pada bulan Februari-Mei 2015 di Laboratorium Pusat Pengkajian
Lingkungan Hidup (PPLH) IPB. Penelitian terdiri dari tiga percobaan dengan tiga
ulangan, yaitu C. zizanioides (L.) tanpa kehadiran logam Cd dan Cu sebagai
kontrol, C. zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cd (Cd1, Cd2.5, Cd5), dan C.
zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cu (Cu2.5, Cu5, Cu7.5).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi limbah logam berat Cd
dan Cu di air menurun seiring meningkatnya waktu pemaparan selama periode
pengamatan untuk seluruh konsentrasi. Konsentrasi di air untuk logam Cd (Cd1,
Cd2.5, Cd5) pada awal pengamatan secara berturut-turut yaitu (1,007; 2,499;
5,008) mg L-1 menjadi (0,589; 1,311; 2,419) mg L-1, sedangkan, konsentrasi Cu
(Cu2.5, Cu5, Cu7.5) di awal secara berturut-turut yaitu (2,501; 4,991; 7,467) mg
L-1 menjadi (1,171; 1,852; 2,345) mg L-1. Total akumulasi logam baik Cd maupun
Cu oleh C. zizanioides (L.) untuk masing-masing perlakuan menunjukkan
akumulasi logam di akar lebih tinggi dibandingkan di daun. Berdasarkan hasil
perhitungan BCF, diperoleh nilai berkisar 0,83 – 2,51. Nilai BCF paling tinggi
untuk logam Cd, yaitu 2,51 (Cd2.5), sedangkan Cu yaitu 1,74 (Cu5). Nilai TF dari
semua konsentrasi kedua logam yaitu kurang dari 1 yang berkisar antara 0,010,07. Removal efficiency rata-rata untuk C. zizanioides (L.) adalah 37.64% (Cd1),
48.46% (Cd2.5) dan 48.84% (Cd5), serta 32.55% (Cu2.5), 54.68% (Cu5), dan
52.59% (Cu7.5).
C. zizanioides (L.)efektif menghapus logam Cd dan Cu dalam waktu 4
minggu. Pertumbuhan rata-rata C. zizanioides (L.) lebih baik pada perlakuan Cu
dibandingkan Cd.
Kata kunci : C. zizanioides (L.), fitoremediasi, kadmium, tembaga.
SUMMARY
DESY ARYANI. Utilization of Vetiver Grass (Chrysopogon zizanioides, L.) in
the Process Remediation of Heavy Metal Cadmium (Cd) and Copper (Cu).
Supervised by HEFNI EFFENDI and NIKEN TUNJUNG MURTI PRATIWI.
Water pollution that caused by industrialization greatly contribute to
environmental problem.the use of metals as raw materials, additives and catalysts
greatly contribute to this problem. Normally, a particular quantity of heavy metals
is needed in the water metabolic process. However, a simultaneous increase of
heavy metal concentration through bioaccumulation and biomagnification could
be toxic for organisms as well as perilious for human health. Some of heavy
metals found in aquatic environments are cadmium (Cd) and copper (Cu). The
technique that can be applied in the management of metal waste is
phytoremediation. One of the plants that can accumulate heavy metals is vetiver
grass (Chrysopogon zizanioides (L). Besides possessing strong root system, this
plant is adaptive to extreme climate, and widely used to solve environment
pollution.
This study is aimed to analyze the effectiveness of C. zizanioides (L.) to
reduce the concentration of the heavy metals (Cd and Cu) in water using
hydroponic system, as well as to assess the impact of differentt heavy metals Cd
and Cu on the characteristics of the root and leaf structures of C. zizanioides (L.).
The study was conducted in February-May 2015 at the Laboratory of Centre for
Environmental Research (PPLH) IPB. Three experiments with three replications
were conducted on this research C. zizanioides (L.) without metals Cd and Cu as
control, C. zizanioides (L.) with metals Cd (Cd1, Cd2.5, Cd5), and C. zizanioides
(L.) with Cu (Cu2.5, Cu5, Cu7.5) respectively.
The results indicated that the concentration of heavy metal waste (Cd and
Cu) in the water was decreasing along with the time exposure during the
observation period. The concentration of metals Cd (Cd1, Cd2.5, Cd5) in the
water at the beginning of the observation are correspondingly (1.007; 2.499;
5.008) mg L-1 into (0.589; 1.311; 2.419) mg L-1. While the concentration of Cu
(Cu2.5, Cu5, Cu7.5) respectively are (2.501; 4.991; 7.467) mg L-1 into (1.171;
1.852; 2.345) mg L-1. The total accumulation of metals for both Cd and Cu by C.
zizanioides (L.) for each treatment indicates that metal accumulation in roots was
higher than in the leaves. Based on BCF calculation, the results were ranging from
0.83 to 2.51. The highest BCF value for Cd, is 2.51 (Cd2.5), whereas Cu is 1.74
(Cu5). The TF value of all concentrations for both metals is less than 1, which
ranged from 0.01 to 0.07. The average removal efficiency for C. zizanioides (L.)
is 37.64% (Cd1), 48.46% (Cd2.5) and 48.84% (Cd5) and 32.55% (Cu2.5), 54.68%
(Cu5), and 52.59% (Cu7.5).
In conclusion, C. zizanioides (L.) effectively removes metals Cd and Cu
within 4 weeks. The average growth of C. zizanioides (L.) is better under the Cu
treatment than the Cd treatment.
Keywords: cadmium, copper, C. zizanioides (L.), phytoremediation
©Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindingi 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 apa pun tanpa izin IPB.
PEMANFAATAN RUMPUT VETIVER (Chrysopogon
zizanioides, L.) DALAM PROSES REMEDIASI LOGAM BERAT
KADMIUM (Cd) DAN TEMBAGA (Cu)
DESY ARYANI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Perairan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi Pada Ujian Tesis : Dr Ir Majariana Krisanti, M Si
Judul
Tesis
Nama
NRP
Pemanfaatan Rumput Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.) Dalam
Proses Remediasi Logam Berat Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu)
Desy Aryani
C251130111
Disetujui oleh
Komisi pembimbing
Dr Ir Hefni Effendi, M Phil
Ketua
Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, M Si
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Pengelolaan Sumberdaya Perairan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Sigid Hariyadi, M Sc
Dr Ir Dahrul Syah, M ScAgr
Tanggal Ujian : 21 September 2015
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2015 ini ialah
Pemanfaatan Rumput Vetiver (Chrysopogon zizanioides, L.) Dalam Proses
Remediasi Logam Berat Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu).
Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Dr Ir Hefni Effendi, M Phil
dan Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, M.Si selaku komisi pembimbing yang telah
meluangkan waktunya untuk menyampaikan ilmu dan saran-saran yang
membangun dalam membimbing penulis. Selain itu penulis ucapkan terima kasih
kepada:
1. Dr Ir Sigid Hariyadi, MSc selaku ketua program studi SDP periode 20142017 yang telah membantu penulis dalam kelancaran studi
2. Dr Ir Majariana Krisanti, MSi selaku penguji luar komisi pada ujian tesis
yang telah memberikan masukan dan saran kepada penulis
3. Nani Suryani dan Dadang Sumarna, mamah dan bapak atas bantuan,
dukungan yang diiringi rasa kasih sayang, serta doa terbaik yang selalu
tercurah untuk penulis di mana pun berada
4. Pihak DIKTI yang telah memberikan beasiswa BPPDN 2013 untuk
kelancaran studi penulis
5. PPLH IPB beserta staff yang memberikan fasilitas dan bantuan penelitian
6. Teman-teman seperjuangan SDP 2013, Sri Wahyuningsih, Iyat Hamiyati,
Mayanda Lia, Siti Fauziyyah Masykur dan Kongkret Crew serta pihak
yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas bantuan dan dukungannya
dalam menyelesaikan laporan penelitian ini, penulis ucapkan terima kasih
yang sebanyak-banyaknya, semoga Allah membalas semua kebaikan yang
kalian berikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2015
Desy Aryani
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar belakang
Perumusan masalah
Tujuan dan manfaat
Hipotesis
1
1
2
2
3
METODE
Waktu dan tempat penelitian
Bahan dan alat
Rancangan penelitian
Persiapan C. zizanioides (L.)
Pembuatan larutan uji
Uji pendahuluan
Uji lanjutan.
Pengumpulan Data
Pengukuran logam Cd dan Cu pada organ akar dan daun
C. zizanioides (L)
Pengamatan struktur jaringan akar dan daun C. zizanioides (L.)
Pertumbuhan tinggi tanaman
Laju pertumbuhan spesifik (SGR) C. zizanioides (L.)
Pengukuran kualitas air
Analisis Data
Analisis deskriptif
Analisis statistik
3
3
3
4
5
5
5
6
6
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Logam Cd dan Cu di air
Akumulasi logam Cd dan Cu di tanaman
Bioconcentration Factor (BCF) dan Translocation Factor (TF)
Removal Efficiency
Tinggi tanaman C. zizanioides (L.)
Laju pertumbuhan spesifik (SGR) C. zizanioides (L.)
Kualitas air
Pembahasan
9
9
9
9
10
11
11
12
12
14
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
18
7
7
7
8
8
8
8
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
Parameter kualitas air
Konsentrasi logam Cd di air selama perlakuan
Konsentrasi logam Cu di air selama perlakuan
Akumulasi Cd (mg kg-1) dalam C. zizanioides (L.) selama perlakuan
Akumulasi Cu (mg kg-1) dalam C. zizanioides (L.) selama perlakuan
Nilai BCF dan TF logam Cd dan Cu pada tanaman C. zizanioides (L.)
Removal efficiency logam Cd dan Cu di air
8
9
9
10
10
11
11
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Alur perumusan masalah penelitian
Rangkaian sistem floating penelitian
Grafik pertumbuhan tinggi tanaman pada perlakuan Cd dan Cu
Laju pertumbuhan spesifik (SGR)
Kualitas air pada perlakuan Cd dan Cu
3
6
12
12
13
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Gambar pertumbuhan C. zizanioides, L selama periode pengamatan
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan kontrol
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cd1
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cd2.5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cd5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cu2.5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cu5
Pengamatan struktur jaringan daun dan akar C. zizanioides (L.) pada
perlakuan pada logam Cu7.5
Uji ANOVA konsentrasi logam Cd di air
Uji ANOVA konsentrasi logam Cu di air
Uji ANOVA SGR
24
24
25
26
27
28
29
30
31
32
32
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pencemaran air yang disebabkan oleh kegiatan antropogenik, terutama
kegiatan industri saat ini menjadi masalah serius di lingkungan. Meningkatnya
pembangunan di berbagai bidang, khususnya pembangunan di bidang industri,
diikuti dengan meningkatnya jumlah limbah yang dihasilkan, termasuk yang
berbahaya dan beracun (B3) yang dapat membahayakan lingkungan hidup dan
kesehatan manusia (PP RI No. 18 Tahun 1999). Salah satu limbah B3 yang
banyak digunakan dalam kegiatan industri, baik sebagai bahan baku, bahan
tambahan maupun katalis adalah logam berat.
Logam berat dengan kadar tertentu, di perairan dibutuhkan dalam proses
metabolisme, namun peningkatan kadar logam berat secara terus menerus dapat
berubah menjadi racun bagi organisme melalui bioakumulasi dan biomagnifikasi.
Logam berat yang biasa berada di lingkungan, di antaranya merkuri (Hg),
kadmium (Cd), tembaga (Cu), besi (Fe), kobalt (Co), timah (Sn), dan seng (Zn).
Kadmium (Cd) merupakan salah satu logam berat yang banyak ditemukan
di lingkungan, berasal dari kegiatan yang bergerak di bidang
industri electroplating, pembuatan plastik, pertambangan, pigmen cat, dan baterai.
Keberadaan logam Cd menjadi perhatian besar di lingkungan karena toksisitasnya
yang tinggi terhadap hewan dan manusia (Tudoreanu & Phillips 2004), serta
sebarannya yang luas di lingkungan perairan (Muthukumaravel & Paulay 2007;
Ghiasi et al. 2010). Cd dapat bersifat toksik dalam lingkungan perairan,
khususnya terhadap ikan. Ikan dapat mengakumulasi Cd dengan berbagai cara
melalui
insang,
kulit
dan
saluran
pencernaan
(Vinodhini & Narayanan 2008; Akan et al. 2009). Penyimpanan Cd di dalam
tubuh ikan terletak di hati dan tulang yang diangkut oleh sistem peredaran darah
ikan (Akan et al. 2009).
Logam lain yang ditemukan di lingkungan adalah tembaga (Cu). Cu
banyak digunakan dalam pembuatan kabel listrik, atap, pigmen cat, pipa, dan
industri kimia. FAO menyebutkan bahwa batas maksimum untuk irigasi adalah
200 µg/L dan untuk air minum tidak melebihi batas 1.3 mg L-1 (APHA 2012). Cu
merupakan unsur esensial bagi tanaman dan hewan, namun dapat menjadi toksik
apabila melebihi batas maksimum. Keberadaan Cu di lingkungan perairan dengan
konsentrasi yang tinggi (sama dengan Cd) dapat menyebabkan racun bagi
organisme air khusunya ikan. Kemampuan Cu adalah mampu menggabungkan
dengan kontaminan lain seperti amonia, merkuri (Hg), dan seng (Zn) untuk
menghasilkan zat aditif beracun terhadap ikan yang masuk dan terakumulasi di
hati, lambung, dan usus.
Berbagai pendekatan dalam pengolahan limbah industri telah banyak
dilakukan oleh beberapa peneliti di dunia, salah satunya dengan teknik
fitoremediasi. Fitoremediasi merupakan cara menghilangkan atau mereduksi
bahan pencemar di suatu lokasi dengan menggunakan tanaman. Beberapa
keunggulan fitoremediasi yaitu memiliki potensi yang dapat diaplikasikan, aman
untuk digunakan, biaya operasi relatif murah, mampu mereduksi volume
2
kontaminan, serta memberikan keuntungan bagi kesehatan masyarakat (Terry et
al. 2010)
Salah satu tanaman yang dapat mengakumulasi logam berat adalah rumput
vetiver (Chrysopogon zizanioides (L.) (Truong 2000). Rumput vetiver dapat
mencapai tinggi 1-2 m, tumbuh cepat, dan memiliki sistem perakaran yang kuat
dengan panjang 3-4 m, tumbuh pada berbagai kondisi iklim yang ekstrim, dan
banyak digunakan dalam mengatasi pencemaran lingkungan (Weragoda et al.
2012).
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, dapat dibuat suatu perumusan
masalah bahwa pertumbuhan industri khususnya yang bergerak dalam
pembuatan electroplating, pembuatan plastik, pertambangan, pigmen cat,
baterai, kabel listrik, atap, pipa, dan industri kimia akan terus bertambah seiring
meningkatnya permintaan tersebut. Aktivitas produksi yang semakin meningkat
juga diikuti dengan bertambahnya limbah cair ke dalam perairan. Kandungan
logam Cd dan Cu yang terus berada di perairan tidak mudah terdegradasi, yang
selanjutnya akan terakumulasi, baik pada sedimen, hewan, maupun tumbuhan.
Keberadaan logam berat di perairan dapat menjadi toksik dan berbahaya
bagi kehidupan organisme di dalamnya. Sebagian besar teknologi atau pemulihan
yang konvensional, baik secara kimia maupun fisika membutuhkan banyak biaya
dan berdampak pada ekosistem. Bioremediasi merupakan suatu teknologi yang
efektif dan ramah lingkungan. Pemanfaatan C. zizanioides (L.) dalam proses
remediasi dapat dipertimbangkan, karena diduga tanaman ini mampu menjadi
agen fitoremediasi atau mampu mengurangi konsentrasi logam berat di perairan.
Penelitian yang dilakukan oleh Aksorn dan Benjamart (2013) menunjukkan
bahwa C. zizanioides (L.) mampu mengakumulasi logam berat Pb antara 381
sampai 606 ppm dan mengakumulasi Zn lebih dari 10.000 ppm dalam jaringan
akar.
Penggunaan C. zizanioides (L.) dapat dijadikan sebagai salah satu
alternatif dalam pengolahan limbah cair yang dihasilkan dari kegiatan industri
dengan kemampuannya meremediasi kandungan logam berat di lingkungan.
Penelitian ini dirancang untuk menangani pencemaran logam berat, khusunya Cd
dan Cu yang berada di lingkungan perairan dengan konsentrasi yang tinggi.
Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji kemampuan C. zizanioides (L.) dalam
meremediasi logam Cd dan Cu di perairan. Alur dari perumusan masalah dalam
penelitian ini dijelaskan pada Gambar 1.
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah menganalisis efisiensi C. zizanioides (L.)
dalam menurunkan kadar logam berat Cd dan Cu serta mengkaji dampak yang
ditimbulkan dari perbedaan logam berat Cd dan Cu terhadap karakteristik struktur
organ akar dan daun C. zizanioides (L.). Manfaat penelitian ini diharapkan dapat
menjadi informasi mengenai kemampuan C. zizanioides (L.) dalam mengurangi
3
dampak negatif logam berat Cd dan Cu pada suatu perairan yang berasal dari
aktivitas industri. Keluaran dari hasil penelitian ini adalah untuk mendapatkan
model instalasi pengolahan air limbah yang murah, efektif, dan efisien dalam
kegiatan industri.
Hipotesis
Hipotesis yang diajukan adalah jika penggunaan C. zizanioides (L.) dapat
menurunkan konsentrasi logam berat kadmium (Cd) dan tembaga (Cu) di
perairan, maka tanaman ini dapat dijadikan sebagai fitoremediator pada perairan
tercemar limbah logam berat.
Kegiatan Industri
Limbah
Logam Cd
Fitoremediasi
oleh
C. zizanioides
(L)
Logam Cu
C. zizanioides (L.)
+
Penurunan
Konsentrasi
Logam Cd
dan Cu
-
Gambar 1. Alur perumusan masalah penelitian
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari-Mei 2015. Penelitian
dilakukan di Laboratorium Pusat Pengkajian Lingkungan Hidup (PPLH) IPB.
Analisis kualitas air dan struktur morfologi C. zizanioides (L.) dilakukan di
Laboratorium PPLH. Analisis kandungan logam berat Cd dan Cu pada tanaman
dan air dilakukan di Laboratorium Produktivitas dan Lingkungan Perairan
(Proling), Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, FPIK, IPB. Analisis
struktur anatomi C. zizanioides (L.) dilakukan di Laboratorium Biologi Mikro,
Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, FPIK, IPB.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah akuades, C. zizanioides
(L.), CdCl 2 .2.5H 2 O, CuSO 4 .5H 2 O, HNO 3 6 M, H 2 O 2 30 %, dan nutrisi A&B
4
mix. Alat yang digunakan selama penelitian adalah AAS, bak berukuran 40 x 20 x
25 cm3, cawan petri, DO meter, gelas kimia, kaca objek, kaca penutup, labu ukur,
lumpang porselin, mikroskop, kertas milipore, neraca analitik,oven, pH-meter,
pipet tetes, plastik, pot, termometer, rockwool, dan sterofoam.
Rancangan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental di
laboratorium dengan rancangan percobaan menggunakan RAL in time. Berikut
model linier yang digunakan:
yijk = μ + αi + δik + βj + (αβ)ij + εijk
Keterangan:
yijk
: Nilai pengamatan pada perlakuan ke-i, waktu ke-j, ulangan ke-k;
i=1,2,3 (Kontrol: tanpa logam; Cd : kehadiran logam Cd (Cd1, Cd2.5,
Cd 5); Cu : kehadiran logam Cu (Cu2.5, Cu5, dan Cu7.5), j=1,2,...,5
(hari ke- 0, 7, 14, 21, 28), k=1,2,3
μ
: Rataan umum
αi
: Pengaruh perlakuan ke-i
δik
: Komponen galat (a)
βj
: Pengaruh waktu ke-j
(αβ)jk : Pengaruh interaksi perlakuan ke-i dan waktu ke-j
1. Pengaruh perlakuan terhadap respon
Hipotesis:
H0
: αK = αS = αSB = 0 (tidak ada pengaruh perlakuan terhadap respon)
H1
: minimal ada satu αj ≠ 0 (ada pengaruh perlakuan terhadap respon)
2. Pengaruh waktu pengamatan
Hipotesis:
H0
: β0= β7= β14 = β ….= β35 = 0 (tidak ada pengaruh perlakuan terhadap
respon)
H1
: minimal ada satu βk ≠ 0 (ada pengaruh waktu pengamatan terhadap
respon)
3. Pengaruh interaksi perlakuan dan waktu pengamatan
Hipotesis:
H0
: (αβ)K0 = (αβ)K6 = … = (αβ)SB35 = 0 (tidak ada pengaruh perlakuan
dan waktu pengamatan)
H1
: minimal ada satu (αβ)jk ≠ 0 (ada pengaruh interaksi perlakuan dan
waktu pengamatan)
Pengamatan dilakukan sebanyak tiga kali ulangan dengan tiga konsentrasi.
Perlakuan konsentrasi yang diuji pada C. zizanioides (L.) adalah:
1. Perlakuan kontrol : C. zizanioides (L.) tanpa kehadiran logam Cd dan Cu
2. Perlakuan Cd : C. zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cd
3. Perlakuan Cu : C. zizanioides (L.) dengan kehadiran logam Cu
5
Prosedur penelitian ini terdiri dari persiapan C. zizanioides (L.), pembuatan
larutan uji, uji pendahuluan, dan uji lanjutan.
Persiapan C. zizanioides (L.)
Tanaman dipilih berdasarkan perkiraan umur yang sama, memiliki tinggi
antara 10-15 cm kemudian ditimbang bobotnya. Akar tanaman disterilkan dalam
larutan 0,3% hidrogen peroksida selama 20 menit, kemudian dibilas dengan
akuades (Aibibu et al. 2010). Tanaman disimpan pada bak berukuran 40 x 20 x 25
cm3 dalam 25 L larutan nutrisi (A&B mix) dan diaklimasi selama 7 hari
(Syahputra, 2005). Satu bak terdiri dari empat rumpun, masing-masing rumpun
memiliki bobot basah sekitar 30 gram. Metode ini menggunakan sistem floating
treatment (Sample et al. 2014; White & Cousin 2013). Media yang digunakan
adalah rockwool, dengan mengkondisikan akar C. zizanioides (L.) masuk ke
dalam air.
Pembuatan Larutan Uji
Penelitian ini menggunakan CdCl 2 .2.5H 2 O sebagai sumber Cd (Niu et al.
2012, Ahmadpour 2011) dan CuSO 4 .5H 2 O sebagai sumber Cu. Masing-masing
logam dibuat dengan konsentrasi yang berbeda untuk setiap perlakuan yang
meliputi: (i) kontrol, (ii) Cd 1 mg L-1, Cd 2,5 mg L-1, dan Cd 5 mg L-1 (Cd 1, Cd
2.5, Cd 5) dan (iii) Cu 2,5 mg L-1, Cu 5 mg L-1, dan Cu 7,5 mg L-1 (Cu 2.5, Cu 5,
Cu 7.5). Konsentrasi tersebut ditentukan berdasarkan pada peneltian sebelumnya
yang menggunakan eceng gondok dalam remediasi logam Cd dan Cu. Masingmasing konsentrasi berbeda untuk setiap perlakuan yaitu: kontrol, Cd 0,27 mg L-1,
Cd 0,54 mg L-1, Cd 0,81 mg L-1, dan Cu 0,35 mg L-1, Cu 0,70 mg L-1, dan Cu 1,05
mg L-1 (Swain et al. 2014) Pembuatan larutan stok dengan konsentrasi yang
dibutuhkan didapatkan dengan rumus pengenceran:
V1 N1 = V2 N2
Keterangan:
V1
: Volume air yang diencerkan
V2
: Volume air setelah pengenceran
N1
: Konsentrasi larutan yang akan diencerkan
N2
: Konsentrasi larutan setelah pengenceran
Penentuan perbedaan konsentrasi antara logam Cd dan Cu pada penelitian
ini mengacu juga pada nilai baku mutu perairan tawar, namun digunakan
konsentrasi yang lebih tinggi dari baku mutu. Hal ini dimaksudkan untuk melihat
seberapa besar kemampuan tanaman C. zizanioides (L.) dalam menyerap logam
tersebut di air.
Kadar logam Cd pada perairan tawar alami biasanya 0,0001-0,01 mg L-1,
sedangkan logam Cu biasanya < 0,02 mg L-1 (Moore 1991). Kadar logam Cd
untuk perairan laut yaitu 0,0001 mg L-1, sedangkan Cu berkisar antara 0.0010.025 mg L-1 (McNeely et al. 1979). Menurut WHO, kadar logam Cd maksimum
pada air yang diperuntukkan bagi air minum adalah 0,005 mg L-1, sedangkan Cu
adalah 0,1 mg L-1 (Moore 1991).
Uji Pendahuluan
Uji pendahuluan dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kondisi
tanaman pada saat perlakuan. Tanaman dipisahkan menjadi tanaman kontrol dan
6
tanaman percobaan. Tanaman kontrol digunakan untuk melihat pengaruh media
tumbuh terhadap semua variabel penelitian, sedangkan tanaman percobaan diberi
perlakuan konsentrasi Cd dan Cu. Bak penelitian yang digunakan berjumlah tujuh
buah dan diisi larutan nutrisi (A&B mix) yang telah ditambah logam (Gambar 2).
Penelitian ini dilakukan selama tujuh hari.
Uji Lanjutan
Tahap selanjutnya setelah C. zizanioides (L.) mampu beradaptasi pada
kondisi lingkungan dengan konsentrasi yang telah ditentukan, adalah penelitian
lanjutan dengan tiga kali ulangan. Bak penelitian yang digunakan sebanyak 21
buah dan diisi dengan limbah logam sebanyak 25 L. Tanaman diperkirakan
menyerap logam setiap 7 hari selama jangka waktu 28 hari (Dedy et al. 2013).
Proses remediasi logam berat Cd dan Cu dilakukan menggunakan C.
zizanioides (L.) dengan sistem floating treatment (Gambar 2) (White & Cousin
2013; Sample et al. 2013). Penelitian ini menggunakan bak berukuran 40 x 20 x
25 cm3 sebagai unit floating. Akar C. zizanioides (L.) dikondisikan masuk ke
dalam air, kemudian dilakukan pengukuran panjang akar (Weragoda et al. 2012).
1
1
2
3
1
Gambar 2. Rangkaian sistem floating penelitian
Keterangan : (1) Daun, (2) Pot dengan media rockwool, (3) Akar tanaman
Pengumpulan Data
Pengumpulan data dalam penelitian ini meliputi analisis kandungan logam
Cd dan Cu pada organ akar dan daun C. zizanioides (L.), pengamatan struktur
jaringan akar dan daun C. zizanioides (L.), laju pertumbuhan spesifik (SGR) C.
zizanioides (L.), pertumbuhan tinggi tanaman, serta pengukuran dan pengamatan
kualitas air.
Pengukuran Logam Cd dan Cu pada Organ Akar dan Daun
C. zizanioides (L.)
Pengukuran dan analisis jumlah ion-ion Cd dan Cu mengacu pada
prosedur kerja yang telah digunakan oleh Piotrowska dan zameki (2003) dan Cave
7
et al. (2000). Pada umumnya peneliti-peneliti tersebut menyatakan bahwa cara
basah lebih baik digunakan untuk analisis ion logam yang terkandung dalam
bahan organik daripada cara kering.
Akar dan daun C. zizanioides (L.) dicuci dengan akuades hingga bersih,
kemudian disimpan dalam kantong plastik. Bagian tersebut kemudian ditimbang
dengan teliti pada petridish yang telah diketahui berat kosongnya. Bagian
tanaman tersebut dipanaskan dalam oven selama 24 jam pada suhu 80o C,
kemudian didinginkan. Bagian tanaman yang kering ditimbang kembali sehingga
diketahui berat yang hilang sebagai jumlah air yang terkandung dalam akar dan
daun. Sampel kering ini digerus pada lumpang porselin. Sampel yang telah
digerus ditimbang kira-kira 0,5 gram dengan neraca analitik. Sampel tersebut
dilarutkan dengan campuran 5 mL HNO 3 6 M dan 5 mL H 2 O 2 30 %, dipanaskan
sampai semua bahan larut sempurna. Larutan didinginkan, kemudian ditambahkan
dengan akuades dan pHnya diatur dengan HNO 3 atau NaOH hingga mencapai
nilai sekitar 2 – 3. Volume larutan diimpitkan hingga tanda batas dengan akuades
dan dikocok hingga homogen. Larutan siap diukur dengan spektrofotometer
serapan atom (AAS).
Perbandingan kandungan logam berat Cd dan Cu pada organ akar dan
daun dengan logam berat di air dikalkulasi dengan bioconcentration factor (BCF)
(Ghosh & Singh 2005), sedangkan perbandingan kandungan logam berat Cd dan
Cu antara akar dengan daun dikalkulasi dengan translocation factor (TF) (Mellem
et al. 2012). Perhitungan BCF dan TF adalah sebagai berikut:
Faktor Biokonsentrasi (BCF) = [M] pada bagian akar tanaman (mg kg-1 BK)
[M] pada lingkungan perairan (mg L-1)
Faktor Konsentrasi (TF)
= [M] dalam daun (mg kg-1 BK)
[M] dalam akar (mg kg-1 BK)
Keterangan:
[M] : konsentrasi logam
Pengamatan Struktur Jaringan Akar dan Daun C. zizanioides (L.)
Akar dan daun C. zizanioides (L.) yang terpapar logam Cd dan Cu selama
perlakuan dilihat jaringannya. Organ tersebut masing-masing disayat secara
melintang dan diletakkan di atas kaca objek yang telah ditetesi air, kemudian
ditutup dengan kaca penutup dan dilihat dengan menggunakan mikroskop pada
perbesaran 10x10 (Dedy et al. 2013). Hasil pengamatan dibandingkan antara C.
zizanioides (L.) yang terpapar selama 7 hari, 14 hari, 21 hari, dan 28 hari dengan
kontrol.
Pertumbuhan Tinggi Tanaman
Pengukuran tinggi tanaman dilakukan satu minggu sekali selama 4 minggu
pengamatan. Pengukuran dilakukan mulai pangkal batang sampai ujung daun
tanaman tertinggi (Lestari et al, 2008).
Laju pertumbuhan spesifik (SGR) C. zizanioides (L.)
8
Pengamatan laju pertumbuhan spesifik C. zizanioides (L.) ditentukan
berdasarkan persamaan (Scherr et al. 2009; Kittiwongwattana & Supachai 2013):
sebagai berikut.
ln X −ln X0
� x 100%
SGR = � t
t− t0
Keterangan:
SGR : laju pertumbuhan spesifik
Xt
: bobot rata-rata pada waktu ke-t
Xt
: bobot rata-rata pada waktu ke-t 1
Pengukuran Kualitas Air
Pengukuran kualitas air dalam penelitian ini adalah dengan mengukur
beberapa parameter kualitas air yaitu pengukuran suhu, pH, dan DO. Pengukuran
dilakukan pada hari ke 0, 7, 14, 21, dan 28 hari. Cara pengukuran dilakukan
sebagai berikut.
Tabel 1. Parameter kualitas air
No
1
2
3
4
Parameter
Suhu
Oksigen terlarut
pH
Kandungan Cd dan Cu
Satuan
C
mg L-1
mg L-1
o
Alat ukur
Termometer
DO-meter
pH meter
AAS
(Atomic
Spectrophotometer)
Absorption
Logam yang terhapus selama waktu pengamatan, dihitung dengan
menggunakan rumus Removal efficiency sebagai berikut (Khan et al. 2009):
R=
I−F
x 100%
I
Keterangan:
R
: Removal Efficiency (%)
I
: Initial heavy metal concentration
F
: Final heavy metal concentration
Analisis Data
Analisis Deskriptif
Data berupa kualitas air disajikan dalam bentuk tabel untuk melihat
perubahan atau kondisi selama penelitian. Jaringan tumbuhan disajikan dalam
bentuk gambar untuk melihat perbandingan antara tanaman kontrol dan yang
terpapar logam Cd dan Cu pada setiap pengamatan 7 hari, 14 hari, 21 hari, dan 28
hari.
Analisis Statistik
Data yang diperoleh ditabulasi dan dianalisis menggunakan program
microsoft excel 2010. Pengaruh waktu perlu dikaji disamping perlakuan yang
diberikan (Mattjik dan Sumertajaya 2013). Untuk melihat perlakukan dan waktu
yang memiliki perbedaan, dianalisis dengan sidik ragam (ANOVA) yang diolah
9
menggunakan program SPSS 17. Jika analisis menunjukkan pengaruh nyata maka
dilanjutkan uji Duncan dengan taraf kepercayaan 95%.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Logam Cd dan Cu di Air
Tabel 2 menunjukkan penurunan konsentrasi logam Cd di air seiring
meningkatnya waktu pemaparan. Penurunan secara drastis hampir terjadi pada
semua perlakuan dari minggu ke-0 hingga minggu ke-1. Perlakuan Cd1 memiliki
perbedaan yang signifikan dengan perlakuan Cd2,5 dan Cd5 (P Cd5>kontrol>Cd1. Berkaitan
dengan hal ini, diduga bahwa C. zizanioides (L.) telah mengandung logam Cd di
dalam tubuhnya sebelum perlakuan. Keberadaan logam tersebut menjadi salah
satu faktor pada nilai BCF, namun setiap individu C. zizanioides (L.) pada setiap
16
perlakuan menunjukkan perbedaan dalam mengakumulasi logam yang terkait
dengan faktor internal tanaman itu sendiri.
Data lainnya yang menunjukkan perbedaan konsentrasi di setiap perlakuan
Cd, adalah nilai TF sebesar 0,04 (Cd1), 0,01 (Cd2,5), dan 0,01 (Cd5). Perlakuan
Cd1 memiliki nilai TF paling tinggi dibandingkan dengan perlakuan Cd2,5 dan
Cd5. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar logam ditranslokasikan ke daun
lebih banyak dibandingkan kedua perlakuan lainnya, dan nilai tersebut
memperkuat data BCF yang memiliki nilai terendah, karena logam yang tertahan
di akar lebih sedikit. Logam yang ditranslokasikan ke daun lebih banyak
menunjukkan bahwa C. zizanioides (L.) memanfaatkannya untuk proses
pertumbuhan dan perkembangan.
Nilai BCF untuk logam Cu adalah 1,65 (Cu2,5), 1,74 (Cu5), dan 1,69
(Cu7,5), sehingga perbandingannya adalah Cu5>Cu7,5>Cu2,5. Hal ini berkaitan
dengan banyaknya logam yang diserap oleh akar C. zizanioides (L.). Semakin
tinggi konsentrasi logam di air, semakin besar logam yang diserap oleh C.
zizanioides (L.). Namun pada konsentrasi yang lebih tinggi, yaitu pada perlakuan
Cu7,5, logam tersebut sebagian ditraslokasikan ke daun, sehingga nilai BCF
perlakuan Cu7,5 lebih kecil dari Cu5. Nilai BCF untuk setiap perlakuan Cu lebih
besar dibandingkan dengan kontrol (0,83). Hal ini menunjukkan bahwa C.
zizanioides (L.) membutuhkan Cu sebagai mikronutrien untuk pertumbuhannya.
Menurut Boudet et al. (2011) dan Deng et al. (2004), logam Cu merupakan
mikronutrien esensial. Hal ini terindikasikan dari kondisi tanaman meskipun pada
perlakuan kontrol tidak ditambahkan logam Cu ke dalam air, tanaman tetap
menyerap Cu dari nutrisi yang ditambahkan. Penyerapan logam tersebut sebagian
ditranslokasikan ke daun, sehingga perlakuan kontrol memiliki nilai TF lebih
besar dari perlakuan Cu yaitu sebesar 1,37, sedangkan untuk perlakuan Cu yaitu
0,04 (Cu2,5), 0,03 (Cu5), dan 0,07 (Cu7,5). Berdasarkan hal tersebut, nilai TF
berbanding lurus dengan nilai BCF, yaitu serapan logam dengan perlakuan
konsentrasi rendah lebih banyak disimpan di akar. Namun dengan perlakuan
konsentrasi lebih dari 5 ppm, logam lebih banyak ditranslokasikan ke daun atau
bagian tubuh lainnya Translokasi logam dari akar ke daun dibutuhkan untuk
proses fitostabilisasi, sesuai dengan pernyataan Liong et al. (2009) bahwa
mekanisme akumulasi logam oleh tanaman untuk konsentrasi tinggi dapat
diakumulasi di akar sampai batas tertentu.
Akumulasi logam oleh C. zizanioides (L.) berbanding lurus dengan
konsentrasi logam di air. Nilai removal efficiency Cd dan Cu menunjukkan
persentase pemindahan logam dari air ke dalam tubuh C. zizanioides (L.) selama
periode waktu tertentu. Persentase logam Cd pada penelitian ini selama 28 hari
pengamatan adalah 37,64% (Cd1), 48,46% (Cd2.5) dan 48,84% (Cd5).
Berdasarkan data tersebut terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi logam Cd di
air, maka semakin besar persentase removal efficiency. Hal berbeda terjadi pada
persentase Cu, yaitu sebesar 32,55% (Cu2.5), 54,68% (Cu5), dan 52,59% (Cu7.5),
yang menunjukkan kecenderungan peningkatan persentase removal efficiency.
Namun nilai persentase tersebut menurun pada tingkat konsentrasi yang lebih
besar dari 5 ppm.
C. zizanioides (L.) yang terpapar logam Cd dan Cu dengan konsentrasi
yang berbeda selama periode penelitian dapat tumbuh dengan baik (Lampiran 1).
Pertumbuhan ini ditandai dengan bertambahnya tinggi tanaman dari setiap
17
minggunya (Gambar 3). Sitompul dan Guritno (1995) menyebutkan bahwa tinggi
tanaman merupakan ukuran pertumbuhan yang paling mudah dilihat dan setiap
harinya akan mengalami perubahan. Tinggi C. zizanioides (L.) yang mencapai
maksimum pada periode minggu ke-0 hingga minggu ke-1, menunjukkan bahwa
serapan logam pada minggu pertama digunakan untuk proses metabolisme C.
zizanioides (L.). Namun seiring berjalannya waktu, sebagian logam yang terserap
tidak digunakan oleh C. zizanioides (L.) untuk proses tersebut. Logam Cd diserap
dalam bentuk ion Cd2+ dan logam Cu diserap dalam bentuk ion Cu2+. Serapan
tersebut kemudian ditranslokasikan ke daun.
Berkaitan dengan akumulasi total logam, baik di akar maupun di daun, C.
zizanioides (L.) lebih banyak menyerap logam Cu dibandingkan Cd. Menurut
Boudet et al. (2011) dan Deng et al. (2004), logam Cu merupakan mikronutrien
esensial, sehingga adanya Cu yang dipaparkan terhadap