Fluks Bentik dan Potensi Laju Aktivitas Bakteri Terkait Siklus Nitrogen pada Sedimen Perairan Mangrove Karangantu dan Pulau Dua, Banten
FLUKS BENTIK DAN POTENSI LAJU AKTIVITAS BAKTERI
TERKAIT SIKLUS NITROGEN PADA SEDIMEN PERAIRAN
MANGROVE KARANGANTU DAN PULAU DUA, BANTEN
ALIATI ISWANTARI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Fluks Bentik dan Potensi
Laju Aktivitas Bakteri Terkait Siklus Nitrogen pada Sedimen Perairan Mangrove
Karangantu dan Pulau Dua, Banten 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 ini.
Bogor, Agustus 2014
Aliati Iswantari
C251100031
RINGKASAN
ALIATI ISWANTARI. Fluks Bentik dan Potensi Laju Aktivitas Bakteri Terkait
Siklus Nitrogen pada Sedimen Perairan Mangrove Karangantu dan Pulau Dua,
Banten. Dibimbing oleh YUSLI WARDIATNO, NIKEN TUNJUNG MURTI
PRATIWI, dan IMAN RUSMANA.
Ekosistem mangrove memiliki peranan penting sebagai penyumbang nutrien,
terutama dalam bentuk nitrogen (N) di perairan pesisir. N di perairan mangrove
dapat dihasilkan melalui mekanisme fluks bentik. Tujuan penelitian ini adalah
untuk menganalisis fluks bentik dan potensi laju aktivitas bakteri di sedimen
perairan mangrove terkait dengan siklus N.
Penelitian ini dilaksanakan di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua.
Air dekat dasar dan sedimen pada perairan mangrove diambil menggunakan
sediment core. Pengukuran fluks bentik dilakukan dengan menginkubasi air dekat
dasar dan sedimen selama tiga jam. Perbedaan konsentrasi NH3-N, NO2-N, and
NO3-N pada air dekat dasar pada waktu inkubasi nol dan tiga jam digunakan
untuk menghitung nilai fluks N bentik. Selanjutnya analisis dilakukan terhadap
nutrien NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air pori sedimen dan dilakukan
penghitungan kelimpahan kelompok bakteri nitrifikasi AOB (Ammonia Oxidizing
Bacteria), nitrifikasi NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria), denitrifikasi, DNRA
(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium), dan amonifikasi pada air dekat
dasar dan sedimen. Pengujian sediment-slurry dilakukan dengan menambahkan
NH4Cl (untuk perlakuan aerobik) dan NaNO3 (untuk perlakuan anaerobik) dengan
konsentrasi 0, 100, 300, 500, 800, dan 1000 µM pada sediment-slurry. Sedimentslurry tersebut diinkubasi selama tiga jam dengan kondisi digoyang. Konsentrasi
NH3-N, NO2-N, and NO3-N pada sediment-slurry pada waktu inkubasi tiga jam
digunakan untuk menghitung nilai Vmax and Km value.
Hasil analisis menunjukkan bahwa konsentrasi NH3-N, NO2-N, dan NO3-N
di air lebih rendah dari nutrien di sedimen. Nutrien dengan konsentrasi tertinggi
pada kedua lokasi adalah NH3-N. Selanjutnya kelimpahan kelompok bakteri
anaerob lebih tinggi dari bakteri aerob. Kelompok bakteri yang dominan
ditemukan di sedimen perairan mangrove di kedua lokasi adalah kelompok bakteri
amonifikasi. Kelimpahan kelompok bakteri denitrifikasi pada kedua lokasi lebih
tinggi dibandingkan kelimpahan kelompok bakteri DNRA. Kelimpahan kelompok
bakteri nitrifikasi AOB pada kedua lokasi lebih tinggi dibandingkan NOB.
Fluks N bentik pada perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua bersifat
fluktuatif. Fluks NH3-N di perairan mangrove Karangantu lebih rendah dari Pulau
Dua. Nilai fluks bentik menunjukkan bahwa fluks NH3-N di Pulau Dua cenderung
lebih besar dari NO2-N and NO3-N.
Secara umum, sedimen di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
memiliki potensi laju aktivitas (Vmax dan Km) lebih besar dalam aktivitas reduksi
NO3- oleh bakteri anaerob dibandingkan dengan aktivitas oksidasi NH3 oleh
bakteri aerob. Selanjutnya potensi laju aktivitas maksimum (Vmax) dalam oksidasi
NH3 dan reduksi NO3- di sedimen perairan mangrove Karangantu cenderung lebih
rendah dari Pulau Dua.
Kata kunci: bakteri, fluks bentik, laju aktivitas, sedimen perairan mangrove
SUMMARY
ALIATI ISWANTARI. Benthic Fluxes and Potential Rate of Bacterial Activity
Related to Nitrogen Cycle of in Mangrove Sediments of Karangantu and Pulau
Dua, Banten. Supervised by YUSLI WARDIATNO, NIKEN TUNJUNG MURTI
PRATIWI, and IMAN RUSMANA.
Mangrove ecosystem has important role as source of nutrients particularly
nitrogen (N) in coastal area. N is a limiting factor in marine and coastal area. N in
mangroves area could be from benthic fluxes process. The aims of this research
were to study benthic fluxes and potential activity of N metabolism in mangrove
sediments of Karangantu and Pulau Dua, Banten.
This research was conducted in flooded mangroves area in Karangantu and
Pulau Dua, Banten. The overlying water and sediment were sampled using a
sediment core. Experimental treatment for flux analysis was conducted by
incubating overlying water and sediment in three hours. Concentration differences
of NH3-N, NO2-N, and NO3-N of overlying water in zero and three hours of
incubation were used to calculate flux benthic value. Nutrients of NH3-N, NO2-N,
and NO3-N of mangrove sediment water pore and bacterial abundance of nitrifier
of AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria), nitrifier of NOB (Nitrite Oxidizing
Bacteria), denitrifier, DNRA (Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium),
and ammonifier of overlying water and mangrove sediment were analyzed.
Experimental treatment for sediment-slurry was conducted by adding NH4Cl
(aerobic treatment) and NaNO3 (anaerobic treatment) with concentration of 0, 100,
300, 500, 800, and 1000 µM into sediment-slurry. Sediment-slurry incubated in a
shaker in three hours. NH3-N, NO2-N, and NO3-N concentration of sedimentslurry in three hours of incubation was used to calculate Vmax and Km value.
The results showed that nutrient concentration in overlying water was lower
than that of in sediment. The highest sediment nutrient concentration in both
locations was NH3-N. The abundance of anaerobic bacteria was higher than that
of aerobic bacteria. The dominance of bacterial groups found in sediment of both
locations was ammonification bacteria. Abundance of denitrification bacteria was
higher than that of DNRA bacteria. Nitrification bacteria abundance of AOB was
higher than that of NOB.
Benthic N inorganic fluxes in Karangantu and Pulau Dua mangroves were
fluctuated. NH3-N fluxes in Karangantu mangrove were relatively lower than that
of in Pulau Dua mangrove. Benthic fluxes value indicated that NH3-N in Pulau
Dua released from the sediment to water was higher than that of NO2-N and NO3N.
Generally, Karangantu and Pulau Dua mangroves had higher potency of
activity rate (Vmax and Km) of anaerobic bacteria in NO3- reduction than that of
aerobic bacteria in NH3 oxidation. Potency of activity rate (Vmax) in NH3 oxidation
and NO3- reduction of Karangantu mangrove sediments was lower than that of
Pulau Dua mangrove sediments.
Keywords: activity rate, bacteria, benthic fluxes, mangrove sediment,
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
FLUKS BENTIK DAN POTENSI LAJU AKTIVITAS BAKTERI
TERKAIT SIKLUS NITROGEN PADA SEDIMEN PERAIRAN
MANGROVE KARANGANTU DAN PULAU DUA, BANTEN
ALIATI ISWANTARI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Perairan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi Pembimbing pada Ujian Tesis: Dr Ir Hefni Effendi, MPhil
Judul Tesis : Fluks Bentik dan Potensi Laju Aktivitas Bakteri Terkait Siklus
Nitrogen pada Sedimen Perairan Mangrove Karangantu dan Pulau
Dua, Banten
Nama
: Aliati Iswantari
NRP
: C251100031
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Yusli Wardiatno, MSc
Ketua
Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, MSi
Anggota
Dr Ir Iman Rusmana, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Pengelolaan Sumberdaya
Perairan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Sigid Hariyadi, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 11 Juni 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan dengan baik. Tema
yang dipilih pada penelitian ini adalah mengenai fluks bentik dan potensi laju
aktivitas bakteri yang terkait dengan siklus N di area sedimen perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua, Banten. Sejauh pengetahuan Penulis, penelitian
dengan tema tersebut belum pernah dilakukan di kedua lokasi tersebut. Oleh
karena itu, Penulis sangat tertarik untuk melaksanakan penelitian ini.
Penelitian ini dapat diselesaikan dengan bantuan dan dukungan dari semua
pihak. Oleh karena itu, terimakasih Penulis sampaikan kepada:
1. Institut Pertanian Bogor (IPB) atas kesempatan dan fasilitas pendidikan yang
diberikan selama masa studi.
2. Dr Ir Enan M. Adiwilaga selaku Ketua Program Studi SDP untuk tahun studi
2010-2013 dan Dr Ir Sigid Hariyadi, MSc selaku Ketua Program Studi SDP
untuk tahun studi 2014-2017 yang telah membantu kelancaran studi Penulis.
3. Dr Ir Yusli Wardiatno, MSc, Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, MSi, dan Dr Ir Iman
Rusmana, MSi selaku dosen komisi pembimbing yang selama ini telah
banyak memberikan bimbingan dan bantuan.
4. Dr Ir Hefni Effendi, MPhil selaku dosen penguji tesis dan Dr Ir Ridwan
Affandi, DEA selaku dosen penguji dari program studi yang telah
memberikan masukan dan saran kepada Penulis.
5. Seluruh keluarga, terutama kedua orang tua, Bapak, Mamah, serta Bapak dan
Ibu; suami (Vitas Atmadi Prakoso), adik dan kakak (Icha, Zaky, Kamil, Mba
Vivin, Mas Dharma), Bi Engkur dan Om Oman atas segala do’a, semangat
dan kasih sayangnya kepada Penulis, sehingga Penulis dapat terus berjuang
dan menyelesaikan tesis ini.
6. Bakrie Center Foundation (BCF) atas beasiswa selama satu tahun masa studi
yang sangat membantu Penulis dalam pendanaan penelitian.
7. Pak Udin Pulau Dua, Pak Dayat, Reza, Antri, Mas Saiful, Ahmad, Kak Apri,
Fajar, Lutfi, Arif, Mba Yessi, Mas Adon, Genta, dan Dede yang telah
membantu Penulis selama penelitian, baik di lapang maupun di laboratorium.
8. Staf Laboratorium Produktivitas dan Lingkungan Perairan, Departemen
Manajemen Sumber Daya Perairan IPB (Bu Maya, Bu Anna, Bu Siti, Kak
Rila, Mba Inna, Erry, Nalendra, Zahra, dan Gesti) dan staf Laboratorium
Mikrobiologi, Departemen Biologi IPB (Pak Jaka, Bu Heni, dan Mas Aldian)
atas segala bantuan yang diberikan.
9. Teman-teman seperjuangan SDP (Rahmi, Dyah, Kak Anti, Kak Sri, Kak
Moni, Mba Iah, Pak Darwin, Robin, Pak Gema, dan Alim), teman-teman Lab.
Mikro (Sari, Andri, Lisma, Antri, Mafri, Dhyah, Ukhin, Randy, Irene, Fadhil,
Lili, Yani, Icha, Zahra, MJ, dan Agus), serta teman-teman lainnya yang tidak
dapat disebutkan satu per satu atas pertemanan dan bantuan yang diberikan.
Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Terimakasih.
Bogor, Agustus 2014
Aliati Iswantari
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
2 METODE
Waktu dan Tempat
Metode Kerja
Pengambilan contoh air dan sedimen
Pengukuran fluks gas bentik
Pengukuran fluks N bentik
Pengujian sediment-slurry
Analisis Data
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Karakteristik air dan sedimen
Kelimpahan bakteri
Profil nutrien pada air pori sedimen
Fluks N bentik
Fluks gas N2O dan CO2
Laju aktivitas oksidasi NH3 dan reduksi NO3Laju aktivitas maksimum (Vmax) dan Km
Pembahasan
4 KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
vi
1
1
2
3
3
3
3
4
4
5
7
8
8
8
8
9
10
11
12
12
12
14
21
21
21
21
25
48
DAFTAR TABEL
1 Modifikasi sumber C dan N pada media tumbuh kelompok bakteri
aerob dan anaerob
2 Karakteristik air di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
3 Karakteristik sedimen di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
4 Potensi laju aktivitas bakteri maksimum (Vmax) dan konstanta Michaelis
(Km) pada sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
5 Nilai rata-rata fluks N bentik dari beberapa hasil penelitian di beberapa
lokasi
6 Ringkasan dan ulasan hasil analisis parameter-parameter utama dalam
penelitian ini
6
8
9
13
17
20
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir pendekatan masalah dalam penelitian
2 Peta lokasi penelitian di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua,
Banten
3 Perancangan perlakuan penambahan NH4Cl dan NaNO3 pada pengujian
sediment-slurry
4 Kelimpahan bakteri rata-rata dari kelompok bakteri a) AOB, b) NOB,
c) denitrifikasi, d) DNRA, dan e) amonifikasi di sedimen perairan
mangrove Karangantu dan Pulau Dua
5 Profil NH3-N, NO2-N, dan NO3-N rata-rata dari air dan air pori sedimen
perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
6 Hubungan nilai fluks N bentik dengan konsentrasi NH3-N, NO2-N, dan
NO3-N awal di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
7 Fluks gas a) N2O dan b) CO2 rata-rata di perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua
8 Laju aktivitas bakteri rata-rata dalam oksidasi NH3 , pembentukan NO2-,
dan pembentukan NO3-, pada pengujian sediment-slurry aerobik pada
sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
9 Laju aktivitas bakteri rata-rata dalam reduksi NO3-, pembentukan NO2-,
dan pembentukan NH3 pada pengujian sediment-slurry anaerobik pada
sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
3
4
7
10
11
11
12
13
14
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
Kondisi area mangrove Karangantu
Kondisi area mangrove Pulau Dua
Pengambilan contoh sedimen dan air dekat dasar di perairan mangrove
Parameter yang diamati dalam penelitian
Pengukuran fluks gas bentik
Pengukuran fluks N bentik
Media untuk analisis kelimpahan bakteri nitrifikasi (AOB dan NOB)
(Modifikasi Bhaskar dan Charyulu 2005)
8 Media untuk analisis kelimpahan bakteri denitrifikasi, DNRA, dan
amonifikasi (Modifikasi Rusmana 2007)
25
25
26
26
27
27
28
28
9 Pengujian keberadaan bakteri aerob dan anaerob (menggunakan plate
tetes) terkait siklus N di sedimen
10 Pengujian sediment-slurry
11 Hasil analisis NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada pengujian sedimentslurry aerobik dan anaerobik
12 Hasil uji t antarkelimpahan kelompok bakteri pada air dan sedimen
strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove Karangantu (KA)
13 Hasil uji t antarkelimpahan kelompok bakteri pada air dan sedimen
strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove Pulau Dua (PD)
14 Hasil uji t perbandingan antarkelimpahan masing-masing kelompok
bakteri pada air dan sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan
mangrove Karangantu (KA) dan Pulau Dua (PD)
15 Hasil uji t antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air pori
sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove
Karangantu (KA)
16 Hasil uji t antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air pori
sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove Pulau
Dua (PD)
17 Hasil uji t perbandingan antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N
pada air pori sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan
mangrove Karangantu (KA) dan Pulau Dua (PD)
18 Hasil uji t antarfluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di perairan mangrove
Karangantu (KA)
19 Hasil uji t antarfluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di perairan mangrove
Pulau Dua (PD)
20 Hasil uji t perbandingan antarfluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di
perairan mangrove Karangantu (KA) dan Pulau Dua (PD)
29
29
30
31
35
39
42
43
44
46
47
47
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mangrove merupakan vegetasi yang tumbuh di daerah pesisir yang memiliki
peranan penting. Ekosistem mangrove memiliki berbagai fungsi ekologis seperti
sebagai daerah asuhan, daerah mencari makan, dan daerah pemijahan berbagai
jenis biota laut (Bengen 2001). Ekosistem mangrove juga berfungsi sebagai
pelindung pesisir dari erosi, ombak, dan perangkap sedimen (Bengen 2001) serta
menjadi penyumbang (sumber) nutrien terutama dalam bentuk nitrogen (N) ke
ekosistem pesisir. Tingginya guguran dari mangrove, degradasi, dan
remineralisasinya menjadi salah satu faktor yang berkontribusi terhadap tingginya
kandungan nutrien di sedimen mangrove (Silva et al. 2007).
Ekosistem mangrove menyediakan relung ekologis untuk mikroorganisme
yang memiliki peran beragam dalam daur ulang nutrien (Sahoo dan Dhal 2008).
Mikroorganisme yang berperan dalam siklus N di sedimen perairan, di antaranya
adalah bakteri nitrifikasi seperti AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria) dan NOB
(Nitrite Oxidizing Bacteria), bakteri denitrifikasi, bakteri anammox (anaerobic
ammonium oxidation), bakteri DNRA (dissimilatory nitrate reduction to
ammonium), dan bakteri amonifikasi (Canavan et al. 2007; Zhu et al. 2010;
Rajendran 2011). Adanya aktivitas mikroorganisme turut berperan dalam fluks
nutrien bentik-pelagis di sedimen selain peran dari proses bioturbasi dan bioirigasi
oleh organisme bentik (Tuominen et al. 1999; Volkenborn et al. 2007).
Sumber N di perairan mangrove salah satunya dapat diperoleh melalui
mekanisme fluks bentik. Fluks bentik menggambarkan aktivitas aktual bakteri
terkait kontribusinya terhadap penambahan dan pengurangan N di air dekat dasar
(overlying water). N yang bersumber dari mekanisme fluks bentik memiliki
kontribusi yang besar bagi kebutuhan N fitoplankton bentik dan pelagis di
perairan mangrove dan pesisir. Dengan demikian, secara tidak langsung fluks
bentik memiliki peran terhadap produktivitas suatu perairan. Menurut Howarth
dan Marino (2006), nitrogen (N) merupakan faktor pembatas yang kritis untuk
produktivitas primer dalam sistem pesisir.
Kemampuan bakteri dalam memanfaatkan N dapat dicerminkan oleh nilai
potensi laju aktivitas bakteri. Potensi laju aktivitas dapat diduga berdasarkan
parameter Vmax dan Km. Metode penentuan Vmax dan Km dengan formula
Michaelis-Menten telah banyak digunakan dalam bidang biokimia (Ritchie dan
Prvan 1996). Vmax merupakan laju aktivitas maksimum yang dapat dicapai bakteri
dalam mengoksidasi maupun mereduksi N. Km dapat diartikan sebagai konsentrasi
yang dibutuhkan untuk memicu agar bakteri dapat melakukan aktivitas.
Perairan mangrove Karangantu dan Cagar Alam Pulau Dua merupakan
ekosistem perairan mangrove yang terdapat di Teluk Banten. Kajian tentang fluks
N bentik dan potensi laju aktivitas bakteri di perairan mangrove Karangantu dan
Pulau Dua belum pernah dilaporkan. Penelitian mengenai fluks bentik dan potensi
laju aktivitas bakteri dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan informasi awal
mengenai peran sedimen di perairan mangrove sebagai salah satu sumber
masukan N bagi ekosistem pesisir.
2
Perumusan Masalah
Perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua memiliki kesamaan vegetasi
dominan, yaitu genus Rhizopora sp. Namun mangrove di perairan mangrove
Karangantu merupakan campuran antara ekosistem mangrove alami dan buatan
dengan umur pohon yang muda, sedangkan mangrove di perairan mangrove Pulau
Dua merupakan ekosistem mangrove alami dan didominasi pohon yang sudah
berumur tua. Lokasi perairan mangrove Karangantu langsung berhadapan dengan
aktivitas antropogenik (aktivitas pelabuhan dan rumah tangga), sedangkan
ekosistem mangrove Pulau Dua relatif jauh dari aktivitas manusia. Oleh karena itu,
kedua ekosistem mangrove tersebut diduga memiliki komunitas mikrobial
sedimen yang berbeda.
Mikroorganisme yang ada di sedimen memiliki peranan dalam
pendegradasian bahan organik dan pemanfaatan bahan anorganik, baik yang
bersumber dari dalam maupun luar ekosistem. Pada ekosistem mangrove, N
merupakan salah satu unsur penting dalam siklus nutrien yang dihasilkan dari
adanya aktivitas mikroorganisme.
Pada umumnya, siklus N di sedimen lebih dominan terjadi akibat adanya
aktivitas mikroorganisme anaerob. Bila kondisi sedimen dan perairan dekat
sedimen bersifat aerobik, maka mikroorganisme aerob juga ikut berperan dalam
siklus N. Mikroorganisme yang berperan dalam siklus N terbagi atas kelompok
bakteri aerob, fakultatif anaerob, dan obligat anaerob. Kelompok bakteri aerob
tersebut adalah bakteri nitrifikasi AOB dan NOB, sedangkan kelompok bakteri
yang tergolong fakultatif anaerob adalah kelompok bakteri denitrifikasi, DNRA,
dan amonifikasi. Selanjutnya kelompok bakteri yang bersifat obligat anaerob yaitu
kelompok bakteri anammox. Anammox diketahui merupakan salah satu jalur
dalam siklus N yang memanfaatkan NO2- sebagai akseptor elektron (Li et al.
2009). Namun, kajian untuk kelompok bakteri anammox tidak disertakan dalam
penelitian ini. Hal ini dikarenakan pada umumnya NO2-, yang dibutuhkan sebagai
akseptor elektron, hanya tersedia dalam jumlah yang sangat sedikit di perairan
mangrove.
Aktivitas bakteri yang terkait siklus N berperan dalam dinamika N di air
dekat dasar dan sedimen. Dinamika N dapat berupa penambahan maupun
pengurangan N melalui proses oksidasi dan reduksi oleh bakteri di sedimen dan
air dekat dasar. Dinamika ini disebut fluks N bentik. Fluks N bentik
menggambarkan aliran N anorganik di sedimen dan air dekat dasar pada kondisi
aktual, sehingga dapat diketahui sumbangan N dari dasar ke kolom air dan
sebaliknya. Fluks N bentik dipengaruhi oleh berbagai faktor, di antaranya
aktivitas mikroorganisme, fisika-kimia lingkungan, dan aktivitas organisme bentik.
Kemampuan bakteri dalam melakukan aktivitas dapat diketahui dari nilai potensi
laju aktivitas. Potensi ini dapat diduga melalui parameter kinetika enzim, yaitu
Vmax dan Km. Kajian mengenai fluks N bentik sebagai hasil dari adanya aktivitas
bakteri dan kajian mengenai potensi laju aktivitas bakteri dilakukan dalam
penelitian ini. Pendekatan masalah dalam penelitian ini disajikan pada Gambar 1.
3
Air dan sedimen
perairan mangrove
Fluks N bentik
Fluks gas bentik
Kelompok bakteri
terkait siklus N
Aerob: nitrifikasi AOB
dan NOB
Anaerob: denitrifikasi,
DNRA, dan amonifikasi
Apakah ada
pemanfaatan
oleh bakteri?
+
Kelimpahan
dan aktivitas
bakteri
-
Potensi laju
aktivitas bakteri
Faktor lingkungan:
Ketersediaan senyawa
organik (C dan N organik)
dan senyawa anorganik
(NH3, NO2-, dan NO3-)
Gambar 1. Diagram alir pendekatan masalah dalam penelitian ini
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Menganalisis fluks bentik (NH3-N, NO2-N, dan NO3-N) yang terkait dengan
siklus N di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua, Banten.
2. Menganalisis potensi laju aktivitas bakteri dalam mengoksidasi NH3 dan
mereduksi NO3- pada sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua,
Banten.
2 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada bulan Januari 2013 hingga Januari 2014.
Pengambilan contoh air dekat dasar dan sedimen dilakukan di area perairan
mangrove yang selalu tergenang, yaitu di Karangantu bagian barat dan Cagar
Alam Pulau Dua bagian barat (Gambar 2, Lampiran 1 dan 2). Contoh air dan
sedimen untuk masing-masing lokasi diambil dari tiga titik sebagai ulangan.
Pengukuran fluks bentik dan sediment-slurry dilakukan di Laboratorium
Mikro Lantai 3, Bagian Produktivitas dan Lingkungan Perairan, Departemen MSP,
FPIK IPB. Analisis nutrien dan kelimpahan bakteri dilakukan di Laboratorium
Mikro, Departemen Biologi, FMIPA IPB. Analisis parameter fisika dan kimia
sedimen dilakukan di Balai Penelitian Tanah, Badan Penelitian dan
Pengembangan Pertanian, Bogor. Analisis gas dilakukan di Laboratorium Gas
Rumah Kaca, Balai Penelitian Lingkungan Pertanian, Jaken, Pati, Jawa Tengah.
Metode Kerja
Penelitian ini terbagi menjadi beberapa tahap, yaitu pengambilan contoh air
dan sedimen serta pengukuran fluks gas di lapang, pengukuran fluks N bentik dan
4
pengujian sediment-slurry di laboratorium, serta kegiatan analisis contoh di
laboratorium. Tahapan penelitian yang dilakukan diuraikan sebagai berikut.
Gambar 2. Peta lokasi penelitian di perairan mangrove Karangantu dan
Pulau Dua, Banten
Pengambilan contoh air dan sedimen
Pengambilan contoh air dekat dasar (kedalaman air kurang dari 30 cm) dan
sedimen untuk pengukuran fluks bentik dilakukan dengan menggunakan acrylic
sediment core dan karet penutup berdiameter 1,4 inchi (Lampiran 3a dan b).
Sedimen diambil hingga kedalaman 15 cm dari permukaan sedimen. Penentuan
ini didasarkan pada hasil penelitian mengenai profil nutrien di sedimen estuari
yang menunjukkan bahwa pada kedalaman 15 cm, profil nutrien sudah mulai
konstan (Rusmana 2005). Pengambilan contoh sedimen untuk pengujian
sediment-slurry dilakukan dengan menggunakan sediment core berupa paralon
dan penutup paralon (dop) berdiameter 3 inchi. Pengambilan contoh air yang
disimpan dalam jerigen berukuran ±20 L juga dilakukan untuk penggantian air
dekat dasar dan perendaman acrylic sediment core pada pengukuran fluks bentik.
Selanjutnya seluruh contoh disimpan di dalam wadah dengan suhu ±4oC.
Pengukuran beberapa parameter lingkungan di air, seperti suhu, pH,
salinitas, dan oksigen terlarut (dissolved oxygen/DO) dilakukan secara in situ.
Pengambilan contoh air dilakukan untuk analisis NH3-N, NO2-N, BOD5 (Eaton et
al. 2005), dan NO3-N (Rand et al. 1979). Pengambilan contoh sedimen dilakukan
untuk analisis pH, rasio C/N, dan tekstur sedimen. Parameter yang dianalisis
dalam penelitian ini disajikan selengkapnya pada Lampiran 4.
Pengukuran fluks gas bentik
Pengukuran fluks gas dilakukan secara in situ di perairan mangrove.
Pengukuran fluks gas dilakukan menggunakan alat berupa sungkup berbentuk
silinder dengan diameter 23 cm yang dilengkapi dengan kipas untuk
menghomogenkan udara (Lampiran 5). Prosedur pengukuran fluks gas yang
dilakukan adalah sebagai berikut. Sungkup ditancapkan pada sedimen perairan
mangrove, kipas dinyalakan, dan alat tersebut diinkubasi selama tiga jam. Contoh
udara diambil pada jam ke-0 (t0) dan jam ke-3 (t3). Contoh udara diambil dan
dimasukkan ke dalam botol menggunakan syringe. Selanjutnya analisis contoh
5
udara dilakukan terhadap parameter gas N2O dan CO2. Hasil analisis tersebut
digunakan untuk menghitung nilai fluks gas N2O dan CO2. Penghitungan fluks gas
N2O dan CO2 dilakukan menggunakan formula berikut (Lantin et al. 1995 in
Wihardjaka 2010).
dC Vch Wm
273,2
F=
×
×
×
dt Ach Vm 273,2+T
Keterangan :
F
= fluks gas N2O (µg m-2 jam-1) dan fluks gas CO2 (mg m-2 jam-1)
dC/dt = perbedaan konsentrasi N2O per waktu (ppb jam-1) dan perbedaan
konsentrasi CO2 per waktu (ppm jam-1)
Vch
= volume sungkup (m3)
Ach
= luas sungkup (m2)
Wm
= berat molekul N2O (mg), berat molekul CO2 (mg)
Vm
= volume molekul (m3)
T
= suhu rata-rata selama pengambilan contoh (oC)
Pengukuran fluks N bentik
Pengukuran dilakukan pada contoh air dekat dasar dan sedimen yang sudah
diambil dari kedua lokasi dengan menggunakan acrylic sediment core.
Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui fluks N yang terjadi antara air dekat
dasar dan sedimen dengan menggunakan metode inkubasi di laboratorium.
Prosedur pengukuran fluks N bentik yang dilakukan adalah sebagai berikut.
Air dalam acrylic sediment core diganti dengan air dari perairan mangrove yang
telah disiapkan dalam jerigen. Penggantian air dekat dasar pada acrylic sediment
core dengan air tersebut dilakukan untuk meminimalisir perubahan konsentrasi
nutrien yang terjadi akibat adanya kontak antara air dan sedimen. Selanjutnya
bagian atas dari acrylic sediment core tersebut ditutup dengan penutup karet yang
sudah dipasangkan magnetic stirrer yang berfungsi untuk menghomogenkan air
(Lampiran 6a). Selanjutnya acrylic sediment core direndam dengan air dan
diinkubasi selama tiga jam (Lampiran 6b). Perendaman dilakukan untuk
menyesuaikan kondisi contoh air dan sedimen di dalam acrylic sediment core
dengan kondisi di lapang. Magnetic stirrer dinyalakan selama waktu inkubasi
tersebut. Pengambilan contoh air dilakukan pada waktu t0 dan t3. Contoh air
diambil menggunakan syringe, diawetkan dengan HgCl2, dan selanjutnya
dilakukan analisis NH3-N, NO2-N, serta NO3-N. Hasil analisis tersebut digunakan
untuk menghitung nilai fluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N yang terjadi antara air
dekat dasar dan sedimen. Fluks N bentik dihitung menggunakan formula sebagai
berikut (Ferguson et al. 2004).
BF =
( [ Ct1 -Ct0 ] .V/SA)
T
Keterangan:
BF = fluks bentik (μmol m–2 h–1),
Ct0 = konsentrasi nutrien (μmol L–1) di air dekat dasar pada waktu awal,
Ct1 = konsentrasi nutrien (μmol L–1) di air dekat dasar pada waktu akhir,
V
= volume air di air dekat dasar (L) di wadah inkubasi,
SA = area permukaan sedimen (m2) di wadah inkubasi,
T
= waktu (h)
6
Kegiatan selanjutnya adalah analisis kandungan nutrien pada air pori
sedimen dan kelimpahan kelompok bakteri pada air dan sedimen yang digunakan
pada pengukuran fluks bentik. Sedimen yang digunakan untuk analisis kandungan
nutrien dan kelimpahan kelompok bakteri adalah sedimen yang telah dibagi
menjadi tiga strata kedalaman, yaitu sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm.
Pengekstrakan air pori sedimen dilakukan mengikuti metode Giesy et al. (1990)
dan Harkey et al. (1994) yang telah dimodifikasi. Analisis nutrien NH3-N, NO2-N,
dan NO3-N dilakukan setelah pengekstrakan. Selanjutnya penghitungan
kelimpahan kelompok bakteri dilakukan dengan menggunakan metode MPN
(Most Probable Number). Penghitungan dilakukan pada lima kelompok bakteri,
baik yang bersifat aerob maupun anaerob. Kelompok bakteri yang bersifat aerob,
yaitu kelompok bakteri nitrifikasi AOB dan NOB serta kelompok bakteri yang
bersifat anaerob, yaitu kelompok bakteri denitrifikasi, DNRA, dan amonifikasi.
Penghitungan kelimpahan kelompok bakteri dilakukan dengan
menumbuhkan bakteri yang terdapat pada contoh air dekat dasar dan sedimen di
dalam media cair. Media untuk menumbuhkan kelompok bakteri aerob dibuat
mengikuti Bhaskar dan Charyulu (2005) dan media untuk menumbuhkan
kelompok bakteri anaerob dibuat mengikuti Rusmana (2007). Media tumbuh
tersebut dibuat dengan memodifikasi sumber C dan N (Tabel 1). Bahan-bahan
untuk membuat media tersebut disajikan pada Lampiran 7 dan 8. Pengkondisian
anaerobik pada media untuk kelompok bakteri yang bersifat anaerob dilakukan
dengan metode OFN (Oxygen Free Nitrogen) (Widiyanto 2006).
Tabel 1. Modifikasi sumber C dan N pada media tumbuh
kelompok bakteri aerob dan anaerob
Sumber
Sumber
Nitrogen
Kelompok Bakteri
Karbon
(C)
(N)
Aerob
Nitrifikasi (AOB)
CO3
NH3
Nitrifikasi (NOB)
CO3
NO2Anaerob
Denitrifikasi
Asetat
NO3DNRA
Glukosa
NO3Amonifikasi
Glukosa
Pepton
Prosedur penghitungan kelimpahan kelompok bakteri yang dilakukan adalah
sebagai berikut. Penumbuhan kelima kelompok bakteri tersebut dilakukan dengan
menginokulasikan contoh air sebanyak 1 mL atau contoh sedimen sebanyak 1
gram ke masing-masing media. Selanjutnya media berisi contoh tersebut
diinkubasi selama lima hari untuk kelompok bakteri yang bersifat aerob dan tiga
hari untuk kelompok bakteri yang bersifat anaerob. Pengujian keberadaan
kelompok bakteri dilakukan setelah masa inkubasi. Keberadaan kelompok bakteri
AOB dan denitrifikasi diuji berdasarkan pembentukan NO2, keberadaan kelompok
bakteri NOB diuji berdasarkan pereduksian NO2, serta keberadaan kelompok
bakteri DNRA dan amonifikasi diuji berdasarkan pembentukan NH3 pada media
(Lampiran 9). Hasil dari pengujian keberadaan kelompok bakteri dianalisis
dengan menggunakan perangkat lunak MPN Calculator, Build 23 untuk
mendapatkan nilai kelimpahan kelompok bakteri.
7
Pengujian sediment-slurry
Pengujian sediment-slurry dilakukan pada contoh sedimen untuk
mengetahui potensi laju aktivitas bakteri (Oremland et al. 1984) dalam
memanfaatkan sumber N. Perlakuan yang diberikan adalah penambahan N ke
dalam sediment-slurry.
Sediment-slurry disiapkan dari contoh sedimen yang dicampur dengan air
laut buatan. Penyiapan tersebut dilakukan terhadap fragmen contoh sedimen dari
masing-masing lokasi, yaitu sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm. Terdapat dua
perlakuan, yaitu sediment-slurry aerobik dengan penambahan NH4Cl untuk
mengetahui oksidasi NH3 oleh bakteri yang bersifat aerob dan sediment-slurry
anaerobik dengan penambahan nutrien NaNO3 untuk mengetahui reduksi NO3oleh bakteri yang bersifat anaerob (Runcie et al. 2003). Konsentrasi nutrien
NH4Cl dan NaNO3 yang ditambahkan dalam perlakuan adalah 0, 100, 300, 500,
800, dan 1000 µM. Hal ini mengacu pada Runcie et al. (2003) yang menyatakan
bahwa pada umumnya konsentrasi nutrien untuk pengujian sediment-slurry
berkisar antara 1-1200 µM. Rancangan perlakuan pada pengujian sediment-slurry
disajikan pada Gambar 3.
Strata
0-5 cm
Strata
6-10 cm
100 300 500 800 1000
NH4Cl (µM)
Strata
11-15 cm
100 300 500 800 1000
0
Tanpa nutrien (µM)
NaNO3 (µM)
Gambar 3. Perancangan perlakuan penambahan NH4Cl dan NaNO3 pada
pengujian sediment-slurry
Prosedur pengujian sediment-slurry yang dilakukan adalah sebagai berikut.
Sediment-slurry disiapkan dari pencampuran contoh sedimen dari masing-masing
strata sedimen dan air laut buatan dengan perbandingan 1:3. Pencampuran
dilakukan di dalam gelas piala dengan volume 500 mL. Selanjutnya sedimentslurry dipindahkan dengan menggunakan syringe berukuran volume 25 mL ke
botol-botol pengujian, yaitu botol kaca berpenutup karet dengan volume ±70 mL.
Sediment-slurry yang telah disiapkan dalam botol pengujian sudah bersifat aerob
sehingga dapat digunakan secara langsung untuk perlakuan sediment-slurry
aerobik, sedangkan untuk perlakuan sediment-slurry anaerobik dikondisikan
anaerob terlebih dahulu dengan menggunakan metode OFN. Selanjutnya,
sejumlah konsentrasi nutrien NH4Cl dan NaNO3 sesuai dengan rancangan
perlakuan dimasukkan ke dalam botol pengujian. Perlakuan sediment-slurry
aerobik dan anaerobik kemudian diinkubasi dan digoyang selama tiga jam
(Lampiran 10a, b, dan c). Sediment-slurry diawetkan menggunakan HgCl2 setelah
diinkubasi. Selanjutnya, analisis kandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N
dilakukan pada sediment-slurry sebagaimana analisis yang dilakukan pada nutrien
air pori sedimen (Lampiran 11).
8
Potensi laju aktivitas bakteri dalam mengoksidasi NH3 dan mereduksi NO3ditentukan melalui penghitungan nilai Vmax dan Km. Penghitungan Vmax dan K m
dilakukan menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten, plot LineweaverBurk “double reciprocal” dengan rumus sebagai berikut (Dowd dan Riggs 1965).
( 1⁄v) = ( 1⁄Vmax ) + ( Km ⁄Vmax ) 1⁄Cs
Keterangan:
v
= laju aktivitas (µmol jam-1 gram sedimen-1)
Cs
= konsentrasi substrat (µM)
Vmax = laju aktivitas maksimum (µmol jam-1 gram sedimen-1)
Km
= konstanta Michaelis atau konsentrasi saat ½ Vmax (µM)
Nilai Vmax dan Km ditentukan menggunakan persamaan yang didapatkan
dari analisis regresi linier. Analisis regresi linier dilakukan terhadap 1/v sebagai
sumbu y dan 1/Cs sebagai sumbu x.
Analisis Data
Analisis data secara statistika dilakukan dengan uji t. Uji t dilakukan untuk
mengetahui signifikansi perbedaan nilai tengah antarkelimpahan kelompok bakteri
serta antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air dan strata sedimen di
perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua dan antarkedua lokasi tersebut. Uji
t juga dilakukan untuk mengetahui signifikansi perbedaan nilai tengah antarfluks
NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada perairan mangrove di masing-masing lokasi dan
antarkedua lokasi tersebut.
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Karakteristik air dan sedimen
Karakteristik air dan sedimen dari perairan mangrove Karangantu dan Pulau
Dua disajikan pada Tabel 2 dan 3. Berdasarkan Tabel 2 diketahui bahwa perairan
mangrove Karangantu dan Pulau Dua memiliki salinitas, pH, dan suhu yang
relatif tidak jauh berbeda. Selanjutnya kandungan DO dan BOD5 di perairan
mangrove Karangantu lebih rendah dari Pulau Dua.
Tabel 2. Karakteristik air di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
Lokasi
Parameter
Karangantu
Pulau Dua
Suhu (oC)
27,0-27,6
26,6-28,8
Salinitas (psu)
25,0-29,0
26,0-27,0
pH
8,00±0,00
8,00±0,00
DO (mg L-1)
0,88±0,06
0,66±0,06
BOD5 (mg L-1)
2,16±0,25
6,04±2,49
9
Berdasarkan Tabel 3 diketahui bahwa sedimen di perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua memiliki pH yang relatif sama. Persentase kandungan
C dan N organik pada sedimen perairan mangrove Karangantu lebih rendah dari
Pulau Dua. Kandungan C dan N organik pada sedimen di kedua lokasi tersebut
cenderung meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman. Rasio C/N pada
sedimen berkisar antara 10-11.
Tabel 3. Karakteristik sedimen di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
Lokasi
Kedalaman
Parameter
(cm)
Karangantu
Pulau Dua
0-5
8,22
8,17
pH
6-10
8,31
8,21
11-15
8,36
8,27
0-5
0,99
3,25
C organik (%)
6-10
1,40
3,69
11-15
1,09
4,89
0-5
0,09
0,31
6-10
0,13
0,35
N organik (%)
11-15
0,11
0,45
0-5
10
11
6-10
10
11
Rasio C/N
11-15
11
10
0-5
Lempung berdebu
Lempung berdebu
Tipe sedimen
6-10
Lempung berdebu
Lempung berdebu
11-15
Lempung berdebu
Lempung berdebu
Kelimpahan bakteri
Kelimpahan bakteri di air dan sedimen di perairan mangrove Karangantu
dan Pulau Dua disajikan pada Gambar 4a-e. Berdasarkan Gambar 4a dan b
diketahui bahwa kelimpahan kelompok bakteri nitrifikasi AOB dan NOB tertinggi
di kedua lokasi terdapat pada sedimen strata 0-5 cm yang kemudian menurun pada
strata sedimen yang lebih dalam. Berdasarkan Gambar 4c dan d diketahui bahwa
kelimpahan kelompok bakteri denitrifikasi pada air dan sedimen di kedua lokasi
lebih tinggi dari kelimpahan kelompok bakteri DNRA. Selanjutnya kelompok
bakteri amonifikasi pada kedua lokasi diketahui mendominasi kelompok bakteri
lainnya (Gambar 4e).
Berdasarkan hasil uji t diketahui bahwa kelimpahan kelompok bakteri aerob
AOB pada air dan sedimen di perairan mangrove Karangantu secara nyata lebih
tinggi dari NOB (Lampiran 12a). Selanjutnya, kelimpahan kelompok bakteri
anaerob denitrifikasi pada air dan sedimen di perairan mangrove Karangantu
secara nyata lebih tinggi dari DNRA (Lampiran 12b). Secara umum, kelimpahan
kelompok bakteri anaerob amonifikasi pada sedimen di perairan mangrove
Karangantu secara nyata lebih tinggi dari kelompok bakteri lainnya (Lampiran
12c, d, e, dan f). Selanjutnya kelimpahan kelompok bakteri aerob AOB pada
sedimen di perairan mangrove Pulau Dua strata 6-10 dan 11-15 cm secara nyata
lebih tinggi dari NOB (Lampiran 13a). Kelimpahan kelompok bakteri anaerob
denitrifikasi pada air dan sedimen di perairan mangrove Pulau Dua secara nyata
lebih tinggi dari DNRA (Lampiran 13b). Kelimpahan kelompok bakteri
10
amonifikasi pada sedimen di perairan mangrove Pulau Dua secara nyata lebih
tinggi dari kelompok bakteri lainnya (Lampiran 13c, d, e, dan f). Berdasarkan
hasil uji t diketahui bahwa kelimpahan masing-masing kelompok bakteri AOB,
NOB, denitrifikasi, DNRA, dan amonifikasi pada air dan sedimen di perairan
mangrove Karangantu tidak berbeda nyata dengan Pulau Dua (Lampiran 14a, b, c,
dan d).
kelimpahan bakteri NOB
(air-MPNx102 mL-1)
(sedimen-MPNx102 gram-1)
kelimpahan bakteri AOB
(air-MPNx102 mL-1)
(sedimen-MPNx102 gram-1)
35
a
35
30
25
20
15
10
5
1
b
30
25
20
15
10
5
1
0
0
air
0-5
6-10
air
11-15
10
c
kelimpahan bakteri DNRA
(air-MPNx102 mL-1)
(sedimen-MPNx102 gram-1)
kelimpahan bakteri denitrifikasi
(air-MPNx10 5 mL-1 )
(sedimen-MPNx10 5 gram-1 )
10
8
6
4
2
0
6-10
11-15
d
8
6
2
0
air
0-5
6-10
11-15
strata air-sedimen (cm)
kelimpahan bakteri amonifikasi
(air-MPNx107 mL-1)
(sedimen-MPNx107 gram-1)
0-5
strata air-sedimen (cm)
strata air-sedimen (cm)
10
8
6
4
2
air
0-5
6-10
11-15
strata air-sedimen (cm)
e
Keterangan:
Karangantu
Pulau Dua
0,4
0
air
0-5
6-10
11-15
strata air-sedimen (cm)
Gambar 4. Kelimpahan rata-rata dari kelompok bakteri a) AOB, b) NOB, c)
denitrifikasi, d) DNRA, dan e) amonifikasi di sedimen perairan
mangrove Karangantu dan Pulau Dua
Profil nutrien pada air pori sedimen
Berdasarkan Gambar 5a dan b diketahui bahwa kandungan NH3-N semakin
tinggi seiring dengan bertambahnya kedalaman. Kandungan NH3-N di air
mangrove Karangantu dan Pulau Dua lebih rendah dari sedimen. Berdasarkan
hasil uji t diketahui bahwa kandungan NH3-N pada air pori sedimen strata 0-5, 610, dan 11-15 cm di kedua lokasi secara nyata lebih tinggi dari kandungan NO2-N
dan NO3-N (Lampiran 15a dan b, serta 16a dan b). Kandungan NH3-N pada air
11
pori sedimen di perairan mangrove Karangantu pada strata 6-10 dan 11-15 cm
berbeda nyata dengan Pulau Dua (Lampiran 17a, b, c, dan d).
Konsentrasi (mg/L)
Konsentrasi (mg/L)
0
10
20
0
30
10
15
Kedalaman (cm)
Kedalaman (cm)
air0
5
10
20
30
air0
Keterangan:
NH3-N
NO2-N
NO3-N
5
10
15
a
b
Gambar 5. Profil NH3-N, NO2-N dan NO3-N rata-rata dari air dan air pori sedimen
perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
120
100
80
60
40
20
0
-20 0
0.008
0.006
0.004
0.002
0
50
Konsentrasi awal (µM)
100
Fluks NO3-N
(μmol m–2 h –1)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5 0
-1
-1.5
0.01
Fluks NO2-N
(μmol m–2 h–1)
Fluks NH3-N
(μmol m–2 h–1)
Fluks N bentik
Berdasarkan hasil pengukuran fluks N bentik diketahui bahwa fluks N
bentik di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua bersifat fluktuatif
(Gambar 6). Fluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di perairan mangrove Karangantu
bernilai negatif hingga positif. Fluks NH3-N dan NO2-N di perairan mangrove
Pulau Dua bernilai positif dan fluks NO3-N bernilai negatif hingga positif.
Gambar tersebut juga menunjukkan adanya perbedaan pola pengelompokan fluks
N bentik yang terjadi di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua.
-0.002 0
0.5
1
1.5
Konsentrasi awal (µM)
2
Keterangan:
Karangantu
Pulau Dua
5
10
Konsentrasi awal (µM)
Gambar 6. Hubungan nilai fluks N bentik dengan konsentrasi NH3-N, NO2-N, dan
NO3-N awal di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
12
Berdasarkan hasil uji t diketahui bahwa fluks NH3-N di perairan mangrove
Karangantu secara nyata tidak lebih besar dari NO2-N dan NO3-N (Lampiran 18a
dan b), sedangkan fluks NH3-N di perairan mangrove Pulau Dua secara nyata
lebih besar dari NO2-N dan NO3-N (Lampiran 19a dan b). Selanjutnya,
berdasarkan uji t diketahui bahwa fluks NH3-N di perairan mangrove Karangantu
berbeda nyata dengan Pulau Dua (Lampiran 20).
Fluks gas N2O dan CO2
Berdasarkan Gambar 7a dan b dapat diketahui bahwa fluks gas N2O dan
CO2 memiliki pola yang berbeda. Fluks gas N2O di perairan mangrove
Karangantu bernilai negative, sedangkan di perairan mangrove Pulau Dua bernilai
positif. Selanjutnya fluks gas CO2 di perairan mangrove Karangantu bernilai
positif, sedangkan di perairan mangrove Pulau Dua bernilai negatif. Secara umum,
fluks gas N2O dan CO2 di perairan mangrove Karangantu lebih besar dari Pulau
Dua.
0.06
a
0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08
-0.1
-0.12
Fluks Gas CO2
(mg m-2 jam-1)
Fluks Gas N2O
(µg m-2 jam-1)
0.04
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
b
Keterangan:
Karangantu
Pulau Dua
Gambar 7. Fluks gas a) N2O dan b) CO2 rata-rata di perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua
Laju aktivitas oksidasi NH3 dan reduksi NO3Berdasarkan Gambar 8a dan b diketahui bahwa laju aktivitas oksidasi oleh
bakteri pada sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua memiliki
pola yang hampir sama. Semakin tinggi konsentrasi NH3 yang ditambahkan,
semakin tinggi laju aktivitas oksidasi NH3 yang terjadi. Namun peningkatan laju
aktivitas oksidasi NH3 tidak diikuti dengan peningkatan laju aktivitas
pembentukan NO2- dan NO3-.
Berdasarkan Gambar 9a dan b diketahui bahwa laju aktivitas reduksi NO3oleh bakteri pada sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
memiliki pola yang relatif sama. Semakin tinggi konsentrasi NO3- yang
ditambahkan, semakin tinggi laju aktivitas reduksi NO3- dan pembentukan NO2yang terjadi. Namun, laju aktivitas pembentukan NH3 cenderung mengalami
penurunan seiring dengan peningkatan laju aktivitas reduksi NO3-.
Laju aktivitas maksimum bakteri (Vmax) dan konstanta Michaelis (Km)
Nilai Vmax dan Km dari hasil pengujian sediment-slurry disajikan pada Tabel
4a dan b. Berdasarkan tabel tersebut diketahui bahwa Vmax dalam aktivitas reduksi
13
NO3- oleh bakteri di sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua lebih
tinggi dari aktivitas oksidasi NH3 pada setiap strata kedalaman sedimen.
Laju aktivitas
(µM jam-1)
500
400
a
300
200
100
0
0-5 cm
6-10 cm
11-15 cm
Konsentrasi NH4Cl yang ditambahkan (µM)
Laju aktivitas
(µM jam-1)
500
400
b
300
200
100
0
0-5 cm
6-10 cm
11-15 cm
Konsentrasi NH4Cl yang ditambahkan (µM)
Keterangan:
NO2-
NH3
NO3-
Gambar 8. Laju aktivitas bakteri rata-rata dalam oksidasi NH3, pembentukan NO2-,
dan pembentukan NO3-, pada pengujian sediment-slurry aerobik pada
sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
Tabel 4. Potensi laju aktivitas maksimum bakteri (Vmax) dan konstanta Michaelis
(Km) pada sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
Oksidasi NH3
Reduksi NO3
a Strata
kedalaman
(cm)
0-5
6-10
11-15
b
Strata
kedalaman
(cm)
0-5
6-10
11-15
Vmax
(µmol jam-1 gram
sedimen-1)
16,95
24,39
27,78
Km
(µM)
p value
599,32
952,68
547,00
0,002
0,035
TERKAIT SIKLUS NITROGEN PADA SEDIMEN PERAIRAN
MANGROVE KARANGANTU DAN PULAU DUA, BANTEN
ALIATI ISWANTARI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Fluks Bentik dan Potensi
Laju Aktivitas Bakteri Terkait Siklus Nitrogen pada Sedimen Perairan Mangrove
Karangantu dan Pulau Dua, Banten 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 ini.
Bogor, Agustus 2014
Aliati Iswantari
C251100031
RINGKASAN
ALIATI ISWANTARI. Fluks Bentik dan Potensi Laju Aktivitas Bakteri Terkait
Siklus Nitrogen pada Sedimen Perairan Mangrove Karangantu dan Pulau Dua,
Banten. Dibimbing oleh YUSLI WARDIATNO, NIKEN TUNJUNG MURTI
PRATIWI, dan IMAN RUSMANA.
Ekosistem mangrove memiliki peranan penting sebagai penyumbang nutrien,
terutama dalam bentuk nitrogen (N) di perairan pesisir. N di perairan mangrove
dapat dihasilkan melalui mekanisme fluks bentik. Tujuan penelitian ini adalah
untuk menganalisis fluks bentik dan potensi laju aktivitas bakteri di sedimen
perairan mangrove terkait dengan siklus N.
Penelitian ini dilaksanakan di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua.
Air dekat dasar dan sedimen pada perairan mangrove diambil menggunakan
sediment core. Pengukuran fluks bentik dilakukan dengan menginkubasi air dekat
dasar dan sedimen selama tiga jam. Perbedaan konsentrasi NH3-N, NO2-N, and
NO3-N pada air dekat dasar pada waktu inkubasi nol dan tiga jam digunakan
untuk menghitung nilai fluks N bentik. Selanjutnya analisis dilakukan terhadap
nutrien NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air pori sedimen dan dilakukan
penghitungan kelimpahan kelompok bakteri nitrifikasi AOB (Ammonia Oxidizing
Bacteria), nitrifikasi NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria), denitrifikasi, DNRA
(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium), dan amonifikasi pada air dekat
dasar dan sedimen. Pengujian sediment-slurry dilakukan dengan menambahkan
NH4Cl (untuk perlakuan aerobik) dan NaNO3 (untuk perlakuan anaerobik) dengan
konsentrasi 0, 100, 300, 500, 800, dan 1000 µM pada sediment-slurry. Sedimentslurry tersebut diinkubasi selama tiga jam dengan kondisi digoyang. Konsentrasi
NH3-N, NO2-N, and NO3-N pada sediment-slurry pada waktu inkubasi tiga jam
digunakan untuk menghitung nilai Vmax and Km value.
Hasil analisis menunjukkan bahwa konsentrasi NH3-N, NO2-N, dan NO3-N
di air lebih rendah dari nutrien di sedimen. Nutrien dengan konsentrasi tertinggi
pada kedua lokasi adalah NH3-N. Selanjutnya kelimpahan kelompok bakteri
anaerob lebih tinggi dari bakteri aerob. Kelompok bakteri yang dominan
ditemukan di sedimen perairan mangrove di kedua lokasi adalah kelompok bakteri
amonifikasi. Kelimpahan kelompok bakteri denitrifikasi pada kedua lokasi lebih
tinggi dibandingkan kelimpahan kelompok bakteri DNRA. Kelimpahan kelompok
bakteri nitrifikasi AOB pada kedua lokasi lebih tinggi dibandingkan NOB.
Fluks N bentik pada perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua bersifat
fluktuatif. Fluks NH3-N di perairan mangrove Karangantu lebih rendah dari Pulau
Dua. Nilai fluks bentik menunjukkan bahwa fluks NH3-N di Pulau Dua cenderung
lebih besar dari NO2-N and NO3-N.
Secara umum, sedimen di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
memiliki potensi laju aktivitas (Vmax dan Km) lebih besar dalam aktivitas reduksi
NO3- oleh bakteri anaerob dibandingkan dengan aktivitas oksidasi NH3 oleh
bakteri aerob. Selanjutnya potensi laju aktivitas maksimum (Vmax) dalam oksidasi
NH3 dan reduksi NO3- di sedimen perairan mangrove Karangantu cenderung lebih
rendah dari Pulau Dua.
Kata kunci: bakteri, fluks bentik, laju aktivitas, sedimen perairan mangrove
SUMMARY
ALIATI ISWANTARI. Benthic Fluxes and Potential Rate of Bacterial Activity
Related to Nitrogen Cycle of in Mangrove Sediments of Karangantu and Pulau
Dua, Banten. Supervised by YUSLI WARDIATNO, NIKEN TUNJUNG MURTI
PRATIWI, and IMAN RUSMANA.
Mangrove ecosystem has important role as source of nutrients particularly
nitrogen (N) in coastal area. N is a limiting factor in marine and coastal area. N in
mangroves area could be from benthic fluxes process. The aims of this research
were to study benthic fluxes and potential activity of N metabolism in mangrove
sediments of Karangantu and Pulau Dua, Banten.
This research was conducted in flooded mangroves area in Karangantu and
Pulau Dua, Banten. The overlying water and sediment were sampled using a
sediment core. Experimental treatment for flux analysis was conducted by
incubating overlying water and sediment in three hours. Concentration differences
of NH3-N, NO2-N, and NO3-N of overlying water in zero and three hours of
incubation were used to calculate flux benthic value. Nutrients of NH3-N, NO2-N,
and NO3-N of mangrove sediment water pore and bacterial abundance of nitrifier
of AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria), nitrifier of NOB (Nitrite Oxidizing
Bacteria), denitrifier, DNRA (Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium),
and ammonifier of overlying water and mangrove sediment were analyzed.
Experimental treatment for sediment-slurry was conducted by adding NH4Cl
(aerobic treatment) and NaNO3 (anaerobic treatment) with concentration of 0, 100,
300, 500, 800, and 1000 µM into sediment-slurry. Sediment-slurry incubated in a
shaker in three hours. NH3-N, NO2-N, and NO3-N concentration of sedimentslurry in three hours of incubation was used to calculate Vmax and Km value.
The results showed that nutrient concentration in overlying water was lower
than that of in sediment. The highest sediment nutrient concentration in both
locations was NH3-N. The abundance of anaerobic bacteria was higher than that
of aerobic bacteria. The dominance of bacterial groups found in sediment of both
locations was ammonification bacteria. Abundance of denitrification bacteria was
higher than that of DNRA bacteria. Nitrification bacteria abundance of AOB was
higher than that of NOB.
Benthic N inorganic fluxes in Karangantu and Pulau Dua mangroves were
fluctuated. NH3-N fluxes in Karangantu mangrove were relatively lower than that
of in Pulau Dua mangrove. Benthic fluxes value indicated that NH3-N in Pulau
Dua released from the sediment to water was higher than that of NO2-N and NO3N.
Generally, Karangantu and Pulau Dua mangroves had higher potency of
activity rate (Vmax and Km) of anaerobic bacteria in NO3- reduction than that of
aerobic bacteria in NH3 oxidation. Potency of activity rate (Vmax) in NH3 oxidation
and NO3- reduction of Karangantu mangrove sediments was lower than that of
Pulau Dua mangrove sediments.
Keywords: activity rate, bacteria, benthic fluxes, mangrove sediment,
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
FLUKS BENTIK DAN POTENSI LAJU AKTIVITAS BAKTERI
TERKAIT SIKLUS NITROGEN PADA SEDIMEN PERAIRAN
MANGROVE KARANGANTU DAN PULAU DUA, BANTEN
ALIATI ISWANTARI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Perairan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi Pembimbing pada Ujian Tesis: Dr Ir Hefni Effendi, MPhil
Judul Tesis : Fluks Bentik dan Potensi Laju Aktivitas Bakteri Terkait Siklus
Nitrogen pada Sedimen Perairan Mangrove Karangantu dan Pulau
Dua, Banten
Nama
: Aliati Iswantari
NRP
: C251100031
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Yusli Wardiatno, MSc
Ketua
Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, MSi
Anggota
Dr Ir Iman Rusmana, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Pengelolaan Sumberdaya
Perairan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Sigid Hariyadi, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 11 Juni 2014
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan dengan baik. Tema
yang dipilih pada penelitian ini adalah mengenai fluks bentik dan potensi laju
aktivitas bakteri yang terkait dengan siklus N di area sedimen perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua, Banten. Sejauh pengetahuan Penulis, penelitian
dengan tema tersebut belum pernah dilakukan di kedua lokasi tersebut. Oleh
karena itu, Penulis sangat tertarik untuk melaksanakan penelitian ini.
Penelitian ini dapat diselesaikan dengan bantuan dan dukungan dari semua
pihak. Oleh karena itu, terimakasih Penulis sampaikan kepada:
1. Institut Pertanian Bogor (IPB) atas kesempatan dan fasilitas pendidikan yang
diberikan selama masa studi.
2. Dr Ir Enan M. Adiwilaga selaku Ketua Program Studi SDP untuk tahun studi
2010-2013 dan Dr Ir Sigid Hariyadi, MSc selaku Ketua Program Studi SDP
untuk tahun studi 2014-2017 yang telah membantu kelancaran studi Penulis.
3. Dr Ir Yusli Wardiatno, MSc, Dr Ir Niken T. M. Pratiwi, MSi, dan Dr Ir Iman
Rusmana, MSi selaku dosen komisi pembimbing yang selama ini telah
banyak memberikan bimbingan dan bantuan.
4. Dr Ir Hefni Effendi, MPhil selaku dosen penguji tesis dan Dr Ir Ridwan
Affandi, DEA selaku dosen penguji dari program studi yang telah
memberikan masukan dan saran kepada Penulis.
5. Seluruh keluarga, terutama kedua orang tua, Bapak, Mamah, serta Bapak dan
Ibu; suami (Vitas Atmadi Prakoso), adik dan kakak (Icha, Zaky, Kamil, Mba
Vivin, Mas Dharma), Bi Engkur dan Om Oman atas segala do’a, semangat
dan kasih sayangnya kepada Penulis, sehingga Penulis dapat terus berjuang
dan menyelesaikan tesis ini.
6. Bakrie Center Foundation (BCF) atas beasiswa selama satu tahun masa studi
yang sangat membantu Penulis dalam pendanaan penelitian.
7. Pak Udin Pulau Dua, Pak Dayat, Reza, Antri, Mas Saiful, Ahmad, Kak Apri,
Fajar, Lutfi, Arif, Mba Yessi, Mas Adon, Genta, dan Dede yang telah
membantu Penulis selama penelitian, baik di lapang maupun di laboratorium.
8. Staf Laboratorium Produktivitas dan Lingkungan Perairan, Departemen
Manajemen Sumber Daya Perairan IPB (Bu Maya, Bu Anna, Bu Siti, Kak
Rila, Mba Inna, Erry, Nalendra, Zahra, dan Gesti) dan staf Laboratorium
Mikrobiologi, Departemen Biologi IPB (Pak Jaka, Bu Heni, dan Mas Aldian)
atas segala bantuan yang diberikan.
9. Teman-teman seperjuangan SDP (Rahmi, Dyah, Kak Anti, Kak Sri, Kak
Moni, Mba Iah, Pak Darwin, Robin, Pak Gema, dan Alim), teman-teman Lab.
Mikro (Sari, Andri, Lisma, Antri, Mafri, Dhyah, Ukhin, Randy, Irene, Fadhil,
Lili, Yani, Icha, Zahra, MJ, dan Agus), serta teman-teman lainnya yang tidak
dapat disebutkan satu per satu atas pertemanan dan bantuan yang diberikan.
Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Terimakasih.
Bogor, Agustus 2014
Aliati Iswantari
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
2 METODE
Waktu dan Tempat
Metode Kerja
Pengambilan contoh air dan sedimen
Pengukuran fluks gas bentik
Pengukuran fluks N bentik
Pengujian sediment-slurry
Analisis Data
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Karakteristik air dan sedimen
Kelimpahan bakteri
Profil nutrien pada air pori sedimen
Fluks N bentik
Fluks gas N2O dan CO2
Laju aktivitas oksidasi NH3 dan reduksi NO3Laju aktivitas maksimum (Vmax) dan Km
Pembahasan
4 KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vi
vi
vi
1
1
2
3
3
3
3
4
4
5
7
8
8
8
8
9
10
11
12
12
12
14
21
21
21
21
25
48
DAFTAR TABEL
1 Modifikasi sumber C dan N pada media tumbuh kelompok bakteri
aerob dan anaerob
2 Karakteristik air di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
3 Karakteristik sedimen di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
4 Potensi laju aktivitas bakteri maksimum (Vmax) dan konstanta Michaelis
(Km) pada sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
5 Nilai rata-rata fluks N bentik dari beberapa hasil penelitian di beberapa
lokasi
6 Ringkasan dan ulasan hasil analisis parameter-parameter utama dalam
penelitian ini
6
8
9
13
17
20
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir pendekatan masalah dalam penelitian
2 Peta lokasi penelitian di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua,
Banten
3 Perancangan perlakuan penambahan NH4Cl dan NaNO3 pada pengujian
sediment-slurry
4 Kelimpahan bakteri rata-rata dari kelompok bakteri a) AOB, b) NOB,
c) denitrifikasi, d) DNRA, dan e) amonifikasi di sedimen perairan
mangrove Karangantu dan Pulau Dua
5 Profil NH3-N, NO2-N, dan NO3-N rata-rata dari air dan air pori sedimen
perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
6 Hubungan nilai fluks N bentik dengan konsentrasi NH3-N, NO2-N, dan
NO3-N awal di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
7 Fluks gas a) N2O dan b) CO2 rata-rata di perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua
8 Laju aktivitas bakteri rata-rata dalam oksidasi NH3 , pembentukan NO2-,
dan pembentukan NO3-, pada pengujian sediment-slurry aerobik pada
sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
9 Laju aktivitas bakteri rata-rata dalam reduksi NO3-, pembentukan NO2-,
dan pembentukan NH3 pada pengujian sediment-slurry anaerobik pada
sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
3
4
7
10
11
11
12
13
14
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
Kondisi area mangrove Karangantu
Kondisi area mangrove Pulau Dua
Pengambilan contoh sedimen dan air dekat dasar di perairan mangrove
Parameter yang diamati dalam penelitian
Pengukuran fluks gas bentik
Pengukuran fluks N bentik
Media untuk analisis kelimpahan bakteri nitrifikasi (AOB dan NOB)
(Modifikasi Bhaskar dan Charyulu 2005)
8 Media untuk analisis kelimpahan bakteri denitrifikasi, DNRA, dan
amonifikasi (Modifikasi Rusmana 2007)
25
25
26
26
27
27
28
28
9 Pengujian keberadaan bakteri aerob dan anaerob (menggunakan plate
tetes) terkait siklus N di sedimen
10 Pengujian sediment-slurry
11 Hasil analisis NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada pengujian sedimentslurry aerobik dan anaerobik
12 Hasil uji t antarkelimpahan kelompok bakteri pada air dan sedimen
strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove Karangantu (KA)
13 Hasil uji t antarkelimpahan kelompok bakteri pada air dan sedimen
strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove Pulau Dua (PD)
14 Hasil uji t perbandingan antarkelimpahan masing-masing kelompok
bakteri pada air dan sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan
mangrove Karangantu (KA) dan Pulau Dua (PD)
15 Hasil uji t antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air pori
sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove
Karangantu (KA)
16 Hasil uji t antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air pori
sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan mangrove Pulau
Dua (PD)
17 Hasil uji t perbandingan antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N
pada air pori sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm di perairan
mangrove Karangantu (KA) dan Pulau Dua (PD)
18 Hasil uji t antarfluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di perairan mangrove
Karangantu (KA)
19 Hasil uji t antarfluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di perairan mangrove
Pulau Dua (PD)
20 Hasil uji t perbandingan antarfluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di
perairan mangrove Karangantu (KA) dan Pulau Dua (PD)
29
29
30
31
35
39
42
43
44
46
47
47
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mangrove merupakan vegetasi yang tumbuh di daerah pesisir yang memiliki
peranan penting. Ekosistem mangrove memiliki berbagai fungsi ekologis seperti
sebagai daerah asuhan, daerah mencari makan, dan daerah pemijahan berbagai
jenis biota laut (Bengen 2001). Ekosistem mangrove juga berfungsi sebagai
pelindung pesisir dari erosi, ombak, dan perangkap sedimen (Bengen 2001) serta
menjadi penyumbang (sumber) nutrien terutama dalam bentuk nitrogen (N) ke
ekosistem pesisir. Tingginya guguran dari mangrove, degradasi, dan
remineralisasinya menjadi salah satu faktor yang berkontribusi terhadap tingginya
kandungan nutrien di sedimen mangrove (Silva et al. 2007).
Ekosistem mangrove menyediakan relung ekologis untuk mikroorganisme
yang memiliki peran beragam dalam daur ulang nutrien (Sahoo dan Dhal 2008).
Mikroorganisme yang berperan dalam siklus N di sedimen perairan, di antaranya
adalah bakteri nitrifikasi seperti AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria) dan NOB
(Nitrite Oxidizing Bacteria), bakteri denitrifikasi, bakteri anammox (anaerobic
ammonium oxidation), bakteri DNRA (dissimilatory nitrate reduction to
ammonium), dan bakteri amonifikasi (Canavan et al. 2007; Zhu et al. 2010;
Rajendran 2011). Adanya aktivitas mikroorganisme turut berperan dalam fluks
nutrien bentik-pelagis di sedimen selain peran dari proses bioturbasi dan bioirigasi
oleh organisme bentik (Tuominen et al. 1999; Volkenborn et al. 2007).
Sumber N di perairan mangrove salah satunya dapat diperoleh melalui
mekanisme fluks bentik. Fluks bentik menggambarkan aktivitas aktual bakteri
terkait kontribusinya terhadap penambahan dan pengurangan N di air dekat dasar
(overlying water). N yang bersumber dari mekanisme fluks bentik memiliki
kontribusi yang besar bagi kebutuhan N fitoplankton bentik dan pelagis di
perairan mangrove dan pesisir. Dengan demikian, secara tidak langsung fluks
bentik memiliki peran terhadap produktivitas suatu perairan. Menurut Howarth
dan Marino (2006), nitrogen (N) merupakan faktor pembatas yang kritis untuk
produktivitas primer dalam sistem pesisir.
Kemampuan bakteri dalam memanfaatkan N dapat dicerminkan oleh nilai
potensi laju aktivitas bakteri. Potensi laju aktivitas dapat diduga berdasarkan
parameter Vmax dan Km. Metode penentuan Vmax dan Km dengan formula
Michaelis-Menten telah banyak digunakan dalam bidang biokimia (Ritchie dan
Prvan 1996). Vmax merupakan laju aktivitas maksimum yang dapat dicapai bakteri
dalam mengoksidasi maupun mereduksi N. Km dapat diartikan sebagai konsentrasi
yang dibutuhkan untuk memicu agar bakteri dapat melakukan aktivitas.
Perairan mangrove Karangantu dan Cagar Alam Pulau Dua merupakan
ekosistem perairan mangrove yang terdapat di Teluk Banten. Kajian tentang fluks
N bentik dan potensi laju aktivitas bakteri di perairan mangrove Karangantu dan
Pulau Dua belum pernah dilaporkan. Penelitian mengenai fluks bentik dan potensi
laju aktivitas bakteri dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan informasi awal
mengenai peran sedimen di perairan mangrove sebagai salah satu sumber
masukan N bagi ekosistem pesisir.
2
Perumusan Masalah
Perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua memiliki kesamaan vegetasi
dominan, yaitu genus Rhizopora sp. Namun mangrove di perairan mangrove
Karangantu merupakan campuran antara ekosistem mangrove alami dan buatan
dengan umur pohon yang muda, sedangkan mangrove di perairan mangrove Pulau
Dua merupakan ekosistem mangrove alami dan didominasi pohon yang sudah
berumur tua. Lokasi perairan mangrove Karangantu langsung berhadapan dengan
aktivitas antropogenik (aktivitas pelabuhan dan rumah tangga), sedangkan
ekosistem mangrove Pulau Dua relatif jauh dari aktivitas manusia. Oleh karena itu,
kedua ekosistem mangrove tersebut diduga memiliki komunitas mikrobial
sedimen yang berbeda.
Mikroorganisme yang ada di sedimen memiliki peranan dalam
pendegradasian bahan organik dan pemanfaatan bahan anorganik, baik yang
bersumber dari dalam maupun luar ekosistem. Pada ekosistem mangrove, N
merupakan salah satu unsur penting dalam siklus nutrien yang dihasilkan dari
adanya aktivitas mikroorganisme.
Pada umumnya, siklus N di sedimen lebih dominan terjadi akibat adanya
aktivitas mikroorganisme anaerob. Bila kondisi sedimen dan perairan dekat
sedimen bersifat aerobik, maka mikroorganisme aerob juga ikut berperan dalam
siklus N. Mikroorganisme yang berperan dalam siklus N terbagi atas kelompok
bakteri aerob, fakultatif anaerob, dan obligat anaerob. Kelompok bakteri aerob
tersebut adalah bakteri nitrifikasi AOB dan NOB, sedangkan kelompok bakteri
yang tergolong fakultatif anaerob adalah kelompok bakteri denitrifikasi, DNRA,
dan amonifikasi. Selanjutnya kelompok bakteri yang bersifat obligat anaerob yaitu
kelompok bakteri anammox. Anammox diketahui merupakan salah satu jalur
dalam siklus N yang memanfaatkan NO2- sebagai akseptor elektron (Li et al.
2009). Namun, kajian untuk kelompok bakteri anammox tidak disertakan dalam
penelitian ini. Hal ini dikarenakan pada umumnya NO2-, yang dibutuhkan sebagai
akseptor elektron, hanya tersedia dalam jumlah yang sangat sedikit di perairan
mangrove.
Aktivitas bakteri yang terkait siklus N berperan dalam dinamika N di air
dekat dasar dan sedimen. Dinamika N dapat berupa penambahan maupun
pengurangan N melalui proses oksidasi dan reduksi oleh bakteri di sedimen dan
air dekat dasar. Dinamika ini disebut fluks N bentik. Fluks N bentik
menggambarkan aliran N anorganik di sedimen dan air dekat dasar pada kondisi
aktual, sehingga dapat diketahui sumbangan N dari dasar ke kolom air dan
sebaliknya. Fluks N bentik dipengaruhi oleh berbagai faktor, di antaranya
aktivitas mikroorganisme, fisika-kimia lingkungan, dan aktivitas organisme bentik.
Kemampuan bakteri dalam melakukan aktivitas dapat diketahui dari nilai potensi
laju aktivitas. Potensi ini dapat diduga melalui parameter kinetika enzim, yaitu
Vmax dan Km. Kajian mengenai fluks N bentik sebagai hasil dari adanya aktivitas
bakteri dan kajian mengenai potensi laju aktivitas bakteri dilakukan dalam
penelitian ini. Pendekatan masalah dalam penelitian ini disajikan pada Gambar 1.
3
Air dan sedimen
perairan mangrove
Fluks N bentik
Fluks gas bentik
Kelompok bakteri
terkait siklus N
Aerob: nitrifikasi AOB
dan NOB
Anaerob: denitrifikasi,
DNRA, dan amonifikasi
Apakah ada
pemanfaatan
oleh bakteri?
+
Kelimpahan
dan aktivitas
bakteri
-
Potensi laju
aktivitas bakteri
Faktor lingkungan:
Ketersediaan senyawa
organik (C dan N organik)
dan senyawa anorganik
(NH3, NO2-, dan NO3-)
Gambar 1. Diagram alir pendekatan masalah dalam penelitian ini
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Menganalisis fluks bentik (NH3-N, NO2-N, dan NO3-N) yang terkait dengan
siklus N di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua, Banten.
2. Menganalisis potensi laju aktivitas bakteri dalam mengoksidasi NH3 dan
mereduksi NO3- pada sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua,
Banten.
2 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada bulan Januari 2013 hingga Januari 2014.
Pengambilan contoh air dekat dasar dan sedimen dilakukan di area perairan
mangrove yang selalu tergenang, yaitu di Karangantu bagian barat dan Cagar
Alam Pulau Dua bagian barat (Gambar 2, Lampiran 1 dan 2). Contoh air dan
sedimen untuk masing-masing lokasi diambil dari tiga titik sebagai ulangan.
Pengukuran fluks bentik dan sediment-slurry dilakukan di Laboratorium
Mikro Lantai 3, Bagian Produktivitas dan Lingkungan Perairan, Departemen MSP,
FPIK IPB. Analisis nutrien dan kelimpahan bakteri dilakukan di Laboratorium
Mikro, Departemen Biologi, FMIPA IPB. Analisis parameter fisika dan kimia
sedimen dilakukan di Balai Penelitian Tanah, Badan Penelitian dan
Pengembangan Pertanian, Bogor. Analisis gas dilakukan di Laboratorium Gas
Rumah Kaca, Balai Penelitian Lingkungan Pertanian, Jaken, Pati, Jawa Tengah.
Metode Kerja
Penelitian ini terbagi menjadi beberapa tahap, yaitu pengambilan contoh air
dan sedimen serta pengukuran fluks gas di lapang, pengukuran fluks N bentik dan
4
pengujian sediment-slurry di laboratorium, serta kegiatan analisis contoh di
laboratorium. Tahapan penelitian yang dilakukan diuraikan sebagai berikut.
Gambar 2. Peta lokasi penelitian di perairan mangrove Karangantu dan
Pulau Dua, Banten
Pengambilan contoh air dan sedimen
Pengambilan contoh air dekat dasar (kedalaman air kurang dari 30 cm) dan
sedimen untuk pengukuran fluks bentik dilakukan dengan menggunakan acrylic
sediment core dan karet penutup berdiameter 1,4 inchi (Lampiran 3a dan b).
Sedimen diambil hingga kedalaman 15 cm dari permukaan sedimen. Penentuan
ini didasarkan pada hasil penelitian mengenai profil nutrien di sedimen estuari
yang menunjukkan bahwa pada kedalaman 15 cm, profil nutrien sudah mulai
konstan (Rusmana 2005). Pengambilan contoh sedimen untuk pengujian
sediment-slurry dilakukan dengan menggunakan sediment core berupa paralon
dan penutup paralon (dop) berdiameter 3 inchi. Pengambilan contoh air yang
disimpan dalam jerigen berukuran ±20 L juga dilakukan untuk penggantian air
dekat dasar dan perendaman acrylic sediment core pada pengukuran fluks bentik.
Selanjutnya seluruh contoh disimpan di dalam wadah dengan suhu ±4oC.
Pengukuran beberapa parameter lingkungan di air, seperti suhu, pH,
salinitas, dan oksigen terlarut (dissolved oxygen/DO) dilakukan secara in situ.
Pengambilan contoh air dilakukan untuk analisis NH3-N, NO2-N, BOD5 (Eaton et
al. 2005), dan NO3-N (Rand et al. 1979). Pengambilan contoh sedimen dilakukan
untuk analisis pH, rasio C/N, dan tekstur sedimen. Parameter yang dianalisis
dalam penelitian ini disajikan selengkapnya pada Lampiran 4.
Pengukuran fluks gas bentik
Pengukuran fluks gas dilakukan secara in situ di perairan mangrove.
Pengukuran fluks gas dilakukan menggunakan alat berupa sungkup berbentuk
silinder dengan diameter 23 cm yang dilengkapi dengan kipas untuk
menghomogenkan udara (Lampiran 5). Prosedur pengukuran fluks gas yang
dilakukan adalah sebagai berikut. Sungkup ditancapkan pada sedimen perairan
mangrove, kipas dinyalakan, dan alat tersebut diinkubasi selama tiga jam. Contoh
udara diambil pada jam ke-0 (t0) dan jam ke-3 (t3). Contoh udara diambil dan
dimasukkan ke dalam botol menggunakan syringe. Selanjutnya analisis contoh
5
udara dilakukan terhadap parameter gas N2O dan CO2. Hasil analisis tersebut
digunakan untuk menghitung nilai fluks gas N2O dan CO2. Penghitungan fluks gas
N2O dan CO2 dilakukan menggunakan formula berikut (Lantin et al. 1995 in
Wihardjaka 2010).
dC Vch Wm
273,2
F=
×
×
×
dt Ach Vm 273,2+T
Keterangan :
F
= fluks gas N2O (µg m-2 jam-1) dan fluks gas CO2 (mg m-2 jam-1)
dC/dt = perbedaan konsentrasi N2O per waktu (ppb jam-1) dan perbedaan
konsentrasi CO2 per waktu (ppm jam-1)
Vch
= volume sungkup (m3)
Ach
= luas sungkup (m2)
Wm
= berat molekul N2O (mg), berat molekul CO2 (mg)
Vm
= volume molekul (m3)
T
= suhu rata-rata selama pengambilan contoh (oC)
Pengukuran fluks N bentik
Pengukuran dilakukan pada contoh air dekat dasar dan sedimen yang sudah
diambil dari kedua lokasi dengan menggunakan acrylic sediment core.
Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui fluks N yang terjadi antara air dekat
dasar dan sedimen dengan menggunakan metode inkubasi di laboratorium.
Prosedur pengukuran fluks N bentik yang dilakukan adalah sebagai berikut.
Air dalam acrylic sediment core diganti dengan air dari perairan mangrove yang
telah disiapkan dalam jerigen. Penggantian air dekat dasar pada acrylic sediment
core dengan air tersebut dilakukan untuk meminimalisir perubahan konsentrasi
nutrien yang terjadi akibat adanya kontak antara air dan sedimen. Selanjutnya
bagian atas dari acrylic sediment core tersebut ditutup dengan penutup karet yang
sudah dipasangkan magnetic stirrer yang berfungsi untuk menghomogenkan air
(Lampiran 6a). Selanjutnya acrylic sediment core direndam dengan air dan
diinkubasi selama tiga jam (Lampiran 6b). Perendaman dilakukan untuk
menyesuaikan kondisi contoh air dan sedimen di dalam acrylic sediment core
dengan kondisi di lapang. Magnetic stirrer dinyalakan selama waktu inkubasi
tersebut. Pengambilan contoh air dilakukan pada waktu t0 dan t3. Contoh air
diambil menggunakan syringe, diawetkan dengan HgCl2, dan selanjutnya
dilakukan analisis NH3-N, NO2-N, serta NO3-N. Hasil analisis tersebut digunakan
untuk menghitung nilai fluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N yang terjadi antara air
dekat dasar dan sedimen. Fluks N bentik dihitung menggunakan formula sebagai
berikut (Ferguson et al. 2004).
BF =
( [ Ct1 -Ct0 ] .V/SA)
T
Keterangan:
BF = fluks bentik (μmol m–2 h–1),
Ct0 = konsentrasi nutrien (μmol L–1) di air dekat dasar pada waktu awal,
Ct1 = konsentrasi nutrien (μmol L–1) di air dekat dasar pada waktu akhir,
V
= volume air di air dekat dasar (L) di wadah inkubasi,
SA = area permukaan sedimen (m2) di wadah inkubasi,
T
= waktu (h)
6
Kegiatan selanjutnya adalah analisis kandungan nutrien pada air pori
sedimen dan kelimpahan kelompok bakteri pada air dan sedimen yang digunakan
pada pengukuran fluks bentik. Sedimen yang digunakan untuk analisis kandungan
nutrien dan kelimpahan kelompok bakteri adalah sedimen yang telah dibagi
menjadi tiga strata kedalaman, yaitu sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm.
Pengekstrakan air pori sedimen dilakukan mengikuti metode Giesy et al. (1990)
dan Harkey et al. (1994) yang telah dimodifikasi. Analisis nutrien NH3-N, NO2-N,
dan NO3-N dilakukan setelah pengekstrakan. Selanjutnya penghitungan
kelimpahan kelompok bakteri dilakukan dengan menggunakan metode MPN
(Most Probable Number). Penghitungan dilakukan pada lima kelompok bakteri,
baik yang bersifat aerob maupun anaerob. Kelompok bakteri yang bersifat aerob,
yaitu kelompok bakteri nitrifikasi AOB dan NOB serta kelompok bakteri yang
bersifat anaerob, yaitu kelompok bakteri denitrifikasi, DNRA, dan amonifikasi.
Penghitungan kelimpahan kelompok bakteri dilakukan dengan
menumbuhkan bakteri yang terdapat pada contoh air dekat dasar dan sedimen di
dalam media cair. Media untuk menumbuhkan kelompok bakteri aerob dibuat
mengikuti Bhaskar dan Charyulu (2005) dan media untuk menumbuhkan
kelompok bakteri anaerob dibuat mengikuti Rusmana (2007). Media tumbuh
tersebut dibuat dengan memodifikasi sumber C dan N (Tabel 1). Bahan-bahan
untuk membuat media tersebut disajikan pada Lampiran 7 dan 8. Pengkondisian
anaerobik pada media untuk kelompok bakteri yang bersifat anaerob dilakukan
dengan metode OFN (Oxygen Free Nitrogen) (Widiyanto 2006).
Tabel 1. Modifikasi sumber C dan N pada media tumbuh
kelompok bakteri aerob dan anaerob
Sumber
Sumber
Nitrogen
Kelompok Bakteri
Karbon
(C)
(N)
Aerob
Nitrifikasi (AOB)
CO3
NH3
Nitrifikasi (NOB)
CO3
NO2Anaerob
Denitrifikasi
Asetat
NO3DNRA
Glukosa
NO3Amonifikasi
Glukosa
Pepton
Prosedur penghitungan kelimpahan kelompok bakteri yang dilakukan adalah
sebagai berikut. Penumbuhan kelima kelompok bakteri tersebut dilakukan dengan
menginokulasikan contoh air sebanyak 1 mL atau contoh sedimen sebanyak 1
gram ke masing-masing media. Selanjutnya media berisi contoh tersebut
diinkubasi selama lima hari untuk kelompok bakteri yang bersifat aerob dan tiga
hari untuk kelompok bakteri yang bersifat anaerob. Pengujian keberadaan
kelompok bakteri dilakukan setelah masa inkubasi. Keberadaan kelompok bakteri
AOB dan denitrifikasi diuji berdasarkan pembentukan NO2, keberadaan kelompok
bakteri NOB diuji berdasarkan pereduksian NO2, serta keberadaan kelompok
bakteri DNRA dan amonifikasi diuji berdasarkan pembentukan NH3 pada media
(Lampiran 9). Hasil dari pengujian keberadaan kelompok bakteri dianalisis
dengan menggunakan perangkat lunak MPN Calculator, Build 23 untuk
mendapatkan nilai kelimpahan kelompok bakteri.
7
Pengujian sediment-slurry
Pengujian sediment-slurry dilakukan pada contoh sedimen untuk
mengetahui potensi laju aktivitas bakteri (Oremland et al. 1984) dalam
memanfaatkan sumber N. Perlakuan yang diberikan adalah penambahan N ke
dalam sediment-slurry.
Sediment-slurry disiapkan dari contoh sedimen yang dicampur dengan air
laut buatan. Penyiapan tersebut dilakukan terhadap fragmen contoh sedimen dari
masing-masing lokasi, yaitu sedimen strata 0-5, 6-10, dan 11-15 cm. Terdapat dua
perlakuan, yaitu sediment-slurry aerobik dengan penambahan NH4Cl untuk
mengetahui oksidasi NH3 oleh bakteri yang bersifat aerob dan sediment-slurry
anaerobik dengan penambahan nutrien NaNO3 untuk mengetahui reduksi NO3oleh bakteri yang bersifat anaerob (Runcie et al. 2003). Konsentrasi nutrien
NH4Cl dan NaNO3 yang ditambahkan dalam perlakuan adalah 0, 100, 300, 500,
800, dan 1000 µM. Hal ini mengacu pada Runcie et al. (2003) yang menyatakan
bahwa pada umumnya konsentrasi nutrien untuk pengujian sediment-slurry
berkisar antara 1-1200 µM. Rancangan perlakuan pada pengujian sediment-slurry
disajikan pada Gambar 3.
Strata
0-5 cm
Strata
6-10 cm
100 300 500 800 1000
NH4Cl (µM)
Strata
11-15 cm
100 300 500 800 1000
0
Tanpa nutrien (µM)
NaNO3 (µM)
Gambar 3. Perancangan perlakuan penambahan NH4Cl dan NaNO3 pada
pengujian sediment-slurry
Prosedur pengujian sediment-slurry yang dilakukan adalah sebagai berikut.
Sediment-slurry disiapkan dari pencampuran contoh sedimen dari masing-masing
strata sedimen dan air laut buatan dengan perbandingan 1:3. Pencampuran
dilakukan di dalam gelas piala dengan volume 500 mL. Selanjutnya sedimentslurry dipindahkan dengan menggunakan syringe berukuran volume 25 mL ke
botol-botol pengujian, yaitu botol kaca berpenutup karet dengan volume ±70 mL.
Sediment-slurry yang telah disiapkan dalam botol pengujian sudah bersifat aerob
sehingga dapat digunakan secara langsung untuk perlakuan sediment-slurry
aerobik, sedangkan untuk perlakuan sediment-slurry anaerobik dikondisikan
anaerob terlebih dahulu dengan menggunakan metode OFN. Selanjutnya,
sejumlah konsentrasi nutrien NH4Cl dan NaNO3 sesuai dengan rancangan
perlakuan dimasukkan ke dalam botol pengujian. Perlakuan sediment-slurry
aerobik dan anaerobik kemudian diinkubasi dan digoyang selama tiga jam
(Lampiran 10a, b, dan c). Sediment-slurry diawetkan menggunakan HgCl2 setelah
diinkubasi. Selanjutnya, analisis kandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N
dilakukan pada sediment-slurry sebagaimana analisis yang dilakukan pada nutrien
air pori sedimen (Lampiran 11).
8
Potensi laju aktivitas bakteri dalam mengoksidasi NH3 dan mereduksi NO3ditentukan melalui penghitungan nilai Vmax dan Km. Penghitungan Vmax dan K m
dilakukan menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten, plot LineweaverBurk “double reciprocal” dengan rumus sebagai berikut (Dowd dan Riggs 1965).
( 1⁄v) = ( 1⁄Vmax ) + ( Km ⁄Vmax ) 1⁄Cs
Keterangan:
v
= laju aktivitas (µmol jam-1 gram sedimen-1)
Cs
= konsentrasi substrat (µM)
Vmax = laju aktivitas maksimum (µmol jam-1 gram sedimen-1)
Km
= konstanta Michaelis atau konsentrasi saat ½ Vmax (µM)
Nilai Vmax dan Km ditentukan menggunakan persamaan yang didapatkan
dari analisis regresi linier. Analisis regresi linier dilakukan terhadap 1/v sebagai
sumbu y dan 1/Cs sebagai sumbu x.
Analisis Data
Analisis data secara statistika dilakukan dengan uji t. Uji t dilakukan untuk
mengetahui signifikansi perbedaan nilai tengah antarkelimpahan kelompok bakteri
serta antarkandungan NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada air dan strata sedimen di
perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua dan antarkedua lokasi tersebut. Uji
t juga dilakukan untuk mengetahui signifikansi perbedaan nilai tengah antarfluks
NH3-N, NO2-N, dan NO3-N pada perairan mangrove di masing-masing lokasi dan
antarkedua lokasi tersebut.
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Karakteristik air dan sedimen
Karakteristik air dan sedimen dari perairan mangrove Karangantu dan Pulau
Dua disajikan pada Tabel 2 dan 3. Berdasarkan Tabel 2 diketahui bahwa perairan
mangrove Karangantu dan Pulau Dua memiliki salinitas, pH, dan suhu yang
relatif tidak jauh berbeda. Selanjutnya kandungan DO dan BOD5 di perairan
mangrove Karangantu lebih rendah dari Pulau Dua.
Tabel 2. Karakteristik air di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
Lokasi
Parameter
Karangantu
Pulau Dua
Suhu (oC)
27,0-27,6
26,6-28,8
Salinitas (psu)
25,0-29,0
26,0-27,0
pH
8,00±0,00
8,00±0,00
DO (mg L-1)
0,88±0,06
0,66±0,06
BOD5 (mg L-1)
2,16±0,25
6,04±2,49
9
Berdasarkan Tabel 3 diketahui bahwa sedimen di perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua memiliki pH yang relatif sama. Persentase kandungan
C dan N organik pada sedimen perairan mangrove Karangantu lebih rendah dari
Pulau Dua. Kandungan C dan N organik pada sedimen di kedua lokasi tersebut
cenderung meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman. Rasio C/N pada
sedimen berkisar antara 10-11.
Tabel 3. Karakteristik sedimen di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
Lokasi
Kedalaman
Parameter
(cm)
Karangantu
Pulau Dua
0-5
8,22
8,17
pH
6-10
8,31
8,21
11-15
8,36
8,27
0-5
0,99
3,25
C organik (%)
6-10
1,40
3,69
11-15
1,09
4,89
0-5
0,09
0,31
6-10
0,13
0,35
N organik (%)
11-15
0,11
0,45
0-5
10
11
6-10
10
11
Rasio C/N
11-15
11
10
0-5
Lempung berdebu
Lempung berdebu
Tipe sedimen
6-10
Lempung berdebu
Lempung berdebu
11-15
Lempung berdebu
Lempung berdebu
Kelimpahan bakteri
Kelimpahan bakteri di air dan sedimen di perairan mangrove Karangantu
dan Pulau Dua disajikan pada Gambar 4a-e. Berdasarkan Gambar 4a dan b
diketahui bahwa kelimpahan kelompok bakteri nitrifikasi AOB dan NOB tertinggi
di kedua lokasi terdapat pada sedimen strata 0-5 cm yang kemudian menurun pada
strata sedimen yang lebih dalam. Berdasarkan Gambar 4c dan d diketahui bahwa
kelimpahan kelompok bakteri denitrifikasi pada air dan sedimen di kedua lokasi
lebih tinggi dari kelimpahan kelompok bakteri DNRA. Selanjutnya kelompok
bakteri amonifikasi pada kedua lokasi diketahui mendominasi kelompok bakteri
lainnya (Gambar 4e).
Berdasarkan hasil uji t diketahui bahwa kelimpahan kelompok bakteri aerob
AOB pada air dan sedimen di perairan mangrove Karangantu secara nyata lebih
tinggi dari NOB (Lampiran 12a). Selanjutnya, kelimpahan kelompok bakteri
anaerob denitrifikasi pada air dan sedimen di perairan mangrove Karangantu
secara nyata lebih tinggi dari DNRA (Lampiran 12b). Secara umum, kelimpahan
kelompok bakteri anaerob amonifikasi pada sedimen di perairan mangrove
Karangantu secara nyata lebih tinggi dari kelompok bakteri lainnya (Lampiran
12c, d, e, dan f). Selanjutnya kelimpahan kelompok bakteri aerob AOB pada
sedimen di perairan mangrove Pulau Dua strata 6-10 dan 11-15 cm secara nyata
lebih tinggi dari NOB (Lampiran 13a). Kelimpahan kelompok bakteri anaerob
denitrifikasi pada air dan sedimen di perairan mangrove Pulau Dua secara nyata
lebih tinggi dari DNRA (Lampiran 13b). Kelimpahan kelompok bakteri
10
amonifikasi pada sedimen di perairan mangrove Pulau Dua secara nyata lebih
tinggi dari kelompok bakteri lainnya (Lampiran 13c, d, e, dan f). Berdasarkan
hasil uji t diketahui bahwa kelimpahan masing-masing kelompok bakteri AOB,
NOB, denitrifikasi, DNRA, dan amonifikasi pada air dan sedimen di perairan
mangrove Karangantu tidak berbeda nyata dengan Pulau Dua (Lampiran 14a, b, c,
dan d).
kelimpahan bakteri NOB
(air-MPNx102 mL-1)
(sedimen-MPNx102 gram-1)
kelimpahan bakteri AOB
(air-MPNx102 mL-1)
(sedimen-MPNx102 gram-1)
35
a
35
30
25
20
15
10
5
1
b
30
25
20
15
10
5
1
0
0
air
0-5
6-10
air
11-15
10
c
kelimpahan bakteri DNRA
(air-MPNx102 mL-1)
(sedimen-MPNx102 gram-1)
kelimpahan bakteri denitrifikasi
(air-MPNx10 5 mL-1 )
(sedimen-MPNx10 5 gram-1 )
10
8
6
4
2
0
6-10
11-15
d
8
6
2
0
air
0-5
6-10
11-15
strata air-sedimen (cm)
kelimpahan bakteri amonifikasi
(air-MPNx107 mL-1)
(sedimen-MPNx107 gram-1)
0-5
strata air-sedimen (cm)
strata air-sedimen (cm)
10
8
6
4
2
air
0-5
6-10
11-15
strata air-sedimen (cm)
e
Keterangan:
Karangantu
Pulau Dua
0,4
0
air
0-5
6-10
11-15
strata air-sedimen (cm)
Gambar 4. Kelimpahan rata-rata dari kelompok bakteri a) AOB, b) NOB, c)
denitrifikasi, d) DNRA, dan e) amonifikasi di sedimen perairan
mangrove Karangantu dan Pulau Dua
Profil nutrien pada air pori sedimen
Berdasarkan Gambar 5a dan b diketahui bahwa kandungan NH3-N semakin
tinggi seiring dengan bertambahnya kedalaman. Kandungan NH3-N di air
mangrove Karangantu dan Pulau Dua lebih rendah dari sedimen. Berdasarkan
hasil uji t diketahui bahwa kandungan NH3-N pada air pori sedimen strata 0-5, 610, dan 11-15 cm di kedua lokasi secara nyata lebih tinggi dari kandungan NO2-N
dan NO3-N (Lampiran 15a dan b, serta 16a dan b). Kandungan NH3-N pada air
11
pori sedimen di perairan mangrove Karangantu pada strata 6-10 dan 11-15 cm
berbeda nyata dengan Pulau Dua (Lampiran 17a, b, c, dan d).
Konsentrasi (mg/L)
Konsentrasi (mg/L)
0
10
20
0
30
10
15
Kedalaman (cm)
Kedalaman (cm)
air0
5
10
20
30
air0
Keterangan:
NH3-N
NO2-N
NO3-N
5
10
15
a
b
Gambar 5. Profil NH3-N, NO2-N dan NO3-N rata-rata dari air dan air pori sedimen
perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
120
100
80
60
40
20
0
-20 0
0.008
0.006
0.004
0.002
0
50
Konsentrasi awal (µM)
100
Fluks NO3-N
(μmol m–2 h –1)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5 0
-1
-1.5
0.01
Fluks NO2-N
(μmol m–2 h–1)
Fluks NH3-N
(μmol m–2 h–1)
Fluks N bentik
Berdasarkan hasil pengukuran fluks N bentik diketahui bahwa fluks N
bentik di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua bersifat fluktuatif
(Gambar 6). Fluks NH3-N, NO2-N, dan NO3-N di perairan mangrove Karangantu
bernilai negatif hingga positif. Fluks NH3-N dan NO2-N di perairan mangrove
Pulau Dua bernilai positif dan fluks NO3-N bernilai negatif hingga positif.
Gambar tersebut juga menunjukkan adanya perbedaan pola pengelompokan fluks
N bentik yang terjadi di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua.
-0.002 0
0.5
1
1.5
Konsentrasi awal (µM)
2
Keterangan:
Karangantu
Pulau Dua
5
10
Konsentrasi awal (µM)
Gambar 6. Hubungan nilai fluks N bentik dengan konsentrasi NH3-N, NO2-N, dan
NO3-N awal di perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
12
Berdasarkan hasil uji t diketahui bahwa fluks NH3-N di perairan mangrove
Karangantu secara nyata tidak lebih besar dari NO2-N dan NO3-N (Lampiran 18a
dan b), sedangkan fluks NH3-N di perairan mangrove Pulau Dua secara nyata
lebih besar dari NO2-N dan NO3-N (Lampiran 19a dan b). Selanjutnya,
berdasarkan uji t diketahui bahwa fluks NH3-N di perairan mangrove Karangantu
berbeda nyata dengan Pulau Dua (Lampiran 20).
Fluks gas N2O dan CO2
Berdasarkan Gambar 7a dan b dapat diketahui bahwa fluks gas N2O dan
CO2 memiliki pola yang berbeda. Fluks gas N2O di perairan mangrove
Karangantu bernilai negative, sedangkan di perairan mangrove Pulau Dua bernilai
positif. Selanjutnya fluks gas CO2 di perairan mangrove Karangantu bernilai
positif, sedangkan di perairan mangrove Pulau Dua bernilai negatif. Secara umum,
fluks gas N2O dan CO2 di perairan mangrove Karangantu lebih besar dari Pulau
Dua.
0.06
a
0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08
-0.1
-0.12
Fluks Gas CO2
(mg m-2 jam-1)
Fluks Gas N2O
(µg m-2 jam-1)
0.04
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
b
Keterangan:
Karangantu
Pulau Dua
Gambar 7. Fluks gas a) N2O dan b) CO2 rata-rata di perairan mangrove
Karangantu dan Pulau Dua
Laju aktivitas oksidasi NH3 dan reduksi NO3Berdasarkan Gambar 8a dan b diketahui bahwa laju aktivitas oksidasi oleh
bakteri pada sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua memiliki
pola yang hampir sama. Semakin tinggi konsentrasi NH3 yang ditambahkan,
semakin tinggi laju aktivitas oksidasi NH3 yang terjadi. Namun peningkatan laju
aktivitas oksidasi NH3 tidak diikuti dengan peningkatan laju aktivitas
pembentukan NO2- dan NO3-.
Berdasarkan Gambar 9a dan b diketahui bahwa laju aktivitas reduksi NO3oleh bakteri pada sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua
memiliki pola yang relatif sama. Semakin tinggi konsentrasi NO3- yang
ditambahkan, semakin tinggi laju aktivitas reduksi NO3- dan pembentukan NO2yang terjadi. Namun, laju aktivitas pembentukan NH3 cenderung mengalami
penurunan seiring dengan peningkatan laju aktivitas reduksi NO3-.
Laju aktivitas maksimum bakteri (Vmax) dan konstanta Michaelis (Km)
Nilai Vmax dan Km dari hasil pengujian sediment-slurry disajikan pada Tabel
4a dan b. Berdasarkan tabel tersebut diketahui bahwa Vmax dalam aktivitas reduksi
13
NO3- oleh bakteri di sedimen perairan mangrove Karangantu dan Pulau Dua lebih
tinggi dari aktivitas oksidasi NH3 pada setiap strata kedalaman sedimen.
Laju aktivitas
(µM jam-1)
500
400
a
300
200
100
0
0-5 cm
6-10 cm
11-15 cm
Konsentrasi NH4Cl yang ditambahkan (µM)
Laju aktivitas
(µM jam-1)
500
400
b
300
200
100
0
0-5 cm
6-10 cm
11-15 cm
Konsentrasi NH4Cl yang ditambahkan (µM)
Keterangan:
NO2-
NH3
NO3-
Gambar 8. Laju aktivitas bakteri rata-rata dalam oksidasi NH3, pembentukan NO2-,
dan pembentukan NO3-, pada pengujian sediment-slurry aerobik pada
sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
Tabel 4. Potensi laju aktivitas maksimum bakteri (Vmax) dan konstanta Michaelis
(Km) pada sedimen perairan mangrove a) Karangantu dan b) Pulau Dua
Oksidasi NH3
Reduksi NO3
a Strata
kedalaman
(cm)
0-5
6-10
11-15
b
Strata
kedalaman
(cm)
0-5
6-10
11-15
Vmax
(µmol jam-1 gram
sedimen-1)
16,95
24,39
27,78
Km
(µM)
p value
599,32
952,68
547,00
0,002
0,035