53
al.,1992, sehingga konsentrasi NH
4 +
bertambah. Meski demikian, NH
4 +
yang memiliki sifat tidak stabil Binnerup et al., 1992 akan terus mengalami perubahan
dalam sedimen, sehingga NH
4 +
hasil denitrifikasi tersebut langsung mengalami reaksi kembali menjadi NO
3 -
. Hal tersebut menjadi salah satu penyebab meningkatnya efflux NH
4 +
meskipun konsentrasi pada porewater menurun. Selain itu, pada bagian bawah liang bioturbasi, ekskresi NH
4 +
diduga mengalami peningkatan dan menjadi salah satu penyumbang efflux NH
4 +
yang terjadi Pelegri et al., 1994.
Selain faktor reaksi internal dan gradien konsentrasi, peningkatan efflux NH
4 +
yang terjadi secara vertikal juga disebabkan oleh ukuran liang bioturbasi yang makin kecil pada sedimen bagian dalam. Liang yang makin kecil
mengakibatkan porositas juga semakin kecil, sehingga NH
4 +
yang berikatan dengan partikel sedimen meningkat dan NH
4 +
terlarut menurun. Namun demikian aktifitas keluar masuk liang yang dilakukan oleh organisme mengakibatkan lebih
banyak NH
4 +
yang berikatan dengan sedimen terlepas Biles et al., 2002 ; O’Brien et al., 2009 dan menjadi bentuk terlarut pada porewater. Hal ini
mengakibatkan terjadi peningkatan gradien konsentrasi dan efflux NH
4 +
menjadi makin besar.
Perubahan aliran fluks terjadi pada PO
4 3-
, yaitu adanya influx pada box 1 hingga box 3 yang kemudian diikuti dengan efflux pada box selanjutnya.
Perubahan ini secara umum sesuai dengan konsentrasi PO
4 3-
Gambar 15 yang juga menunjukkan adanya peningkatan hingga kedalaman 5-7,5 cm dan
penurunan pada kedalaman selanjutnya. Box 3 antara kedalaman 5-7,5 cm merupakan box transisi yang ditunjukkan oleh yang influx makin menurun.
Perubahan-perubahan fluks ini diduga disebabkan karena adanya pengaruh kelimpahan mikroorganisme termasuk fitoplankton dan gradien konsentrasi
secara vertikal pada liang bioturbasi, namun pengaruh terbesar diduga diberikan oleh perubahan kelimpahan mikroorganisme tersebut. Dominasi pengaruh
pemanfaatan secara biologi terhadap fluks PO
4 3-
juga diungkapkan oleh Carlton dan Wetzel 1988.
4.4.2. Fluks Nutrien Pada Lokasi Non Bioturbasi
Fluks nutrien pada lokasi non bioturbasi dapat dilihat pada Gambar 19. Fluks NH
4 +
terjadi dengan kisaran nilai 0,030-0,321 mmol N m
-2
h
-1
, aliran NO
3 -
memiliki kisaran antara -0,022 sampai -0,406 mmol N m
-2
h
-1
, dan PO
4 3-
dengan
54
0.00 0.05
0.10 0.15
0.20 0.25
0.30 0.35
Fluks NH
4 +
mmol N m
-2
h
-1
Ke d
al aman
cm
N1 N2
N3
-0.45 -0.4
-0.35 -0.3
-0.25 -0.2
-0.15 -0.1
-0.05
Fluks NO
3 -
mmol N m
-2
h
-1
Ke d
al aman
cm
N1 N2
N3
0.0E+00 2.0E-06
4.0E-06 6.0E-06
8.0E-06 1.0E-05
1.2E-05 1.4E-05
Fluks PO
4 3-
mmol P m
-2
h
-1
Ke d
al aman
cm
N1 N2
N3
Gambar 19 Profil fluks NH
4 +
, NO
3 -
dan PO
4 3-
mmol m
-2
h
-1
pada lokasi non bioturbasi. Arah negatif dan positif pada gambar merupakan arah
fluks, dimana arah negatif menunjukkan terjadinya fluks keluar efflux, dan arah positif menunjukkan fluks masuk ke dalam box
model influx. Simbol 1,2,3 menunjukkan titik sampling
2.5 5
7.5 10
12.5 15
2.5 5
7.5 10
12.5 15
2.5 5
7.5 10
12.5 15
55
kisaran 4,199.10
-7
-1,338.10
-5
mmol P m
-2
h
-1
. Sama halnya dengan fluks pada lokasi bioturbasi, tanda negatif dan positif menunjukkan arah fluks, dimana
negatif berarti terjadi aliran fluks dari box model menuju kolom air efflux sehingga menambah konsentrasi nutrien di kolom air, sedangkan positif
menandakan aliran fluks dari kolom air masuk dalam box model influx sehingga mengurangi konsentrasi nutrien pada kolom air.
Fluks NH
4 +
pada lokasi non bioturbasi terjadi dengan arah dari kolom air masuk ke dalam box model influx dan semakin ke dalam sedimen influx yang
terjadi makin besar. NH
4 +
pada sedimen berasal dari akumulasi pengendapan NH
4 +
yang berasal dari permukaan, hasil proses denitrifikasi. Apabila dilihat dari profil NH
4 +
Gambar 14, maka influx yang terjadi sesuai dengan gradien konsentrasi di lapangan. Hal ini terlihat dari makin bertambahnya konsentrasi
NH
4 +
seiring dengan bertambahnya kedalaman yang menunjukkan terjadinya akumulasi NH
4 +
pada bagian dalam sedimen. Konsentrasi NH
4 +
pada sediment- water interface
kedalaman 0 cm lebih kecil dibandingkan konsentrasi pada kedalaman sedimen di bawahnya, sehingga menandakan bahwa memang terjadi
perpindahan NH
4 +
dari permukaan sedimen masuk ke dalam sedimen. Konsentrasi NH
4 +
pada kedalaman 0 cm tersebut dapat mewakili kondisi NH
4 +
hingga 1 cm di atas permukaan sedimen. Hal tersebut sesuai dengan penelitian Touminen et al. 1999 dimana konsentrasi NH
4 +
tidak berbeda secara signifikan pada 1 cm di atas permukaan sedimen dan 0 cm, sedangkan pada kolom air
yang lebih tinggi dari permukaan sedimen menunjukkan konsentrasi NH
4 +
yang lebih rendah dibandingkan sediment-water interface.
Fluks NH
4 +
berlawanan arah dengan fluks NO
3 -
. NO
3 -
mengalami efflux yang semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Konsentrasi NO
3 -
yang semakin menurun Gambar 15 mengakibatkan peningkatan gradien konsentrasi antara NO
3 -
pada box model bagian dalam sedimen dengan permukaan sedimen kedalaman 0 cm. Hal tersebut mengindikasikan bahwa
memang terjadi aliran keluar yang makin besar dari box model menuju kolom air. Proses efflux tersebut tidak hanya dapat diterangkan oleh adanya proses
difusi, namun beberapa faktor lain seperti struktur dan komposisi sedimen, bulk density
, dan kecepatan aliran velositas porewater, juga ikut mempengaruhi transpor vertikal NO
3 -
menuju kolom air Zhou et al., 2011. Pada penelitian ini, faktor-faktor tersebut masih diasumsikan homogen sehingga proses transpor
efflux NO
3 -
belum dapat diterangkan lebih detail.
56
Meski demikian, pelepasan NO
3 -
dapat juga diterangkan sebagai akibat proses kimia yang terjadi. Penurunan konsentrasi NO
3 -
menunjukkan penggunaan NO
3 -
untuk denitrifikasi makin besar sehingga pelepasan NO
3 -
juga makin besar. Hal tersebut dijelaskan oleh Fan et al 2006 yang mengemukakan
bahwa pada kedalaman dimana konsentrasi NO
3 -
menurun dan sangat terbatas, mikroorganisme yang berperan sebagai denitrifiers berada dalam kelimpahan
yang tinggi sehingga denitrifikasi juga makin besar. Namun meningkatnya pelepasan NO
3 -
ini tidak terjadi secara linier melainkan sangat tergantung pada batas ketersediaan bahan organik dan kadar air pada sedimen.
PO
4 3-
pada sedimen non bioturbasi mengalami influx yang nilainya makin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Sama halnya dengan NH
4 +
, pada sedimen non bioturbasi juga terjadi akumulasi PO
4 3-
yang menyebabkan konsentrasi PO
4 3-
semakin meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman Gambar 15, sehingga terjadi perpindahan PO
4 3-
dari kolom air menuju sedimen influx. Semakin besar akumulasinya ditunjukkan oleh semakin tinggi
konsentrasi, maka influx yang dihasilkan juga makin besar. Selain itu, proses mineralisasi yang menyebabkan terjadinya pelepasan PO
4 3-
dari partikel sedimen juga meningkatkan konsentrasi PO
4 3-
sehingga sistem model yang digunakan juga mengasumsikan adanya influx yang meningkat seiring dengan kedalaman
sedimen . Kisaran nilai fluks sedimen non bioturbasi jauh lebih rendah dibandingkan
fluks pada sedimen non bioturbasi. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh pengadukan sedimen oleh bioturbator yang menyebabkan aliran nutrien menjadi
lebih tinggi. Selain itu, liang bioturbasi yang terbentuk juga mengakibatkan luas daerah interaksi antara sedimen dan kolom air sepanjang dalamnya liang
menjadi lebih luas, sehingga jalan aliran fluks nutrien juga menjadi lebih terbuka dibandingkan sedimen non bioturbasi yang hanya mengandalkan proses difusi
sedimen Nizzoli et al., 2007. Perbedaan kisaran nilai fluks antara sedimen bioturbasi dan non bioturbasi ini juga diperoleh dalam penelitian yang
dilakukan oleh Pratihary et al. 2009, dimana fluks nutrien pada sedimen non bioturbasi mencapai 2-25 kali lebih kecil dibandingkan fluks yang terjadi pada
sedimen non bioturbasi.
57
4.5. Analisis Sensitifitas Model QUAL2K
Analisis sensitivitas dilakukan untuk memprediksi faktor dominan yang dapat mempengaruhi fluks NH
4 +
yang terjadi pada lokasi bioturbasi. Hasil analisis sensitifitas model QUAL2K tersebut ditunjukkan oleh Tabel 7 dan 8. Nilai
sensitivitas tersebut ditunjukkan oleh rata-rata perubahan fluks NH
4 +
dan indeks sensitivitas. Rata-
rata perubahan fluks merupakan delta ∆ fluks, yaitu besar rata-rata fluks awal fluks yang dihasilkan oleh data lapangan dikurangi dengan
fluks akhir fluks yang dihasilkan setelah data mengalami penambahan atau pengurangan. Tanda negatif yang terdapat pada rata-rata perubahan fluks
menunjukkan terjadinya pengurangan pada fluks awal dan tanda positif menunjukkan adanya penambahan pada fluks awal. Tingkat kesensitifan tiap
perubahan parameter terhadap fluks awal sendiri ditunjukkan oleh indeks sensitivitas, dimana makin tinggi nilai indeks sensitivitas maka parameter
tersebut makin dominan mempengaruhi perubahan fluks yang terjadi. Demikian pula sebaliknya.
Tabel 7 merupakan hasil sensitivitas yang diperoleh apabila parameter DO, porositas, konsentrasi masing-masing nutrien, dan kelimpahan fitoplankton
mengalami penambahan dari konsentrasi awal. Misalnya penambahan DO yaitu 50 dari konsentrasi awal, mengakibatkan terjadinya penambahan fluks NH
4 +
dengan rata-rata sebesar 0,007 mmol N m
-2
h
-1
dari fluks awal dengan nilai indeks sensitivitas sebesar 0,001. Begitu pula dengan penambahan nilai
porositas yaitu 5 dari nilai porositas awal. Penambahan porositas tersebut mengakibatkan terjadinya pengurangan fluks sebesar 29,650 mmol N m
-2
h
-1
dari fluks awal dengan nilai indeks sensitivitas sebesar 23,777. Nilai indeks
sensitivitas akibat penambahan porositas yang lebih besar dibandingkan indeks sensitivitas akibat penambahan DO mengindikasikan bahwa fluks yang terjadi
lebih sensitif terhadap penambahan porositas dibandingkan penambahan DO. Pembacaan indeks pada Tabel 7 tersebut juga berlaku pada Tabel 8 yang
merupakan hasil sensitivitas yang dilakukan terhadap pengurangan nilai masing- masing parameter. Grafik hasil analisis sensitivitas pada setiap titik sampling
lokasi bioturbasi dapat dilihat pada Lampiran 8. Hasil analisis sensitivitas model QUAL2K menunjukkan bahwa indeks
sensitivitas tertinggi disebakan oleh adanya perubahan nilai porositas 22,942- 29,330 untuk penambahan porositas dan 6,621-12,690 untuk pengurangan
porositas. Tingkat sensitivitas berikutnya berturut-turut diperoleh akibat adanya
58
Tabel 7 Indeks sensitivitas model QUAL2K terhadap fluks NH
4 +
pada lokasi bioturbasi akibat penambahan parameter
Lokasi Bioturbasi
Kedalaman cm
Parameter Rata-rata
Perubahan Parameter
Rata-rata Perubahan
Fluks NH
4 +
mmol N m
-2
h
-1
Indeks Sensitivitas
S B1
0-2,5 DO
+ 50 0,007
0,001 Porositas
+ 5 -29,650
23,777 Konsentrasi Nutrien
+ 50 0,611
0,049 Klorofil fitoplankton
+ 25 -12,314
0,987 2,5-5
DO + 50
0,016 0,001
Porositas + 5
-34,311 25,293
Konsentrasi Nutrien + 50
0,807 0,059
Klorofil fitoplankton + 25
-13,027 0,960
5-7,5 DO
+ 50 0,020
0,001 Porositas
+ 5 -38,806
26,461 Konsentrasi Nutrien
+ 50 0,701
0,048 Klorofil fitoplankton
+ 25 -11,368
0,775 7,5-10
DO + 50
0,022 0,001
Porositas + 5
-42,312 26,863
Konsentrasi Nutrien + 50
0,794 0,050
Klorofil fitoplankton + 25
-11,010 0,699
10-12,5 DO
+ 50 0,022
0,001 Porositas
+ 5 -49,951
28,940 Konsentrasi Nutrien
+ 50 0,788
0,046 Klorofil fitoplankton
+ 25 -7,554
0,438 12,5-15
DO + 50
0,023 0,001
Porositas + 5
-54,815 29,330
Konsentrasi Nutrien + 50
0,797 0,043
Klorofil fitoplankton + 25
-6,378 0,341
B2 0-2,5
DO + 50
0,311 0,025
Porositas + 5
-28,037 22,942
Konsentrasi Nutrien + 50
1,611 0,132
Klorofil fitoplankton + 25
-7,770 0,636
2,5-5 DO
+ 50 0,102
0,008 Porositas
+ 5 -31,325
23,539 Konsentrasi Nutrien
+ 50 1,825
0,137 Klorofil fitoplankton
+ 25 -8,230
0,618 5-7,5
DO + 50
0,320 0,023
Porositas + 5
-34,558 24,611
Konsentrasi Nutrien + 50
2,433 0,173
Klorofil fitoplankton + 25
-7,596 0,541
59
Tabel 7 Lanjutan
Lokasi Bioturbasi
Kedalaman cm
Parameter Rata-rata
Perubahan Parameter
Rata-rata Perubahan
Fluks NH
4 +
mmol N m
-2
h
-1
Indeks Sensitivitas
S B2
7,5-10 DO
+ 50 0,176
0,012 Porositas
+ 5 -40,767
27,741 Konsentrasi Nutrien
+ 50 3,374
0,230 Klorofil fitoplankton
+ 25 -6,838
0,465 10-12,5
DO + 50
0,306 0,019
Porositas + 5
-45,904 28,756
Konsentrasi Nutrien + 50
5,633 0,353
Klorofil fitoplankton + 25
-7,278 0,456
12,5-15 DO
+ 50 0,009
0,001 Porositas
+ 5 -50,651
29,186 Konsentrasi Nutrien
+ 50 6,477
0,373 Klorofil fitoplankton
+ 25 -8,683
0,500 B3
0-2,5 DO
+ 50 0,311
0,035 Porositas
+ 5 -22,650
25,250 Konsentrasi Nutrien
+ 50 1,111
0,124 Klorofil fitoplankton
+ 25 -11,932
1,330 2,5-5
DO + 50
0,299 0,031
Porositas + 5
-25,409 26,444
Konsentrasi Nutrien + 50
1,215 0,126
Klorofil fitoplankton + 25
-10,271 1,069
5-7,5 DO
+ 50 0,181
0,017 Porositas
+ 5 -29,879
27,919 Konsentrasi Nutrien
+ 50 1,447
0,135 Klorofil fitoplankton
+ 25 -9,174
0,857 7,5-10
DO + 50
0,025 0,002
Porositas + 5
-34,136 28,968
Konsentrasi Nutrien + 50
0,746 0,063
Klorofil fitoplankton + 25
-7,787 0,661
10-12,5 DO
+ 50 0,194
0,014 Porositas
+ 5 -41,197
28,676 Konsentrasi Nutrien
+ 50 0,857
0,060 Klorofil fitoplankton
+ 25 -10,396
0,724 12,5-15
DO + 50
0,491 0,030
Porositas + 5
-46,951 29,146
Konsentrasi Nutrien + 50
1,133 0,070
Klorofil fitoplankton + 25
-9,826 0,610
60
Tabel 8 Indeks sensitivitas model QUAL2K terhadap fluks NH
4 +
pada lokasi bioturbasi akibat pengurangan parameter
Lokasi Bioturbasi
Kedalaman cm
Parameter Rata-rata
Perubahan Parameter
Rata-rata Perubahan
Fluks NH
4 +
mmol N m
-2
h
-1
Indeks Sensitivitas
S B1
0-2,5 DO
-50 -0,041
0,003 Porositas
-5 8,257
6,621 Konsentrasi Nutrien
-50 -0,615
0,049 Klorofil fitoplankton
-25 4,062
0,326 2,5-5
DO -50
-0,016 0,001
Porositas -5
11,635 8,577
Konsentrasi Nutrien -50
-0,770 0,057
Klorofil fitoplankton -25
3,852 0,284
5-7,5 DO
-50 -0,020
0,001 Porositas
-5 13,730
9,362 Konsentrasi Nutrien
-50 -0,777
0,053 Klorofil fitoplankton
-25 4,265
0,291 7,5-10
DO -50
-0,022 0,001
Porositas -5
17,356 11,019
Konsentrasi Nutrien -50
-0,789 0,050
Klorofil fitoplankton -25
4,586 0,291
10-12,5 DO
-50 -0,022
0,001 Porositas
-5 18,710
10,840 Konsentrasi Nutrien
-50 -0,782
0,045 Klorofil fitoplankton
-25 5,664
0,328 12,5-15
DO -50
-0,023 0,001
Porositas -5
20,383 10,906
Konsentrasi Nutrien -50
-0,791 0,042
Klorofil fitoplankton -25
7,467 0,400
B2 0-2,5
DO -50
-0,293 0,024
Porositas -5
8,846 7,239
Konsentrasi Nutrien -50
-0,615 0,050
Klorofil fitoplankton -25
3,060 0,250
2,5-5 DO
-50 -0,148
0,011 Porositas
-5 13,853
10,410 Konsentrasi Nutrien
-50 -0,581
0,044 Klorofil fitoplankton
-25 4,292
0,323 5-7,5
DO -50
-0,180 0,013
Porositas -5
15,315 10,907
Konsentrasi Nutrien -50
-0,366 0,026
Klorofil fitoplankton -25
5,068 0,361
61
Tabel 8 Lanjutan
Lokasi Bioturbasi
Kedalaman cm
Parameter Rata-rata
Perubahan Parameter
Rata-rata Perubahan
Fluks NH
4 +
mmol N m
-2
h
-1
Indeks Sensitivitas
S B2
7,5-10 DO
-50 -0,324
0,022 Porositas
-5 18,649
12,690 Konsentrasi Nutrien
-50 -0,704
0,048 Klorofil fitoplankton
-25 6,367
0,433 10-12,5
DO -50
-0,193 0,012
Porositas -5
20,258 12,690
Konsentrasi Nutrien -50
-1,088 0,068
Klorofil fitoplankton -25
8,182 0,513
12,5-15 DO
-50 -0,491
0,028 Porositas
-5 24,571
14,158 Konsentrasi Nutrien
-50 -0,983
0,057 Klorofil fitoplankton
-25 9,771
0,563 B3
0-2,5 DO
-50 -0,193
0,022 Porositas
-5 7,876
8,780 Konsentrasi Nutrien
-50 -1,615
0,180 Klorofil fitoplankton
-25 4,200
0,468 2,5-5
DO -50
-0,103 0,011
Porositas -5
9,921 10,325
Konsentrasi Nutrien -50
-1,387 0,144
Klorofil fitoplankton -25
4,932 0,513
5-7,5 DO
-50 -0,321
0,030 Porositas
-5 12,816
11,975 Konsentrasi Nutrien
-50 -1,164
0,109 Klorofil fitoplankton
-25 4,772
0,446 -50
7,5-10 DO
-5 -0,177
0,015 Porositas
-50 14,777
12,540 Konsentrasi Nutrien
-25 -1,093
0,093 Klorofil fitoplankton
4,243 0,360
-50 10-12,5
DO -5
-0,006 0,000
Porositas -50
14,035 9,770
Konsentrasi Nutrien -25
-1,405 0,098
Klorofil fitoplankton 3,551
0,247 -50
12,5-15 DO
-5 -0,009
0,001 Porositas
-50 17,322
10,753 Konsentrasi Nutrien
-25 -1,573
0,098 Klorofil fitoplankton
-50 6,661
0,413