Potensi Hidromakrofita Lokal Untuk Peningkatan Kualitas Air Irigasi Tercemar Residu Pupuk NPK Dengan Sistem Batch Culture

  Potensi Hidromakrofita Lokal Untuk Peningkatan Kualitas Air Irigasi Tercemar Residu Pupuk NPK Dengan Sistem Batch Culture _{1) 2) 1)dan 2)} Khairunnas Ivansyah , Catur Retnaningdyah

Laboratorium Ekologi dan Diversitas Hewan, Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam, Universitas Brawijaya, Malang _{1) 2)} Alamat korespondensi: ivan.syah91@gmail.com dan catur@ub.ac.id

  ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi hidromakrofita lokal (M. vaginalis, L. hyssopifolia, dan L. adscendens) dalam mereduksi residu pupuk NPK. Penelitian dilakukan secara ex-situ di rumah kaca melalui fitoremediasi sistem batch culture. Media air irigasi yang digunakan tiap perlakuan sebanyak 30 L dan

• 1

  ditambahkan tanah sawah 10 kg serta diberi pengayaan pupuk NPK sebanyak 50 mg.L . Pengukuran faktor fisiko-kimia dilakukan pada hari ke- 0, 1, 5, dan 10 meliputi nitrat, ammonium, dan fosfat terlarut. Perbedaan kualitas air antar perlakuan diketahui melalui analisis data menggunakan uji ANOVA atau uji Brown-Forsythe. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hidromakrofita yang digunakan memiliki kemampuan yang sama dalam mereduksi residu pupuk NPK. Hidromakrofita mampu mereduksi lebih dari 95% konsentrasi nitrat pada hari ke- 10 inkubasi, lebih dari 95% konsentrasi fosfat terlarut pada hari pertama inkubasi, dan lebih dari 80% konsentrasi ammonium pada hari ke-10 inkubasi.

  Kata kunci: batch culture, fitoremediasi, hidromakrofita ABSTRACT The aim of this research is to determine the potency of local hydromacrophytes (M. vaginalis, L. hyssopifolia , and L. adscendens) in reducing NPK fertilizer residues. The Research was carried out ex-situ in the glass house through batch culture phytoremediation system. Phytoremediation medium of each treatment consist

• 1

  of 30 L irrigation water, 10 kg of rice field soil and 50 mg.L NPK fertilizer. Measurement of physico-chemical st th th factors performed on day 0, 1 , 5 , and 10 after incubation i.e nitrate, ammonium, and dissolved phosphate.

  The difference of water quality among treatments was analyzed using ANOVA or Brown-Forsythe test. The result showed that the hydromacrophytes which are used have the same ability to reduce NPK fertilizer residues. th

  Hydromacrophytes were able to reduce nitrate concentrations more than 95% on 10 day after incubation, more than 95% of dissolved phosphate concentration on the first day after incubation, and more than 80% of th ammonium concentration on 10 after incubation.

  Key words: batch culture, hydromacrophytes, phytoremediation PENDAHULUAN Indonesia telah memberikan subsidi untuk Pupuk

  NPK [3]. Banyak petani menggunakan pupuk Peningkatan kebutuhan pangan pokok sintetik dalam konsentrasi cukup tinggi pada beras menuntut intensifikasi pertanian melalui lahan sawahnya. Hanya sebesar 20-40% dari pengaturan air irigasi, penggunaan pupuk dan komposisi N yang diberikan dapat diserap oleh pestisida sintetik [1,2]. Air irigasi sebagian besar tanaman [2]. Dengan demikian, penggunaan wilayah Indonesia masih mengandalkan sumber pupuk tersebut dapat menyebabkan banyak air permukaan seperti air sungai yang secara nitrogen terlepas menuju aliran air, masuk ke umum sudah tercemar akibat aktivitas manusia. dalam tanah, atau volatilisasi [4]. Masuknya N

  Dewasa ini di Indonesia, banyak petani dan P dalam suatu lingkungan tertentu harus menggunakan pupuk sintetik, salah satunya dibatasi karena dapat menyebabkan masalah pupuk NPK. Pupuk NPK memiliki kandungan ekonomis dan ekologis seperti eutrofikasi pada unsur hara yang berimbang dan Pemerintah perairan waduk [5].

  Jurnal Biotropika | Edisi 1 No. 3 | 2013

• 1

METODE PENELITIAN

  for Windows . Hidromakrofita yang mampu

  Potensi hidromakrofita dapat diketahui dengan melakukan pengukuran faktor fisiko- kimia air yang terdapat pada masing-masing bak, meliputi nitrat, ammonium, dan fosfat terlarut. Pengukuran tersebut dilakukan pada hari ke- 0, 1, 5, dan 10 setelah inkubasi yang merupakan waktu efektif proses fitoremediasi.

  . Konsentrasi pupuk tersebut merupakan konversi setengah dari pemberian pupuk oleh petani sebesar 50 kg.ha

  Potensi hidromakrofita untuk mereduksi residu yang berasal dari pupuk NPK dilakukan dengan cara menanam hidromakrofita kedalam bak perlakuan. Hidromakrofita terlebih dahulu ditimbang, sehingga jumlah yang diperoleh adalah sebanyak 25% dari luas permukaan bak. Kemudian dilakukan proses aklimatisasi di dalam bak sampai hidromakrofita tumbuh stabil. Setelah proses aklimatisasi selesai, selanjutnya air perlakuan yang berasal dari air irigasi wilayah Kepanjen Malang diberi pengayaan pupuk NPK sebesar 50 mg.L

  Penentuan Potensi Hidromakrofita untuk Mereduksi Residu Pupuk Sintetik

• 1 .

  yang dilakukan menggunakan program SPSS 16

  sebagai kontrol) dan faktor kedua adalah variasi lama waktu inkubasi (hari ke- 0, 1, 5, dan 10). Replikasi tiap perlakuan sebanyak tiga kali pada waktu yang sama.

  menurunkan kadar pencemar, tercermin dari penurunan nilai parameter kualitas air secara signifikan.

  Tukey HSD atau Games-Howell dengan α 0,05

  vaginalis, Ludwigia hyssopifolia dan Ludwigia adscendens , Polikultur, dan tanpa hidromakrofita

  Penelitian ini dilakukan secara ex situ di Rumah Kaca, Jurusan Biologi, FMIPA, Universitas Brawijaya. Analisis parameter fisiko- kimia air dilakukan di Laboratorium Ekologi dan Diversitas Hewan dan Laboratorium Mikrobiologi, Jurusan Biologi, FMIPA, Universitas Brawijaya, Malang. Air yang digunakan untuk penelitian berasal dari saluran irigasi di Kecamatan Kepanjen, Kabupaten Malang. Penelitian ini bersifat eksperimen dengan Rancangan Acak Lengkap Faktorial, 2 faktor 4x4. Sebagai faktor pertama adalah perlakuan jenis hidromakrofita (Monochoria

  dalam mereduksi residu pupuk NPK yang ada di air irigasi melalui sistem batch culture.

  Monochoria vaginalis, Ludwigia hyssopifolia, Ludwigia adscendens , dan polikultur ketiganya

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui potensi hidromakrofita lokal yaitu

  Usaha untuk memperbaiki kualitas perairan irigasi perlu dilakukan. Fitoremediasi merupakan cara inovatif untuk mengurangi pencemar yang ada di perairan dan tanah tanpa memerlukan biaya yang banyak [6]. Hidromakrofita dapat menyerap nutrien pada badan air dari partikel teruspensi dengan cara memperlambat laju aliran air. Hidromakrofita memiliki kespesifikan dalam menyerap nutrien, sehingga seleksi hidromakrofita yang digunakan untuk fitoremediasi perlu dilakukan [7].

  Perbedaan kualitas air antar perlakuan diketahui melalui uji ANOVA (jika varian homogen) atau uji Brown-Forsythe (jika varian tidak homogen) pada tiap parameter yang diamati antar perlakuan jenis hidromakrofita dan antar waktu inkubasi dilanjutkan dengan uji

HASIL DAN PEMBAHASAN

  culture , yaitu hidromakrofita ditumbuhkan di

  Penelitian ini menggunakan sistem batch

  Persiapan Media Fitoremediasi

  Hasil uji ANOVA terhadap semua parameter kualitas fisiko-kimia air yang diamati antar perlakuan jenis hidromakrofita yang digunakan untuk proses fitoremediasi tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan, sehingga dapat dikatakan bahwa hidromakrofita yang digunakan memiliki kemampuan yang

  Jurnal Biotropika | Edisi 1 No. 3 | 2013

  dalam sebuah wadah berupa bak dengan diameter 50 cm dan tinggi 30 cm. Ke dalam bak dimasukkan 10 kg tanah sawah dan 30 liter air irigasi sebagai media pertumbuhan hidromakrofita. Masing-masing bak diberi label perlakuan yang susunannya telah dilakukan pengacakan menggunakan tabel bilangan acak.

  Brevibacillus sp. BS2202 [9].

• 1 .

• 1

• 1
• 1
• 1
• 1
• 1
• 1
• 1

  , akan tetapi tidak berbeda signifikan antar waktu inkubasi

  . Setelah itu, konsentrasi ammonium menunjukkan kecenderungan penurunan hingga hari ke-20 sebesar 0,02 mg.L

  Konsentrasi ammonium pada kontrol terlihat mengalami peningkatan pada hari pertama inkubasi dibandingkan hari ke-0, hingga 0,5 mg.L

  Konsentrasi ammnonium pada penelitian ini lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi nitrat. Hal ini dapat disebabkan karena nitrat merupakan ion yang paling mudah larut dalam air, sehingga dapat ditemukan dalam konsentrasi yang tinggi di dalam air. Berbeda dengan ammonium yang secara alamiah memiliki kecenderungan untuk berada di dalam tanah [10].

  . Pada hari ke-5 hingga hari ke-10 inkubasi konsentrasi ammonium cenderung berkurang akan tetapi tidak berbeda signifikan berdasarkan uji statistik (Gambar 2).

  . Pengamatan pada perlakuan remediasi mengunakan hidromakrofita hari pertama inkubasi menunjukkan konsentrasi ammonium berkurang signifikan hingga sebesar 0,05 mg.L

  Hidromakrofita yang digunakan untuk perlakuan juga mampu mereduksi kadar ammonium secara signifikan. Konsentrasi ammonium pada pengamatan hari ke-0 adalah sebesar 0,1 mg.L

  Keterangan: Notasi yang sama pada masing-masing perlakuan menunjukkan tidak ada beda berdasarkan uji ANOVA (hidromakrofita) dan uji Brown- Forsythe (kontrol).

  Gambar 2. Rata-rata konsentrasi ammonium tiap waktu inkubasi pada perlakuan remediasi menggunakan hidromakrofita dibanding- kan dengan kontrol

• 1

  Konsentrasi nitrat pada kontrol juga mengalami kecenderungan penurunan selama waktu inkubasi. Konsentrasi nitrat pada hari pertama inkubasi sebesar 7,4 mg.L

  pada hari ke-10 inkubasi (Gambar 1). Namun demikian, penurunan konsentrasi nitrat antar waktu inkubasi tersebut tidak berbeda signifikan berdasarkan uji statistik yang dilakukan. Menurunnya konsentrasi nitrat pada kontrol dapat terjadi karena aktivitas bakteri pendegradasi nitrat di dalam air. Mikroorganisme dapat memanfaatkan nitrat-nitrogen untuk sintesis sel mikroba, merubah nitrogen dan mengurangi kandungan nitrogen di lingkungan [8]. Contoh strain bakteri pendegradasi nitrat adalah Pseudomonas sp. BS2201, BS2203, dan

  , terus berkurang hingga mencapai 2,6 mg.L

  . Hal tersebut menunjukkan bahwa hidromakrofita yang digunakan mampu mereduksi kadar nitrat dalam air yang merupakan residu dari pupuk NPK dengan sangat signifikan.

  dan pada hari ke-10 konsentrasi nitrat teramati sebesar 0,1 mg.L

  setelah inkubasi selama satu hari (Gambar 1). Pada hari ke-5 setelah inkubasi, konsentrasi nitrat berkurang hingga mencapai 0,5 mg.L

  Hidromakrofita yang dipakai untuk perlakuan mampu mereduksi kadar nitrat menjadi 1,96 mg.L

  Konsentrasi nitrat pada hari ke-0 adalah 7,8 mg.L

  Keterangan: Notasi yang sama pada masing-masing perlakuan menunjukkan tidak ada beda berdasarkan uji Brown-Forsythe yang dilanjutkan dengan uji _Games-Howel.

  Gambar 1. Rata-rata konsentrasi nitrat tiap waktu inkubasi pada perlakuan remediasi menggunakan hidromakrofita dibanding- kan dengan kontrol

  Dengan demikian, analisis data difokuskan untuk membahas potensi hidromakrofita antar waktu pengamatan yang dibandingkan antara perlakuan pemberian hidromakrofita dengan kontrol.

  Jurnal Biotropika | Edisi 1 No. 3 | 2013 sama untuk mereduksi residu pupuk NPK.

  Hari ke- Hari ke- berdasarkan uji statistik. Konsentrasi ammonium mampu menurunkan kadar fosfat terlarut sejak yang meningkat pada hari pertama disebabkan hari pertama inkubasi dengan sangat signifikan

• 1

  karena tidak adanya hidromakrofita yang menjadi 0,01 mg.L . Hari ke-5 hingga ke-10 memanfaatkan nitrogen dalam air, sehingga inkubasi konsentrasi fosfat terlarut cenderung unsur N teramonifikasi dan berada dalam bentuk mengalami peningkatan kembali akan tetapi tidak ammonium (NH ). Adanya tanaman mampu berbeda signifikan berdasarkan uji statistik

  4 memicu terjadinya proses nitrifikasi, dimana (Gambar 3).

  ammonium diubah menjadi nitrat (NO ) untuk Konsentrasi fosfat terlarut pada kontrol

  3

  kebutuhan nutrisi N bagi tanaman [11]. mengalami penurunan mulai hari ke-0 hingga hari Berkurangnya konsentrasi ammonium hingga ke-5 inkubasi, akan tetapi tidak berbeda signifikan hari ke-20 dapat disebabkan karena aktivitas berdasarkan uji statistik. Pada hari ke-10 inkubasi mikroorganisme yang memanfaatkan ammonium terdapat peningkatan konsentrasi fosfat terlarut untuk proses metabolismenya. meskipun tidak signifikan. Penurunan konsentrasi fosfat terlarut tersebut dapat disebabkan karena aktivitas bakteri yang mampu memanfaatkan fosfat terlarut sebagai sumber nutrien dan energi. Spesies Bakteri Bacillus sp. RS-1, Pseudomonas sp. YLW-7, dan Enterobacter sp. KLW-2 adalah contoh bakteri yang mampu menurunkan konsentrasi fosfat terlarut [12].

  Hari ke-

  Efektivitas hidromakrofita untuk menurunkan residu pupuk NPK dapat dilihat dari peningkatan persentase penurunan konsentrasi N dan P antar waktu inkubasi (Tabel 1). Persentase

  Gambar 3. Rata-rata konsentrasi fosfat terlarut tiap

  penurunan konsentrasi nitrat selama masa inkubasi

  waktu inkubasi pada perlakuan remediasi

  selalu mengalami peningkatan tiap waktu

  menggunakan hidromakrofita dibanding-

  pengamatan dan persentase penurunan paling

  kan dengan kontrol

  tinggi terjadi pada hari ke-10 inkubasi yaitu lebih

  Keterangan: Notasi yang sama pada masing-masing

  dari 95%. Persentase penurunan tertinggi

  perlakuan menunjukkan tidak ada beda

  konsentrasi fosfat terlarut terjadi pada hari pertama

  berdasarkan uji Brown-Forsythe yang dilanjutkan dengan uji Games-Howell

  inkubasi sebesar lebih dari 95%, sedangkan persentase penurunan tertinggi konsentrasi Hidromakrofita yang digunakan untuk ammonium terjadi pada hari ke-10 inkubasi perlakuan juga mampu mereduksi residu fosfat sebesar lebih dari 80%. Persentase penurunan terlarut dari pupuk NPK . Konsentrasi fosfat konsentrasi ammonium teramati tidak terlalu

• 1 terlarut pada hari ke-0 sebesar 0,4 mg.L .

  tinggi. Perlakuan remediasi menggunakan hidromakrofita

  Tabel 1. Persentase penurunan konsentrasi nitrat, fosfat terlarut, dan ammonium antar waktu inkubasi Rata-rata penurunan (%) kadar Nitrat Fosfat Terlarut Ammonium Perlakuan

  Hari Hari Hari Hari Hari Hari Hari Hari Hari

  1

  5

  10

  1

  5

  10

  1

  5

  10 dan 81,57 95,25 97,66 95,81 95,56 86,92 57,52 59,29 64,60 Ludwigia hyssopifolia Ludwigia adscendens

Monochoria vaginalis 73,87 87,89 98,03 97,52 90,94 92,91 9,29 61,50 83,19

Polikultur 69,42 97,26 96,67 97,52 96,67 92,92 73,45 65,49 52,51

Kontrol 5,16 42,87 66,07 80,68 84,87 50,43 -469,9 -233,6 79,20

Jurnal Biotropika | Edisi 1 No. 3 | 2013

  [3] Zaini, Z. 2013. Pupuk dan Permasalahannya. http://pangan.litbang.deptan.go.id. Tanggal Akses 31 Mei 2013. [4] Das, P., J. H. Sa, K. H. Kim, E. C. Jeon.

  2008. Effect of fertilizer application on ammonia emission and concentration levels of ammonium, nitrate, and nitrite ions in a rice field. Environ Monit Assess. 154:275– 282. [5] Retnaningdyah,

  Hal tersebut disebabkan karena hidromakrofita tidak memanfaatkan ammonium dalam konsentrasi yang banyak. Tanaman lebih cenderung memanfaatkan unsur N dalam bentuk nitrat (NO

  3

  ) daripada dalam bentuk ammonium (NH

  4

  ). Nitrat memiliki ion negatif, dimana saat tanaman menyerap ion K

• , Ca
• , dan kation yang lain, penyerapan nitrat akan lebih menyeimbangkan ion dalam tanaman daripada penyerapan ammonium [11].

  Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa, M.

  [7] Srivastava, J., A. Gupta, H. Chandra. 2008.

  Perumalsamy. 2011. Biological removal of phosphate from synthetic wastewater using bacterial consortium. Iranian Journal of Biotechnology . 9(1):37-49.

  [12] Krishnaswamy, U., M. Muthuchamy., L.

  Raynaud, N. Loeuille, J. Mathieu, M. Blouin, L. Abbadie, S. Barot. 2012. Plant Preference of Ammonium versus Nitrate: A Neglected Determinant of Ecosystem Functioning?. Am. Nat. 180(1):60-69.

  Nitrogen and Hydrologic Cycle. Ohio State University Extension Fact Sheet. Ohio. [11] Boudsocq, S., A. Niboyet., J. C. Lata, X.

  A. M. Boronin. 2000. Degradation of petroleum hydrocarbons by facultative anaerobic bacteria under aerobic and anaerobic conditions. Process Biochemistry. 35:889-896. [10] Brown, L. C. dan J. W. Johnson. 1991.

  McDonald, R. L. Autenrieth, J. S. Bonner,

  19(12b):3193-3198. [9] Grishchenkov, V. G., R. T. Townsend, T. J.

  Removal of Nitrate by Autosulfurotrophic Denitrifying Bacteria: Optimization, Kinetics and Thermodynamics Study. FEB.

  Managing water quality with aquatic macrophytes. Rev Environ Sci Biotechnol. 7:255-266. [8] Tang, S., Q. Yang, H. Shang, T. Sun. 2010.

  2000. Introduction of Phytoremediation. National Risk Management Research Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency. Cincinnati. Ohio.

  vaginalis

  [6] Environmental Protection Agency (EPA).

  C., Suharjono, A. Soegianto, B. Irawan. 2010. Blooming Stimulation of Microcystis in Sutami Reservoir Using Nutrients Nitrate and Phosphate in Different ratio. J Trop Life Science . 1(1):42-46.

  KESIMPULAN

  Jurnal Biotropika | Edisi 1 No. 3 | 2013

  [2] Vlek, P. L. G. dan B. H. Byrens. 1986. The efficacy and loss of fertilizer N in lowland rice. Fertilizer Research. 9:131–147.

  Nouman, T. U. Jan. 2011. Impact of Irrigation on the Cropping Pattern on the Command Area of Chashma Right Bank Canal (CRBC), In Dikhan. IJRB. 3(4):881- 887.

  DAFTAR PUSTAKA [1] Shah, M., M. A. Atta, M. W. Akbar, W.

  Penelitian ini didukung oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi (DIKTI) melalui Program Hibah Bersaing Institusi (PHBI) tahun 2012 dengan peneliti Dr. Catur Retnaningdyah, M. Si. Dan Dr. Endang Arisoesilaningsih. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Purnomo, S. Si, Hamdani Dwi Prasetyo, dan Zidny Furaidah yang telah membantu selama proses penelitian.

  , L. hyssopifolia, dan L. adscendens memiliki kemampuan yang sama untuk mereduksi residu Pupuk NPK. Konsentrasi nitrat dan ammonium tereduksi dengan maksimal pada hari ke-10 inkubasi (sebesar 95% untuk nitrat dan 80% untuk ammonium), sedangkan fosfat terlarut tereduksi sebesar 95% pada hari pertama inkubasi .