METODA PENGUMPULAN DAN ANALISIS DATA:
BIOLOGI AIR (2 K) Drs. Wisnu Wardhana, M.Si. E-mail:
[email protected]
PUSAT PENELITIAN SUMBERDAYA MANUSIA DAN LINGKUNGAN UNIVERSITAS INDONESIA (PPSML – UI) Jl. Raya Salemba 4. Jakarta 10430
METODA PENGUMPULAN DAN ANALISIS DATA BIOLOGI AIR (2 K) Tinjauan Instruksional Umum (TIU) Mampu membedakan dan memahami penggunaan metodologi pengumpulan data dan metodologi analisis databeserta QA/Qc-nya untuk parameter biologi perairan.
Pokok Bahasan
1. . 2..
Silabus
1. Parameter-parameter biologi air: Prinsip kerja dan teknik analisis. 2. Parameter-parameter biologi perairan: Flora dan fauna.
Referensi: Shugar, G.J., S.L. Bauman, D.A. Drum & J. Lauber. 2001. Environmental field testing and analysis ready reference handbook. Bartam, J. & R. Balance. 1996. Water quality monitoring. Clesceri, L.S., A.E. Greenberg, & A.D. Eaton. 1996. Standard methods for the examination of water and wastewater. Schnoor, J.L. 1996. Environmental modeling fate and transport of pollutan in water, air, and soil. Hutagalung, H.P., D. Setiapermana & S.H. Riyono. (eds.). 1997. Metode analisis air laut, sedimen dan biota. Buku 2. Puslitbang Oseanologi – LIPI, Jakarta: x + 182 pp. Hutagalung, H.P. & D. Setiapermana. (eds.). 1994. Metode analisis air laut, sedimen dan biota. Buku 1.. Puslitbang Oseanologi – LIPI, Jakarta: ii + 35 pp. Wratten, S.D. Field and laboratory exercices in ecology. Edward Arnold, London. Krebs, C.J. 1989. Ecological methodology. Harper & Row Publ. Inc., New York: xii + 654 pp. Elliot, J.M. 1971. Some methods for the statistical analysis of sample of samples od benthic invertebrates. Scientific Pub. Freshwater Biol. Assoc. Koesbiono. 1989. Metoda dan analisis biologi perairan. PPLH IPB. US-EPA.1982. Handbook for sampling and sample preservation of water and wastewater. US-EPA, Cincinati. Wilham, J.L.1975. Biological indicator of pollution. Green, R.H. 1979. Sampling design and statistical methods for environmental biologist. John Willey & Sons, Canada.
BIOTA AKUATIK Adalah kelompok biota, baik flora atau fauna yang sebagian atau seluruh hidupnya berada di dalam perairan.
BERBAGAI BENTUK-KEHIDUPAN DI PERAIRAN Umumnya biota perairan dapat dikelompokkan menjadi :
1. Neuston 2. Pleuston 3. Nekton 7. Demersal
4. Plankton
5. Perifiton
6. Bentos Fauna Intertisial (meiofauna)
INTERAKSI ANTARA FAKTOR LINGKUNGAN PERAIRAN FISIKA
BIOLOGI
MUSIM
KIMIA
PENGAMBILAN CONTOH BIOTA AKUATIK KRITERIA PENENTUAN SAMPEL 1. Sampel yang dipilih dari populasi haruslah mempunyai peluang yang sama untuk dipilih sebagai sampel 2. Populasi harus memiliki keadaan lingkungan yang stabil 3. Perbandingan anggota populasi yang terdapat pada suatu habitat yang akan diambil sampelnya harus konstan 4. Sampel yang terpilih jangan terlalu sedikit
PEMILAHAN SAMPEL SEBAGAI INDIKATOR CEMARAN 1. Jenis biota harus sangat peka terhadap perubahan lingkungan dan responnya cepat 2. Mempunyai daur hidup yang kompleks sepanjang tahun dan apabila kondisi lingkungan melebihi batas toleransinya akan mati 3. Bersifat sesil (bentik) 4. Tidak mudah/cepat bermigrasi Berdasarkan batasan tersebut kelompok biota akuatik yang baik digunakan sebagai indikator adalah Plankton dan Bentos.
PENGAMBILAN SAMPEL BIOTA AKUATIK 1. Lokasi , pemilihan lokasi harus mempertimbangkan sumber cemaran 2. Waktu, bergantung pada dinamika biota akuatik 3. Penggunaan alat yang tepat 4. Cara/metode sampling yang tepat
CARA PENGAMBILAN SAMPEL
1. Probability sampling, cara sampling dengan teori probabilitas sehingga dapat diketahui besar bias dalam pengambilan sampel 2. Subyective, cara pengambilan sampel berdasarkan kebijakasanaan pribadi dan bersifat slektif 3. Convenient sampling, cara pengambilan sampel pada anggota populasi yang mudah diperoleh
METODA PENGAMBILAN SAMPEL BIOTA AKUATIK
1. Cruissing 2. Metoda transek 3. Metoda kuadrat 4. Metoda titik/stasiun
PERALATAN 1. Plankton: jala plankton, Kemmerer water sampler, Van dorn water sampler, mikroskop, Sedwick counting cell, talam Bogorov, Obyek glass & kaca penutp 2. Bentos: Grab sampler (Eickman grab, Petersen grab, dll), Suber squre foot sampler, bingkai kuadrat, mikroskop, lup, sive net, pinset 3. Perifiton: kaca obyek, plat kuadrat, mikrokop 4. Nekton: jala, kail dll 5. Tali transek, kuadrat dll
Eckman-grab
Petersen-grab
Grab sampler
veen-grab
PRESERVASI / PENGAWET
1. Larutan formalin 4 –10% 2. Alkohol 70% 3. Lugol
ANALISIS SAMPEL Dilakukan dengan membandingkan nilai-nilai struktur komunitas dengan besaran kriteria tingkat cemaran yang telah ditetapkan dalam bentuk kategori. 1. Jumlah jenis per unit sampling 2. Kelimpahan/kepadatan per satuan volume atau luas 3. Keragaman jenis atau genus 4. Kualitatif (ada atau tidak)
INDEKS KEANEKARAGAMAN JENIS Ditentukan oleh: 1. Jumlah takson yang berbeda Untuk jeniskeanekaragaman spesifik Untuk genus keanekaragaman generik 2. Regularitas (keseragaman): penyebaran individu dalam suatu kategori sistematik (misalnya jenis)
KEANEKARAGAMAN (Biodiversity)
Menerangkan keanekaragaman; variabilitas & keunikan gen; spesies & ekosistem. Pelbagai variasi bentuk, penampilan, jumlah & sifat yang terlihat pada berbagai tingkatan persekutuan mahluk, yaitu tingkatan ekosistem, jenis & genetik Seluruh spesies, genus & ekosistem dalam suatu area. Kekayaan hidup di bumi.
Jumlah jenis
Keseragaman
Keanekaragaman Penggambaran
Terpisah ( kekayaan jenis)
Bersama (indeks heterogenitas) Indeks Shannon-Wienner Indeks Simpson Indeks Brilloiun
PENGUKURAN KEANEKARAGAMAN JENIS Paling sederhana
jumlah jenis
Syarat: harus jenis penghuni tetap (bukan imigran sementara atau kebetulan) Kelemahan: 1. Sukar menentukan jenis tetap atau kebetulan 2. Tidak dapat melihat adanya corak kepadatan jenis 3. tergantung dari besar contoh
I. Indeks Keanekaragaman jenis Simpson
D = ∑ (ni/N)2
C=1–D
dengan C = indeks keanekaragaman jenis; ni = jumlah individu jenis ke I; N = jumlah total individu Catatan: pada ekosistem alamiah yang tidak mendapat subsidi energi yang besar memiliki indeks C antara 0,6 – 0,8
II. Indeks Keanekaragaman jenis Margalef
S −1 a= log eN dengan α = indeks keanekaragaman; S = jumlah jenis; N = jumlah total individu Nilai “α” menjadi 0 jika semua individu berasal dari satu populasi atau jenis dan dalam beberapa hal tergantung dari besarnya contoh, terutama jila N <
III. Indeks Keanekaragaman jenis Shannon & Wiener Pernyataan matematis yang menggambarkan sejumlah informasi tentang kekayaan jenis & jumlah ind./jenis
i
H = − Σ p i log p i i =1
H = jumlah informasi dalam contoh (bits/ind) atau indeks keragaman jenis; pi = ni/N jumlah jenis ke i per jumlah total seluruh jenis
Catatan:
H’
Tingkat Cemaran Perairan
>3
Tidak tercemar
1,1 – 2,9
Tercemar ringan
<1
Tercemar berat
Makin banyak jenis makin besar keragamannya dan makin rata penyebaran individu antara jenis juga makin besar keragamannya 1. Indeks Shannon-Wiener hanya digunakan untuk contoh acak yang diambil dari suatu komunitas besar yang jumlah total dari jenis diketahui 2. Menggabung dua komponen keragaman: (1) jumlah jenis dan (2) ekuitabilitas (pemerataan)
INDEKS BIOTIK 1. Merupakan nilai dalam bentuk skoring (1-10) yang dibuat atas dasar tingkat toleransi biota atau kelompok biota terhadap cemaran. 2. Juga memperhitungkan keragaman organisma dengan mempertimbangkan kelompok-kelompok tertentu dalam kaitannya dengan tingkat pencemaran. 3. Nilai indeks dari suatu lokasi dapat diketahui dengan menghitung nilai skoring dari semua kelompok biota yang ada dalam unit sampling. 4. Diadopsi dari negara-negara maju 5. Penggunaan terbatas hanya untuk sungai
Tabel 1. Nilai skoring indeks biotik dengan metode BMSP-ASPT
Kelompok Organisma
Skor
Crustaceae (udang galah), Ephemeroptera (larva lalat sehari penggali), Plecoptera (larva lalat batu)
10
Gastropoda (limpet air tawar), Odonata (kini-kini),
8
Trichoptera (larva pita-pita berumah),
7
Bivalvia (kijing), Crustaceae (udang air tawar); Ephemeroptera (larva lalat sehari perenang), Odonata (larva sibar-sibar),
6
Diptera (larva lalat hitam), Coleoptera (kalajengking air, kumbang air), Trichoptera (larva pita-pita tak berumah), Hemiptera (kepik perenang punggung, ulir-ulir,)
5
Platyhelminthes (cacing pipih), Arachnida (tugau air),
4
Hirudinea (lintah), Gastropoda (siput), Bivalvia (kerang), Gamaridae (kutu babi air), Syrphidae (belatung ekor tikus)
3
Chironomidae (larva nyamuk)
2
Oligochaeta (cacing)
1
ANALISIS DATA Berdasarkan tabel 1, nilai indeks biotik dapat diperoleh dengan cara merata-ratakan seluruh jumlah nilai skoring dari masing-masing kelompok biota yang diperoleh. Nilai indeks akan berkisar antara 0 -- 10 dan sangat bervariasi bergantung pada musim. Semakin tinggi nilai yang diperoleh akan semakin rendah tingkat cemaran yang ada. Sebagai cacatan, bahwa nilai indeks yang terdapat pada tabel tersebut hanya dapat digunakan untuk perairan sungai dan tidak dapat dibandingkan dengan tipe perairan lain. Namun demikian nilai tersebut dapat digunakan sebagai pembanding antar berbagai lokasi dalam satu tipe perairan sungai.
Tabel 2. Makroinvertebrata indikator untuk menilai kualitas air Tingkat Cemaran
Makrozoobentos Indikator
1. Tidak tercemar
Trichoptera (Sericosmatidae, Lepidosmatidae, Glossosomatidae); Planaria
2. Tercemar ringan
Plecoptera (Perlidae, Peleodidae); Ephemeroptera (Leptophlebiidae, Pseudocloeon, Ecdyonuridae, Caebidae); Trichoptera (Hydropschydae, Psychomyidae); Odonanta (Gomphidae, Plarycnematidae, Agriidae, Aeshnidae); Coleoptera (Elminthidae)
3. Tercemar sedang
Mollusca (Pulmonata, Bivalvia); Crustacea (Gammaridae); Odonanta (Libellulidae, Cordulidae)
4. Tercemar
Hirudinea (Glossiphonidae, Hirudidae); Hemiptera
5. Tercemar agak berat
Oligochaeta (ubificidae); Diptera (Chironomus thummiplumosus); Syrphidae
6. Sangat tercemar
Tidak terdapat makrozoobentos. Besar kemungkinan dijumpai lapisan bakteri yang sangat toleran terhadap limbah organik (Sphaerotilus) di permukaan
Sumber: Trihadiningrum & Tjondronegoro, 1998 dengan penyederhanan.
ANALISIS DATA Kualitas air sungai dapat dinilai berdasarkan tabel 2 dengan ketentuan sebagai berikut (Trihadiningrum & Tjondronegoro, 1998): 1. Air sungai akan tergolong tidak tercemar, jika dan hanya jika terdapat Trichoptera (Sericosmatidae, Lepidosmatidae, Glossosomatidae) dan Planaria, tanpa kehadiran jenis indikator yang terdapat pada kelas 2 - 6. 2. Air sungai tergolong agak tercemar, tercemar ringan, tercemar, tercemar agak berat dan sangat tercemar, bila terdapat salah satu atau campuran jenis makroinvertebrata indikator yang terdapat dalam kelompok kelas masing-masing. 3. Apabila makroinvertebrata terdiri atas campuran antara indikator dari kelas-kelas yang berlainan, maka berlaku ketentuan berikut: a. Air sungai dikategorikan sebagai agak tercemar apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 1 & 2, atau dari kelas 1, 2, & 3. b. Air sungai dikategorikan tercemar ringan apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 2 & 3, atau dari kelas 2, 3, & 4. c. Air sungai dikategorikan sebagai tercemar apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 3 & 4, atau dari kelas 3, 4, & 5. d. Air sungai dikategorikan sebagai sangat tercemar apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 4 & 5.
Biota penghuni perairan tawar yang umum dijumpai
INDEKS SAPROBIK I. Pendekatan kualitatif Didasarkan pada kelompok biota yang dominan saja Banyak digunakan untuk menetukan tingkat pencemaran suatu perairan Tabel 1. Kaitan antara kelompok biota perairan dengan tingkat cemaran
Kelompok Biota Perairan
Tingkat Cemaran Perairan
Polisaprobik
Sangat berat
α - mesosaprobik
Berat
β - mesosaprobik
Sedang
Oligosaprobik
Ringat
II. Pendekatan kuantitatif A. Indeks saprobik menurut Pantle & Buck
S = ∑ (s.h)/h dengan: S = indeks saprobik; s = tingkat saprobitas berdasarkan Lieberman (1 untuk kelompok biota oligosaprobik; 2 untuk kelompok biota β - mesosaprobik; 3 untuk kelompok biota α - mesosaprobik; dan 4 untuk kelompok biota polisaprobik); h = frekuensi keberadaan biota yang dijumpai (1 untuk biota yang jarang dijumpai; 2 untuk biota yang sering dijumpai dan 3 untuk biota yang sangat berlimpah)
Tabel 2. Hubungan nilai S dengan tingkat cemaran Kisaran nilai S
Tingkat Cemaran Perairan
1,0 – 1,5
Sedikit atau tidak tercemar (oligosaprobik)
1,55 – 2,5
Tercemar bahan organik sedang (β - mesosaprobik)
2,55 – 3,5
Tercemar bahan organik berat (α - mesosaprobik)
3,55 – 4,0
Tercemar bahan organik sangat berat (polisaprobik)
Kelemahan Indeks saprobik menurut Pantle & Buck
1. Penetapan frekuensi keberadaan jenis biota bersifat dugaan (subyektif) 2. Nilai “S” akan berbeda pada tergantung interpretasi masing-masing peneliti 3. Diperlukan keahlian dalam mengidentifikasi biota sampai tingkat jenis 4. Daftar kelompok biota yang dibuat oleh Lieberman berasal dari daerah temperate yang kondisi ekosistemnya berbeda dengan daerah tropis
B. Indeks saprobik menurut Dresscher & Mark C + 3D – B – 3A X = ----------------------A+B+C+D dengan: X = indeks saprobik; A = jumlah jenis kelompok Ciliata; B = jumlah jenis kelompok Euglenophyta; C = jumlah jenis kelompok Chlorococcales & Diatomae; D = Jumlah jenis kelopok Pridineae, Chrysophyceae, dan Conjugatae.
Tebel 3. Hubungan nilai indeks saprobik (X) dengan kualitas perairan secara biologis
Bahan Pencemar Banyak senyawa
Derajat Cemaran Sangat tinggi
organik Agak tinggi Senyawa organik &
Sedang
Fase Saprobik Polisaprobik
Indeks Saprobik (-3) – (-2)
Poli/mesosaprobik
(-2) – (-1,5)
Meso/polisaprobik
(-1,5) – (-1)
mesosaprobik
(-1) – (-0,5)
β - mesosaprobik
(-0,5) – (0)
anorganik
(0) – (0,5) Ringan/rendah
β - mesosaprobik
(0,5) – (1) (1) - - (1,5)
Sedikit senyawa organik & anorganik
Sangat ringan
Oligo/β mesosaprobik
(1,5) – (2)
oligosaprobik
(2) – (3)
