BIOREMEDIASI LAHAN TERCEMAR PROFENOFOS SECARA EX-SITU DENGAN CARA PENGOMPOSAN
NUR INDRAYANI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
ABSTRACT NUR INDRAYANI. Ex-situ bioremediation of profenofos-contaminated soil with composting. Under the direction of NASTITI SISWI INDRASTI, MOH.YANI and M. AHKAM SUBROTO
Pesticide have significantly increased agricultural yields while impacting detrimentally on the food chain of wildlife and human. Composting bioremediation strategy relies on mixing the primary ingredients of composting with contaminated soil, wherein as the compost matures, the pollutant will be degraded by the active microorganisms within the mixture. Composting is a relatively new clean-up strategy and because of this, there are a limited number of studies. This study was carried out to determine the concentration of profenofos decomposition rate of profenofos-contaminated soil composted with agricultural wastes (such as saw dust, carrot leaves, beef manure). The mixed of them was based on C/N ratio 40, 35 and 30. The degradation of profenofos was measured during the composting. The composting with C/N ratio 30 mineralized profenofos rapidly than the others after 28 days of composting (98% of profenofos). Bioremediation could be increased the crop yield compared to unbioremediated soil. Some kinds of bacteria have been isolated from the compost mixture. Three of them were able to grow in solid medium containing 1500 ppm of profenofos. The ability to degradate the profenofos was tested in mineral salt peptone yeast (MSPY) medium by changing from opaque medium to clear medium. It’s ability was indicated by the formation of clear zones surrounding the bacteria. Keywords: bioremediation, profenofos, contaminated soil, composting
RINGKASAN
NUR INDRAYANI. Bioremediasi lahan tercemar profenofos secara ex-situ dengan cara pengomposan. Dibimbing oleh NASTITI SISWI INDRASTI, MOH. YANI DAN M. AHKAM SUBROTO
Pestisida secara signifikan mampu meningkatkan produksi pertanian meskipun di sisi lain mengakibatkan terganggunya rantai makanan hewan dan manusia. Teknik bioremediasi dengan cara pengomposan yaitu dengan mencampur bahan utama pengomposan dengan tanah tercemar, dimana saat kompos matang akan terjadi degradasi polutan oleh mikroorganisme yang aktif di dalam campuran kompos tersebut. Pengomposan merupakan teknik bioremediasi yang relatif masih baru sehingga penelitian mengenai hal tersebut masih terbatas. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan laju penurunan konsentrasi profenofos selama proses pengomposan tanah tercemar profenofos dengan sisasisa pertanian (serbuk gergaji, daun wortel, kotoran sapi). Campuran bahan-bahan tersebut dibedakan berdasarkan C/N rasio 40, 35, 30. Pengomposan dengan C/N rasio 30 mampu mendegradasi profenofos lebih cepat selama 28 hari dibandingkan dengan campuran yang lain (98% dari konsentrasi awal). Bioremediasi dapat meningkatkan produksi tanaman dibandingkan dengan tanah yang belum dibioremediasi. Beberapa bakteri berhasil diisolasi dari campuran kompos. Tiga jenis bakteri mampu tumbuh pada media NA yang mengandung profenofos 1500 ppm. Kemampuan bakteri-bakteri tersebut dalam mendegradasi profenofos diuji dengan menumbuhkannya pada media MSPY. Kemampuan mendegradasi ditunjukkan dengan terbentuknya zona jernih di sekitar bakteri tersebut.
KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah S.W.T atas limpahan rahmat dan hidayah -Nya penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul “Bioremediasi Lahan Tercemar Pestisida Secara E x-Situ dengan Cara Pengomposan”. Penulis mengucapkan apresiasi dan terimakasih kepada: 1. Dr.Ir.Nastiti Siswi Indrasti selaku ketua komisi pembimbing 2. Dr.Ir.Mohamad Yani, M.Eng selaku anggota komisi pembimbing 3. Bapak Dr.Ir.Muhamad Ahkam Subroto, M.App.Sc.APU selaku anggota komisi pembimbing dan yang telah menfasilitasi dana penelitian dalam Proyek Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi Lingkungan melalui Sistem Bioremediasi, Puslit Biotek LIPI-Cibinong. 4. Dr.Ir. Catur Herison, M.Sc. selaku dosen penguji luar komisi. 5. Dr.Ir.Surjono H. Sutjahjo, M.Si selaku ketua program studi Ilmu Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan, IPB. 6. Dr.Ir.Etty Riani, MS selaku sekretris eksekutif program studi Ilmu Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan, IPB. 7. Kedua orang tua tercinta dan keluarga yang selalu mengiringi penulis dengan do’a tulus. Terimakasih kepada teman-teman penulis semua. 8. Bapak Mulyadi selaku kepala Agropolitan Pacet, Kab. Cianjur dan keluarga serta terimaksih kepada rekan-rekan di Agropolitan Pacet. 9. Dr.Asep Nugraha Ardiwinata, M.Si sebagai kepala Laboratorium BBBIOGEN 10. M’ Ririn, M’ Suli dan M’ Herlin yang telah banyak membantu penulis dalam urusan administrasi di PSL. 11. Jumbriah, M.Si selaku rekan penelitian. Staff Laboratorium Bioproses IV Bioteknologi LIPI-Cibinong, Bustanussalam, S.Si. Fauzi Rachman. S.Si. Yatri Hapsari, S.Si. Yoice Srikandace, S.Si, Mas Yadi, Indra dan Aril. Staff BBBIOGEN Cimanggu Pak Eman, Pak Cahyadi dan Pak Mulyadi Penulis menyadari, tulisan ini masih jauh dari sempurna sehingga masukan dan saran yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca dan penulis.
Agustus, 2006
Nur Indrayani
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL.............................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1.2. Perumusan Masalah ................................................................................... 1.3. Kerangka Pemikiran ................................................................................... 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian .................................................................. 1.5. Hipotesis .....................................................................................................
1 2 4 5 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pestisida dan Degradasi Pestisida .............................................................. 2.2. Profenofos dan Degradasi Profenofos........................................................ 2.2.1. Sifat Kimia Profenofos................................................................... 2.2.2. Degradasi Profenofos ..................................................................... a. Persisten..................................................................................... b. Mobilitas ................................................................................... c. Akumulasi ................................................................................. 2.3. Bioremediasi ............................................................................................. 2.4. Pengomposan ............................................................................................
7 11 11 12 14 15 16 16 18
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian...................................................................... 3.2. Alat dan Bahan ........................................................................................... 3.2.1. Alat ................................................................................................. 3.2.2. Bahan.............................................................................................. 3.3. Desain Penelitian ...................................................................................... 3.4. Pengolahan Data......................................................................................... 3.4.1. Rancangan Percobaan .................................................................... 3.4.2. Penurunan Profenofos Selama Pengomposan ................................ 3.4.3. Analisis Residu Profenofos............................................................ 3.4.4. Analisis Mikroba............................................................................
22 22 22 22 23 26 26 27 28 28
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Penentuan Lokasi Penelitian ...................................................................... 4.2. Proses Pengomposan.................................................................................. 4.3. Uji Pertumbuhan Tanaman Bayam Jepang ................................................ 4.4. Isolasi dan Uji Kemampuan Bakteri dalam Mendegradasi Profenofos ................................................................................................
30 35 52 55
ix
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 59 5.2 Saran............................................................................................................. 59 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 60 LAMPIRAN ....................................................................................................... 60
x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.
Persistensi beberapa pestisida di tanah .............................................
8
Tabel 2.
Ringkasan Degradasi Profenofos....................................................
15
Tabel 3.
Komposisi Sel Mikroba..................................................................
17
Tabel 4.
Sampling dan Parameter yang diamati............................................
25
Tabel 5.
Standar Mutu Kompos ....................................................................
27
Tabel 6.
Residu Pestisida di Lahan Pertanian Hortikultura Kecamatan Dramaga, Ciawi, Cisarua dan Pacet ................................................
31
Tabel 5.
Komoditas Unggulan Kecamatan di Kabupaten Cianjur................
27
Tabel 7.
Analisis Kimia Tanah Kawasan P ertanian Cipatat Cianjur ............
32
Tabel 8.
Komoditas Unggulan Kecamatan di Kabupaten Cianjur................
34
Tabel 9.
Rasio C/N dan Kadar Air Bahan-bahan Pengomposan...................
35
Tabel 10. Hasil analisis Proses Pengomposan ................................................. 40 Tabel 11. Perbandingan mutu kompos dengan Standar Mutu Kompos........... 52 Tabel 12. Bobot Biomassa Tanaman Bayam Jepang (Horingso) ................... 55
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Halaman Diagram Alir Kerangka B erfikir .................................................. 5
Gambar 2.
Peluang Perubahan Keberadaan Polutan Organik di Tanah .........
Gambar 3.
Rumus Bangun Profenofos ........................................................ 11
Gambar 4.
Pathway Metabolit Profenofos................................................... 13
Gambar 5.
Diagram Tahapan Penelitian ...................................................... 24
Gambar 6.
Bak Proses Pengomposan .......................................................... 26
Gambar 7.
Peta Lokasi dan Peta Tanah Lokasi Penelitian........................... 32
Gambar 8.
Grafik Suhu dan pH Selama Proses Pengomposan................... 36
Gambar 9.
Penurunan Residu Profenofos Selama Proses Pengomposan .... 41
Gambar 10.
Pertumbuhan B akteri dan Penurunan Residu Profenofos
9
Selama Pengomposan................................................................. 43 Gambar 11.
Hubungan Laju Pertumbuhan dan Aktivitas Bakteri Terhadap Laju Konsentrasi Residu Profenofos.......................... 44
Gambar 12.
Aktivitas Bakteri dan Penurunan Residu Profenofos Selama Pengomposan ............................................................................ 48
Gambar 13.
Pertumbuhan Benih Bayam Jepang (Horingso) di Green House Selama 17 hari ................................................................... 53
Gambar 14.
Pertumbuhan Tanaman Bayam Jepang (Horingso ) di Lapangan .................................................................................... 54
Gambar 15.
Bobot Tanaman Uji Bayam Jepang (Horingso) di Green House dan di Lapangan ............................................................. 54
Gambar 16.
Isolat Bakteri dari Campuran Pengomposan .............................. 56
Gambar 17.
Pertumbuhan Isolat Pada Media Adaptasi pada 500, 750, 1000 dan 1500 ppm Profenofos ................................................. 57
Gambar 18.
Pengujian Kemampuan Degradasi Profenofos pada konsentrasi 100, 500, 750 dan 1000 ppm Profenofos................ 58
xii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1.
Komposis i Bahan-bahan Pengomposan ...................................
63
Lampiran 2.
Campuran bahan-bahan pengomposan .....................................
64
Lampiran 3.
Analisis Residu Profenofos.......................................................
65
Lampiran 4.
Analisis Biomassa Benih Tanaman Bayam Jepang..................
66
Lampiran 5.
Analisis biomassa Tanaman Bayam Jepang Hari ke-40...........
67
Lampiran 6.
Analisis Suhu Tertinggi Selama Pengomposan ........................
68
Lampiran 7.
Analisis pH akhir Pengomposan...............................................
69
Lampiran 8.
Analisis C/N rasio Akhir Pengomposan ...................................
70
Lampiran 9.
Kurva standar Analisis Mikroba dengan Spektrofotometri Pada panjang Gelombang (λ) 490 nm......................................
71
Lampiran 10. Analisis Aktivitas mikroba dengan spektrofotometri pada panjang gelombang (λ) 490 nm ................................................ 72 Lampiran 11. Pengamatan Suhu Harian Selama Proses Pengomposan ........... 73 Lampiran 12. Prosedur Analisis Residu Profenofos........................................ 74 Lampiran 13. Prosedur Analisis Mikroba........................................................ 75 Lampiran 14. Prosedur Analisis Kadar Air, Kadar Abu, Nitrogen dan Karnon Total ............................................................................. 78
xiii
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Polusi tanah merupakan permasalahan yang kini d ihadapi negara-negara agraris, termasuk Indonesia. Tanpa disadari sebenarnya agrokultur sendiri merupakan sumber terbesar penyebab
tercemarnya tanah dan hilangnya
produktivitas tanah. Pemakaian pupuk kimia dan pestisida dalam jumlah besar menimbulkan pencemaran, baik tanah maupun air tanah, dengan kadar racun yang beranekaragam. Degradasi tanah pertanian sudah makin parah dengan sudah mengendapnya pestisida maupun bahan agrokimia lainnya dalam waktu yang cukup lama. Padahal untuk mengembalikan kesuburan tanah, memerlukan waktu bertahun-tahun. Sementara itu, manusia hanya memerlukan beberapa tahun untuk merusaknya. Hal ini bisa dilihat dari tanah pertanian di Indonesia yang semakin lama semakin menurun produktivitasnya disebabkan mulai hilangnya kemampuan tanah untuk memproduksi nutrisi. Salah satu penyebab menurunnya produktivitas pertanian Indonesia berdasarkan kajian Bappenas adalah berkurangnya lahan pertanian di Indonesia akibat erosi, residu bahan kimia seperti herbisida dan pestisida. Hal ini menyebabkan kekhawatiran akan tidak seimbangnya antara kebutuhan dan ketersediaan pangan nasional di masa yang akan datang. Meningkatnya jumlah penduduk di Indonesia yang diperkirakan pada tahun 2035 akan bertambah menjadi dua kali lipat dari jumlah saat ini atau menjadi 400 juta jiwa. Selain itu, dengan semakin meningkatnya tingkat pendidikan dan kesejahteraan masyarakat terjadi pula peningkatan konsumsi perkapita untuk berbagai jenis pangan, akibatnya dalam waktu 35 tahun yang akan datang Indonesia membutuhkan tambahan ketersediaan pangan yang lebih dari 2 kali lipat jumlah kebutuhan saat ini. Hal ini telah memunculkan kerisauan akan terjadinya keadaan “rawan pangan” di masa yang akan datang (Djakapermana, 2003). Kenyataanya tercatat, Indonesia harus mengimpor kedelai sebanyak 1.277.685 ton pada tahun 2000 dengan nilai nominal sebesar US$ 275 juta. Pada tahun yang sama, Indonesia mengimpor sayur-sayuran senilai US$ 62 juta dan buah-buahan senilai US$ 65 juta (Yudohusodo dalam Djakapermana, 2003). Berdasarkan kenyataan tersebut pemerintah telah mengembangkan program
pertanian intensif sebagai salah satu upaya untuk meningkatkan produksi pertanian. Volume pemakaian pestisida oleh petani terus meningkat untuk memenuhi kebutuhan produksi hasil pertanian. Menurut data dari Komisi Pestisida Indonesia pada tahun 2003 terdapat 152 perusahaan produsen formula pestisida dengan 813 merek dagang terdiri dari 97% pestisida sintetis dan 3% pestisida alami. Sejak penemuan DDT pada tahun 1874 dan bubur bordeox pada tahun 1882 menawarkan alternatif solusi bagi pengusaha tani, pestisida sintetis telah diterima sebagai solusi pengendalian hama sehingga penggunaannya semakin meluas di kalangan petani. Pencemaran lahan oleh pestisida tersebut harus segera diatasi. Alternatif penanganan yang bisa dilakukan adalah memanfaatkan aktivitas mikroorganisme untuk mendegradasi pestisida tersebut atau disebut bioremediasi. Kelebihan bioremediasi adalah lebih efek tif dan ekonomis untuk mendegradasi polutan polutan organik, sehingga saat ini menjadi pilihan bagi banyak industri dan lembaga penelitian.
Bioremediasi dengan cara pengomposan belum banyak
dilakukan di Indonesia sehingga perlu dikembangkan. Hal ini sebag ai upaya mengurangi lahan tercemar pestisida yang sudah sangat meluas di Indonesia.
1.2 Perumusan Masalah Penggunaan pestisida secara terus -menerus dan berlebihan menimbulkan masalah lingkungan seperti tanah tercemar dan menjadi keras. Salah jenis pestisida yang familiar di kalangan petani hortikultur sebagai pemberantas hama insekta adalah curacron. Curacron merupakan pestisida golongan organofosfat berbahan aktif profenofos yang mempunyai spektrum luas dan bersifat toksik, jika masuk
ke
rantai
makanan
ak an
meningkatkan
toksisitasnya
sehingga
membahayakan bagi manusia. Salah satu penyebab menurunnya produktivitas lahan pertanian adalah cemaran bahan kimia di tanah. Cemaran tersebut akan terakumulasi di tanah dan diserap oleh tanaman. Berdasarkan data pertanian dan perkebunan Cianjur 2005, jenis pestisida yang umum digunakan petani diantaranya adalah curacron dan dursban. Kebiasaan petani yang senantiasa mengganti dursban dengan curacron karena alasan lebih murah dan ampuh, menyebabkan volume pemakaian curacron
2
tinggi. Berdasarkan hasil penelitian Fuad 2005, residu profenofos pada sayuran di berbagai daerah pertanian di Jawa Barat sudah melewati ambang batas yang ditetapkan oleh WHO yaitu 0.005 ppm. Residu profenofos pada sayuran di mencapai 0.0068 ppm. Berdasarkan kenyataan tersebut, maka diduga residu profenofos di tanah pertanian tersebut juga tinggi. Residu profenofos tersebut jika dibiarkan dalam waktu yang lama akan merusak tanah pertanian dan menyebabkan tanah menjadi kurang/tidak produktif lagi. Bioremediasi tanah tercemar pestisida perlu dilakukan sebagai upaya mencari solusi menangani dan mengurangi luas lahan yang tercemar pestisida. Upaya yang sudah dilakukan petani untuk mengatasi pencemaran lahan pertanian mereka adalah mencampurkan kotoran sapi dan tanah sebelum lahan ditanami kembali, dan dibiarkan selama 6 minggu. Perlakuan ini lama dan diduga tidak efektif menurunkan cemaran pestisida. Meskipun mekanisme degradasi sebagian besar pestisida oleh mikroba tanah telah diketahui, namun mekanisme degradasi selama proses pengomposan belum terungkap dengan jelas (Reddy dan Michel, 1999). Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan studi degradasi pestisida selama proses pengomposan untuk mengetahui laju degradasi konsentrasi residu pestisida (pro fenofos) selama proses pengomposan. Bioremediasi dengan strategi pengomposan dapat dilakukan menggunakan bahan-bahan sisa pertanian, kotoran hewan (misal kotoran kuda, sapi, domba, ayam), lumpur aktif, jerami, serbuk gergaji, gambut (Bernier et al. 1997) dengan memperhatikan C/N rasio campuran. Jika bahan-bahan tersebut diinkubasi dengan tanah tercemar pestisida maka akan terjadi proses penguraian bahan organik secara eksotermik oleh sekelompok mikroba pada suhu tinggi (thermophilic phase) dan proses ini disebut pengomposan. Selama proses pengomposan akan terjadi degradasi bahan -bahan organik oleh bakteri yang ada di dalam campuran kompos. Penelitian mengenai bioremediasi dengan teknologi pengomposan saat ini mulai berkembang di beberapa negara, termasuk Indonesia. Penelitian bioremediasi pengomposan perlu terus dilakukan dan hasilnya diaplikasikan pada lahan tercemar pestisida yang semakin meluas di Indonesia dan negara berkembang lainnya.
3
1.3 Kerangka Pemikiran Penggunaan pestisida yang meningkat dan intensif pada usaha pertanian di Indonesia merupakan upaya untuk meningkatkan produktivitas pertanian. Namun, pada akhirnya residu pestisida tersebut tidak saja terakumulasi pada produk pertanian tetapi juga akan terakumulasi di dalam tanah sehingga menyebabkan tanah menjadi tidak subur bahkan tidak produktif lagi untuk ditanami. Lahan pertanian tercemar pestisida tersebut harus segera ditangani agar pencemaran tidak semakin meluas dan lahan bisa kembali produktif. Berbagai upaya dapat dilakukan untuk mengatasi lahan tercemar pestisida. Salah satu penanganan lahan tercemar pestisida tersebut bisa dilakukan dengan memanfaatkan aktivitas mikroorganisme yang mampu mendegradasi pestisida (bioremediasi). Bioremediasi dengan strategi pengomposan diperkirakan lebih efektif karena keanekaragaman bakteri yang mampu melakukan co-metabolisme terhadap pestisida tersebut. Selain itu pengomposan lebih mudah dilakukan dan murah. Diagram alir kerangka pemikiran disajikan pada Gambar 1. Bioremediasi dapat dilakukan langsung pada lah an yang tercemar (in situ) atau dilakukan di luar lingkungan yang tercemar dengan membuat lingkungan baru berupa bioreaktor yang dikondisikan menggunakan inokulan yang mampu mendegradasi kontaminan organik (ex situ) (Vidali, 2001). Selanjutnya Vidali (2001)
menjelaskan
bahwa
teknik
bioremediasi
meliputi:
biostimulasi,
bioaugmentasi, biofilter, bioreaktor, bioslurry, bioventing, pengomposan dan landfarming. Bioremediasi ini dapat dilakukan jika tanah terkontaminasi pestisida tersebut mengandung mikroba-mikroba indigen yang mampu hidup dan telah beradaptasi dengan kontaminan pestisida yang ada di lahan tersebut. Bioremediasi menggunakan mikroba indigen memerlukan waktu yang lama, sehingga bisa menjadi kendala dalam upaya pemulihan lahan. Sebagai alternatif, bioremediasi dengan teknologi pengomposan dapat digunakan karena memiliki keunggulan-keunggulan:
keanekaragaman
mikroba
yang
tinggi
sehingga
kemampuan mendegradasi polutan juga tinggi karena terjadi co-metabolisme, suhu yang tinggi saat pengomposan memungkinkan reaksi biokimia yang lebih cepat dan pestisida menjadi lebih mudah terdegradasi. Selain itu pengomposan 4
lebih mudah diaplikasikan dan bahan -bahan yang digunakan banyak tersedia di sekitar masyarakat.
Produksi Pertanian Meningkat
Penggunaan Pestisida Secara intensif
Produksi Pertanian Menurun
Lahan pertanian Tercemar pestisida
Bioremediasai (Pengomposan)
Analisis Residu Pestisida
Analisis Kompos
Pasca Bioremediasi
Uji Toksisitas Kompos
Gambar 1. Diagram Kerangka Berfikir
1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan penelitian ini adalah: 1. Mengukur laju degradasi profenofos pada perlakuan C/N rasio selama proses pengomposan. 2. Menguji pertumbuhan tanaman hortikultura pada tanah yang telah diremediasi. 3. Mengisolasi bakteri yang berperan dalam degradasi profenofos. 5
Manfaat penelitian ini adalah: 1. Mengetahui pengaruh C/N rasio terhadap laju degradasi profenofos selama proses pengomposan. 2. Mengetahui pertumbuhan tanaman pada lahan yang telah diremediasi. 3. Mengetahui bakteri yang berperan dalam degradasi profenofos. 4. Memberikan masukan kepada petani, Pemerintahan Daerah, Dinas Pertanian, LSM atau produsen pestisida dalam upaya mengatasi lahan tercemar pestisida.
1.5 Hipotesis Penelitian Hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini adalah: 1. Rasio C/N campuran bahan -bahan pengomposan akan berpengaruh terhadap laju degradasi profenofos. 2. Bioremediasi
lahan
tercemar
profenofos
berpengaruh
terhadap
pertumbuhan tanaman. 3. Campuran pengomposan mengandung bakteri yang berperan dalam degradasi residu profenofos.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pestisida dan Degradasi Pestisida Pestisida secara harfiah berarti pembunuh hama, berasal dari kata pest (hama) dan cide (pembunuh). Pestisida mencakup bahan -bahan kimia yang digunakan untuk mengendalikan populasi jasad hidup merugikan manusia, tumbuhan, dan ternak yang diusahakan manusia untuk kesejahteraan hidupnya, agar gangguan dan kerugian dapat ditekan seminimal mungkin (Tarumingkeng, 1992). Menurut Peraturan Pemerintah RI No.7 tahun 1973 tentang pengawasan dan peredaran, penyimpanan dan penggunaan pestisida, pestisida adalah semua zat kimia dan bahan lain yang digunakan untuk memberantas dan mencegah hama serta penyakit yang merusak tanaman, memberantas gulma, mematikan daun dan mencegah pertumbuhan yang tidak diinginkan. Tarumingkeng (1992) menyebutkan bahwa, berbagai pestisida yang dikenal terutama dalam bidang pertanian, kesehatan masyarakat dan kesehatan veteriner adalah: insektisida (racun serangga), fungisida (racun cendawan/jamur), herbisida (racun gulma), akarisida (racun tungau), rodentisida (racun binatang pengerat), nematisida (racun nematoda), helmintisida (racun pembunuh cacing) dan termitisida (insektisida pembunuh rayap). Pestisida yang digunakan pada awalnya ditargetkan pada objek seperti populasi serangga dan tanaman tertentu, tetapi pada aplikasinya sebagian besar pestisida akan jatuh ke tanah. Banyak faktor yang mempengaruhi deposit pestisida dalam tanah yaitu: kemampuan absorbsi pestisida oleh partikel-partikel tanah dan bahan organik, pencucian oleh air hujan, penguapan, degradasi atau aktivasi oleh jasad renik dalam tanah, dekomposisi fisikokimia maupun aktivasi yang terjadi akibat kondisi komponen-komponen tanah yang bersifat katalisator, dekomposisi oleh cahaya matahari (photo decomposition) dan translokasi melalui sistem hayati baik tanaman maupun hewan ke lingkungan yang lain. Namun yang terpenting adalah sifat dari pestisida itu sendiri. Sifat-sifat seperti daya larut dalam air, polaritas (yang menentukan sifat lipofilik pestisida), daya menguap serta sifat reaktivitas dan stabilitas kimia pestisida merupakan sifat yang penting dalam menentukan persistensi pestisida. Selanjutnya Tarumingkeng (1992) menjelaskan
7
bahwa sifat pestisida yang sukar larut dalam air dan sulit menguap merupakan faktor utama banyaknya terdapat deposit pestisida di tanah. Sebagian besar pestisida hidrokarbon berklor seperti DDT, BHC, klordan, dieldrin dan heptaklor pada umumnya stabil dan persisten di dalam tanah. Mengapa pestisida cenderung menumpuk pada lapisan tanah bagian atas, belum jelas sekali. Namun ada asumsi yang dapat dipegang adalah bahwa terdapat dua lapisan tanah, bagian atas yang banyak mengandung bahan organik dan lapisan bawahnya yang banyak mengandung bahan anorganik. Cookson (1995) menyatakan jenis pestisida tertentu akan tetap terdeteksi di tanah pada waktu cukup lama (Tabel 1) Tabel 1. Persistensi Beberapa Pestisida di Tanah Bahan Chlordane DDT Dieldrin Heptachlor Toxophene Dalapon DDVP Methyldemeton S Thimet
Lama Tinggal 21 tahun 24 tahun 21 tahun 16 tahun 10 minggu -
Waktu Paruh 2-4 tahun 3-10 tahun 1-7 tahun 7-12 tahun 10 tahun 17 hari 26 hari 2 hari
Sumber: Alexander, 1977 dalam Cookson, 1995
Sebelum membahas tentang degradasi pestisida perlu diketahui bagaimana nasib dari polutant organik saat berhubungan dengan tanah secara umum (Gambar 2). Polutan organik yang masuk ke dalam tanah akan mengalami volatilisasi ke udara, biodegradasi, transfer ke dalam tubuh organisme, terikat ke dalam tanah dan mengalami leaching ke dalam air tanah. Nasib polutan organik di tanah dipengaruhi oleh berbagai faktor misalnya karakteristik tanah, jenis bahan kimia, suhu dan presipitasi. Tingkat persisten polutan organik berhubungan dengan sifat hidrophobik bahan tersebut. Polutan organik di tanah umumnya berkurang secara cepat pada tahap awal yang singkat dan berlanjut secara lambat pada periode waktu yang sangat lama. Sifat volatilitas, hidropobisitas dan avinitas bahan mempengaruhi kedua fase tersebut (Semple et al. 2001) Penelitian yang telah dilakukan untuk bioremediasi lahan tercemar pestisida dengan teknik pengomposan menggunakan daun dan rumput menunjukkan hasil bahwa setelah 50 hari pengomposan 47% pestisida jenis 2,4-D 8
Volatilisasi Bioakumulasi
Induk polutan organik
Proses biologi, kimia dan fisika
Produk degradasi
Minieralisasi menjadi CO2
Proses di dalam tanah
Leaching
Gambar 2. Peluang perubahan keberadaan polutan organik di tanah (Semple et.al. 2001) termineralisasi pada suhu 60oC (Reddy dan Michel, 1999). Bernier et al. (1997) juga pernah melakukan penelitian mengenai pengomposan tanah tercemar pestisida khususnya DDT. Pada percobaan tersebut, tanah yang tercemar 600 ppm DDT dikomposkan melalui rangkaian pengomposan anaerobik (2 minggu) dilanjutkan dengan pengomposan aerobik (2 minggu) telah sukses mendegradasi DDT menjadi 140 ppm tanpa DDD dan DDE di akhir percobaan. Percobaan tersebut dilakukan pada kontainer pengomposan normal yang mampu menampung 1 ton tanah terkontaminasi. Selanjutnya Bernier et al. (1997) juga melakukan pengomposan skala laboratorium dengan komposisi pencampuran berbeda menghasilkan degradasi pestisida yang berbeda pula. Total campuran akhir 65 g dengan komposisi bahan pengomposan (% berat) terdiri dari tanah : gambut : kotoran hewan : serbuk gergaji = 10 : 1 : 45 : 45 berhasil mereduksi 89% DDT, komposisi 25 : 1 : 37 : 37 berhasil mereduksi 85% DDT dan komposisi 25 : 20 : 35 : 20 berhasil mereduksi 73% DDT. Cookson (1995) menjelaskan bahwa degradasi pestisida oleh mikroba dapat terjadi melalui beberapa proses: pestisida terakumulasi dalam sel mikroba, penggabungan senyawa pestisida ke dalam fraksi tanah organik, atau termineralisasi yaitu molekul pestisida terdegradasi oleh mikroba dengan menjadikannya sebagai substrat untuk pertumbuhan dan energi. 9
Selama pengomposan pestisida akan mengalami degradasi. Degradasi tersebut terjadi karena mikroba-mikroba yang ada menghasilkan enzim-enzim yang akan mengkatalisis oksidasi, reduksi, hid rolisis, dehalogenisasi dan reaksi secara sintetik (Singer dan Chron 2002). Pestisida yang bersifat persisten di lingkungan dapat diketahui dari struktur kimianya. Struktur kimia tersebut juga bisa membantu untuk mengetahui kelarutan pestisida tersebut. Pestisida yang mempunyai ikatan labil akan lebih mudah dan cepat didegradasi. Penambahan air bisa memecah ikatan yang labil tersebut dengan proses hidrolisis atau enzimatik. Malathion merupakan contoh insektisida yang mempunyai ikatan labil dan dapat terdegradasi dengan enzim hidrolitik (misalnya esterase dan phospatase). Pestisida lain yang mampu terdegradasi melalui reaksi hidrolisis adalah: karbamat, pyrethroid, diazinon, dicamba, asam dikloropikolinat, dimethoat, atrazin, linuron, propanil, kloropirifo s dan 2,4-D (Singer et al. 2002). Enzim lainnya yang bekerja dalam degradasi pestisida yaitu monooksigenase dan di-oksigenase. Enzim tersebut memasukan satu atau dua atom oksigen ke dalam struktur pestisida. Proses oksidasi ini menyebabkan pestisida menjadi lebih mudah untuk degradasi selanjutnya. Degradasi akan dimulai dari tingkat ekstraseluler dan akan dilanjutkan ke tingkat intraseluler (Singer et al. 2002). Pada tahap awal, mikroba akan mengekskresikan enzim dan bereaksi dengan ikatan pestisida di dalam selulosa, hemiselulosa dan atau lignin merubah ke komponen yang lebih kecil. Enzim ekstraseluler bisa bereaksi dengan unsur kimia yang bukan target. Jika enzim bertemu pestisida sebelum menjangkau substrat target (contohnya selulosa, hemiselulosa, ligin) enzim tetap akan bereaksi dengan pestisida untuk mengurangi kadar toksisitasnya. Sebagian besar enzim ekstraseluler bersumber dari fungi. Fungi yang terdapat pada kompos dan bahan tanah organik beberapa diantaranya adalah genus Trichoderma, Gliocladium, Penicillium
dan
Phanerocheate.
Setelah
enzim
ekstraseluler
memulai
mendegradasi pestisida, pestisida akan memasuki sel mikroba dan degradasi selanjutnya terjadi secara intraseluler (Singer et al. 2002).
10
2.2 Profenofos dan Degradasi Profenofos 2.2.1 Sifat Kimia Profenofos Profenofos merupakan senyawa insektisisda dari golongan organofosfat. dengan spektrum luas dan terdaftar penggunaannya untuk tanaman kapas. Merk dagang dikenal dengan Curacron 8E dan diaplikasikan di lapangan sebagai larutan emulsi dengan dosis 1 pon/ha-6 pon/ ha/Tahun (BCPC, 1997).
Gambar 3. Rumus Bangun Profenofos Profenofos mempunyai nama kimia O-(4-bromo -2-chlorophenyl)O-ethyl Sprophyl Phosporothioate dengan rumus empiris C11 H15BrClO 3PS dengan rumus bangun seperti Gambar 3. Profenofos mempunyai bobot molekul 373.6, titik didih 100oC pada 1.80 Pa, tekanan uap sebesar 1.24 x 10-1mPa pada suhu 25 oC, kelarutan dalam air 28 mg/l
25oC dan mudah larut dalam pelarut organik.
Profenofos berbentuk cairan kuning muda dengan bau seperti bawang putih. Relatif stabil pada kondisi netral–asam dan tidak stabil pada kondisi basa. Pada roses hidrolisis di laboratorium pada suhu 20 oC mencapai 93 hari pada pH 5, 14.6 hari pada pH 7 dan 5.7 hari pada pH 9 (BCPC, 1997). Secara biokimia merupakan inhibitor kolinesterase. Merupakan insektisida dan akarisida non-sistemik tetapi bersifat kontak dengan pencernaan. Direkomondasikan untuk memberantas hama pada kapas, jagung, bit, kentang, aneka sayuran, tembakau dan beberapa tanaman lain. Profenofos memiliki spektrum daya bunuh yang luas terhadap insekta dan akarisid. EPA, 1998 mendata toksisitas penggunaan profenofos terhadap hewan non-target sebagai berikut. Pada burung LD 50 55.0 mg/kg bersifat akut, burung puyuh LC50 57 ppm dan pada mallard duck LC50 1.646 ppm. Berdasarkan studi reproduksi, Profenofos mempengaruhi produksi telur burung. Profenofos mempunyai pengaruh akut sangat tinggi terhadap lebah madu yaitu LD 50 0.095
11
µg/lebah. Profenofos bisa mengakibatkan toksisitas akut dan kronik terhadap biota air ikan dan vertebrata. Pada berbagai jenis ikan pada percobaan toksisitas akut selama 96 jam diperoleh data LC 50 25-41 µg/l. Berdasarkan laporan ikan akan mati pada kadar residu 0.6-1.5µg/l. pada invertebrata air seperti daphnia, profenofos bersifat sangat toksik dengan EC 50 0.93µg/L dan dari percobaan yang dilakukan, daphnia mampu hidup pada 0.2 µg (NOAEC) dan 0.26 µg/L (LOAEC). Hal ini sangat membahayakan ekosistem perairan. Toksistas Profenofos pada ikan laut berkisar LC 50 2.4-7.7 µg/l. Gejala yang ditimbulkan kepada manusia jika keracunan Profenofos adalah sebagai berikut: produksi air liur berlebihan, berkeringat, keluar air mata, tegang otot, lemas, kejang-kejang, in-koordinasi, sakit kepala, pusing, mual, muntah, kram perut, diare, tekanan pernafasan, sesak dada, batuk parah, mengganggu kerja pupil kadang-kadang penglihatan kabur, tidak sadar/pingsan dan penghalang enzim kolinesterase (BCPC, 1997). EPA (2000) menyatakan bahwa konsentrasi akut profenofos 0.005 ppm/hari dan konsentrasi kronik 0.00005 ppm/hari untuk makanan dan minuman. Sedangkan tipe exposure inhalasi 0.068 ppm bisa menghambat aktivitas otak dan kolinesterase. 2.2.2 Degradasi Profenofos Data mengenai keberadaan profenofos di lingkungan relatif lengkap tetapi tidak demikian halnya dengan degradasinya. Informasi yang diperoleh lebih kepada degradasi profenofos dalam lingkungan netral-basa. Penelitian menunjukkan bahwa pH sangat mempengaruhi hidrolisis profenofos. Profenofos menghilang hanya beberapa hari pada tanah basa. Sedikit sekali data yang menunjukkan bagaimana kehilangan Profenofos pada tanah asam, namun demikian diduga lajunya lebih lambat. Alexander (1999) menguraikan bahwa setiap substrat bisa didegradasi oleh enzim tertentu, tetapi bukan berarti setiap enzim khusus mendegradasi satu substrat tertentu. Substrat yang mengandung phospat dimineralisasi oleh enzim phospatase dengan reaksi hidrolisis seperti parathion, paraoxon, diazinon, dursban dan fenitrothion, sedangkan profenofos tidak disebutkan. Substrat 4-bromo dan 2-chloro dapat dimineralisasi oleh enzim dehaloganase. Salah satu produk degradasi profenofos yang utama adalah 4-bromo -2-chlorophenol bersifat sangat persisten di 12
lingkungan (Gambar 4). Sedangkan produk lainnya yaitu O-ethyl-S-propyl Phosporthioate tidak diketahui dengan jelas sifatnya.
Gambar 4. ‘Pathway’ Metabolit Profenofos
Profenofos bersifat tidak terlalu mobile sehingga belum ada penelitian mengenai potensi leaching profenofos. Mobilitas dan potensial leaching profenofos belum diketahui. Sedangkan untuk proses leaching profenofos kecil kemunginan terjadi. Pernyataan ini berdasarkan pada penelitian Ngan et al., (2005) bahwa pada tanah pertanian dengan pH 5 mengindikasikan profenofos tidak mengalami leaching lebih dari 10 cm di bawah tanah. Selanjutnya dijelaskan bahwa profenofos bersifat “limited mobiltiy”. Pada penelitian Tejada et al. (2000) mengenai
13
pengaruh pemakaian profenofos secara terus menerus di perkebunan kapas, menyimpulkan bahwa profenofos ditemukan hanya sampai kedalaman 20 cm setelah 180 hari penyemprotan sebesar 0.02% dari konsentrasi awal. a. Persisten Proses hilangnya profenofos di lingkungan umumnya terjadi secara hidrolisis. Hidrolisis profenofos pada larutan netral dan basa mempunyai t1/2 104108 hari pada pH 5, 24-62 hari pada pH 7 dan 7-8 jam pada pH 9. Produk degradasi utamanya adalah 4-bromo -2-chlorophenol dan O-ethyl-S-propyl Phosporthioate. Photolisis bukan merupakan ‘pathway’ utama pada degradasi profenofos. Profenofos dapat dianailisis pada UV spektrum panjang gelombang 290-490 nm (EPA, 2000) Metabolisme profenofos terjadi dengan dengan cepat pada tanah netral dan basa. Pada kondisi aerobik profenofos terdegradasi dengan t1/2 2 hari dan 3 hari pada kondisi anaerob dengan aplikasi radioaktif. Laju metabolisme profenofos dipengaruhi oleh proses hidrolisis dan metabolisme aerobik dan anaerobik pada kondisi netral dan asam disimpulkan lebih lambat. Berdasarkan penelitian yang dilakukan pada tanah aerobik dan anaerobik terhadap konsentrasi 4-Bromo-2chlorophenol, tidak menunjukkan penurunan setelah 60-120 hari setelah aplikasi profenofos. Keberadaan profenofos di lingkungan dapat di lihat pada Tabel 2. (EPA, 2000) Pada studi lanjutan untuk tanah aerobik, profenofos yang diaplikasikan sebanyak 10.9 ppm pada pH 7.8 terhadap tanah liat berpasir mengalami degradasi selama 19 hari. Konsentrasi profenofos menurun sampai 56% selama 2 hari setelah diaplikasikan radioaktif, 36% setelah 3 hari dan 9% setelah 9 hari. Metabolit utama yaitu: (1) 4-bromo-2-chlorophenol, meningkat dari 11% pada hari 1 sampai maksimum konsentrasi 79% selama 120 hari dan menurun menjadi 32% selama 270-360 hari; (2) BCPEE [4-bromo-2-chlorophenol ethyl ether], meningkat dari 2% pada hari ke 5 menjadi 13% hari ke 90 dan 42% hari ke 270360; dan (3) THPME [2-thioethylenecarboxy-4-hydroxyphenyl methyl ether] meningkat 10% pada hari ke 180-270 (EPA, 2000)
14
Tabel 2. Ringkasan Degradasi Profenofos Parameter Persisten Hidrolisis pH 5 pH 7 pH 9 Fotolisis di air Fotolisis di tanah Metabolisme aerob di tanah Metabolisme anaerob di tanah Metabolisme anaerob di perairan Mobilitas/Adsorbsi – Desorbsi Koefisien stabilitas (4 jenis tanah) Penguapan di Laboratorium Bioakumulasi Akumulasi pada ikan
Nilai t1/2 = 104-108 hari t1/2 = 24-62 hari t1/2 = 0.33 hari stabil stabil t1/2 = 2 hari pH 7.8 t1/2 = 3 hari pH 7.8 t1/2 = 3 hari pH 7.3 (air) pH 5.1 (sediment) Kd = 4.6-89.3 Koc = 869-3162 6.13 x 10-3 ug/cm2/jam 29x pada daging; 45x pada kepala; 682x pada organ dalam
Sumber: EPA, 1998
b. Mobilitas Mobilitas profenofos dinyatakan dengan koefisien
Freundlich (K ads)
sebagai Adsorbsi dan Koc sebagai Desorbsi dimana Kads 4.6 untuk pasir, 7.5 untuk tanah liat berpasir, 17.0 untuk tanah liat dan 89.3 untuk tanah debu. Koefisien desorbsi berada pada selang 6.2 (pasir) – 128.1 (debu). Adsorbsi akan meningkat seiring dengan meningkatnya bahan organik tanah dan debu. Data yang lebih lengkap dibutuhkan untuk mengetahui bagaimana mobilitas dari produk utama degradasi profenofos yaitu 4-bromo-2-chlorophenol dan O-ethyl-S-propyl Phosporthioate (EPA, 2000) Percobaan di laboratorium menunjukkan bahwa sebagian profenofos bisa hilang ke atmosfer melalui penguapan. Lebih dari 30 hari, rata-rata volatilitas profenofos 6.13 x 10-3 ug/cm2/jam dan tekanan uap rata-rata 3.46 x 10-6 mm Hg. Residu utama pada penguapan adalah 4-bromo -2-chlorophenol (EPA, 2000)
c. Akumulasi Berdasarkan penelitian, profenofos dan produk degradasinya yaitu 4bromo -2-chlorophenol masih ditemukan sejauh 6 inchi dari permukaan pada plot
15
yang ditanami kapas dan plot kontrol di California dan Texas. Sedangkan pada penelitian Ngan et al. (2005) bahwa pada tanah pertanian dengan pH 5 mengindikasikan profenofos tidak mengalami leaching lebih dari 10 cm di bawah tanah. Selanjutnya dijelaskan bahwa profenofos bersifat “limited mobiltiy”. Pada penelitian Tejada et al. (2000) mengenai pengaruh pemakaian profenofos secara terus menerus di perkebunan kapas, menyimpulkan bahwa profenofos ditemukan hanya sampai kedalaman 20 cm setelah 180 hari penyemprotan sebesar 0.02% dari konsentrasi awal di permukaan hari ke nol. Akumulasi residu profenofos pada biota ikan lebih banyak terjadi pada organ dalam/pencernaan. Maksimun faktor biokonsentrasi mencapai 29x pada daging, 45x pada kepala dan 682x pada organ dalam. Residu profenofos dapat didepurasi secara cepat dengan konsentras i hanya 1 ppb pada daging, 2 ppb pada kepala dan 7 ppb pada organ dalam. Bahan kimia yang dominan ditemukan di organ dalam ikan yaitu 4-bromo-2-chlorophenol (EPA, 2000)
2.3 Bioremediasi Bioremediasi merupakan bagian dari bioteknologi lingkungan yang memanfaatkan aktivitas mikroba untuk mendegradasi kontaminan berbahaya menjadi bahan yang tidak toksik atau toksisitasnya berkurang (Vidali, 2001). Bioremediasi dapat digunakan sebagai teknik untuk pengolahan limbah bahan kimia termasuk pestisida (Cookson, 1995). Bioremediasi akan efektif jika kondisi lingkungan mendukung pertumbuhan dan aktivitas mikroba. Faktor yang mempengaruhi bioremediasi adalah: keberadaan populasi mikroba yang mampu mendegradasi polutan, faktor lingkungan seperti tipe lahan, suhu, pH, keberadaan oksigen atau electron acceptor lainnya dan nutrien. Bioremediasi ini dapat dilakukan jika tanah terkontaminasi pestisida tersebut mengandung mikroba-mikroba indigen yang mampu hidup dan telah beradaptasi dengan kontaminan pestisida yang ada di lahan tersebut. Cookson (1995), meguraikan jenis-jenis bakteri yang mampu mendegradasi pestisida adalah; Achromobacter (2,4-D dan carbofuran), Arthrobacter (EPT, esopenphos, 2,4-D), Alcaligenus (Isipenphos (2,4-D), Flavobacterium (PCP, EPTC, 2,4-D),
16
Methylomonas (EPTC), Pseudomonas (Alachlor, Isopenfhos, carbofuran, 2,4-D), dan Rhodococcus (EPTC). Jenis mikroba juga mempengaruhi proses bioremediasi apakah secara aerobik atau anaerobik. Umumnya proses bioremediasi berlangsung secara aerobik namun untuk kond isi tertentu tergantung jenis kontaminan dan mikroba pendegradasi, bisa berlangsung secara anaerobik. Pestisida (atrazin, carbaryl, carbofuran, coumphos, diazinon, glicofosfat, parathion, propham dan 2.4-D) dapat diremediasi secara aerobik maupun anaerobik (Vidali, 2001). Seperti yang telah disebutkan di atas bahwa, faktor lingkungan yang berpengaruh yaitu nutrien. Keberadaan mikroba di tanah terkontaminasi harus distimulasi pertumbuhan dan aktivitasnya. Biostimulasi biasanya dilakukan dengan penambahan nutrien dan oksigen untuk membantu mikroba indigen untuk menghasilkan enzim yang dibutuhkan guna mendegradasi kontaminan. Mikroba tersebut membutuhkan nitrogen, karbon dan fosfor (Tabel 3). Karbon merupakan kebutuhan nutrien dasar yang dibutuhkan dalam jumlah besar dibandingkan unsur lain. Kebutuhan nutrien C/N rasio 10:1 dan C/P rasio 30:1. Tabel 3 Komposisi Sel Mikroba Unsur Karbon Nitrogen Oksigen Hidrogen Phospor Sulfur Kalium
Persentase 50 14 20 8 3 1 1
Unsur Natrium Kalsium Magnesium Klorida Besi lain-lain
Persentase 1 0.5 0.5 0.5 0.2 0.3
R.Y Stainer et.al. The Microbial Word 5th ed. Prentice-Hall, NJ (1986) dalam Vidali (2001)
Pertumbuhan dan aktivitas mikroba dipengaruhi oleh pH, suhu dan kelembaban. Meskipun mikroba ters ebut diisolasi dari kondisi yang ekstrim, namun pertumbuhan yang optimal hanya terjadi pada kisaran yang sempit. Oleh karena itu perlu memperoleh kondisi yang optimal. Mikroba dapat tumbuh dan berkembang pada pH 6.5-7.5. Sedangkan suhu yang disarankan adalah 15-45 oC.
2.4 Pengomposan
17
Pengomposan merupakan dekomposisi dan mineralisasi bahan-bahan organik secara biologi pada kondisi termofilik untuk menghasilkan produk akhir yang stabil dan tidak berbahaya sehingga dapat menguntungkan saat diaplikasikan ke tanah (Bertoldi et al. 1998). Selanjutnya dijelaskan bahwa kunci dari definisi tersebut adalah untuk memproduksi hasil akhir yang stabil, bermanfaat dan menyuburkan yang disebut kompos. Murbandono
(2005)
mendefinisikan
pengomposan
adalah
proses
fermentasi/dekomposisi/degradasi bahan-bahan organik karena adanya interaksi antara mokroba (bakteri pembusuk). Bahan-bahan organik tersebut seperti dedaunan, rumput, jerami, kotoran hewan, sekam padi dan lain-lain. Menurut Murbandono (2005)
dan Indriani (2004 ), selama proses
pengomposan terjadi perubahan-perubahan bahan antara lain: 1. Karbohidrat, selulosa, hemiselulosa, lemak, lilin menjadi CO 2 dan air. 2. Protein menjadi amida-amida dan asam amino menjadi amoniak, CO2 dan air. 3. Pengikatan unsur hara di dalam tubuh mikroorganisme terutama N disamping P,K dan lain-lain yang terlepas kembali bila mikroorganisme mati. 4. Penguraian senyawa organik menjadi senyawa yang dapat diserap tanaman Pengomposan dapat dilakukan secara aerob dan anaerob. Pengomposan aerob secara umum mengasilkan unsur C dalam bentuk CO2 dengan keberadaan oksigen. Hasil akhir lainnya yaitu NH 3, H2O dan panas. Reaksi penguraian bahan organik pada pengomposan aerobik adalah sebagai berikut:
Gula, selulosa, hemiselulosa (CH2O)x + xO 2 Protein (N organik) + O2 Organik sulfur + O2
xCO2 + xH2O
NH4 + NO 2- + NO 3 - + Energi SO4 + SO2- + SO3- + Energi
Organik fosfor (lesitin, phitin) + O2
H3PO4 + Ca(HPO4)2
18
Pengomposan secara anaerob terjadi saat tumpukan campuran kurang suplai oksigen sehingga menghasilkan senyawa merkaptan (CH2O)x dan H2S yang berbau tak sedap melalui reaksi berikut: Gula, selulosa, hemiselulosa (CH2O)x xCH3COOH
Methanomonas
Bakteri penghasil asam
xCH3COOH
CH4 +CO2
N – Organik
NH3
2H2S + xCO 2
(CH2O)x + S + H2O
Composting atau pengomposan dapat dilakukan dengan mencampur bahan bahan yang terkontaminasi dengan bahan-bahan sisa organik yang tidak berbahaya seperti limbah pertanian atau kotoran hewan. Keberadaan bahan-bahan organik tersebut akan mendukung perkembangan populasi mikroba dan kondisi temperatur untuk pengomposan (Vidali, 2001). Pengomposan untuk lahan tercemar bahan organik merupakan alternatif strategi baru yang secara umum sudah mulai berkembang tetapi masih terbatas penelitiannya (Semple et.al. 2001). Jika biowaste (jerami, kotoran hewan, sekam padi, tanaman, sayuran, potongan kayu/serbuk gergaji, kotoran hewan, tandan sawit) diinkubasi dengan tanah tercemar akan terjadi proses penguraian pada suhu tinggi (thermophilic phase) dan proses ini disebut pengomposan (composting) ( Gestel et al. 2003). Selama proses pengomposan berlangsung akan terjadi degradasi kontaminan bahan organik. Pestisida merupakan senyawa persisten di lingkungan pada konsentrasi tertentu, lebih cocok dilakukan bioremediasi dengan strategi pengomposan karena: ♦ Suhu yang tinggi atau suhu termofilik selama pengomposan memungkinkan reaksi biokimia yang lebih cepat. Suhu yang tinggi juga dapat menyebabkan pestisida menjadi lebih mudah terdegradasi dan meningkatkan pertumbuhan mikroba pendegradasi pestisida. ♦ Jenis mikroba yang beragam menyebabkan terjadinya co-metabolisme terhadap pestisida. Struktur bah an organik yang beragam dalam kompos
19
membantu terjadinya co-metabolisme sejumlah bahan yang menjadi obyek degradasi, bahkan xenobiotik yang rekalsitran seperti DDT, dan PCB. ♦ Bahan-bahan organik yang digunakan untuk pengomposan terdiri dari banyak dan beragam mikro organisme kemampuan
masing-masing.
kemampuan
degradasi
yang aktif, dengan karakteristik dan Keanekaragaman
pestisida
yang
lebih
ini tinggi
mengindikasikan dimiliki
oleh
mikroorganisme Bahan pengomposan biasanya menggunakan sisa-sisa pertanian, kotoran hewan (misal kotoran kuda, sapi, domba, ayam), lumpur aktif, jerami, serbuk gergaji, gambut (Bernier et al. 1997). Penelitian ini akan menggunakan bahan bahan daun-daun dari tanaman asal yaitu daun wortel, kotoran sapi dan tanah terkontaminasi pestisida dan serbuk gergaji untuk pengomposan. Bahan-bahan tersebut berbeda dalam hal kandungan C/N dan kadar air (Tabel 5). Bahan yang mempunyai nilai C/N rasio yang terlalu tinggi tidak baik digunakan sebagai bahan utama pengomposan tetapi hanya sebagai bulking agent untuk mengimbangi bahan yang C/N rasionya rendah. Prinsip pengomposan adalah menurunkan C/N rasio bahan organik menjadi kurang dari 20 atau sama dengan C/N rasio tanah. Jika C/N rasio tinggi, bahan organik tidak dapat langsung dimanfaatkan oleh tanaman. Menurut CPIS (1992) C/N merupakan faktor utama pengomposan oleh karena proses pengomposan dikendalikan oleh kegiatan mikroba yang memanfaatkan karbon sebagai sumber energi dan pembentukan sel bersamaan dengan nitrogen. Nilai C/N yang ideal untuk pengomposan berkisar 20-40 dan yang efektif adalah 30. Campuran pengomposan yang memiliki rasio C/N terlalu besar memerlukan waktu yang lama dengan kualitas kompos bermutu rendah (Murbandono, 1983). Hal ini disebabkan jumlah nitrogen sedikit untuk pembentukan sel sehingga dibutuhkan beberapa kali siklus untuk mereduksi karbon. Nitrogen yang telah diimobilisasi akan didaur ulang dicirikan dengan matinya beberapa mikroba yang bertanggung jawab melaksanakan pengomposan. Moser (2000) menyebutkan kadar air proses pengomposan perlu dipertahankan, campuran berada pada kondisi lembab tetapi padat sekitar 40-70%. Sedangkan menurut Indriani (1999), kadar air 40-60% baik untuk degradasi bahan
20
organik. Indrasti dan Wilmot (2001) menyatakan kadar air harus dikontrol 4560%. Faktor penting pengomposan lainnya adalah suhu. Moser (2000) menyatakan suhu akan mencapai 20-65 oC saat proses pencampuran bahan-bahan kompos. Jika suhu kurang dari 20 oC maka proses akan berjalan lambat dan jika lebih dari 65oC menyebabkan banyak mikroba yang mati. Moser menambahkan suhu yang disarankan pada kisaran 35-55 oC. Sedangkan menurut Indrasti dan Wilmot (2001) suhu dipertahankan pada 40-50oC. Nilai pH optimum untuk perkembangan mikroba adalah 6-8 (Indriani, 2004). Cookson (1995), menyatakan bahwa untuk jenis degradasi pestisida seperti DDT, aldrin, heptachlor, endrin dan lindane akan terdegradasi lebih cepat dalam kondisi anaerob. Pengomposan dapat berlangsung
secara
aerobik
maupun
anaerobik.
Pengomposan
aerobik
menghasilkan CO2, air dan panas. Pengomposan anaerobik menghasilkan metana (alkohol), CO2 dan senyawa antara seperti asam organik (Indriani, 2004). Indrasti dan Wilmot (2001) menjelaskan pada pengomposan sistem windrow, pathogen akan tereduksi jika suhu dipertahankan di atas 50 oC selama 3 hari. Kualitas kompos mengacu kepada standar mutu kompos menurut Departemen Pertanian RI (2004), Indrasti dan Wilmot (2001) dan standar mutu kompos menurut SNI Kompos (19-7030-2004) disajikan pada Tabel 3. Kualitas kompos sangat ditentukan oleh beberapa kriteria yaitu; kematangan kompos, kandungan unsur hara kompos, kandungan bahan berbahaya dan kandungan mikroba patogen dalam tanah. Gaur (1980) menyatakan bahwa kompos yang baik berstruktur remeh dan tidak menggumpal, berwarna coklat kehitaman, bau humus dan reaksi agak masam sampai netral. Nisbah C/N berkisar 5-20 dan kompos yang stabil mengandung N dalam bentuk senyawa nitrat dan tidak ada N dalam bentuk amonia.
21
III. METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di Kawasan Agropolitan Desa Sindang Jaya, Kecamatan Pacet, Kabupaten Cianjur Jawa Barat. Analisis mikroba dan penyemaian benih di Laboratorium Bioproses IV dan Greenhouse, Pusat Penelitian Bioteknologi-LIPI, Cibinong. Analisis residu profenofos dilakukan di Laboratorium Residu Pestisida Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumberdaya Genetika Pertanian (BALITBIOGEN). Penelitian dilaksanakan pada bulan Oktober 2005 -Maret 2006.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian 3.2.1 Alat Penelitian ini menggunak an alat-alat sebagai berikut: cawan petri, labu Erlenmeyer, tabung reaksi, gelas piala, gelas ukur, autopipet, labu ukur, botol Schott, corong, jarum ose, lampu spritus, kertas saring, neraca analitik, pH meter, autoklaf, sentrifuse, mikropipet Eppendorf 100 dan 1000µl, kertas milipore 0.45µm, termometer, bak pengomposan, pH meter dan Kromatografi gas (GC) dan Spektrofotometer.
3.2.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanah tercemar pestisida yang diperoleh
dari Kawasan Agropolitan Des a Sindang Jaya,
Kecamatan Pacet, Kabupaten Cianjur Jawa Barat Bahan-bahan pengomposan dalam hal ini kotoran sapi dan daun wortel diperoleh dari tempat asal tanah yang terkontaminasi pestisida. Bahan lain yang digunakan adalah media selektif MSPY (Mineral Salt Peptone Yeast), alkohol teknis 70% (v/v), metanol, larutan garam steril, arang aktif, spirtus, larutan NaOH 5% Na2SO4 anhidrat, larutan asam asetat 25%, etil asetat, serium(II)sulfat, asetonitril dan air destilata, standar pestisida, FDA, buffer posfat pH 3-6, CH3CN.
22
3.3 Desain Penelitian Penelitian diawali dengan survei lahan pertanian yang tercemar pestisida di kecamatan Darmaga, Ciawi, Cisarua dan Kecamatan Pacet. Lahan pertanian yang mengindikasikan residu pestisida tinggi dianalisis sampel tanahnya. Hasil analisis residu yang melewati ambang batas ditetapkan sebagai lokasi pengomposan. Tahap penelitian selanjutnya menganalisis C/N dan kadar air bahan-bahan yang digunakan untuk pengomposan yaitu; tanah, serbuk gergaji kotoran sapi dan daun wortel. Berdasarkan data tersebut diperoleh komposisi masing-masing bahan dalam campuran untuk C/N 30, 35 dan 40 menggunakan Software Moisture and Carbon/Nitrogen Ratio Calculation Spread Sheet (Richard 2005 ). Selanjutnya dilakukan pengomposan tanah tercemar profenofos dengan tanah, serbuk gergaji kotoran sapi dan daun wortel. Tahap ini bertujuan untuk mengetahui laju degradasi profenofos selama pengomposan. Tanah yang sudah diremediasi dengan cara pengomposan diuji pengaruhnya terhadap pertumbuhan tanaman. Pada penelitian ini menggunakan tanaman bayam Jepang, karena mudah di dapat dan cepat panen. Tahap ini dilakukan di 2 tempat yaitu: penyemaian benih di green house dan penanaman di lapangan. Selanjutnya menghitung jumlah populasi bakteri dengan TPC (Total Plate Count), mengisolasi bakteri yang mampu mendegradasi profenofos selama pengomposan, menguji aktivitas bakteri dengan FDA (Fluorescent Diacetate Assay) dan menguji kemampuan degradasi profenofos oleh bakteri yang telah diisolasi tersebut dengan media adaptasi. Bagan alir tahapan penelitian disajikan pada Gambar 5. 1. Analisis residu profenofos pada tanah yang diduga tercemar profenofos. Analisis C/N dan kadar air tanah, kotoran sapi dan daun wortel. 2. Selama pengomposan 35 hari dilakukan pengukuran suhu harian dan sampling tanah setiap minggu untuk analisis residu profenofos, pH dan analisis mikroba. Menurut Indriani (2004), akhir proses pengomposan ditandai dengan suhu kompos stabil yang berarti kondisi semua bahan organik juga sudah stabil.
23
Analisis residu pestisida
Survei penggunaan pestisida
Penentuan lokasi pengomposan
Kotoran sapi dan daun wortel
Tanah tercemar pestisida Analisis residu pestisida, C/N dan kadar air
Analisis C/N dan kadar air Pencampuran tanah tercemar dengan biowaste pada
Sampling perminggu untuk analisis: residu profenofos, C/N, pH, TPC dan aktivitas mikroba Minggu ke-5: Analisis kualitas kompos meliputi C/N, KTK, unsur hara, kadar air, kadar abu, pH dan populasi mikroba
Inkubasi
Kompos/Tanah bebas profenofos
Penanaman di rumah kaca
Uji Toksisitas
Penanaman di lapang
Pertumbuhan dan biomass Isolasi Bakteri Uji aktivitas dan uji kemampuan degradasi profenofos
Gambar 5 Diagram Tahapan Penelitian
3. Analisis kompos dilakukan pada akhir penelitian meliputi C/N, kadar air, kadar abu, KTK, unsur hara, pH, residu profenofos dan populasi mikroba.
24
4. Menguji toksisitas tanah yang sudah dikomposkan dengan menyemai benih bayam Jepang di green house Bioteknologi LIPI Cibinong tanpa pemupukan selama 14 hari dan menanam bayam Jepang di lapangan selama 40 hari (panen). Biomass tanaman ditimbang berdasarkan akar, batang dan daun. Sedangkan hasil panen di lapangan dibandingkan dengan hasil panen petani di lahan sumber tanah yang digunakan untuk penelitian. Parameter yang diamati selama penelitian secara detail di sajikan pada Tabel 4
Tabel 4 Sampling dan parameter yang diamati Sampling
Parameter
Metode/Alat
Harian
Suhu
Termometer
Minggu ke-0 1, 2, 3, 4
pH C/N Kadar air Residu profenofos Populasi mikroba Aktivitas mikroba
pH meter Gravimetri & Kjeldal AOAC, 1984 GC TPC FDA
Minggu ke-5
pH C/N Kadar air Residu profenofos Populasi mikroba Aktivitas mikroba Kualitas kompos: Kadar Abu Total N P2O5 K2O
pH meter Gravimetri & Kjeldal Gravimetri GC TPC FDA Gravimetri Kjeldal
Bak pengomposan (Gambar 6) memiliki dimensi 1 x 1 x 1 meter terbuat dari kayu yang dipasang dengan jarak 1-2 cm tiap lembarnya guna aliran oksigen selama pengomposan. Pada bak yang sama dilakukan penanaman bayam Jepang untuk uji pertumbuhan tanaman pada tanah sudah dibioremediasi.
25
Gambar 6. Bak Proses Pengomposan
3.4 Pengolahan Data 3.4.1 Rancangan Percobaan Penelitian ini dilakukan dengan Rancangan Acak Lengkap satu faktor yaitu komposisi campuran pengomposan (tanah, serbuk gergaji, daun wortel dan kotoran sapi) dengan 3 taraf yaitu C/N 30, C/N 35, C/N 40 dua kali ulangan. Respon utama yang diamati adalah parameter laju degradasi pestisida. Sebagai kontrol digunakan tanah tercemar pestisida tanpa perlakuan untuk mengetahui laju degradasi pestisida secara alami di lahan tercemar tersebut. Model Statistik untuk rancangan ini adalah (Matjik dan Sumertajaya, 2002): Yij = µ + t i + eij dimana;
i
= 1,2,...,t dan j = 1,2,...,r
Yij
=Pengamatan pada perlakuan ke-i dan ulangan ke-j
µ
=Rataan umum
ti
=Pengaruh perlakuan ke-i
eij
=Pengaruh acak pada perlakuan ke-i ulangan ke-j
Hipotesis yang diuji adalah sebagai berikut: H0 : t 1 = t 2 = t 3 = 0 (Perlakuan tidak berpengaruh terhadap respon yang diamati/semua perlakuan memberikan respon yang sama) H1 : paling sedikit ada satu i dimana t i ? 0 26
Analisa yang dilakukan meliputi kadar residu pestisida, C/N, KTK, unsur hara, pH, kadar air, kadar abu dan populasi mikroba dalam kompos.
3.4.2 Penurunan Profenofos Selama Pengomposan Pengomposan dilakukan dengan mencampurkan tanah yang tercemar profenofos dengan serbuk gergaji, kotoran sapi dan daun wortel. Komposisi masing-masing bahan berdasarkan C/N yaitu 30, 35 dan 40 masing-masing 2 ulangan. Selama pengomposan (35 hari) dilakukan 6 kali sampling campuran untuk analisis residu profenofos dan analisis mikroba. Sampling tersebut dilakukan pada 5 titik dan dikompositkan. Pengukuran suhu dilakukan setiap hari dan jika suhu meningkat ditandai dengan campuran menjadi panas atau kelembaban berkurang dilakukan pembalikan sambil disiram. Pada akhir proses pengomposan ditandai dengan suhu menurun dan stabil mendekati suhu ruang, dilakukan analisis kualitas kompos meliputi: C/N, kadar air, kadar abu, KTK, unsur hara, pH, residu profenofos dan populasi mikroba. Selanjutnya dilakukan analisa kualitas kompos mengacu kepada standar mutu kompos menurut Indrasti dan Wilmot (2001), Japan Bark Compost Association (Harada et al. 1993), SNI 19-7030-2004 Kompos (2004) dan Depatemen Pertanian (2004) seperti Tabel 5. Tabel 5 Standar Mutu Kompos Paremeter Mutu Satuan Total N % Rasio C/N P 2O5 % K2O % pH KTK Meq/100g Kadar air % Keterangan:
A 2.5-3.5 20-25 >0.021 >0.021 7-8 100 35-45
B 0.2 <35 >0.5 >0.3 5.5-7.5 >70 55-65
C 0.4 10-25 0.1 0.2 6.8-7.5 = 50
D
7-8 = 80 = 35
A: Indrasti dan Wilmot (2001) B: Japan Bark Compost Association (Harada et.al., 1993) C: SNI Kompos (19-7030-2004) D: Depatemen Pertanian (2004)
Kualitas kompos sangat ditentukan oleh beberapa kriteria yaitu; kematangan kompos, kandungan unsur hara kompos, kandungan bahan berbahaya dan kandungan mikroba patogen dalam tanah. Gaur (1980) menyatakan bahwa kompos yang baik berstruktur remeh dan tidak menggumpal, berwarna coklat
27
kehitaman, bau humus dan reaksi agak masam sampai netral. Nisbah C/N berkisar 5-20 dan kompos yang stabil mengandung N dalam bentuk senyawa nitrat dan tidak ada N dalam bentuk amonia (Murbandono, 2005).
3.4.3 Analisis Residu Profenofos Analsis residu profenofos menggunakan Gas Chromatography (GC) dilakukan dengan metode shaker. Spesifikasi GC yang digunakan adalah adalah: tipe GC Shimadzu Model GC-4CM, kolom OV 17, Dimensi kolom panjang 2m dan diameter 3 mm, detektor
63
Ni ECD, phase gerak N2, sensitivitas 102, laju alir
30 ml/menit, kecepatan kertas 5mm/menit, attunation 4, suhu kolom 210oC, suhu detektor dan injektor 250 oC. Metode kerja analisis residu profenofos secara rinci dapat dilihat pada Lampiran 12.
3.4.4 Analisis Mikroba Analisis mikroba meliputi: jumlah populasi bakteri, isolasi jenis bakteri, analisis aktivitas bakteri dan uji kemampuan bakteri mendegradasi profenofos. Analisis jumlah populasi bakteri dilakukan dengan metode TPC pada media agar PCA/Plate Count Agar. Mikroba yang terdapat di dalam campuran pengo mposan masih merupakan koloni beberapa jenis bakteri sehingga perlu dilakukan isolasi untuk mendapatkan isolat/biakan murni (koloni tunggal). Isolasi bakteri dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu: metode cawan tuang/taburan (Pour Plate Method) dan metode cawan gores
(Streak Plate Method ) seperti yang dilakukan pada
penelitian ini. Metode awan tuang dilakukan dengan cara menginokulasi medium agar yang sedang mencair pada temperatur 50oC dengan suspensi bahan yang mengandung bakteri dan menuangkannya ke dalam cawan petri, setelah diinkubasi akan terlihat koloni-koloni yang tersebar di pemukaan agar. Mikroba dapat mendegradasi pestisida apabila mikroba tersebut telah beradaptasi dengan lingkungan yang mengandung pestisida. Pada proses adaptasi tersebut terjadi sintesis enzim yang dibutuhkan untuk mendegradasi senyawasenyawa rekalsitran (Gumbira dan Fauzi, 1996).
28
Sebelum melakukan pengujian kemampuan bakteri dalam mendegradasi profenofos, bakteri diadaptasikan dahulu pada media padat NA adaptasi yang mengadung profenofos. Bakteri yang mampu tumbuh diuji kemapuannya mendegradasi profenofos dengan uji pembentukan zona jernih pada media MSPY (Mineral Salt Pepton Yeast) yang mengandung profenofos. Bakteri tersebut diinkolasi selama 4 hari. Pembuatan media padat NA adaptasi sama dengan media padat NA yang mengadung nistayn. Perbedaanya pada media padat NA adaptasi tidak ditambahkan nistatyn tetapi ditambahkan profenofos dengan konsentrasi yang berbeda. Analisis Aktivitas Mikroba dilakukan dengan metode Fluorescent Diacetate Assay (FDA) seperti yang dilakukan Eggen (1999). FDA digunakan untuk membandingkan aktivitas mikroba hydrolitik dalam satu eksoterm yang sama. Analisis FDA dilakukan dengan cara menginkubasi sampel dalam larutan buffer yang bertindak sebagai penerima elektron yang menurunkan warna fluoroscent. Intensitas warna ditentukan dengan spektrofotometer. Metode kerja analisis mikroba secara rinci dapat dilihat pada Lampiran 13.
29
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Penentuan Lokasi Penelitian Penelitian mengenai bioremediasi lahan tercemar pestisida ini dilakukan dalam empat tahap. Tahap pertama adalah survei lahan pertanian yang terkontaminasi pestisida dengan menganalisis residu pestisida. Tahap ke dua, di lahan tersebut dilakukan pengomposan pada C/N rasio yang berbeda dengan campuran bahan -bahan yang berasal dari lahan itu sendiri yaitu: daun wortel, kotoran sapi dan serbuk gergaji sebagai bulking agent. Tahap ke tiga adalah melakukan uji toksisitas tanah yang sudah diremediasi menggunakan bayam Jepang. Tahap selanjutnya adalah mengisolasi bakteri yang ada di dalam campuran pengomposan dan meguji bakteri apa saja yang berperan dalam mendegradasi pestisida selama proses pengomposan dengan menganalisis aktivitas serta kemampuan degradasinya. Survei lahan pertanian (kecuali sawah) dimulai dari daerah Bogor. Berdasarkan informasi dari Balai Penyuluhan Pertanian kabupaten Bogor, daerah yang intensif untuk pertanian hortikultura adalah di Desa Petir Kecamatan Daramaga. Setelah dilakukan survei ke lapangan ternyata petani menanam lahan mereka tidak secara teratur sehingga penggunaan pestisida di lahan pertanian tersebut kurang intensif. Sehingga residu pestisida tanah pertanian di Kecamatan Dramaga (Desa Petir) tidak dianalisis. Survei dilanjutkan ke daerah yan g lebih tinggi yaitu Ciawi dan Cisarua. Residu pestisida tanah pertanian di daerah tersbut dianalisis dan hasilnya menunjukkan bahwa residu pestisida masih kecil. Survei diteruskan ke daerah dataran tinggi yaitu di Kecamatan Pacet (agropolitan) karena tanaman hortikultura tumbuh baik pada daerah pegunungan dan suhu dingin. Hasil analisis residu pestisida menunjukkan bahwa konsentrasi residu profenofos tinggi. Hasil analisis awal residu pestisida di lahan pertanian hortikultura di Kecamatan Dramaga, Ciawi, Cisarua dan Pacet disajikan pada Tabel 6. Dengan demikian, Kecamatan Pacet (Agropolitan) ditetapkan sebagai lokasi penelitian.
30
Tabel 6. Residu Pestisida di Lahan Pertanian Hortikultura Kecamatan Dramaga, Ciawi, Cisarua dan Pacet Lokasi Dramaga (Petir)
Parameter Tda
Konsentrasi (ppm) tda
Waktu 29 Agustus 2005
Ciawi
Malation Profenofos
0.0144 0.0044
06 September 2005
Cisarua
Heptaklor Aldrin
0.0078 0.0367
01 September 2005
Endosulfan
0.0889
30 September 2005
Klorpirifos Profenofos
0.0821 0.3210
Pacet
Keterangan: hasil survei di Darmaga tidak mengindikasikan pemakaian pes tisida secara intesif sehingga tidak dianalisis (tda)
Semua petani di kawasan Agropolitan menggunakan pestisida dalam usaha pertanian mereka. Tanaman yang mendominasi adalah bawang daun dan wortel. Tanah pertanian yang di analisis juga berasal dari lahan yang ditanami wortel. Jenis pestisida yang digunakan terutama dursban dan curacron untuk membasmi insekta pada tanaman wortel. Tingginya volume penggunaan pestisida berpotensi mencemari lahan pertanian itu. Menurut peta rupa bumi Bakosurtanal (1998), Kawasan Agropolitan terletak di Desa Sindang Jaya, Kecamatan Pacet, Kabupaten Cianjur Jawa Barat. Berdasarkan data satelit, tanah lokasi penelitian termasuk tanah Regosol (Gambar 7). Tanah regosol terdapat di daerah yang terbentuk dari bahan endapan volkan dan tersebar di kaki Gunung Gede-Pangrango. Tanah ini belum mengalami perkembangan profil yang jelas. Bahan induk tanah ini merupakan bagian dari endapan lahar dari Gunung Gede dengan warna coklat tua kekuningan. Bertekstur kasar (lempung, berpasir, berkerikil, konsistensi gembur/lembab dan agak plastis/basah). Struktur lemah, reaksi sedang di semua lapisan, bahan organik tinggi di lapisan atas, rendah di lapisan bawah. Nitrogen tinggi di lapisan atas, rendah di lapisan bawah. C/N sedang di lapisan atas, rendah di lapisan bawah. P2O5 tinggi di semua lapisan, K2O rendah di seluruh lapisan. Hasil analisis penelitian Nilawati (2002) sebelumnya berupa data kimia tanah regosol di Cipatat Cianjur seperti Tabel 7.
31
720000
740000
760000
780000
PETA JENIS TAN AH LOKASI PENELITIAN U
9260000
9260000
700000
6000
9240000
9240000
[
0
6000 12000 Km
KETERANGAN
Kecamatan Pacet
[
Desa Sindangjaya
9220000
9220000
JENIS TANAH Asosiasi Andosol Coklat dan Regosol Coklat Asosiasi Latosol Coklat Kemerahan dan Latosol Coklat Kompleks R egosol Kelabu dan Litosol Latosol Coklat
INDEKS PETA
9200000
9200000
Kabupaten Cianju r
9180000
9180000
Pulau Jawa
Sumber : 700000
720000
740000
760000
780000
1. P eta Rupa Bumi, Ba kosurtanal, 19 98 2. Data V ektor Jen is Tanah Jawa Bar at, 200 2
Gambar 7 Peta Lokasi dan Peta Tanah Lokasi Penelitian Tabel 7. Analisis Kimia Tanah Kawasan Pertanian Cipatat Cianjur Parameter `pH Corganik N-total P Ca Mg K Na KTK
Nilai 5.53 2.29% 0.20% 6.58ppm 7.75me/100g 1.00me/100g 0.50me/100g 0.44me/100g 32.13me/100g
Berdasarkan hasil wawancara langsung dengan petani dan Ketua Agropolitan Cipanas menunjukkan bahwa jenis pestisida yang digunakan umumnya curacron sebagai pengganti dursban karena dianggap lebih ampuh membasmi hama. Padahal curacron diperuntukkan untuk tanaman kapas (EPA, 1998). Upaya petani dalam mengolah lahan mereka diawali dengan mengairi 32
lahan sebelum dicangkul, selanjutnya dibuat parit dan meratakan tanah dengan campuran pupuk kandang sekitar 1:3 selanjutnya benih langsung disemai dan ditutup dengan lapisan tanah tipis. Setelah 15 hari tumbuh kecambah dilakukan penyemprotan pestisida (curacron, victori dan burman masing -masing 10 ml dalam 17 l air). Penyemprotan dilakukan setiap minggu untuk tanaman berumur 40 hari dan 2 minggu untuk tanaman berumur 3-4 bulan. Jika terjadi hujan petani melakukan penyempotan lagi meskipun baru dilakukan penyemprotan insektisida. Jika tanaman diserang oleh hama maka segera dilakukan penyemprotan insektisida curacron dengan konsentrasi 2 kali lipat dibandingkan dengan konsentrasi awal. Wortel merupakan tanaman hortikultura berumur 3.5-4 bulan. Petani melakukan penyemprotan 7-8 kali mulai dari awal sampai panen. Kebiasaan petani yang tidak memperhatikan jarak waktu antar penyemprotan dan jarak antara waktu panen dengan penyemprotan terakhir ini menimbulkan masalah residu pestisida pada produk sayuran dan tanah. Hasil survei awal penelitian di Kabupaten Bogor (Kecamatan Dramaga, Ciawi dan Cisarua) dan kabupaten Cianjur (Pacet) menunjukkan bahwa wortel dan bawang daun paling tinggi di daerah Cianjur. Menurut data pertanian dan perkebunan Cianjur, wortel termasuk komoditas unggulan dengan volume produksi tertinggi mencapai 87 115 ton/tahun (Tabel 8). Jenis tanaman yang mendominasi adalah wortel dan bawang daun, terlihat dari data volume produksi. Tanaman bawang daun tidak berpotensi menimbulkan biowaste karena seluruh tanaman dipanen sedangkan tanaman wortel hanya umbi yang dipanen sehingga daun wortel dibuang begitu saja. Daun wortel tersebut dengan bantuan biowaste lain yaitu kotoran sapi dan serbuk gergaji bisa dimanfaatkan untuk bioremediasi lahan pertanian dalam rangka perbaikan kualitas tanah di daerah tersebut dengan cara pengomposan. Nilai C/N tanah yang rendah bisa ditingkatkan dengan mencampurkan bahan -bahan kotoran sapi dan sedikit serbuk gergaji sebagai bulking agent. Semua bahan tersedia banyak di sekitar lahan pertanian sehingga petani tidak perlu mengeluarkan biaya besar untuk melakukan sendiri bioremediasi lahan mereka.
33
Tabel 8. Komoditas Unggulan Kecamatan di Kabupaten Cianjur Pestisida yang Jumlah produksi/ tahun (ton) digunakan 599 732 benlate, regent 50EC, petrofur 3G, larvin 75 WP furadan, dll 27 595 decis 2.5 EC, dursban 20 Ec, larvin 75 WP, matador 25 EC dll 7 224 belate, Confidor, decis 2.5 EC, dll 10 513 dursban 20 EC, diazinon 60 EC, decis, basban dll 27 285 bion-M, benlate, dursban 20 EC, curacron 500 Ec dll Pacet, Cugenang 32 390 basamid G, curacron 500 EC, dan Campaka diazinon 60 EC dll Pacet, Cugenang, Campaka 22 743 bion-M, curacron 500 EC, dan Warungkondang dursban 20 EC, diazinon 60 EC dll Pacet, Cugenang, Sukaresmi 46 426 sidazinon 600EC, sidametrin 50EC dan Warungkondang diazinon 60EC Pacet dan Cugenang 87 115 dursban 20 EC, curacron 500 EC Pacet dan Cugenang 81 651 antracol 70WP, dursban 20EC dll
No Komoditas Kecamatan sentra 1 Padi Seluruh Kecamatan di Kab. sawah Cianjur Kecuali Kec.Pacet dan Kec.Sukanagara 2 Jagung Cibeber,Mande,Cugenang, Takokak,Tanggeung, Cikalongkulon dan Ciadaun 3 Kedele Ciranjang, Sukaluyu dan Bojongpicung 4 Kacang Sindangbarang, Cidaun, Tanah Agarbinta dan Naringgul 5 Cabe Pacet, Cugenang, Sukaresmi 6 Kubis 7 Tomat 8 9 10 11
Petsai/ Sawi Wortel Bawang daun 12 Durian 13 Rambutan 14 Pisang
Cilaku, Cikalongkulon Cilaku, Cikalongkulon, Mande dan Cibeber Cikalongkulon, Sukaresmi dan Cibinong
6 552 2 686 422 472
_ beta 15 EC rugby 10G, basamid G, anvil 50 SC
Data pertanian dan perkebunan Cianjur 2005
Para petani sebenarnya telah melakukan upaya untuk memperbaiki kualitas tanah dengan mencampurkan kotoran sapi dan tanah sebelum lahan ditanami kembali. Berdasarkan penelitian ini, perlakuan tersebut memang mampu manaikkan pH tanah mendekati netral tetapi tidak efektif menurunkan cemaran pestisida. Selain itu, berdasarkan bio massa hasil panen juga berbeda nyata dengan perlakuan pengomposan.
4.2 Proses Pengomposan Proses pengomposan pada penelitian ini dilakukan dengan mencampurkan bahan-bahan kotoran sapi, daun wortel, serbuk gergaji dan tanah terkontaminasi profenofos dengan komposisi campuran bahan seperti pada Lampiran 1. 34
Campuran tersebut dibedakan berdasarkan nilai C/N rasio. Hasil analisis C/N dan kadar air masing-masing bahan tersebut disajikan pada Tabel 9. Perlakuan ini bertujuan untuk mengetahui nilai C/N yang palin g efektif berpengaruh pada penurunan residu profenofos. Tabel 9. Rasio C/N dan Kadar Air Bahan-bahan Pengomposan Bahan
%C
%N
Daun Wortel
39.03
1.90
30
Kotoran sapi
34.66
1.40
85
Serbuk Gergaji
55.00
0.11
10
2.44
0.20
25
Tanah
%Kadar Air
Menurut CPIS (1992), C/N merupakan faktor utama pengomposan. Hal ini karena
proses
pengomposan
dikendalikan
oleh
kegiatan
bakteri
yang
memanfaatkan karbon sebagai sumber energi dan pembentukan sel bersamaan dengan nitrogen. Bakteri dalam pertumbuhan dan aktivitasnya dipengaruhi oleh suhu dan pH. Oleh karena itu suhu dan pH sangat penting diperhatikan selama proses pengomposan. Moser (2000) menyatakan suhu akan mencapai 20-65 oC saat proses pencampuran bahan -bahan kompos. Jika suhu kurang dari 20oC maka proses akan berjalan lambat dan jika lebih dari 65oC menyebabkan banyak bakteri yang mati. Moser menambahkan suhu yang disarankan pada kisaran 35-55 oC. Gambar 8 menggambarkan perubahan suhu dan nilai pH selama proses pengomposan. Suhu kontrol 1(a) mengikuti suhu ruan g yaitu 19.6-23.4oC. Suhu kontrol 2 (b) meningkat sejak awal hanya sampai 29.1oC pada hari ke-10 selanjutnya menurun mendekati suhu ruang. Suhu pada perlakuan C/N 30 (c) meningkat sejak awal mencapai 40.6 oC pada hari ke-8 selanjutnya turun perlahan mendekati suhu ruang pada hari ke-35. Suhu pada perlakuan C/N 35 (d) meningkat sejak awal mencapai 31.7 pada hari ke-10 selanjutnya menurun mendekati suhu ruang. Suhu pada perlakuan C/N 40 (e) meningkat sejak awal mencapai 28.0 pada hari ke-10 selanjutnya menurun dan meningkat kembali 27.3 pada hari ke-21 dan selanjutnya menurun mendekati suhu ruang. Selama proses pengomposan pada semua perlakuan suhu cenderung meningkat sejak awal sampai minggu ke dua. Penurunan suhu secara umum terjadi pada hari ke 22.
35
10
45
a
8 6
25 4 15
pH
suhu (0C)
35
2 0
5 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
hari ke-
45
10
b
8 6
25 4 15
pH
suhu (0 C)
35
2
5
0 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
hari ke45
10 8
35
6
pH
suhu (0 C)
c 25
4 15
2
5
0 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
hari ke-
10
d
35
8 6
25 4 15
pH
suhu (0C)
45
2
5
0 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
hari ke-
10
e
35
8 6
25 4 15
pH
suhu (0 C)
45
2
5
0 1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
hari kesuhu
pH
pengadukan
sampling
Gambar 8 Perubahan suhu dan pH campuran selama proses pengomposan berdasarkan komposisi campuran (a) tanah; (b) tanah dan kotoran 36
Selama proses pengomposan dilakukan pembalikan setiap minggu sore (? ), namun hal ini tidak mempengaruhi suhu pengomposan. Hal ini disebabkan suhu campuran yang merata. Suhu pengomposan mendekati suhu kamar (suhu sekitar penelitian 19-23 oC) pada hari ke 31-35 dengan kisaran suhu 21-22.9oC. Setelah mengalami peningkatan suhu (pada penelitian ini hanya tercapai fase mesofilik) campuran menjadi padat/kompak dan aerasi menjadi berkurang sehingga terjadi penurunan suhu yang mengakibatkan aktivitas enzim berkurang. Pada tahap ini campuran berada dalam tahap pematangan. Dari peningkatan suhu, tertinggi pada pengomposan C/N 30 (Gambar 6c). Hal ini disebabkan oleh karena nilai C/N campuran mendukung untuk kegiatan bakteri. Pada C/N 30 komposisi campuran bahan teridiri dari: tanah + serbuk gergaji 628.27 Kg, kotoran sapi 317.04 Kg dan daun wortel 54.68 Kg. Komposisi ini jika dibandingkan dengan perlakuan lain mengandung biowaste lebih banyak (Lampiran 2). Suhu yang tinggi pada pengomposan menyebabkan perubahan C/N yang rasio juga tinggi jika dibandingkan dengan kontrol 1 dan 2 (Tabel 10) Nilai pH tanah sebagai bahan utama pada pengomposan ini rendah. Nilai pH kontrol sampai akhir penelitian berkisar 5.27-5.79 (Gambar 6a (?)). Pada semua perlakuan menunjukkan nilai pH yang rendah di awal proses pengomposan. Rendahnya nilai pH pada awal pengomposan menunjukkan terbentuknya
asam-asam organik hasil dari penguraian bahan organik
(karbohidrat) menjadi asam laktat dan asam organik lainnya. Pada hari ke-7 nilai pH
semua
perlakuan
meningkat
mendekati
nilai
netral
sampai
akhir
pengomposan. Nilai pH tersebut merupakan nilai optimal untuk pertumbuhan mikroorganisme. Pada saat nilai pH mendekati netral, NH3 yang terbentuk selama degradasi protein akan berikatan dengan air membentuk NH 4OH yang bersifat basa, sehingga pH meningkat. Selain itu juga disebabkan oleh perubahan asamasam organik menjadi CO2 dan sumbangan kation-kation basa hasil mineralisasi bahan-bahan pengomposan. Pada penelitian ini, suhu pengomposan pada perlakuan C/N 30 berbeda nyata terhadap semua perlakuan dan merupakaan suhu tertinggi mencapai suhu 40.3 (Tabel 10). Hal ini menunjukkan tingginya aktivitas bakteri pada perlakuan C/N 30. Sedangkan nilai pH tidak berbeda ny ata pada semua perlakuan. Jika
37
dibandingkan dengan nilai pH K1 yang asam (5.6) dan K2 (7.13), nilai pH perlakuan lebih tinggi (mendekati netral). Berdasarkan hasil analisis aktivitas bakteri (FDA) menggunakan spektrofotometri menunjukkan bahwa aktivitas bakteri pada C/N 30 meningkat lebih cepat dibandingkan dengan perlakuan yang lain (Lampiran 10). Suhu dapat menggambarkan aktivitas bakteri pada campuran kompos. Meskipun nilai pH pada campuran mendukung untuk pertumbuhan bakteri namun jika suhu tidak sesuai maka akan menghambat bakteri untuk menghasilkan enzim yang berguna untuk mendegradasi bahan organik dan anorganik yang ada dalam campuran kompos. Peningkatan suhu dipengaruhi oleh C/N campuran karena berhubungan dengan aktivitas bakteri. Selama proses pengomposan, bakteri memanfaatkan C sebagai sumber energi dan N sebagai sumber protein dan pertumbuhan sel. Pada proses pengomposan, bakteri mengkonsumsi 30 bagian karbon untuk satu bagian nitrogen dan penurunan N hanya 0.5% sedangkan C mencapai 50%. Pada C/N terlalu rendah atau N melimpah, menyebabkan bakteri tidak mampu memanfaatkan semua N tersebut sehingga akan lepas dalam bentuk bau gas amonia. Menurut Indrasti dan Wilmot (2001) C/N yang rendah memberikan kontribusi terhadap bau sehingga perlu menambah bahan dengan C tinggi. Pada penelitian ini menggunakan serbuk gergaji sebagai bulking agent. Sedangkan pada C/N yang tinggi proses pengomposan akan berlangsung lama (Murbandono, 1983). Hal ini disebabkan jumlah nitrogen sedikit untuk pembentukan sel sehingga dibutuhkan beberapa kali siklus untuk mereduksi karbon. Nitrogen yang telah diimobilisasi akan didaur ulang dicirikan dengan matinya beberapa bakteri yang bertanggung
jawab
melaksanakan pengomposan. Suhu optimum pengomposan pada penelitian ini berkisar 25-40.3 oC dengan kata lain suhu termofilik tidak tercapai. Hal ini disebabkan oleh kondisi lingkungan di tempat penelitian yang sangat dingin dengan suhu mencapai 19 oC. Namun demikian, berdasarkan pengamatan selama proses pengomposan, kondisi campuran secara keseluruhan tetap hangat. Mikroorganisme yang tumbuh optimal diduga golongan mesofilik yaitu yang hidup pada kisaran suhu 10-45 oC. Berdasarkan hasil isolasi diperoleh 7 jenis bakteri yang diberi inisial a, b, c, d, e, f dan g (Gambar 14). Selama proses pengomposan, bakteri-bakteri tersebut 38
mengkonsumsi bahan-bahan organik dan anorganik yang tersedia di dalam campuran. Bakteri tertentu mampu memproduksi enzim-emzim yang berperan dalam mendegradasi profenofos yang terdapat di dalam campuran. Fokus penelitian ini adalah untuk mengetahui perlakuan mana yang mampu menurunkan residu profenofos dengan bantuan bakteri yang ada di dalam campuran bahan pengomposan tersebut. Bakteri yang berperan dalam mendegradasi profenofos dapat diketahui setelah menguji pertumbuhan bakteri tersebut pada media selektif (MSPY) yang mengandung profenofos dan dilakukan pada akhir penelitian ini. Bakteri-bakteri tersebut biasanya disebut sebagai bakteri pendegradasi pofenofos (pestisida). Hasil analisis secara umum semua perlakuan menunjukkan residu profenofos mengalami penurunan. Berdasarkan uji statistik menunjukkan bahwa C/N rasio berpengaruh nyata terhadap penurunan residu profenofos (Tabel 10). Perlakuan C/N 30 menunjukkan konsentrasi residu paling kecil yaitu 0.006 ppm dan berbeda nyata dengan semua perlakuan. Semua perlakuan menunjukkan residu yang lebih kecil dibandingkan kontrol 1 dan kontrol 2. Perlakuan C/N 30 memiliki kemampuan degradasi paling tinggi jika dibandingkan dengan perlakuan yang lain (Gambar 9). Tingginya tingkat degradasi pada C/N 30 disebabkan karena kandungan C dan N pada campuran C/N 30 mendukung kegiatan mikroorganisme oleh karena suhu dan pH optimum bisa tercapai. Suhu optimum pada C/N 30 bisa tercapai oleh karena adanya aktivitas bakteri. Selama proses pengomposan, bakteri memanfaatkan Karbon (C) sebagai sumber energi dan Nitrogen
(N)
sebagai
sumber
protein
dan
untuk
pertumbuhan
sel.
39
Tabel 10. Hasil Analisis Proses Pengomposan Nilai
Suhu
C/N
tertinggi
awal
(0C)
K1
14.4
23.4
5.6
K2
20
29.1
7.13
Kode
C/N30 C/N35 C/N40 • • •
40.3
c
37.55
31.3
b
41.75
a
30.25
27
pH akhir
7.29 7.38 7.47
a ab b
nilai
Residu
delta
laju penurunan
C/N
profenofos
C/N
residu
akhir
(ppm)
(35 hr)
(ppm/ hr)
10
0.1360
4.40
17
0.0660
18
a
23
ab
29
b
Laju Pertumbuhan Log.cfu/hr
FDA/hr
0.0279
1.8465
0.8223
3.00
0.0371
2.1915
0.9185
0.0060
a
12.25
0.0642
2.4575
1.5867
0.0273
b
14.55
0.0560
2.2170
1.0735
0.0331
c
12.75
0.0512
2.1535
1.0368
K1 = tanah; K2 = tanah + kotoran sapi Angka-angka yang diikuti oleh huruf yang tidak sama berbeda nyata menurut Uji Tukey a= 0,05 Suhu luar 26.4-19oC pengamatan pukul 10.00-11.00 WIB
40
Pada proses pengomposan, bakteri mengkonsumsi 30 bagian karbon untuk satu bagian nitrogen dan penurunan N hanya 0.5% sedangkan C mencapai 50%. Pada C/N terlalu rendah atau N melimpah, menyebabkan bakteri tidak mampu memanfaatkan semua N tersebut sehingga akan lepas dalam bentuk bau gas amonia. Menurut Indrasti dan Wilmot (2001) C/N yang rendah memberikan kontribusi terhadap bau sehingga perlu menambah bahan dengan C tinggi. Pada penelitian ini menggunakan serbuk gergaji sebagai bulking agent. Sedangkan pada C/N yang tinggi proses pengomposan akan berlangsung lama (Murbandono, 1983). Hal ini disebabkan jumlah nitrogen sedikit untuk pembentukan sel sehingga dibutuhkan beberapa kali siklus untuk mereduksi karbon. Nitrogen yang telah diimobilisasi akan didaur ulang dicirikan dengan matinya beberapa bakteri yang bertanggung jawab melaksanakan pengomposan. 0.30
Residu profenofos (ppm)
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00 0
7
14
21
28
35
hari keK1
K2
C/N 40
C/N 35
C/N 30
Gambar 9. Penurunan Residu Profenofos Selama Proses Pengomposan Profenofos merupakan insektisida golongan organofosfat yang memiliki sifat stabil di dalam tanah maupun di air (EPA, 1998). Waktu paruh profenofos pada pH 5 mencapai 108 hari, pada pH 7 mencapai 62 hari (Tabel 2). Pad a penelitian ini, pengomposan selama 35 hari mampu menurunkan residu konsentrasi profenofos sampai 98%. Konsentrasi residu profenofos mencapai 41
separuh dari konsentrasi awal pada hari ke 14 -21 pada perlakuan pengomposan. Sedangkan pada kontrol, konsentrasi residu profenofos mencapai separuh dari konsentrasi awal pada hari ke-35. Berdasarkan hal ini dapat diduga bahwa proses pengomposan mampu mempercepat degradasi profenofos. Nilai pH pada K1 adalah 5.27-5.79 dan pada perlakuan K2, A30, B30, A35, B35, A40 dan B40 mendekati netral. Penurunan residu profenofos pada hari ke-35 sudah mendekati nol kecuali K1 dan K2. Hal ini karena selama proses pengomposan terjadi co-metabolisme oleh bakteri-bakteri. Struktur bahan organik yang beragam dan memiliki karakteristik tersendiri dalam kompos membantu terjadinya co-metabolisme sejumlah bahan yang menjadi objek degradasi dalam hal ini profenofos. Suhu yang hangat juga membantu mempercepat proses degradasi karena memungkinkan reaksi biokimia yang lebih cepat. Suhu yang tinggi juga dapat menyebabkan pestisida menjadi lebih mudah terdegradasi karena pertumbuhan dan
aktivitas bakteri pendegradasi pestisida meningkat.
Pertumbuhan populasi bakteri dan degradasi profenofos setiap perlakuan disajikan pada Gambar 10. Gambar 10 menunjukkan bahwa jumlah populasi bakteri cenderung mengikuti pola pertumbuhan bakteri yaitu kurva sigmoid. Secara umum pada hari ke-7 pertumbuhan populasi bakteri masih relatif kecil karena bakteri dari bahan bahan pengomposan masih beradaptasi dengan lingkungan barunya yang mengandung profenofos. Proses pertumbuhan adaptasi ini berlangsung selama 2 minggu. Pada hari ke-21 populasi bakteri meningkat cepat, mengindikasikan bahwa bakteri yang sudah mampu beradaptasi telah memanfaatkan bahan-bahan organik sebagai sumber energi dan protein. Namun pada perlakuan C/N 30 (Gambar 10e) populasi bakteri meningkat lebih cepat pada hari ke 14 dengan populasi lebih tinggi. Meningkatnya populasi bakteri (log cfu/l) dan aktivitas bakteri (FDA) diikuti oleh penurunan konsentrasi residu profenofos (Gambar 11). Hal ini bisa menggambarkan proses co metabolisme bakteri selama pengomposan. Pertumbuhan dan aktivitas bakteri dipengaruhi oleh pH dan suhu. Meskipun bakteri tersebut diisolasi dari kondisi yang ekstrim, namun pertumbuhan yang optimal hanya terjadi pada kisaran yang sempit. Oleh karena itu perlu memperoleh kondisi yang optimal yaitu pH 6.5-7.5 dan suhu 15-45 oC.
42
0.35
12
0.35
(b)
0.30
10
0.25
9
0.20
8
0.15
7
0.10
6
0.25 10 0.20 9 0.15 8 0.10 7
0.05 7
14
21
28
0.05
6
0.00 0
35
12
0.30
12
11
0.25
11
10
0.20
9
0.15
8
0.10
7
14
21
28
0.35
0.25
14
21
28
0.15
0.10 7
0.00 7
0.20 9
8
0.05
6
0.30
10
Log cfu
Residu profenofos
(d)
7
0.05
6
35
0.00 0
7
12
14
21
28
35
0.35
(e) 0.25
10
0.20 9 0.15 8
0.10
7
0.05
6
Residu profenofos (ppm)
0.30
11
Log cfu
Log cfu
(c)
0
35
0.00 0
7
14
log cfu
21
28
35
Residu profenofos
Gambar 10. Pertumbuhan bakteri dan penurunan residu profenofos selama Pengomposan (a) K1 (b) K2 (c) C/N 40 (d) C/N 35 dan (e)C/N 30
43
Residu profenofos (ppm)
0
0.30
11
Log cfu
11
Residu profenofos (ppm)
Log cfu
(a)
Residu profenofos (ppm)
12
Pada penelitian ini proses pengomposan terjadi pada suhu 25-40.6 oC dan nilai pH 7.06-7.56. Suhu mesofilik hanya tercapai pada perlakuan C/N 30. Kondisi ini mendukung untuk pertumbuhan bakteri yang berperan dalam mendegradasi profenofos. Pada pH netral zat-zat organik mudah larut dalam air sehingga bisa dimanfaatkan oleh mikroorganisme sehingga produksi enzim-enzim untuk mendegradasi profenofos oleh bakteri menjadi lebih optimal.
1.8
2.5
(b)
(a) 1.5
2.0
1.2
1.5
0.9
1.0 0.6
0.5 0.3
0.0
0.0 K1
K2
C/N30
C/N35
C/N40
slope residu 10E-1 ppm/hari (28 hari) slope log cfu/hari (28 hari)
K1
K2
C/N30
C/N35
C/N40
slope residu 10E-1 ppm/hari (28 hari) slope FDA/hari (28 hari)
Gambar 11. Hubungan laju penurunan konsentrasi profenofos terhadap (a) laju pertumbuhan dan (b) laju aktivitas bakteri selama pengomposan Pada hari ke-21 pada perlakuan C/N rasio 30 dan hari ke-28 dan 35 pada perlakuan yang lain, terlihat residu profenofos tetap mengalami penurunan meskipun sangat kecil. Hal yang terpenting di sini adalah, penurunan tersebut bukan semata-mata karena degradasi tetapi bisa terjadi karena volatilisasi dan adsorbsi oleh bahan-bahan organik. Sedangkan untuk proses leaching profenofos kecil kemunginan terjadi. Pernyataan ini berdasarkan pada penelitian Ngan et al. (2005) bahwa pada tanah pertanian dengan pH 5 mengindikasikan profenofos tidak mengalami leaching lebih dari 10 cm di bawah tanah. Selanjutnya dijelaskan bahwa profenofos bersifat “limited mobiltiy”. Pada penelitian Tejada et al. (2000) mengenai pengaruh pemakaian profenofos secara terus menerus di perkebunan kapas, menyimpulkan bahwa profenofos ditemukan hanya sampai kedalaman 20 cm setelah 180 hari penyemprotan sebesar 0.02% dari ko nsentrasi awal. 44
Residu profenofos di akhir pengomposan pada K1 masih tinggi yaitu 0.136 ppm atau mengalami penurunan konsentrasi 48%. Residu profenofos pada K2 sebesar 0.066 ppm atau mengalami penurunan konsentrasi 74%. Residu profenofos pada C/N 40 sebesar 0.033 ppm atau mengalami penurunan konsentrasi 88%. Residu profenofos pada C/N 35 sebesar 0.027 ppm atau mengalami penurunan konsentrasi 89%. Residu pada perlakuan C/N 30 paling rendah dibandingkan dengan perlakuan yang lain yaitu 0.006 ppm atau mengalami penurunan konsentrasi 98%. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa perlakuan C/N rasio proses pengomposan sangat mempengaruhi proses degradasi profenofos. Pada C/N 30 mampu menurunkan residu profenofos lebih besar dibandingkan perlakuan yan g lain. Menurut EPA (2000) batas maksimum konsumsi dalam makanan dan minuman yang dapat menimbulkan efek akut pada konsentrasi 0.005 ppm sedangkan efek kronik pada konsentrasi 0.00005 ppm. Konsentrasi residu akhir pengomposan C/N 30 adalah 0.006 ppm. Nilai ini masih dapat ditolelir dengan asumsi bahwa konsentrasi residu profenofos 0.3 ppm pada tanah asal akan terakumulasi di dalam sayuran 0.0068 (Fuad 2005) atau 2.2% dari residu di tanah. Residu akhir pengomposan 0.006 diperkirakan akan terakumulasi di dalam sayuran sebesar 0.000132 ppm. Nilai ini sangat jauh di bawah ambang batas akut atau kronik. Bioremediasi dengan cara pengomposan yang sederhana ternyata dapat menghindarkan manusia dari hal yang berbahaya, yaitu akumulasi pestisida di dalam sayuran. BCPC (1997) menjelaskan bahwa profenofos secara biokimia merupakan inhibitor kolinesterase, merupakan insektisida dan akarisida nonsistemik tetapi bersifat kontak dengan pencernaan. Gejala yang ditimbulkan kepada manusia jika keracunan profenofos adalah sebagai berikut: produksi air liur berlebihan, berkeringat, keluar air mata, tegang otot, lemas, kejang -kejang, inkoordinasi, sakit kepala, pusing, mual, muntah, kram perut, diare, tekanan pernafasan, sesak dada, batuk parah, mengganggu kerja pupil kadang-kadang penglihatan kabur, tidak sadar/pingsan dan penghambat enzim kolinesterase (BCPC, 1997).
45
Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pengomposan mampu mempercepat laju degradasi residu profenofos. Pada proses pengomposan banyak jenis bakteri yang berperan, sehingga memungkinkan untuk terjadinya cometabolisme dalam mendegradasi residu profenofos. Semakin tinggi aktivitas bakteri maka akan menyebabkan semakin cepatnya laju penurunan residu profenofos. Aktivitas bakteri dapat dilihat dari has il analisis dengan menggunakan Fluorescein Diecetate Assay (FDA). Peningkatan jumlah FDA yang dihasilkan diiringi oleh penigkatan aktivitas bakteri. Hasil pengujian aktivitas bakteri (Lampiran 10) menunjukkan bahwa aktivitas bakteri cenderung mengikuti pola pertumbuhan bakteri yaitu melewati fase awal (lag phase), fase eksponesial (exponential phase ) dan fase kematian (death phase) atau fase lambat, eksponensial dan stasionari. Pengujian aktivitas bakteri pada penelitian ini (Lampiran 10) menunjukkan bahwa aktivitas bakteri fase awal pada K1 dan K2 terjadi sampai hari ke-7, fase eksponensial terjadi mulai hari ke-1 dan fase kematian terjadi setelah hari ke-28. Namun demikian, aktivitas bakteri pada perlakuan K2 lebih tinggi dibandingkan dengan K1. Perbedaan ini diduga karena aktivitas bakteri yang berasal dari kotoran sapi yang ditambahkan pada perlakuan K2. Pada perlakuan C/N 30, fase awal terjadi sampai hari ke-7, fase eksponensial terjadi setelah hari ke-7 dan fase kematian terjadi setelah hari ke-21. Pengomposan pada C/N 30 fase eksponensial lebih cepat tercapai disebabkan karena kandungan C dan N pada campuran C/N 30 mendukung kegiatan mikroorganisme oleh karena suhu dan pH optimum bisa tercapai. Suhu campuran C/N 30 mencapai 40.6 (Gambar 8). Tingginya aktivitas bakteri tersebut berpengaruh terhadap kemampuan bakteri menghasilkan enzimenzim yang berperan dalam mendegradasi profenofos karena bakteri mulai memanfaatkan profenofos sebagai sumber karbon dan energi. Pada perlakuan C/N 35 dan C/N 40, fase awal terjadi sampai hari ke-7, fase eksponensial terjadi mulai hari ke-14 dan fase kematian terjadi setelah hari ke-28. Pada kedua campuran ini, aktivitas bakteri mengikuti kurva pertumbuhan sigmoid namun pertumbuhannya lambat, hal ini disebabkan karena C/N campuran tidak sesuai dengan kebutuhan
46
bakteri dimana jumlah nitrogen sedikit untuk pembentukan sel sehingga dibutuhkan beberapa kali siklus untuk mereduksi karbon. Pada hari ke-28 kemungkinan masih terjadi peningkatan aktivitas bakteri. Pada saat aktivitas bakteri mulai menurun maka akan mempengaruhi laju degradasi profenofos, hal ini disebabkan oleh sumber bahan organik yang tersedia telah habis selama proses pengomposan. Pada fase awal aktivitas bakteri lambat karena bakteri berada pada tahap adaptasi terhadap keberadaan senyawa profenofos. Pada fase adaptasi ini bakteri akan mensintesis enzim untuk mendetoksifikasi senyawa profenofos. Pada tahap eksponensial
bakteri
mulai
mampu
mengasilkan
enzim
yang
mampu
mendegradasi senyawa profenofos sehingga laju penurunan profenofos juga meningkat. Bakteri jarang mampu mempertahankan fase eksponensial dalam waktu yang lama karena keterbatasan jumlah sumber energi. Pada tahap stasionari atau kematian, sumber energi mulai habis sehingga bakteri tidak aktif lagi dalam mensintesa enzim-enzim yang diperlukan untuk mendegradasi profenofos sehingga penurunan konsentrasi residu profenofos sangat kecil. Gambar 12 menunjukkan hubungan antara aktivitas bakteri dan penurunan residu profenofos selama proses pengomposan. Pada perlakuan K1 yang terdiri dari tanah tercemar profenofos, penurunan residu profenofos lambat karena aktivitas
bakteri
selama
pengomposan
juga
lambat.
Nilai
FDA
yang
menggambarkan aktivitas bakteri hanya 4.3 dan Log cfu yang menggambarkan pertumbuhan bakteri hanya 8.1. Peningkatan pertumbuhan dan aktivitas bakteri diikuti oleh penurunan residu profenofos. Penurunan residu profenofos pada K1 (48%) ini sebagian besar disebabkan oleh proses fisika-kimia. Sedangkan penurunan yang disebabkan oleh proses biologi d iduga sangat kecil karena bakteri yang beraktivitas hanya bakteri indigen yang berasal dari tanah. Peningkatan aktivitas bakteri pada kontrol terjadi akibat pengadukan setiap minggu, namun peningkatan aktivitas tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan perlakuan yang lain.
47
8
8
0.3
0.3
(b)
4 0.1 2
0 14
21
28
4 0.1 2
35
0.3
8
7
14
21
28
35
8
(c)
0.3
4 0.1 2
6 Volume FDA (ml)
0.2
Residu profenofos
(d)
6
0.2 4 0.1 2
0.0
0 7
14
21
28
0
35
0.0 0
7
14
21
28
35
0.3
8
(e) 6 0.2 4 0.1
Residu profenofos
0
Volume FDA (ml)
Volume FDA (ml)
0.0 0
2
0
0.0 0
7
14 21 hari keFDA
28
35
profenofos
Gambar 12. Aktivitas bakteri dan penurunan residu profenofos selama pengomposan(a) K1 (b) K2 (c) C/N 40 (d) C/N 35 (e) C/N 30
48
Residu profenofos
7
0.2
0
0.0 0
6 Residu profenofos
0.2
Residu profenofos
Volume FDA (ml)
6
Volume FDA (ml)
(a)
Pada perlakuan K2 yang terdiri dari tanah dan kotoran sapi, penurunan residu profenofos lebih tinggi dibandingkan K1. Nilai FDA yang menggambarkan aktivitas bakteri mencapai 5.3 dan Log cfu yang menggambarkan pertumbuhan bakteri mencapai 9.9. Peningkatan pertumbuhan dan aktivitas bakteri diikuti oleh penuruanan residu profenofos. Penurunan residu profenofos pada K2 (74%) ini selain diduga disebabkan oleh proses fisika-kimia dan biologi oleh bakteri yang berasal dari kotoran sapi dan bakteri indigen. Pada perlakuan C/N 40 yang terdiri dari tanah, kotoran sapi, daun wortel dan serbuk gergaji, penurunan residu profenofos (88%) lebih tinggi dibandingkan K1 dan K2. Nilai FDA yang menggambarkan aktivitas bakteri mencapai 5.4 dan Log cfu yang menggambarkan pertumbuhan bakteri mencapai 9.9. Peningkatan pertumbuhan dan aktivitas bakteri diikuti oleh penuruanan residu profenofos. Penurunan residu profenofos pada C/N 40 ini selain sebagian besar disebabkan oleh aktivitas bakteri yang berasal dari kotoran sapi, daun wortel, serbuk gergaji dan bakteri indigen. Penurunan secara fisika-kimia diduga sangat kecil dibandingkan biologis (biodegradasinya) Pada perlakuan C/N 35 yang terdiri dari tanah, kotoran sapi, daun wortel dan serbuk gergaji, penurunan residu profenofos lebih tinggi dibandingkan K1 dan K2 dan C/N 40. Nilai FDA yang menggambarkan aktivitas bakteri mencapai 6.3 dan pertumbuhan bakteri cfu sebesar 9.9. Peningkatan pertumbuhan
dan
aktivitas bakteri diikuti oleh penuruanan residu profenofos. Penurunan residu profenofos pada C/N 35 ini selain sebagian besar disebabkan oleh aktivitas bakteri yang berasal dari kotoran sapi, daun wortel, serbuk gergaji dan bakteri indigen. Pada perlakuan C/N 30 yang terdiri dari tanah, kotoran sapi, daun wortel dan serbuk gergaji, penurunan residu profenofos (98%) lebih tinggi dibandingkan K1 dan K2, C/N 40 dan C/N 35. Nilai FDA yang menggambarkan aktivitas bakteri mencapai 7.2 dan pertumbuhan bakteri mencapai 11.1. Peningkatan pertumbuhan dan aktivitas bakteri tidak langsung diikuti oleh penuruanan residu profenofos.
Penurunan residu profenofos pada C/N 30 ini sebagian besar
disebabkan oleh aktivitas bakteri yang berasal dari kotoran sapi, daun wortel, serbuk gergaji dan bakteri indigen sendiri. Penurunan yang disebabkan oleh
49
proses fisika-kimia sangat kecil dibandingkan dengan penurunan secara biologi (biodegradasi). Berdasarkan uraian di atas terlihat bahwa, semakin rendah nilai C/N dalam penelitian ini atau semakin tinggi nilai N, maka diduga produksi enzim oleh bakteri juga akan tinggi. Bakteri memanfaatkan N sebagai sumber protein dan untuk pembentukan sel. Meningkatnya produksi enzim tersebut menyebabkan penuruan residu profenofos juga meningkat. Selain itu juga akan meningkatkan kegiatan co-metabolisme bakteri yang ada di dalam campuran pengomposan. Alexander (1999) menjelaskan bahwa, saat terjadi co-metabolisme bakteri akan bekerjasama (jointly) yaitu salah satu bakteri akan membantu bakteri yang lain
atau
bersama-sama
(together)
merombak
bahan/substrat
dengan
menghasilkan enzim yang mampu mendegradasi bahan tersebut. Beberapa penelitian menggambarkan bahwa pada proses bioremediasi, spesies bakteri yang kedua merombak metabolit yang diekskresikan oleh spesies bakteri jenis pertama. Misalnya: (a) parathion dimineralisasi oleh Pseudomonas stutzeri menghasilkan metabolit
4-nitrophenol
dan
diethyl
phospat,
selanjutnya
Pseudomonas
aeruginosa memanfaatkan phenol tersebut sebagai sumber C dan energi (Daughton dan Hsieh 1977 dalam Alexader 1999) (b) DDT dikonversi menjadi 4cholrophenylacetic acid oleh Pseodomonas dan metabolit tersebut digunakan oleh Arthrobacter sp. untuk pertumbuhan (Pfaender dan Alexander
1972 dalam
Alexader 1999). Alexander (1999) menguraikan bahwa setiap substrat bisa didegradasi oleh enzim tertentu, tetapi
bukan berarti setiap enzim khusus mendegradasi satu
substrat tertentu. Substrat yang mengandung pospat dimineralisasi oleh enzim phosphatase dengan reaksi hidrolisis seperti parathion, paraoxon, diazinon, dursban dan fenitrothion, sedangkan profenofos tidak disebutkan. Substrat 4bromo dan 2-chloro dapat dimineralisasi oleh enzim dehaloganase. Berdasarkan pernyataan tersebut dapat diduga bahwa bakteri yang mampu medegradasi profenofos menghasilkan enzim phosphatase untuk menghidrolisis profenofos dan enzim dehaloganase untuk degradasi gugus halogen selanjutnya.
50
Hubungan
proses
degradasi
residu
profenofos
dengan
proses
pengomposan dapat diringkas sebagai berikut. Saat pencampuran bahan-bahan pengomposan dengan tanah terkontaminasi, akan terjadi mineralisasi bahan-bahan organik yang menimbulkan panas. Panas tersebut berasal dari terputusnya ikatan ikatan molekul bahan-bahan organik dan dimanfaatkankan oleh bakteri termasuk bakteri sendiri sebagai sumber energi. Tidak semua panas dimanfaatkan oleh bakteri, sehingga panas yang tersisa akan tertahan di dalam bahan-bahan pengomposan sehingga suhu campuran akan terus meningkat. Peningkatan suhu tersebut akan meningkatkan pertumbuhan dan aktivitas bakteri seh ingga kemampuan bakteri dalam memproduksi enzim-enzim yang berperan dalam mendegradasi profenofos juga meningkat. Semakin banyak enzim pendegradasi profenofos yang diproduksi maka semakin tinggi laju degradasi profenofos. Akhir dari penelitian ini menghasilkan kompos. Kualitas kompos sangat ditentukan oleh beberapa kriteria yaitu; kematangan kompos, kandungan unsur hara kompos, kandungan bahan berbahaya dan kandungan bakteri patogen dalam tanah. Gaur (1980) menyatakan bahwa kompos yang baik berstruktur remeh dan tidak menggumpal, berwarna coklat kehitaman, bau humus dan reaksi agak masam sampai netral. Nisbah C/N berkisar 5-20 dan kompos yang stabil mengandung N dalam bentuk senyawa nitrat, nitrit dan amonium yang mudah diserap oleh tanaman dan tidak ada N dalam bentuk amonia. Selain karbon dan nitrogen, zata hara lain yang penting di dalam kompos adalah kalium dan phospor sebagai penyedia nutrisi bagi tanaman. Kalium bukan merupakan unsur penyusun jaringan tanaman tetapi berperan dalam pembentukan pati, mengaktifkan enzim, pembukaan stomata/mengatur pernafasan dan penguapan, proses fisiologis dalam tanaman, proses metabolik dalam sel, mempengaruhi penyerapan unsur-unsur lain, mempertinggi daya tahan terhadap kekeringan dan penyakit dan untuk perkembangan akar (Hardjowigeno, 2003). Phospor berperan dalam pembelahan sel, pembentukan albumin, pembentukan bunga, buah dan biji, mempercepat pematangan, memperkuat batang, perkembangan akar, tahan terhadap penyakit, membentuk nukleoprotein, metabolisme karbohidrat (Hardjowigeno, 2003). Analisis kualitas kompos hasil penelitian disajikan pada Tabel 11. Kompos yang dihasilkan pada akhir penelitian telah memenuhi
standar mutu kompos 51
kecuali nitrogen. Rendahnya konsentrasi nitrogen kemungkinan disebabkan oleh proses yang terjadi di akhir pengomposan anaerob karena bahan menjadi kompak saat suhu turun akibat aktivitas bakteri berkurang sehingga nitrogen hilang dalam bentuk amonia. Selain itu kandungan N total di tanah tersebut juga rendah yaitu 0.2%. Namun proses pengomposan ini telah meningkatan kandungan N tanah menjadi 0.25-0.29%. Warna kompos kehitaman dan berstruktur remeh tidak menggumpal. Tanah yang sudah dibioremediasi dengan cara pengomposan tersebut bisa dimanfaatkan sebagai pembenah tanah pertanian sehingga mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman.
Tabel 11. Perbandingan mutu kompos dengan Standar Mutu Kompos Paremeter Mutu Satuan Total N % Rasio C/N P 2O5 % K2O % pH KTK Meq/100g Kadar air % Keterangan:
A 2.5 -3.5 20-25 >0.021 >0.021 7-8 100 35-45
B 0.2 <35 >0.5 >0.3 5.5 -7.5 >70 55-65
C 0.4 10-25 0.1 0.2 6.8-7.5 = 50
D
7-8 = 80 = 35
E 0.25-0.29 18-26 0.33-0.50 0.20-2.26 7.30-7.47 109-118 43-49
A: Indrasti dan Wilmot (2001) B: Japan Bark Compost Association (Harada et al., 1993) C: SNI Kompos (19-7030-2004) D: Departemen Pertanian 2004 E: Hasil penelitian
4.3 Uji Pertumbuhan Tanaman Bayam Jepang Degradasi residu profenofos dapat terjadi karena mikroorganisme mampu merombak senyawa tersebut menjadi turunannya yang diharapkan tidak lebih toksik dibandingkan dengan senyawa asalnya. Pada studi yang pernah dilakukan pada tanah aerobik, profenofos yang diaplikasikan sebanyak 10.9 ppm pada pH 7.8 terhadap tanah liat berpasir mengalami degradasi selama 19 hari. Konsentrasi profenofos menurun sampai 56% selama 2 hari setelah diaplikasikan radioaktif, 36% setelah 3 hari dan 9% setelah 9 hari. Metabolit utama yaitu: (1) 4-bromo-2chlorophenol, meningkat dari 11% pada hari 1 sampai maksimum konsentrasi 79% selama 120 hari dan menururun menjadi 32% selama 270-360 hari; (2) BCPEE [4-bromo-2-chlorophenol ethyl ether], meningkat dari 2% pada hari ke 5 menjadi 13% hari ke 90 dan 42% hari ke 270-360; dan (3) THPME [252
thioethylenecarboxy-4-hydroxyphenyl methyl ether] meningkat 10% pada hari ke 180-270 (BCPC, 1997). Bernier et al. (1997) juga pernah melakukan penelitian mengenai pengomposan tanah tercemar pestisida khususnya DDT. Pada percobaan tersebut, tanah yang tercemar 600 ppm DDT dikomposkan melalui rangkaian pengomposan anaerobik (2 minggu) dilanjutkan dengan pengomposan aerobik (2 minggu) telah sukses mendegradasi DDT menjadi 140 ppm tanpa DDD dan DDE di akhir percobaan. Percobaan tersebut dilakukan pada kontainer pengomposan normal yang mampu menampung 1 ton tanah terkontaminasi Degradasi profenofos bisa saja meghasilkan turunan yang lebih toksik dari senyawa asalnya akibat mekanisme degradasi dan transformasi yang tidak sempurna oleh bakteri. Misalnya transformasi kometabolik, reaksi konjugasi dan akumulasi pestisida di dalam sel bakteri itu sendiri. Hal ini mengakibatkan senyawa baru yang lebih toksik dan berbahaya (Bollag, 1974). Untuk mengetahui hal tersebut maka dalam penelitian ini dilakukan pengujian pertumbuhan terhadap tanaman bayam Jepang (Horingso) di akhir penelitian. Pengunjian dilakukan di green house untuk mengetahui pertumbuhan benih di green haouse (Gambar 13) dan di lapangan (Gambar 14) untuk mengetahui hasil panen pada tanah yang sudah diremediasi. Pada hari ke 14, bibit ditimbang bobot akar, batang dan daun, sedangkan di lapangan penanaman dilakukan sampai panen (40 hari) dan ditimbang bobot keseluruhan (Gambar 15).
Gambar 13. Pertumbuhan Benih Bayam Jepang (Horingso) di Green House Selama 17 hari 53
Gambar 14. Pertumbuhan Tanaman Bayam Jepang (Horingso ) di lapangan Selama 40 hari
4.00
2
a
b 3.00 Biomassa (Kg)
Biomasaa (g)
1.5
1
2.00
1.00
0.5
0.00
0 K1
K2
C/N 30
C/N 35
C/N 40
K1
K2
C/N 30
C/N 35
C/N 40
Gambar 15. Bobot tanaman uji bayam Jepang (Horingso) di Green House (a) dan di lapangan (b)
54
Berdasarkan uji statistik (Tabel 12) biomassa bayam Jepang di green house (Gambar 15 a) menunjukkan perlakuan C/N rasio 30 menghasilkan bobot paling tinggi (1.6397 gram) jika dibandingkan dengan perlakuan C/N 35 dan C/N 40, tetapi tidak berbeda nyata. Hal ini disebabkan karena bayam Jepang belum mencapai pertumbuhan yang sempurna hanya selama 17 hari. Bobot biomasa bayam Jepang di green haouse semua perlakuan lebih tinggi jika dibandingkan dengan K1 dan K2. Sedangkan biomassa tanaman di lapangan (Gambar 15 b) menunjukkan bahwa, perlakuan C/N rasio 40 paling kecil (2.50 Kg) dan berbeda nyata dengan perlakuan C/N 35 dan C/N 40. Bobot biomassa bayam Jepang pada perlakuan C/N 30 lebih tinggi daripada bobot pada perlakuan C/N 35 tetapi tidak berbeda nyata. Secara umum perlakuan menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan kontrol. Artinya perlakuan tidak mengindikasikan toksik terhadap tanaman uji. Hal ini bisa disimpulkan bahwa degradasi profenofos dengan cara pengomposan tidak menimbulkan senyawa yang toksisitasnya lebih tinggi daripada senyawa asal bahakan dapat meningkatkan produksi tanaman. Tabel 12 Bobot biomassa tanaman bayam Jepang (Horingso) Pengujian Pertumbuhan Tanaman Green House Lapangan
Kode
(gram)
(kg)
K1 (Tanah) K2 (Tanah + Kot. Sapi)
0.5818 1.1294
1.200 1.525
C/N30
1.6397
a
3.300 b
C/N35
1.4010
a
2.950 b
C/N40
1.3486 a
2.500 a
4.4 Isolasi dan Uji Kemampuan Bakteri dalam Mendegradasi Profenofos Isolasi bakteri dari campuran pengomposan dilakukan untuk memperoleh isolat murni yang kemudian diidentifikasi. Berdasarkan hasil isolasi diperoleh 7 jenis bakteri yang d iberi inisial a, b, c, d, e, f dan g (Gambar 13). Cookso (1995) menguraikan bahwa jenis -jenis bakteri yang mampu mendegradasi
pestisida
adalah; Achromobacter (2,4-D
dan
carbofuran),
Arthrobacter (EPT, esopenphos, 2,4-D), Alcaligenus (isipenphos, 2,4-D), Flavobacterium (PCP, EPTC, 2,4-D), Methylomonas (EPTC), Pseudomonas 55
(Alachlor, Isopenfhos, carbofuran, 2,4 -D), dan Rhodococcus (EPTC). Sedangkan untuk jenis profenofos belum ada yang meneliti. Namun secara umum jenis Bacillus sp. dan Pseudomonas sp. memiliki kemampuan yang luas dalam adaptasi dan mampu tumbuh pada kondisi yang terdapat senyawa rekalsitran.
a
b
c
d
a
e
f
g
Gambar 16. Isolat Bakteri dari Campuran Pengomposan
56
Isolat g
f
e
d
c
b
a
750
1000
++
++
++
1500
+
Gambar 17. Pertumbuhan Isolat Pada Media Adaptasi pada 500, 750, 1000 dan 1500 ppm Profenofos Semua bakteri yang mampu tumbuh belum bisa dikatakan bakteri pendegradasi profenofos karena ada kemungkinan bakteri hanya mampu berad aptasi dengan mengakumulasikan senyawa ke dalam selnya atau hanya menggabungkan senyawa tersebut dengan senyawa lain. Metode untuk mengetahui jenis bakteri yang berperan dalam proses degradasi dilakukan uji seperti metode Oshiro et al. (1996), yaitu dengan menumbuhkan bakteri pada media MSPY yang mengandung profenofos selanjutkan dicirikan dengan pembentukan zona jernih/bening di sekeliling bakteri tersebut. Profenofos mempunyai kelarutan dalam air 28mg/l
25 oC (BCPC, 1997)
sehingga bila profenofos ditambahkan dalam media yang kandungan terbesarnya adalah air maka media tersebut akan membentuk suspensi dan menimbulkan sifat opaque (buram). Jika profenofos mengalami degradasi akan menghasilkan suatu senyawa turunan yang lebih sederhana dan bersifat polar serta mempunyai kelarutan dalam air yang lebih tinggi. Dengan kelarutan yang lebih tinggi dalam air akan menyebabkan hilangnya sifat opaque/buram, sehingga media akan menjadi jernih. Oleh karena itu jika suatu koloni bakteri yang mampu mendegradasi profenofos
57
Konsentrasi profenofos (ppm)
500
menjadi senyawa yang lebih sederhana, ditumbuhkan pada media padat MSPY yang mengandung profenofos, maka di sekeliling koloni bakteri akan membentuk zona jernih (Margot dan Stambach, 1964). Setelah semua bakteri ditumbuhkan pada media MSPY yang mengandung profenofos sampai 1000 ppm, ternyata yang membentuk zona jernih adalah isolat e, f dan g pada 1000 ppm (Gambar 15). Bakteri-bakteri tersebut diduga mampu menghasilkan enzim yang bisa medegradasi profenofos. Alexander (1999) menguraikan bahwa setiap substrat bisa didegradasi oleh enzim tertentu, tetapi bukan berarti setiap enzim khusus mendegradasi satu substrat tertentu. Substrat yang mengandung pospat dimineralisasi oleh enzim phosphatase dengan reaksi hidrolisis seperti parathion, paraoxon, diazinon, dursban dan fenitrothion, sedangkan profenofos tidak disebutkan. Substrat 4-bromo dan 2-chloro dapat dimineralisasi oleh enzim dehaloganase. Berdasarkan pernyataan tersebut dapat diduga bahwa bakteri yang mampu medegradasi profenofos menghasilkan enzim phospatase untuk menghidrolisis profenofos dan enzim dehalogenase untuk degradasi gugus halogen selanjutnya. g
f
e
d
c
b
a
100
500
1000
Gambar 18. Pengujian kemampuan degradasi profenofos pada konsentrasi 100, 500 dan 1000 ppm
58
Konsentrasi profenofos (ppm)
isolat
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Perbedaan nilai C/N proses pengomposan mempengaruhi laju degradasi profenofos. Residu pro fenofos pada K1, K2, C/N 40, C/N 35 dan C/N 30 berturutturut mengalami penurunan konsentrasi selama 28 hari adalah sebagai berikut; 48%, 74%, 89% 88% dan 98%. Berdasarkan hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa perlakuan C/N 30 pada proses pengomposan mampu medegradasi profenofos paling tinggi. Hasil pengujian pertumbuhan tanaman pada tanah pasca bioremediasi dapat meningkatkan biomassa hasil panen di lahan tersebut. Biomassa bayam Jepang (Horingso) sebagai tanaman uji yang ditanam pada lahan yang sudah dibioremediasi lebih tinggi dibandingkan dengan biomassa di lahan petani yang belum dibioremediasi. Berdasarkan hasil isolasi pada media NA diperoleh 7 jenis bakteri yang diberi inisial a, b, c, d, e, f dan g. Bakteri yang mampu mendegradsi senyawa profenofos sebagai sumber karbon adalah isolat e, f dan g pada 1000 ppm.
5.2 Saran 1. Pemanfaatan biowaste dari lahan pertanian perlu dikembangkan di kalangan petani untuk meningkatakan hasil panen di lahan tersebut. 2. Perlu penelitian lanjutan secara in-situ sebelum diaplikasikan langsung ke petani. 3. Perlu mengidentifikasi semua jenis bakteri hasil isolasi dan melakukan studi lanjutan untuk menguji kemampuan 3 isolat bakteri e, f dan g dalam mendegradasi profenofos secara monoculture dan mixculture sehingga dapat dib uktikan apakah terjadi co-metabolisme dalam proses degradasi profenofos tesebut. 4. Perlu dilakukan identifikasi turunan hasil degradasi profenofos 5. Proses pengomposan dilakukan pada musim yang berbeda 6. Bioremediasi dilakukan pada lahan yang baru aplikasikan profenofos
59
Lampiran 1. Komposisi bahan-bahan pengomposan C/N 40 Ingredient
% Moisture
% Carbon
% Nitrogen
Mass (kg or lbs.)
T + SG
50.00
8.28
0.166
10.80
kotoran sapi
85.00
34.66
1.400
4.34
} Note:
sisa wortel
30.00
39.03
1.900
0.02
} these masses are solved for in
water
100.00
0.00
0.000
0.00
} some of the equations below.
Calculated mixture moisture content:
60.0 (masses as specified)
Calculated mixture C/N ratio:
30.0 (masses as specified)
The required mass of the third material can be determined given characteristics, the masses of the first two, and goals: moisture goal:
60.0 (set these goals to match your requirements)
C/N ratio goal:
40.0
C/N 35 Ingredient
% Moisture
% Carbon
% Nitrogen
Mass (kg or lbs.)
T + SG
50.00
8.28
0.166
10.80
kotoran sapi
85.00
34.66
1.400
4.55
} Note:
sisa wortel
30.00
39.03
1.900
0.19
} these masses are solved for in
water
100.00
0.00
0.000
0.00
} some of the equations below.
Calculated mixture moisture content:
60.0 (masses as specified)
Calculated mixture C/N ratio:
30.0 (masses as specified)
The required mass of the third material can be determined given characteristics, the masses of the first two, and goals: moisture goal:
60.0 (set these goals to match your requirements)
C/N ratio goal:
35.0
C/N 30 Ingredient
% Moisture
% Carbon
% Nitrogen
Mass (kg or lbs.)
T + SG
50.00
8.28
0.166
10.80
kotoran sapi
85.00
34.66
1.400
5.45
} Note:
sisa wortel
30.00
39.03
1.900
0.94
} these masses are solved for in
water
100.00
0.00
0.000
0.00
} some of the equations below.
Calculated mixture moisture content:
60.0 (masses as specified)
Calculated mixture C/N rati o:
30.0 (masses as specified)
The required mass of the third material can be determined given characteristics, the masses of the first two, and goals: moisture goal:
60.0 (set these goals to match your requirements)
C/N ratio goal:
30.0
63
Lampiran 2. Campuran bahan-bahan pengomposan
C/N 30 35 37
T+SG (Kg) 10.8 10.8 10.8
KS (Kg) 5.45 4.55 4.34
DW (Kg) 0.94 0.19 0.02
Total (Kg) 17.19 15.54 15.16
C/N 30 35 37
T+SG (%) 62.83 69.50 71.24
KS (%) 31.70 29.28 28.63
DW (%) 5.47 1.22 0.13
Total (%) 100 100 100
C/N 30 35 37
T+SG (Kg) 628.27 694.98 712.40
KS (Kg) 317.04 292.79 286.28
DW (Kg) 54.68 12.23 1.32
Total (Kg) 1000 1000 1000
Total isi bak (Kg) 1000 1000 1000
Keterangan: T : Tanah SG : Serbuk Gergaji KS : Kotoran Sapi DW : Daun Wortel
64
Lampiran 3. Analisis residu profenofos pada hari ke-35
Univariate Analysis of Variance Descriptive Statistics Dependent Variable: Residu campuran 30 35 40 Total
Mean .006000 .027300 .033100 .022133
Std. Deviation .0003394 .0009450 .0023729 .0128151
N 2 2 2 6
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Residu Source Corrected Model Intercept campuran Error Total Corrected Total
Type II Sum of Squares .001a .003 .001 6.64E-006 .004 .001
df
Mean Square .000 .003 .000 2.21E-006
2 1 2 3 6 5
F 184.033 1328.261 184.033
Sig. .001 .000 .001
a. R Squared = .992 (Adjusted R Squared = .987)
Residu
Tukey Ba,b
campuran 30 35 40
N 2 2 2
1 .006000
Subset 2
3
.027300 .033100
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type II Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = 2.21E-006. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.000. b. Alpha = .05.
65
Lampiran 4. Analisis biomassa tanaman bayam Jepang di green hou se hari ke-17
Univariate Analysis of Variance Descriptive Statistics Dependent Variable: Biomassa campuran 30 35 40
Mean 1.755925 1.400950 1.348600
Std. Deviation .1643670 .1533715 .1753625
Total
1.501825
.2356829
N 2 2 2 6
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Biomassa Source Corrected Model Intercept campuran Error Total Corrected Total
Type II Sum of Squares .196a 13.533 .196 .081 13.811 .278
df 2 1 2 3 6 5
Mean Square .098 13.533 .098 .027
F 3.625 499.421 3.625
Sig. .158 .000 .158
a. R Squared = .707 (Adjusted R Squared = .512) Biomassa
campuran Tukey Ba,b 40 35 30
N 2 2 2
Subset 1 1.348600 1.400950 1.755925
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type II Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = .027. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.000. b. Alpha = .05.
66
Lampiran 5. Analisis biomassa tanaman bayam Jepang di lapangan hari ke-40
Univariate Analysis of Variance Descriptive Statistics Dependent Variable: Biomassa campuran 30 35 40 Total
Mean 3.600000 2.950000 1.525000 2.691667
Std. Deviation .0000000 .0141421 .3889087 .9651200
N 2 2 2 6
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Biomassa Source Corrected Model Intercept campuran Error Total Corrected Total
Type II Sum of Squares 4.506a 43.470 4.506 .151 48.128 4.657
df 2 1 2 3 6 5
Mean Square 2.253 43.470 2.253 .050
F 44.627 861.085 44.627
Sig. .006 .000 .006
a. R Squared = .967 (Adjusted R Squared = .946) Biomassa Subset campuran Tukey Ba,b 40 35 30
N 2 2 2
1 1.525000
2 2.950000 3.600000
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type II Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = .050. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.000. b. Alpha = .05.
67
Lampiran 6. Analisis suhu tertinggi selama proses pengomposan
Univariate Analysis of Variance Descriptive Statistics Dependent Variable: Suhu campuran 30 35 40 Total
Mean 40.300000 31.300000 27.000000 32.866667
Std. Deviation .4242641 .5656854 1.4142136 6.1115192
N 2 2 2 6
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Suhu Source Corrected Model Intercept campuran Error Total Corrected Total
Type II Sum of Squares 184.253a 6481.307 184.253 2.500 6668.060 186.753
df 2 1 2 3 6 5
Mean Square 92.127 6481.307 92.127 .833
F 110.552 7777.568 110.552
Sig. .002 .000 .002
a. R Squared = .987 (Adjusted R Squared = .978)
68
Suhu
Tukey Ba,b
campuran 40 35 30
N 2 2 2
1 27.000000
Subset 2
3
31.300000 40.300000
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type II Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = .833. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.000. b. Alpha = .05.
Lampiran 7. Analisis pH akhir pengomposan
Univariate Analysis of Variance Descriptive Statistics Dependent Variable: pH campuran 30 35 40 Total
Mean 7.290000 7.380000 7.465000 7.378333
Std. Deviation .0141421 .0424264 .0353553 .0823205
N 2 2 2 6
69
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: pH Source Corrected Model Intercept campuran Error Total Corrected Total
Type II Sum of Squares .031a 326.639 .031 .003 326.673 .034
df
Mean Square .015 326.639 .015 .001
2 1 2 3 6 5
F 14.138 301512.8 14.138
Sig. .030 .000 .030
a. R Squared = .904 (Adjusted R Squared = .840) pH
Tukey Ba,b
campuran 30 35 40
N 2 2 2
Subset 1 2 7.290000 7.380000 7.380000 7.465000
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type II Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = .001. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.000. b. Alpha = .05.
Lampiran 8. Analisis C/N rasio akhir pengomposan
Univariate Analysis of Variance Descriptive Statistics Dependent Variable: CN_rasio campuran 30 35 40 Total
Mean 18.000000 29.000000 23.000000 23.333333
Std. Deviation .0000000 2.8284271 1.4142136 5.1251016
N 2 2 2 6
70
Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: CN_rasio Source Corrected Model Intercept campuran Error Total Corrected Total
Type II Sum of Squares 121.333a 3266.667 121.333 10.000 3398.000 131.333
df 2 1 2 3 6 5
Mean Square 60.667 3266.667 60.667 3.333
F 18.200 980.000 18.200
Sig. .021 .000 .021
a. R Squared = .924 (Adjusted R Squared = .873) CN_rasio
Tukey Ba,b
campuran 30 40 35
N 2 2 2
Subset 1 2 18.000000 23.000000 23.000000 29.000000
Means for groups in homogeneous subsets are displayed. Based on Type II Sum of Squares The error term is Mean Square(Error) = 3.333. a. Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.000. b. Alpha = .05.
Lampiran 9. Kurva satndar analisis aktivitas mikroba dengan spektofotometri pada panjang gelombang (λ) 490 nm
FDA 0 0.1 0.2 0.3 0.5 1.0
I 0.0960 0.1982 0.2869 0.3631 0.5290 0.7852
Absorbansi II III 0.0963 0.0963 0.1986 0.1987 0.2885 0.2934 0.3633 0.3632 0.5293 0.5299 0.7859 0.7842
rata-rata 0.0962 0.1985 0.2896 0.3632 0.5294 0.7851
71
1.5
0.9327
0.9331
0.9323
0.9327
1
0.8 y = 0.1401x - 0.104 R2 = 0.959 absorban
0.6
0.4
0.2 0 0
0.1
0.2
0.3
0.5
1.0
1.5
FDA
Lampiran 10. Analisis Aktivitas mikroba dengan spektrofotometri pada panjang gelombang (λ) 490 nm
K2
8 6 4 2 0
volume FDA
volume FDA
K1
0
7
14
21
28
35
0
8 68 66 4 44 2 2 0 0
77
14 14 14
2121 21
hari hari hari keke-ke-
7
B30 B35 B40
hari ke-
volume FDA volume volume FDA FDA
volumeFDA FDA volume volume FDA
A30 A35 A40
8 6 4 2 0
2828 28 35 35 35
14
21
28
35
hari ke-
8 88 6 66 44 22 00
72 00
77
14 14
21 21 21
hari hari keke-
28 28 28
3535
Lampiran 11. Pengamatan Suhu Harian Selama Proses Pengomposan K1
Hari ke 1
T 1.0
2 3 4 5
K2 TL
A40 TL
B40
A35
B35
A30
B30
T TL 23.0
T TL 23.4
T TL 22.9
T TL 23.4
T TL 23.4
T TL 23.8
T 23.4
20.7 22.4 21.9 21.8
25.0 26.3 27.4 27.4
25.0 26.6 27.7 26.9
25.3 25.1 26.0 24.7
24.6 28.1 28.4 29.9
27.6 28.4 29.9 29.9
24.6 34.2 35.0 38.3
23.0 28.8 33.5 34.9
6 7
20.6 20.9
27.7 28.4
27.7 28.0
24.2 24.8
30.4 30.9
30.9 31.2
38.4 39.9
37.6 39.8
8
20.5
29.0
27.9
24.9
30.6
31.7
40.0
40.6
9 10 11 12
20.5 20.5 20.3 19.8
21.0
29.1 29.1 28.8 25.7
21
27.5 27.5 27.1 27.1
21
24.6 24.6 24.4 25.8
20
30.7 30.7 30.5 29.9
21
31.5 31.5 31.1 29.6
20
38.0 38.0 36.6 30.4
21
39.0 38.0 36.5 29.9
20
13 14 15
20.3 19.6 19.9
20.1 24.0 23.9
25.3 25.5 23.8
20 24.8 24.9
27.2 27.3 26.2
20 25 26.6
23.9 25.4 24.4
20 25 24.5
29.8 29.9 28.2
20.5 26 24.5
29.1 30.1 28.2
20 27.6 24.5
30.6 31.4 27.9
20 27 24.7
30.0 30.3 28.4
19.6 27 23.8
16 17
20.1 19.9
24.4 26.5
24.1 24.4
25.3 26.3
25.4 27.4
24.6 26.8
24.3 24.3
25.7 26.4
27.4 27.9
25.3 27.9
27.8 27.1
25.9 27.4
28.7 27.4
25.7 27.1
27.8 25.7
25.8 24.8
18 19 20
20.2 20.3 19.9
25.3 25.6 22.4
25.3 23.9 23.9
24.6 26.1 22.4
25.9 27.4 26.7
23.5 25.8 22.8
23.7 23.9 25.4
24.6 23.8 23.5
26.8 24.8 28.4
23.9 25.9 22.8
26.7 29.4 27.4
24.9 25.8 23.1
27.4 29.9 29.8
25.3 25.6 25.9
27.4 29.0 29.0
24.8 23.5 23.8
21 22 23 24
20.3 20.3 22.3 22.3
23.2 24.1 25.6 24.6
24.8 24.6 26.7 24.6
22.3 24.3 25.7 22.7
27.3 27.2 24.6 25.8
22.8 23.3 25.4 22.6
24.2 25.1 24.2 23.9
22.7 22.1 25.9 24.9
28.2 26.2 27.4 27.3
22.7 22.7 25.9 22.9
28.4 27.9 27.3 27.4
22.9 23.4 25.8 22.6
29.4 28.9 28.6 28.2
22.9 22.9 25.3 23
28.3 27.9 26.3 29.0
22.4 22.2 25.8 22.8
25 26 27
20.9 20.5 19.5
23.6 24.1 22
24.8 24.7 24.6
23.4 24.9 22.2
25.6 26.1 25.8
23.6 24.9 22.2
23.2 24.9 24.4
22.2 21.9 22.3
27.5 27.4 27.3
23.3 24.5 20
26.4 28.4 25.7
23.1 24.9 20.1
27.9 27.3 27.4
23.1 24.9 22.2
27.0 27.1 26.0
22.6 21.3 22.3
28 29
20.3 23.4
21.8 20.8
24.4 25.3
20.6 23.4
25.8 26.4
20.9 22.6
25.9 26.0
20 19.0
27.4 25.0
20.4 23
25.9 24.5
20 22.1
25.3 23.9
20.3 20.8
24.2 24.5
19.9 21
30 31
22.5 20.0
19.0 20
24.0 24.5
19.0 20
25.6 25.3
19.0 20
26.0 24.5
20 20.0
25.0 25.0
20 20.0
25.0 23.0
20 20.0
24.0 24.0
20 20.0
24.0 24.8
20 20.0
32 33 34
21.0 20.0 20.0
20.0 19.5 20.0
23.0 20.0 20.0
20.0 19.5 20.0
25.0 23.6 21.0
20.0 19.5 20.0
24.0 24.8 21.0
19.5 20.0 20
24.6 24.0 23.0
19.5 20.0 20
24.0 22.9 21.0
19.5 20.0 20
23.8 23.1 22.0
19.5 20.0 20
24.0 23.7 22.9
19.5 20.0 20
35
20.0
20
20.0
20
22.0
20
21.0
20
22.0
20
22.0
20
22.0
20
21.0
20
Keterangan:
73
T TL
: Suhu : Suhu Luar
Lampiran 12. Prosedur Analisis Residu Profenofos Analisis residu profenofos dilakukan dengan metode shaker yaitu dilakukan dengan cara; melarutkan 25 g sampel dengan 100 ml pelarut aseton ke dalam labu bundar 300 ml. Larutan tersebur dishaker selama 20 menit dengan kecepatan 100 rpm. Larutan didiamkan di atas standar labu sampai terjadi pemisahan antara sampel dan pelarut. Selanjutnya memipet pelarut dan difiltrasi dengan corong buchnert. Filtrat ditampung dalam labu bundar dan dievaporasi sampai pelarut tersisa ± 1 ml, kemudian dilakukan pemurnian dengan melewatkan pada kolom kromatografi yang telah diisi oleh florisil dan sodium sulfat anhidrat. Selanjutnya dielusi dengan pelarut n-heksan sebanyak 50 ml. Setelah selesai sampel dievaporasi lagi sampai tersisa ± 1 ml, kemudian labu dibilas dengan aseton secara bertahap dan hasil bilasannya ditampung dengan tabung uji sampai diperoleh volume 10 ml dan sampel siap di analisis dengan menyuntikkan 2-5 µl sampel ke dalam gas kromatografi (GC). Sebelum analisis sampel, dilakukan penyuntikan 2 -5 µl stand ar profenofos ke dalam gas kromatografi (GC). Konsentrasi profenofos (ppm b/b) dihitung berdasarkan kromatogram yang dihasilkan dan dibandingkan dengan hasil kromatogram standar berdasarkan rumus berikut: Konsentrasi profenofos (ppm) = tinggi peak sampel tinggi peak standar
x ppm standar x
pengenceran gram sampel
74
Lampiran 13. Prosedur Analisis Mikro ba a. Populasi Bakteri (Total Plate Count/TPC) Analisis populasi bakteri dilakukan dengan metode TPC pada media PCA (Plate Count Agar). Pembuaatan media PCA dengan melarutkan 15 agar, 1 g dextrosa, 5 g tripton, 1.5 g yeast ke dalam 1000 ml aquadest. Larutan tersebut dipanaskan sambil diaduk dengan magnetic stirer sampai mendidih dan homogen. Selanjutnya larutan disterilisasi dalam autoclave pada suhu 121oC selama 15 menit. Setelah agak dingin media dituang ke dalam cawan petri steril ± 15-20 ml dan dinginkan. Setelah padat cawan petri ditutup pada posisi dibalik. Metode TPC dilakukan dengan melarutkan 1 g sampel dengan 9 ml NaCl faali (0.9%) ke dalam tabung reaksi. Larutan ini mempunyai pengenceran 10 -1 dan pengenceran dilakukan sampai 10 -6. Setiap kali pengenceran larutan diaduk dengan vortek. Selanjutnya 0.1 ml larutan dari pengenceran 10-4 sampai 10 -6 dituang ke media PCA menggunakan ependorf dan stip steril. Selanjutnya larutan disebar dengan sprider yang telah dicelup ke dalam alkohol dan dipanaskan. Kemudian diinkubasi pada suhu ruang selama 48 jam. Koloni yang dihitung hanya yang berjumlah 30 – 300 koloni.
b. Isolasi Bakteri Pada penelitian ini isolasi mikroba dilakukan dengan metode cawan tuang/gores yaitu dengan menginokulasi sampel pada media padat NA (Nutrient Agar) yang telah ditambahkan zat antibiotik nistatyn berfungsi menghambat pertumbuhan kapang dan khamir. Inokulasi dilakukan dengan cara: melarutkan 1 gram sampel dengan 10 mL aquadest steril kemudian dishaker selama 30 menit. Sebanyak 100 µl supernatan yang terbentuk dituang ke permukaan media padat
75
NA. Masing-masing cawan petri diinkubasi dengan posisi terbalik pada suhu kamar selama 24-48 jam. Bakteri yang tumbuh dipindahkan ke media padat NA lain untuk memperoleh biakan murni. Isolat yang tumbuh dipisahkan berdasarkan perbedaan bentuk dan morfologinya ke media padat
NA baru yang tidak
mengandung nistatyn untuk memperoleh koloni tunggal (single coloni). Isolatisolat tersebut dipindahkan menggunakan jarum ose
yang telah dipanaskan
dengan menggoreskannya pada permukaan media. Koloni yang tumbuh diinkubasi selama 3 hari pada suhu ruang. Hal tersebut dilakukan berulang-ulang sampai diperoleh isolat murni dan dipindahkan ke media padat NA miring. Isolat diinkubasi selama 3 hari pada suhu ruang selanjutnya disimpan di lemari pendingin.
c. Uji Kemampuan Bakteri Mendegradasi Profenofos Sebelum melakukan pengujian kemampuan bakteri dalam mendegradasi profenofos, bakteri diadaptasikan dahulu pada media padat NA adaptasi yang mengadung profenofos. Bakteri yang mampu tumbuh diuji kemapuannya mendegradasi profenofos dengan uji pembentukan zona jernih pada media MSPY (Mineral Salt Pepton Yeast) yang mengandung profenofos. Bakteri tersebut diinkolasi selama 4 hari. Pembuatan media padat NA adaptasi sama dengan media padat NA yang mengadung nistayn. Perbedaanya pada media padat NA adaptasi tidak ditambahkan nistatyn tetapi ditambahkan profenofos dengan konsentrasi yang berbeda. Pembuatan media MSPY dilakukan dengan melarutkan 0.2 g KH 2PO 4, 0.5 g K2HPO4, 0.2 g MgSO4.7H2O, 0.2 g NaCl, 0.05 g CaCl2.2H 2O, 0.025 g FeSO4.7H2O, 0.005 g Na2MoO4, 0.0005 g MnSO 4, 0.0005 g NaWO2, 1.0 g Bakto peptone, dan 2.0 g Yeast extract dengan 1 liter aquadest di dalam gelas piala, kemudian diaduk sambil mengatur pH pada kisaran 7.0 (netral). Selajutnya media dipindahkan ke erlenmeyer dan ditambahkan 15 g bacto agar dan disterilkan dalam autoklaf (Oshiro, 1996). Media steril tersebut ditambahkan profenofos dengan konsentrasi berbeda.
76
d. Analisis Aktivitas Mikroba dengan Fluorescent Diacetate Assay (FDA)
Pembuatan larutan standar FDA dengan melarutkan 0.0399 g FDA ke dalam 100 mL aseton. Selanjutnya 10 gram tanah dilarutkan dengan 50 mL larutan buffer fosfat di dalam erlenmeyer yang telah diisi larutan standar FDA masing-masing 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0 dan 1.5 mL. Larutan dishaker selama 1 jam dengan kecepatan 120 rpm kemudian ditambahakan 50 mL aseton untuk menghentikan reaksi hidrolisis. Larutan disentrifuse dengan kecepatan 6000 rpm selama 10 menit. Absorban filtrat diukur dengan spektrofotometer UV-VIS (Beckam DU 650) pada panjang gelombang 490 nm. Perlakuan sampel dilakukan dengan cara melarutkan 0.200 g FDA dengan 10 mL aseton kemudian ditambahkan dengan aquabidest hingga 100 mL sebagai larutan stok. Sampel dilarutkan dengan 50 mL bufferposfat (pH 7.0) dan 0.5 mL larutan FDA. Selanjutnya dishaker selama 1 jam pada kecepatan 120 rpm dan ditambahkan 50 mL aseton. Larutan disentrifuse selama 10 menit dengan kecepatan 6000 rpm. Absorban diukur pada panjang gelombang (?) 490 nm.
77
Lampiran 14. Prosedur Analisis Kadar air, Kadar abu, Nitrogen dan Karbon Total
a. Kadar Air bahan (AOC, 1984) Cawan porselen kosong dan tutupnya dikeringkan dalam oven selama 15 menit pada suhu 100 oC dan dinginkan dalam desikator selama 20 menit. Sampel sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam cawan porselen yang sebelumnya sudah ditimbang berat. Cawan beserta isinya dimasukkan ke dalam oven lalu dikeringkan pada suhu 100-105oC hingga beratnta konstan selama 6 jam. Cawan dan isinya dimasukkan terlebih dahulu ke dalam desikator sebelum ditimbang kembali. Kadar air dapat diketahui dengan rumus:
Kadar air =
A– B
x 100%
dimana; A = berat cawan dan sample awal (g) B = berat cawan dan sample akhir (g)
C
C = berat sample (g)
b. Kadar Abu Sampel sebanyak 5 g ditempatkan pada cawan porselen yang telah diketahui beratnya, kemudian angkat dan pijarkan pada suhu 600oC selama 5 jam sehingga diketahui berat tetapnya, lau dinginkan dan ditimbang. Kadar abu dihitung dengan rumus;
Kadar abu =
Berat abu (g)
x 100%
Berat sample (g)
78
c. Kadar Nitrogen (AOAC, 1984) Sampel sebanyak 0.25 g dimasukkan ke dalam labu Kjedahl dan ditambahkan 2.5 ml H2SO4 pekat dan 0.25 g selen. Laruran tersebut kemudian didestruksi hingga jernih. Hasilnya dimasukkan ke dalam labu destilasi dan NaOH 40% sebanyak 15 ml. Selain itu siapkan penampung yang berisi 25 ml HCl 0.02 N dan tetes indicator nitrogen dalam Erlenmeyer 125 ml. Kemudian larutan sample dimasukkan ke dalam labu destilasi ditera sampai 50 ml. Hasil destilasi dititrasi dengan NaOH 0.02 N.
d. Kadar Karbon total Kadar karbon total dapat doperoleh dengan mengurangi berat kering bahan dengan kadar nitrogen dan kadar abu dibagi 1.82. (1.82 adalah faktor OH-)
79
