PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA 1 HKI SUMATERA BARAT, 7 DESEMBER 2013
FITOREMEDIASI: AKUMULASI DAN DISTRIBUSI LOGAM BERAT NIKEL, CADMIUM DAN CHROMIUM DALAM TANAMAN Ipomea reptana 1)Muliadi, 2)Deasy 1,2,4)Universitas
Liestianty, 3)Yanny, 4)Sabir Sumarna
Khairun, 3)Universitas Muhammadiyah Ternate E-mail:
[email protected]
ABSTRAK Fitoremediasi merupakan teknologi alternatif yang dapat digunakan untuk membersihkan lingkungan yang tercemar logam berat dengan memanfaatkan kemampuan tanaman untuk menyerap dan mengakumulasi logam berat. Fitoremediasi logam berat Ni, Cd dan Cr telah dilakukan dengan menggunakan Ipomea reptana. Penelitian ini bertujuan untuk menguji kelayakan Ipomea reptana sebagai fitoakumulator dan hiperakumulator logam berat Ni, Cd dan Cr. Konsentrasi logam Ni, Cd dan Cr dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA). Hasil penelitian menunjukkan Ipomea reptana mampu menyerap dan mengakumulasi logam berat Ni, Cd dan Cr optimum berlangsung pada pekan ke-4. Maksimum konsentrasi logam berat Ni, Cd dan Cr yang terserap dan terakumulasi berdasarkan variasi konsentrasi awal substrat yaitu 699.86 mg/Kg pada konsentrasi substrat Ni 100 ppm, 125.601 mg/Kg dan 136.792 mg/Kg masing-masing pada konsentrasi substrat Cd dan Cr 50 ppm. Nilai faktor translokasi Ni, Cd dan Cr pada konsentrasi maksimum masing-masing 0.94, 0.07 dan 0.17. Distribusi konsentrasi logam Ni, Cd dan Cr tertinggi terdapat pada organ akar tanaman. Keywords: Cadmium, Chromium, Fitoremediasi, Ipomea reptana, Nikel
I. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi dan industri tidak jarang memberi damapk negatif berupa limbah yang dihasilkan baik limbah padat, cair dan gas. Limbah industri merupakan toksikan yang berbahaya terutama yang mengandung logam berat. Masuknya polutan logam berat ke lingkungan (tanah, air dan udara) menjadi perhatian serius karena berpotensi memiliki sifat toksik pada organisme baik tanaman, hewan maupun manusia. Usaha untuk memperbaiki dan memulihkan tanah yang tercemar logam berat perlu diupayakan agar tanah tersebut dapat digunakan kembali dengan aman. Beberapa upaya yang telah dilakukan untuk mengatasi pencemaran lingkungan oleh logam berat seperti metode kimia-fisika seperti proses pemisahan ion logam berat dengan resin penukar ion atau karbon aktif, elektrolisis dengan elektrokoagulator dan elektrokinetik, namun cara ini relatif mahal dan kurang efektif. Alternatif lain yang dapat digunakan untuk mengurangi atau memulihkan polutan logam berat yaitu dengan menggunakan tanaman tertentu yang dapat menyerap dan mengakumulasi logam berat dengan konsentrasi tinggi, yang dikenal dengan fitoremediasi. Fitoremediasi merupakan salah satu metode remediasi dengan mengandalkan pada peranan tumbuhan untuk menyerap, mendegradasi, mentrans-formasi dan mengimobilisasi bahan pencemar logam berat. Tanaman mempunyai kemampuan mengakumulasi logam berat yang bersifat essensial untuk pertumbuhan (Aiyen, 2005) Beberapa tanaman telah menunjukkan pola respon terhadap kehadiran konsentrasi logam yang tinggi dalam tanah. Kebanyakan tanaman sensitif terhadap Konsentrasi logam yang tinggi dan sebagian lain mengalami resistensi, toleransi, dan akumulasi dalam jaringan akar hingga ke seluruh bagian tanman seperti tunas , bunga , batang , dan daun [Barcelo dkk, 1994]. Fenomena tanaman mengakumulasi konsentrasi logam berat yang demikian tinggi disebut tanaman hiperakumulator. Ciri-ciri tanaman hiperakumulator seperti tanaman mampu mengakumulasi logam dengan konsentrasi 100 kali lebih besar dari pertumbuhan'' normal " tanaman yang tumbuh di lingkungan yang sama (Anderson dkk, 2003; Baker dan Brooks, 1989; Brooks dkk, 1977). Tanaman hiperakumulator dikenal karena kemampuannya mengakumulasi logam-logam non essensial dalam proses biologi menjadi konsentrasi yang mirip dengan makro nutrien (0.1 – 1 %) [Brooks dkk, 1977]. Beberapa jenis tanaman yang telah dilaporkan sebagai fitoakumulator dan hiperakumulator logam berat antara lain Lepospermum scoparium, Sporbolus pectinatus Hack, Pimelea sutera Kirk,
PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA 2 HKI SUMATERA BARAT, 7 DESEMBER 2013 Andropogn gayanos, Sutera sp, S. silonoides, Sutera fodina, Cassinia vauviliersii (Hossner, dkk., 1998). Brassicaceae, Asteraceae, Pteridaceae, Thlaspi sp, Halophytes (Aiyen, 2005). Selain itu, tanaman dari famili Ipomoea spesies Ipomoea alpine dapat mengakumulasikan tembaga (Cu) sebanyak 12.300 mg/Kg di daunnya (Lasat, 2000., Onrizal, 2005) dan Ipomea carnea yang mengakumulasikan Cr sebanyak 151,6 mg/Kg (Ghosh dan Singh, 2005). Penelitian ini dilakukan untuk menguji kemungkinan penggunaan Ipomea reptana sebagai fitoakumulator dan hiperakumulator untuk meremediasi tanah tercemar logam berat Ni, Cr dan Cd serta pengaruhnya terhadap pertumbuhan tanaman kangkung darat (Ipomea repatana). Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan kontribusi sebagi solusi dan informasi dalam rangka identifikasi dan klasifikasi tanaman hiperakumulator logam Ni, Cr dan Cd.
2. Metode Penelitian Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan yaitu alat-alat gelas yang umum digunakan di laboratorium, pot plastik, neraca analitik, oven, soil tester, spektrofotometer serapan atom (SSA). Bahan yang digunakan yaitu tanah, pupuk urea, KCL, TSP, NiSO4.6H2O, CdSO4.2H2O, K2Cr2O7, H2O2 30%, HNO3 pekat, aquabides, kertas saring whatman 42. Prosedur Penelitian Tanah yang digunakan yaitu tanah yang diperoleh dari lahan bekas galian. Pembuatan tanah yang terkontaminasi masing-masing logam uji terlebih dahulu ditentukan konsentrasi yang diharapkan. Tanaman ditanam kedalam media tanah yang mengandung logam Ni, Cd dan Cr selanjutnya ditumbuhkan selama lima minggu masa tanam. Untuk mengetahui waktu optimum akumulasi logam Ni, Cd dan Cr, pemanenan tanaman dilakukan setiap minggu. Tanaman yang telah dipanen dicuci dengan aquades hingga bersih dan diangin-anginkan. Akar, batang dan daun yang telah bersih dipisahkan, kemudian dikeringkan pada suhu 50˚C selama 24 jam. Sebelum dianalisis, biomassa sampel kering (akar, batang dan daun) terlebih dahulu didekstruksi dengan HNO3 65% dan H2SO4 37%, filtrat yang diperoleh dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA).
3. Hasil Dan Pembahasan Akumulasi logam Ni, Cd dan Cr oleh tanaman kangkung darat (Ipomea reptana) menyebabkan penurunan konsentrasi logam berat dalam tanah. Konsentrasi logam Ni, Cd dan Cr yang diakumulasi oleh tanaman kangkung darat disajikan pada gambar 1. Konsentrasi logam berat dalam tanaman
mg/Kg
600 500 400 300 200 100 0
P1
P2
P3
P4
P5
Ni (mg/Kg)
356.06
482.323
482.323
545.45
482.323
Cr (mg/Kg)
47.043
66.093
90.861
133.155
91.941
Cd (mg/Kg)
92.82
101.167
116.903
125.601
108.098
Gambar 1. Hubungan antara waktu tanam terhadap konsentrasi logam yang diakumulasi oleh tanaman (mg/Kg).
PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA 3 HKI SUMATERA BARAT, 7 DESEMBER 2013 Gambar 1, menunjukkan jumlah konsentrasi logam Ni, Cd dan Cr yang diakumulasi oleh Ipoema reptana mengalami peningkatan seiring bertambahnya waktu tanam hingga panen keempat untuk masing logam. Jumlah konsentrasi maksimum masing-masing logam Ni, Cr dan Cd adalah 545.45 mg/Kg, 133.155 mg/Kg dan 125.601 mg/. Penurunan jumlah akumulasi masing-masing logam terjadi pada panen kelima (minggu kelima). Hal ini disebabkan karena pertumbuhan tanaman tidak lagi diimbangi oleh kemampuan tanaman untuk mengakumulasi logam-logam di dalam tanah. Selain itu, kondisi fisik tanaman pada media tanah yang mengandung pencemar Cr dan Cd mengalami klorosis. Hal ini karena logam Cr dan Cd belum diketahui fungsi biologisnya dalam tanaman Ipomea reptana dan bersifat lebih toksik dibandingkan Ni, sehingga kedua logam ini cenderung berpotensi menghambat proses penyerapan unsur-unsur hara dalam tanah selama proses pertumbuhan tanaman. Gambar 2, menunjukkan jumlah konsentrasi logam Ni, Cr dan Cr yang diakumulasi oleh tanaman Ipomea reptana pada berbagai tingkat variasi konsentrasi awal logam di dalam tanah. Variasi konsentrasi awal logam Cr dan Cd di dalam tanah yaitu 10, 20, 30, 40 dan 50 ppm. Sedangkan konsentrasi awal Ni di yang digunakan di dalam tanah yaitu 25, 30, 50 dan 100 ppm. Tanaman Ipomea reptana ditanam pada masing-masing media tanah yang mengandung logam Ni, Cr dn Cd selama waktu optimum untuk masing-masing logam yaitu pada minggu keempat.
konsentrasi logam dalam tanaman (mg/Kg)
800 700 600
Cd
500 Cr
400
Ni
300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110
substrat logam dalam tanah (ppm) Gambar 2. Jumlah konsentrasi logam yang diakumulasi tanaman berdasarkan variasi konsentrasi awal Gambar 2, menunjukkan jumlah konsentrasi masing-masing logam Ni, Cr dan Cd yang terakumulasi ke dalam tanaman Ipomea reptana mengalami kenaikan seiring meningkatnya konsentrasi logam di dalam tanah. Konsentrasi maksimum logam berat Ni, Cd dan Cr yang terakumulasi berdasarkan variasi konsentrasi awal substrat logam yaitu 699.86 mg/Kg pada konsentrasi substrat Ni 100 ppm, 125.601 mg/Kg dan 136.792 mg/Kg masing-masing pada konsentrasi substrat Cd dan Cr 50 ppm. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat dinyatakan bahwa, jumlah konsentrasi substrat logam Ni, Cd dan Cr di dalam tanah berbanding lurus dengan jumlah akumulasi logam oleh Ipomea reptana. Ipomea reptana menunjukkan kemampuan akumulasi logam Ni, Cd dan Cr yang cukup tinggi dan dapat dikategorikan sebagai fitoakumulator logam Ni, Cd dan Cr. hal ini didasarkan pada kemampuan tanaman Ipomea reptana menyerap dan mengakumulasi logam Cr dan Cd lebih dari 100 mg/Kg berat kering biomassa. Penentuan tanaman sebagai hiperakumulator logam berat ditentukan dengan membandingkan antara konsentrasi logam berat pada daun tanaman dengan akar tanaman yang dikenal dengan faktor translokasi (Ghosh dan Singh, 2005). Hasil perhitungan faktor trabslokasi logam Ni, Cd dan Cr oleh Ipomea reptana, disajikan pada gamabr 3.
PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA 4 HKI SUMATERA BARAT, 7 DESEMBER 2013
Nilai Faktor Translokasi
1.8
Cd
1.6
Cr
Ni
1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 substrat logam dalam tanah (ppm)
Gambar 3.
Nilai faktor translokasi logam Ni, Cd dan Cr oleh tanaman Ipomea reptana berdasarkan variasi konsentrasi awal logam dalam tanah.
Gambar 3, menunjukkan nilai faktor translokasi logam berat Ni, Cd dan Cr oleh Ipomea reptana berdasarkan variasi konsentrasi awal substrat pada waktu optimum. Menurut Yoon dkk 2006, nilai faktor translokasi lebih besar 1 menunjukkan mekanisme penyerapan dan akumulasi logam secara fitoekstraksi, sebaliknya nilai faktor translokasi lebih kecil 1 menunjukkan mekanisme akumulasi secara fitostabilisasi. Berdasarkan hasil penelitian nilai faktor translokasi masing-masing logam Ni, Cr dan Cd mengalami penurunan seiring bertambahnya konsentrasi logam berat di dalam tanah. Nilai faktor translokasi tertinggi pada masing-masing logam yaitu 1.6 pada konsentrasi awal substrat Ni di dalam tanah 25 ppm; 0.41 pada konsentrasi subsrat Cr 10 ppm di dalam tanah; 0.2 pada konsentrasi substrat Cd 10 ppm di dalam tanah. Hasil penelitian membuktikan bahwa logam Ni pada konsentrasi bertindak sebagai nutrien mineral dalam pertumbuhan Ipomea reptana. Sebaliknya logam Cr dan Cd belum diketahui fungsi biologisnya dalam pertumbuhan Ipomea reptana. Distribusi konsentrasi masing-masing logam Ni, Cr dan Cd pada masing-masing organ tanaman Ipomea reptana disajikan pada gambar 4.
10 ppm
250
20 ppm
100 ppm
Cd
Cr
Daun
0 Batang
50 ppm Akar
50 Daun
40 ppm
Batang
30 ppm
100
Akar
150
Daun
25 ppm
Batang
200
Akar
Konsentrasi logam (mg/Kg)
300
Ni
Organ Tanaman Gambar 4. Distribusi logam Ni, Cd dan Cr pada setiap organ tanaman berdasarkan variasi konsentrasi awal logam dalam tanah. Gambar 4, menunjukkan hasil penelitian akumulasi masing-masing logam Ni, Cr dan Cd oleh Ipomea reptana secara umum terkonsnetrasi lebih besar pada organ akar dibandingkan bagian organ batang dan daun. Hal ini disebabkan karena akar merupakan organ akar tanaman yang berinteraksi langsung dengan logam berat yang terdapat dalam tanah. Khusus logam Ni pada konsentrasi rendah 25 dan 30 ppm jumlah konsentrasi pada organ daun lebih besar dibandingkan
PROSIDING SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA 5 HKI SUMATERA BARAT, 7 DESEMBER 2013 akar. Namun secara umum konsentrasi logam berat akar > batang > daun tanaman Ipomea reptana pada berbagi tingkat konsentrasi logam berat di dalam tanah.
4. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan tanaman bahwa Ipomea reptana merupakan fitoakumulator dan hiperakumulator logam berat Ni, Cd dan Cr dengan waktu optimum berlangsung pada pekan ke-4. Nilai faktor translokasi Ni > Cr > Cd. Distribusi masing-masing logam Ni, Cr dan Cd pada organ akar > batang > daun Ipomea reptana.
Ucapan Terima Kasih Terima kasih kepada kementrian riset dan teknologi dan Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia yang telah mendanai penelitian ini dalam skema penelitian Insentif Riset nasional dan Hibah Bersaing.
Daftar Pustaka Aiyen. Ilmu Remediasi untuk Atasi Pencemaran Tanah di Aceh dan Sumatra Utara, Harian Kompas, 4 Maret 2005 (online), (http:/www.kompas.com/kompascetak/0503/04/ilpeng/1592821.htm, diakses tanggal 27 November 2012). Anderson, C.W.N., Stewart, R.B., Moreno, F.N., Wreesmann, C.T.J., Gardea-Torresdey, J.L., Robinson, B.H., Meech, J.A. Gold phytomining “Novel developments in a plant-based mining system” 2003. In: Proceedings of the Gold 2003 Conference: New Industrial Applications of Gold. World Gold Council and Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum. http://www.gold.org/discover/sci_indu/gold2003/pdf/s36a1355p976.pdf. Baker, A.J.M., Brooks, R.R. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metal elements: a review of their distribution, ecology, and phytochemistry. Biorecovery, 1. 1989, pp. 81–126. Barcelo, J., Vazquez, M.D., Madico, J., Poschenrieder, C. Hyperaccumulation of zinc and cadmium in Thlaspi caerulescens, In: Varnavas, S.P. (Ed.) Environmental contamination CEP Consultants Ltd., Edinburgh, 1994, pp. 132–134. Brooks, R.R., Lee, J., Reeves, R.D., Jaffre, T. Detection of nickeliferous rocks by analysis of herbarium specimens of indicator plants. Journal Geochemical Exploration, 7, 1977, pp. 49–57. Hossner, Leoppert, R. H. dan Newton, R. J. Literatur Review: Phitokumulationo of Chromium, Uranium and Plutonium in Plant System, Departemant of Energy, 1998, Texas, New Mexico. Gosh dan Singh. Comparative Uptake And Phytoextraction Study of Soil Induced Chromium By Accumulation and Highbiomass Weed Species, Applied Ecology and Enviromental Research 3 (2), 2005, pp:67-77. Lasat M. The Use of Plants for the Removal of Toxic Metals from Contaminated Soil, 2000 (online), (htt://clu-in.org/dounload/remed/lasat.pdf, diakses pada tanggal 1 November 2012). Onrizal., 2005, Restorasi Terkontaminase Logam Berat, Jurusan kehutanan Fakultas Pertanian USU. Yoon, J., Cao, X, Zhou, Q., Ma., Q. L. Accumulation of Pb, Cu, and Zn in Native Plant Growing on a Contamited Florida site, Science of The Enviroment, 368, 2006, 456-464.
