Peneliliandon Pengembangan Aplikasi lsotop don Radiasi,/998
ESTIMASI I...AJU EROSI MENGGUNAKAN
ISOTOP ALAM 137CS
Nita Suhartini*, Elliot, G.L.**, Milne, A. T.***, and Wai Zin 00**** * Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, BATAN ** Australian Nuclear Science and Technology Organization, AUSTRALIA *** University of New South Wales, Departement of Geography, AUSTRALIA **** Myanma Scientific and Technological Research Departement, Myanmar
ABSTRAK ESTIMASI LAJU EROSI MENGGUNAKAN ISOTOP ALAM 137CS.Telah dilakukan suatu penelitian untuk estimasi laju erosi menggunakan isotop alam 137CSdi lokasi perbukitan di daerah GOULBURN-NSWAUSTRALIA. Keberadaan 137CS di alam merupakan hasil dari percobaan senjata nuklir yang dimulai pada pertengahan tahun 1950-an. Input 137CS yang berasal dari fallout, setelah menyentuh bumi akan teradsorpsi dengan sangat cepat pada permukaan tanah. 137CSterikat sangat kuat pada tanah, sehingga dapat digunakan sebagai tracer pada studi pergerakan tanah. Sampel tanah diambil dengan menggunakan alaI coring (di = 10 cm, h = 20 cm), dan dibawa ke laboratorium untuk dipreparasi dan dianalisis. Preparasi sampel terdiri dari pengeringan, penimbangan, pengerusan dan pengayakan. Sampel halus yang telah lolos ayakan I mm, kemudian dianalisis kandungan 137CS menggunakan alaI spektrometer-gamma. Laju erosi total dihitung dengan memplotkan hasil analisis 137CS sampel ke peta topografi studi area. Hasil penelitian menunjukkan bahwa erosi sangat kecil, dan total laju erosi adalah 130 kgiha.thn
ABSTRACT ESTIMATION OF EROSION RATE USING NATURAL ISOTOP 137CS.The investigation of erosion rate using natural isotop 137CS had been done in hilliness area at GOULBURN-NSW-AUSTRALIA. The presentation of 137CS in natural was as a result of nuclear weapon testing in the middle of 1950's. Fallout of 137CS input, when it reached the ground, it rapidly adsorbed at the soil. 137CS binds very strong at the fine soil, so it can be used as tracer in the study of soil movement. Soil samples were taken using coring device (di = 10 cm, h = 20 cm), and were brought to laboratorium for preparation and analysis. The preparation are drying, weighing, crushing and sieving. The 137CS content of fine samples that passthe 1 mm sieve were analyzed using gamma-spectrometer.The total erosion rate was calculate by ploting the 137CS values in the topography map of study area. The result showed that erosion was very low, and total erosion rate is 130 kg/ha.y.
PENDAHULUAN Erosi adalah suatu gejala alam yang sulit untuk diatasi. Erosi ini terjadi karena adanya penggundulan pennukaan tanah, sehingga air hujan dapat mengha11yutkan butiran-butiran tanah. Laju erosi tanah dapat ditentukan
dengan cara sampling, daD membawa sampel ke laboratorium untuk dianalisis. Metode konvensional ini cukup rumit daD membutullkan waktu yang lama. Selain itu sampel tidak dapat digunakan jika telah dianalisis. Cara lain untuk menentukan laju erosi adalah dengan menggunakan metode teknik nuklir. Metode teknik nuklir untuk estimasi laju erosi adalah suatu metode yang memanfaatkan isotop alam untuk menentukan laju erositanah. Isotop alam yang dimanfaatkan adalah IJ7CS. Keberadaan IJ7CSdi alam, merupakan produk dari (I): I. Percobaan senjata nuklir yang dilakukan antara pertengahan tho. 1950-an -1980 2. Kecelakaan instalannsi nuklir Chemobyl pada 26 April 1986 Ketika menyentuh pemlukaan bumi IJ7CSakan terserap kedalam partikel-partikel tanah dengan sangat cepat,
sehingga dapat digunakan sebagai perunut pada studi pergerakan tanah. 137CS banyak terdapat pada jenis tanah lempung (Clay), karena 137CS terikat sangat kuat pada partikel-partikel tanah lempung (2). Sehingga pada tempatyang mengandung tanah lempung tinggi akan memiliki kadar 137CS yang tinggi pula. Proses dari keberadaan 137CS pada tanah dapat dilihat pada Gambar (I). Metode teknik nuklir ini memiliki beberapa kelebihan dari merode konvensional, tapi membutuhkan biaya operasional yang cukup tinggi. Selain itu harga peralatan yang digunakanjuga mahal. Beberapa kelebihan dari metode 137CS adalah : I. Pengambilan sampel hanya dilakukan sekali 2. Sampel dapat dianalisis lebih dari satu kali, jika diperlukan 3. Dapat diketalmi apakah pada lokasi tersebut terjadi erosi atau deposit 4. Dapat digunakan untuk menentukan laju erosi daDpola distribusi tanah pada lokasi yang luas. Karena adanya kesulitan pada mahalnya biaya operasional, maka jumlah sampel yang akan dianalisis sebaiknya dibatasi (biasanya kurang dari 200 sampel). Agar
Penelilion don Pengembongan Aplikasi Isolop dan Radiosi, 1998 c
sampel-sampel yang diambil dapat mewakili selurnh lokasi penelitian, maka sebelum sampling ke studi area, perlu diperhatikan beberapa faktor. Faktor-faktor yang hams diperhatikan adalah : sudut kemiringan, arab aliran air (Channel link), tumbuhtumbuhan penutup, peta ketinggian dan jenis tanah. Karena faktor-faktor tersebut sangat mempengaruhi proses terjadinya erosi. Untuk mengestimasi laju erosi !anah menggunakan 137CS terlebih dahulu hams dipilih sua!u tempat di lokasi penelitian yang mengalami erosi sekecil mungkin daDtidak pernah diolah sejak tahun 1950. Tempat ini akan dijadikan sebagai lokasi pembanding ("reference site"). Berkurangnya nilai aktivitas 137CS pada reference-site hanya disebabkan karena pelurnhan radioaktif (waktu paruh 137CS = 30,2 tho). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari penggunaan dari 137CS dalaln memperkirakan laju erosi pada suatu lokasi dimana erosi pernah terjadi. Lokasi penelitian ini terlet.1kdi GOULBURN-New South Wales Australia. Kira-kira 200 km barat daya Sydney. Tepatnya pada lokasi 34°39' S daD 149°33' T (Iihat Gambar2).
TEORI Aktivitas 137CSpacta sampel tanah ditentukan dengan menggunakan alat multi channel analyzer (MCA). Total aktivitas 137CS persatuan luas A (Bq/m2) pacta setiap tempat dihitung dengan persamaan (4) : A = C, III .a'
(i)
dimana : c ;; aktivitas 137CS yang telah dikoreksi (Bq/g) m ;; massa total dari sampel kering < 2 mm (g)
Y = 17,49 * (I,O821)X (iii) dimana : Y = laju erosi untuk uncultivated area (kg.ha-I.y-') X = persen kehilangan 137CS (%)
BAHAN 1. Nitrogen cair 2. Standar tanah dari lAEA (Soil-6- lAEA) 3. Standar 137CSdaD 6OCOuntuk kalibrasi alat MCA
PERALATAN I. Alat pengambil sampel (coring) 2. Linggis 3. Spektrometer-gamma (MCA) 4. Marinelli 5. Kantong-kantong plastik 6. Alat penggerus 7. I set ayakan 8. Palu 9. Kompresor udara 10. Kuas pembersih II. Oven 12. Wadah untuk mengeringkan sampel
METODE Pengambilan sampel. Pola pengambilan sampel acta dua cara, yaitu : Horizontal pacta permukaan tanab ("perpendicular profile") daD vertikal (Gambar 3) (1). Pactatampang horizontal luas permukaan sampel (HSA) adalall salna dengan luas permukaan alat (CSA), sedangkan pactatampang vertikal luas permukaan Salnpel(HSA) hams dikoreksi terhadap sudut kemiringan, dengan persamaan :
a-I;; luas permukaan alat sampling (Coring) (m2)
HSA = CSA * Cose Nilai total aktivitas 137CS daTi masing-masing tempat ini kemudian dibandingkan dengan nilai total aktivitas 137CS daTirefernce-site. Hasil perbandingan tersebutadalah persen kehilangan 137CS (% CSL). Nilai negatip (-) menunjukkan bahwa pada titik tersebut terjadi erosi, sedangkan nilai positip (+) menunjukan terjadi deposit. Persamaan untuk menghitung kehilangan 137CS adalah sebagai berikut : (I)
CSL = «CPI -CRI) * IOO)/CRI (ii) dimana : CPI = nilai total aktivitas 137CS pada titik penelitian CRI = nilai total aktivitas 137CS pada refernce site
Melalui nilai persenkehilangan ini, maka laju erosi (soil los.\')dapat dihitung. Oalam menghitung laju erosi pada penelitian ini diasUlnsikanbahwa pada lokasi penelitian sudah lama tidak pernah digunakan sebagai daerah pertanian(uncultivated area). Persamanmenghiumg soil loss untuk daerahuncultivated ini adalah(4) :
(iv)
dimana: e = Sudutkemiringantanab Pacta percobaan ini digunakan cara tarnpang horizontal, sehingga luas permukaan sarnpel sarna dengan luas pennukaan alai. Pengarnbilan sarnpel rnenggunakan alai yang disebut "Coring" yang terbuat dari besi dengan ukuran di (diameter dalarn) = 10 crn, t (tinggi) = 20 crn. Coring didorong ke dalam tanah rnenggunakan palu secaramanual. Pengambilan coring dilakukan secara hati-hati rnenggunakanlinggis, sehingga sampel tanah yang terdapat didalarn coring tidak terkontarninasi dengan tanah di luar coring. Sarnpel di dalarn coring dikeluarkan secara manual daD dirnasukkan ke dalarn kantong plastik. Sarnpel-sarnpel tersebutkernudian dibawa ke laboratorium untuk dilakukan preparasi clan pengukuran.
Preparasi sampel. Di laboratorium, sampelsampeldikeringkanmenggunakanovenpada suhu 100°C selamasatu malam. Sampelyang telah kering kemudian ditimbang (WJ, daD dihancurkan menggunakan mesin penggiling tanah hingga lolos ayakan 2 mm. Setelah
Penelilian
menggerns 1 sampel, penggerus kemudian dibersihkan menggunakan kuas dan udara tekan, sehingga sampelsarnpel tersebut tidak terkontaminasi satudengan yang lain. Pengukuran Sampel. Standar yang digunakan adalall standar tanall dengan aktivitas I37CS = 53,65/20 mBq/ g pacta tanggal 30 Januari 1983. Sebanyak 400 g standar dirnasukkan ke dalam marinelli, daD diukur aktivitasnya menggunakan detektor HPGe yang dihubungkan ke ARTEC Spectrum Master daJl Multi-Channel Analyzer. Pengukuran dilakukan selama 24 jam. Setelah selesai pengukuran, standar dimasukkan kembali ke tempatnya, dan disimpan sehingga dapat digunakan kembali untuk kalibrasi yang sarna.
Untuk salnpeltanah,sebanyak800-1000 g smnpel kering ditimbang (W) daDdimasukkanke da1ammarinelli. Pengukuran sampel dilakukan selama minimum 8 jam. Setelahselesaipengukuran,sampeldimasukkankembali ke kantongnya dan disimpan. Jika diperlukan dapat dilakukanpengukurankembali.
dan Pengembangan
Aplikasi
lsotop
dan Radiasi,
J 998
Melalui hasil perhitungan dapat diketahui bahwa laju erosi rata-rata pertahun adalah 130 kg/ha.thn. Jumlah ini tidak berartijikaditinjau dari luas daerah yang luas ini. Kecilnya erosi yang terjadi, disebabkan karena lokasi penelitian sebagian besar tanalmya berupa batuan ~ daDlnasih ditutupi oleh rumput yang masih digunakan untuk menggembalakan biri-biri. Sebagai pembanding dari hasil perhitungan ini adalah basil penelitian dilakukan secara manual oleh J. Annstrong pactaperiode 1988 -1995 yaitu 100kgiha.th.
KESIMPULAN Hasil penelitian menunjukkan metode 137CS dapat digunakan untuk mengestimasi laju erosi dengan metode konvensiol13lsebagaipembanding. Melalui penelitian dapat diketahui bahwa pada lokasi penelitian sudah lama tidak terjadi erosi/erosi terjadi sangat kecil sekali yaitu 130 kg! ha.th untuk luas lokasi ::t 10 ha. Penentuan secara konvensional diperoleh sebesar 100 kg!ha.th untuk periode 1988 -1995.
BASIL DAN PEMBABASAN Lokasi pembanding (reference site) diambil pada lokasi yang terletak 6 km timur laut Goulbum dengancurah hujan rata-rata pertahun adalah 750 mIll. Lokasi ini adalah suatu lokasi yang sedikit sekali ballkan llampir tidak pemah mengalami erosi. Nilai aktivitas 137CSdari lokasi pembanding adalah 760 :t 50 Bq/m2. Hasil perhitungan aktivitas sampel kemudian dibandingkan dengan nilai lokasi pembanding, dan didapat % CSL. Dengan menggunakan persamaan (I) sid (iii) maka dapat dihitung nilai kandungan I37CSdaD perpindahan tanah pertitik percobaan, basil percobaan dapat dilihat pada Tabel 1. Pada percobaan ini setiap transek mewakili satu kemiringan, dan setiap transek terdiri dati 6 -10 titik pengambilan sampel. Melalui label 1, dapat dilihat bahwa kandungan 137CS setiap titik tidak menunjukkan adanya erosi yang berarti. Melalui data-data yang terdapat pada tabell, lnaka dapat dihitung besamya laju erosi pertahun pada lokasi seluas::!: 10 ha. Nilai aktivitas 137CS setiap titik yang terdapat pada label 1, kemudian di plot ke peta lokasi. Titik-titik percobaan dengan nilai aktivitas 137CS yang memiliki selisih 100 -200 Bq/m2, kemudian di masukkan dalam satu kelompok. Setiap kelompok kemudian dihitung luasnya menggunakan alat planimeter. Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 2.
DAFTAR PUSTAKA WALLING, D.E., and QUINE, T.A., "Use of Caesium137to investigatepatternsand rates of soil erosion on arable fields", In Soil Erosion on Agricultural Land,(J.Boardlnan,I.D.L. Foster,andJ.A. Dearing, Ends), John Wiley and SonsLtd, (1990),33 -53. 2. RITHIE., I.C., Mc HENRY, I.R., and GILL, A.C., " Fallout 137CS in the soils and sediInents of three small watersheds", Ecology (1974a) 55, 887 -890.
3. CAMPBELL, B.L., LOUGHRAN, R.J., and ELLIOT, G.L., "Caesium-137as an indicator of geomorphic processesin a drainage basin system",Australian GeographicalStudies20, (1982),49 -53. 4. ELLIOT, G.L., LOUGHRAN, R.J., PROVE, B., and CAMPBELL, B.L., "Recalibration and test of Caesium-137basedmodels for the estimation of net soil erosionratesoncultivatedanduncultivated land", Appied Radiationand Isotop, International Journalof Radiationand Applies Instrumentation, Part A 41, (1990).
Peneliliandon Pengembangan Aplikasi /sotopdon Radi,,",;,1998
Tabel
Hasil perhitungan aktivitas IJ7CStanah dan laju erosi pada setiap titik percobaan
SL (kgiha.y)
137CS
CSL
(Bq/m2)
(%)
WCOIO6 WCOIIO WCO120 WCO130 WCO140 WCO150 WCO160
780 690 820 610 650 750 690
2,63 9,21 7,89 19,74 14,47 1,32 9,21
WCO200 WCO210 WCO220 WCO230 WCO240 WCO250
750
1,32 11,84 42,11 76,32 26,32 31,58
7200 140 211
48,68
814
53,95
1234 172 102
SAMPEL
WCO300 WCO310 WCO320 WCO330 WCO340 WCO350 WCO360 WCO370 WCO403 WCO410 WCO420 WCO430 WCO440 WCO450 WCO460 WCO470
A
670 1080 180 960
520 390 350 540 590 500 780 630
520 3 5
28,95 22,37 34,21 2,63 17,II 31,58
22 36 33 83 55
320
910
36,84 25,00 2,63 19,74
350 530 340
53,94 30,26 55,26
480 570
740
126
22 83
670
11,84
1230 190 1370 45
920 510 590 470
21,05 32,89
92 230
WCO9000
440
WCO9020 WCO9040 WCO9060
640 420 310
21 42, 1179.74485 61 15, 600 44, 1870 59, 110 23, 68 45 11,84 1370 55, 26 390 39,47 74 30802 94,
19
45 485
260 22
67 211
790 680 870 700
3,95 10,53 14,47 7,89
24 40 55 33
WCO600
930
22,37
102
WCO610 WCO620 WCO630 WCO640 WCO650 WCO660
820
7,89
33
530
30,26
190
770 670 920 740
1,32
20
11,84
21,05
45 92
2.63
22
38,16 13,16
360 50
660
WCO740 WCO760 WCO780 WCO7100 WCO8-40
WCO500 WCO540 WCO580 WCO5120
470
SL (kg/lm.y)
WCO8-20 WCO800 WCO820 WCO840 WCO860 WCO880 WCO8100
30 670 670 740 600
WCO700
CSL (%)
137CS
(Bq/m2)
19
45200 44300 44800 34200 45 45 22
WCO720
A
36
99,61 99,34 99,47 96,05 11,84 11,84 2,63 21,05
4
SAMPEL
92
WCO9080 WCO9100 WCO9120 WCO9140 WCO9160
580 670 340
460 1480
WCIOOOO WCIOO20 WCIOO40 WCIOO60 WCIOO80
560 650 760
WCIOIOO WCIIOOO WCIIO20 WCIIO40 WCIIO60 WCIIO80 WCIIIOO WCll120 WCll140
550 590 580 550 340 570 590
470 600
490 520
22,37
102
38,16
355
26,32 14,47 0,00 38,16 21,05 27,63 22,37 23,68 27,63 55,26 25,00 22,37 35,53 31,58
140 55 18
355 92 155 100 113
155 1370 126 100 290 210
Penelitiandan Pengembangan Ap/ikasi Isolop dan Radiasi,1998
Tabel2. Laju erositotal pertahundi daerahpertanianWhiteheadsCreekGOULBURN NSW -Australia No.
Range
Range
A 13fCS
CSL (%)
(Bq/m2) 760 --960
0 --26
(kgiha.t.ll) 0 --140 0 -190 200 -610 660 -1150
--760 --524 --410 --350
31 -45 46 -53
5.
532 418 357 296
54 -61
1240 -2150
6.
175 --228
70 -77
4380 -7610
2. 3.
4.
0-30
rata-rata Geometri erosi
Range Erosi
12 :t 1 14:t 1
350 :t 870:t 1630:t 5770:t
40 90 160 580
luas
0,9 7,7 0,9 0,07 0,22 0,07
Total
Gambar
Total erosi
area (kg/ha.thn) (ha) -10:t I 110:t 10 320 :t 40 60 :t 6 360 :t 40 400 :t 40 1280:!: 140
Proses keberadaan 137CS di alam
t N 0
2 kID
Gambar 2. Peta lokasi penelitian
'"
Penelilian dan Pengembangan Aplikasi lsolop dan Radiasi. 1998
Gambar 3. Pola pengambilan sampel untuk analisis 137CS alam
c
-= (\I
.=
CIJ
&
.~
~
~ 1-0 t)I)
-§.
;3
~
"of-" 1-0
]
~
Pene/i/lan dan Pengembangan Ap/ikasi ls%p
dan Radiasi, /998
DISKUSI NAZAROH
NIT A S.
1. Bagaimana Anda tabu bakwa pada daerah tersebut terjadi erosi '7 2. Apakall denganadanya percobaannuklir. kandungan 137CSditempat tersebut tidak bertambah, sehingga mungkin sulit untukmenentukanbahwadaeralltersebut menjadierosi/tidak ?
I. Kelebihan/keuntungan daTi metode ini dibandingkan dengan metodekonvensional. yaitu pengambilan sampel ke lokasi penelitian hanya dilakukan satu kali, artinya setela11kita mengmnbil smnpelke lokasi penelitian, tidak perlu mengambil sampel lagi. Karena sampel tersebut dapat digunakan berulang-ulang. 2. Dengan melihat nilai % CSLnya. Dimana nilai tersebut merupakan basil perbandingan aktivitas total137Cspada titik perobaan dengan total aktivitas 137CS pada ref-site. Jika nilai (-) menunjukkan bahwa terjadi erosi dan nilai (+) menunjukkan terjadi deposit.
NIT A So
1. Dengan cara membandingkan nilai aktivitas tota1137Cs pacta titik percobaan dengan aktivitas total 137CS reference-site nilai (-) menutljukkan bahwa terjadi erosi daD nilai (+) rneunjukkan bahwa terjadi deposit. 2. Karena letak lokasi dari Ref-Site daD Studi area berdekatan, rnaka jika terjadi fallout barn daTipercobaan nuklir, rnaka seluruh lokasi akan rnengalarni penambahan aktivitas 137CS yang sarna, sehingga tidak akan mempengarulli basil perhitugan % CSL, dalarn rnenentukan proses erosi/deposit. SUWIRNA S. 1. Kenapa pengaIubilan contoh hanya I kali dianggap sebagai keunggulan metode ini (keutamaan ) " 2. Bagaimana mengambil kesimpulan bahwa terjadi erosi, tolong dijelaskan dengan metode tersebut"
WffiAGYO Bagaimana untuk mengetahui pasti bahwa SuaUI daerah belum mengalami erosi? NIT A S.
Dengan meninjau lokasi, kita dapat memperkirakan bahwa tempat tersebut belum pernah disentuhdaDdiolah. Selainitu, kitajuga mencariinforrnasi ke departemen yang bersangkutan, (Departemen Kehutanan),daerah-daerahyang tidak pernah disentuh/ diolah sejak tahun 1950.
