39
PENDEKATAN DAN METODE
Pendekatan Untuk menjawab tujuan penelitian, telah dilakukan serangkaian kegiatan penelitian (Gambar 3) sebagai berikut: (1) Penelitian lapang eksplorasi kecemaran (tingkat kontaminasi/pencemaran) Cd dan Pb pada tanah pertanian produktif yang dihipotesiskan rentan terhadap pencemaran logam berat karena berada di kawasan industri dan perkotaan, serta (2) Aplikasi teknik inaktivasi in situ untuk meremediasi pencemaran logam berat pada tanah pertanian menggunakan amelioran dan pupuk pada tingkat dosis rasional untuk budidaya tanaman melalui dua seri percobaan rumah kaca menggunakan tanah yang masing-masing diperkaya dengan Cd dan Pb hingga taraf tercemar. Kawasan industri dan perkotaan Cileungsi, Kabupaten Bogor, Jawa Barat yang termasuk ke dalam wilayah sub-sub-DAS Cileungsi Tengah dipilih sebagai lokasi studi kasus untuk penelitian eksplorasi (Gambar 4). Tahapan kegiatan yang dilakukan meliputi: (1.1) Observasi lapang dan pengambilan contoh tanah yang mewakili: (i) 3 kedalaman (0-10, 10-20 dan 20-30 cm), (ii) 3 posisi transek (bagian hulu, tengah dan hilir), (iii) 4 tipe penggunaan lahan dominan (lahan kering, sawah tadah hujan, kebun campuran dan pekarangan) serta (iv) 2 musim (kemarau dan hujan); (1.2) Persiapan dan analisis contoh tanah terhadap parameter yang digunakan dalam penilaian kecemaran tanah oleh Cd dan Pb yang terdiri atas kadar pseudo-total Cd dan Pb, pH, kadar liat dan kadar bahan organik; serta (1.3) Penilaian kecemaran Cd dan Pb dalam tanah. Tahapan kegiatan percobaan rumah kaca terdiri atas: (2.1) Pengambilan contoh tanah terganggu dan persiapannya untuk percobaan pot; (2.2) Pelaksanaan percobaan rumah kaca (perlakukan pengkayaan kadar Cd dan Pb tanah hingga taraf meracun, perlakuan ameliorasi dan pemupukan dengan dosis rasional untuk budidaya tanaman sebagai aplikasi teknik inaktivasi in situ, pemeliharaan tanaman, pengamatan dan perekaman data pertumbuhan vegetatif dan generatif tanaman serta pengambilan contoh tanah dan jaringan tanaman); (2.3) Analisis tanah dan jaringan tanaman; serta (2.4) Analisis dan evaluasi data.
40 1.1. Observasi lapang & pengambilan contoh tanah
1.2. Persiapan & analisis contoh tanah
1.3. Penilaian tingkat kontaminasi/pencemaran Cd & Pb dalam tanah
2.1. Pengambilan & persiapan contoh tanah terganggu untuk percobaan rumah kaca
• Lahan pertanian di kawasan industri dan perkotaan Cileungsi, Kabupaten Bogor, Jawa Barat (wilayah sub-subDAS Cileungsi Tengah) • Pengambilan contoh tanah lapisan atas (0-10, 10-20, 20-30 cm) pada bagian hulu, tengah dan hilir yang meliputi tipe penggunaan lahan dominan yaitu lahan kering, sawah tadah hujan, kebun campuran dan pekarangan pada musim kemarau (September 2005) dan hujan (Februari 2006) • Perekaman data koordinat geografis • Contoh tanah dikering-udarakan, dihaluskan dan disaring lolos saringan 2 mm. • Penetapan : • pH (H2O, 1:1) • C-organik (Walkley & Black) • Kadar liat (Pipet) • Kadar pseudo-total Cd dan Pb (Aqua Regia) • Didasarkan pada nilai indeks c/p yang dihitung menurut prosedur Lacatusu (2000). • Input data yang diperlukan meliputi kadar liat, kadar bahan organik, kadar pseudo-total Cd dan Pb tanah
• Contoh tanah terganggu lapisan 0-20 cm lahan pertanian pada titik pengambilan contoh dengan nilai indeks c/p Cd dan Pb yang tertinggi • Contoh tanah dikering-udarakan, dihaluskan dan disaring lolos saringan 2 mm
• Rancangan Acak Lengkap (Pengkayaan tanah dengan Cd & Pb hingga taraf meracun; Perlakuan ameliorasi & pemupukan pada dosis rasional untuk budidaya tanaman sebagai aplikasi teknik inaktivasi in situ) • Tanaman uji: Tomat dataran rendah varietas Mutiara
2.2. Percobaan rumah kaca
2.3. Analisis laboratorium terhadap contoh tanah dan jaringan tanaman
• Tanah: pH H2O 1:1, C-organik, N-Kjeldahl, P-Bray#1, kadar liat, basa-basa, KTK, fraksi aktif Cd & Pb tanah • Tanaman: N, P, S, K, Ca, Mg, Cd dan Pb
2.4. Analisis & evaluasi data
• Analisis ragam (ANOVA) & uji berganda Duncan (DMRT) pengaruh perlakuan terhadap parameter tanah dan tanaman • Analisis regresi linier berganda antar data parameter tanah & tanaman.
Gambar 3 Bagan alir tahapan penelitian.
41
Gambar 4 Peta penggunaan lahan di lokasi penelitian eksplorasi.
Metode
Penelitian Eksplorasi Kontaminasi/Pencemaran Kadmium dan Plumbum pada Tanah Pertanian di Kawasan Perkotaan dan Industri: Studi Kasus di Sub-sub-DAS Cileungsi Tengah, Kabupaten Bogor, Jawa Barat Pengambilan Contoh Tanah Contoh tanah diambil dari lapisan permukaan (0-10, 10-20 dan 20-30 cm) secara purposive pada lahan pertanian di kawasan industri dan perkotaan Cileungsi, Kabupaten Bogor, Jawa Barat yang termasuk ke dalam wilayah sub-sub-DAS Cileungsi Tengah yang mewakili bagian hulu, tengah dan hilir serta meliputi tipe penggunaan lahan kering, sawah tadah hujan, kebun campuran dan pekarangan pada musim kemarau (September 2005) dan musim hujan (Februari 2006).
Analisis Tanah Contoh tanah dikering-udarakan, dihaluskan dan disaring lolos saringan 2 dan 0.5 mm untuk bahan analisis laboratorium. Analisis tanah dilakukan terhadap pH (H2O 1:1), kadar C-organik (Walkley & Black), kadar liat (Pipet) serta kadar pseudo-total Cd dan Pb (Aqua Regia).
Penilaian Kecemaran Logam Berat dalam Tanah Penilaian kecemaran (tingkat kontaminasi/pencemaran) tanah oleh Cd dan Pb di lokasi penelitian dilakukan dengan merujuk pada prosedur Lacatusu (2000). Prosedur ini telah diadopsi sebagai prosedur formal di negara-negara Uni Eropa. Sebelumnya, untuk menginterpretasikan tingkat keberadaan logam berat dalam tanah, hanya nilai kadarnya yang diperhitungkan, yaitu dengan membandingkan nilai yang diperoleh dari hasil analisis terhadap contoh tanah alami atau yang tidak dipengaruhi aktivitas manusia dengan nilai hasil analisis terhadap contoh tanah yang tercemar. Dalam perkembangan berikutnya, untuk menginterpretasikan kecemaran tanah oleh logam berat digunakan suatu nilai yang ditetapkan sebagai batas maksimum kadar logam berat dalam tanah yang masih diperbolehkan (maximum allowable limit, MAL).
43
Lacatusu (2000) mengusulkan satu tahapan tambahan untuk memperbaiki akurasi interpretasi dengan secara langsung mempertimbangkan sifat dasar atau sifat spesifik dari tanah (yaitu kadar bahan organik dan liat) yang memengaruhi kapasitas maksimum tanah dalam meretensi logam berat.
Nilai Rujukan dan Indeks c/p Prosedur Lacatusu dimulai dengan penyusunan rumus untuk menetapkan nilai rujukan sebagai dasar perhitungan terjadi-tidaknya kontaminasi logam berat dalam tanah (Nilai A), kemudian ditetapkan nilai yang menunjukkan tingkat kadar logam berat dalam tanah pada kisaran batas maksimum yang diperbolehkan (MAL) (Nilai B), dan tingkat kadar logam berat dalam tanah yang menunjukkan telah perlunya dilakukan tindakan dekontaminasi atau remediasi (Nilai C) seperti yang disajikan pada Tabel 5. Tabel 5 Nilai interpretasi kadar total logam berat Cr, Cu, Ni dan Zn dalam tanah menurut prosedur Lacatusu (2000) Logam Berat
Nilai A
Nilai B
Nilai C mg.kg
Cr Cu Ni Zn
50 + 2L* 15 + 0.6 (L + BO*) 10 + L 50 + 1.5 (2L + BO)
250 100 100 500
-1
800 500 500 3000
* L = kadar liat <0.002 mm (%); ** BO = kadar bahan organik (%)
Selanjutnya dihitung indeks contamination/pollution (c/p). Indeks ini menunjukkan nisbah antara kadar logam berat yang secara efektif terukur dalam tanah melalui analisis kimia dengan nilai rujukan kontaminasi (nilai A dari seri ABC pada Tabel 5) yang diperoleh dari perhitungan untuk setiap contoh tanah. Nilai indeks c/p >1 menunjukkan kisaran terjadinya pencemaran dan nilai indeks c/p <1 menunjukkan kisaran terjadinya kontaminasi. Kedua kisaran tersebut dibagi ke dalam nilai-nilai interval yang menunjukkan terjadinya kontaminasi atau pencemaran pada tingkat sangat ringan, ringan, sedang, berat dan sangat berat. Nilai indeks c/p pada kisaran pencemaran dapat dijumlahkan sehingga diperoleh nilai pencemaran secara simultan oleh beberapa logam berat.
44
Percobaan Rumah Kaca Inaktivasi In Situ Pencemaran Kadmium dan Plumbum Menggunakan Amelioran dan Pupuk pada Dosis Rasional untuk Budidaya Tanaman Pengambilan dan Persiapan Contoh Tanah Contoh tanah terganggu lapisan 0-20 cm diambil dari titik pengambilan contoh tanah yang menunjukkan nilai indeks c/p tertinggi berdasarkan hasil penelitian eksplorasi. Contoh tanah dikering-udarakan, dihaluskan dan disaring lolos saringan 5 mm untuk bahan percobaan rumah kaca.
Tanaman Uji Tanaman uji yang digunakan adalah Tomat (Lycopersicon esculentum M.). Sebagai anggota famili Solanaceae, tomat dicirikan oleh perakaran yang dalam dan umumnya menyerap hara dalam jumlah besar, bergantung pada biomassa tajuk dan kuantitas buah yang diproduksi (Altunaga 1988). Oleh karena itu, tomat sangat responsif terhadap perubahan kesuburan tanah, sehingga sensitif terhadap kondisi defisiensi hara maupun toksisitas termasuk terhadap logam berat. Pada penelitian ini, parameter tanaman yang digunakan adalah bobot kering dan kadar Cd maupun Pb dalam tajuk. Hal ini berkenaan dengan: (i) bobot kering tajuk yang lebih tinggi dibandingkan dengan bobot kering buah dan akar; (ii) distribusi serapan Cd yang lebih tinggi pada tajuk dibandingkan pada buah; dan (iii) distribusi serapan Pb pada tajuk yang lebih tinggi dibandingkan pada akar dan terendah pada buah (Lampiran 1).
Rancangan Percobaan Percobaan dilakukan menurut Rancangan Acak Lengkap dengan perlakuan 4 taraf pengkayaan kadar Cd dan Pb tanah serta 3 taraf ameliorasi dan pemupukan untuk budidaya tomat sebagai aplikasi teknik inaktivasi pencemaran tanah oleh Cd dan Pb secara in situ dengan 3 ulangan, sehingga untuk masing-masing seri percobaan Cd dan Pb terdiri atas 27 satuan percobaan (Tabel 6).
45
Tabel 6
Taraf perlakuan ameliorasi dan pemupukan berdasarkan persentase terhadap dosis rasional amelioran dan pupuk untuk budidaya tomat serta taraf perlakuan pengkayaan kadar Cd dan Pb tanah
Taraf perlakuan ameliorasi dan pemupukan
Taraf perlakuan pengkayaan kadar Cd dan Pb tanah * mg.kg-1
(% DRAP #) 0 50 100
0. Cd; 0 Pb 0. Cd; 0 Pb 0. Cd; 0 Pb
10. Cd; 187.5 Pb 10. Cd; 187.5 Pb 10. Cd; 187.5 Pb
20. Cd; 375 Pb 20. Cd; 375 Pb 20. Cd; 375 Pb
40. Cd; 750 Pb 40. Cd; 750 Pb 40. Cd; 750 Pb
# 100% DRAP (dosis rasional amelioran dan pupuk) untuk budidaya tomat komersial di lahan kering dataran rendah: 4 ton ha-1 dolomit, 30 ton ha-1 pupuk kandang sapi, 150 kg ha-1 N (½ Urea + ½ ZA), 150 kg ha-1 P2O5 (SP-36) dan 100 kg ha-1 K2O (KCl) (Nurtika 1992; Nurtika & Sumarna 1992; Nurtika & Sumarni 1992; Nurtika & Suwandi 1992; Sahat 1989). * Takaran perlakuan pengkayaan kadar Cd dan Pb tanah didasarkan atas: (1) kisaran maksimum kadar logam berat dalam sewage sludge yang diijinkan untuk diaplikasikan ke lahan pertanian di Inggris, yaitu 20-40 mg.kg-1 Cd dan 750-1200 mg.kg-1 Pb (Alloway 1995) dan (2) hasil penelitian Sudadi et al. (1997). Reagen yang digunakan adalah CdSO4.8H2O dan Pb(CH3COO)2.3H2O.
Analisis Tanah dan Jaringan Tanaman Analisis tanah dilakukan terhadap fraksi aktif (bioavailable fraction) Cd dan Pb menggunakan pengekstrak 0.5 M NH4OAc + 0.02 M EDTA pada pH 4.65 (Lakanen & Erviö 1973 diacu dalam Sudadi 1994; Kiekens 1995), pseudo-total Cd dan Pb menggunakan pengekstrak aqua regia (7.5:2.5, v/v, HCl:HNO3) (Ure 1995), pH-H2O (1:1, pH-meter), kadar C-organik (Walkley & Black), kadar basabasa dapat dipertukarkan dan KTK (N NH4OAc pH 7.0), serta N-total (Kjeldahl) dan P-tersedia (Bray#1).
Kadar Cd dan Pb terekstrak diukur menggunakan
Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS Perkin Elmer 1100B). Kadar hara P, K, Ca dan Mg serta Cd dan Pb dalam tajuk tanaman dianalisis menggunakan metode pengabuan kering dan selanjutnya didestruksi dengan 0.2 M HNO3 untuk penetapan kadar P, K, Ca dan Mg dan dengan M HNO3 untuk penetapan kadar Cd dan Pb. Analisis kadar N dan S dalam tajuk tanaman dilakukan dengan metode pengabuan basah dan selanjutnya masingmasing didestruksi menggunakan metode Kjeldahl dan reagen Mg(NO3)2 + HCl. Kadar Cd, Ca dan Mg diukur dengan AAS; P dan S dengan spectrophotometer dan K dengan flamephotometer.
46
Untuk mengevaluasi pengaruh biologis perlakuan pengkayaan kadar Cd dan Pb tanah terhadap tanaman uji dilakukan penghitungan Indeks Toleransi (Ti). Indeks Toleransi didefinisikan sebagai nisbah antara faktor hasil (dalam penelitian ini: bobot kering tajuk) pada tanah yang diberi perlakuan logam berat dengan faktor hasil pada tanah kontrol (tanpa perlakuan logam berat) (Verloo & Willaert 1986). Untuk membandingkan perilaku pengalihan (transfer) Cd dan Pb dari tanah ke tajuk tanaman uji dihitung nilai Koefisien Pengalihan (ct). Koefisien Pengalihan ct didefinisikan sebagai nisbah antara peningkatan kadar logam berat pada jaringan tanaman dengan peningkatan kadar logam berat yang sama dalam tanah (Verloo & Willaert 1986).
Prosedur Analisis Kadar Logam Berat dalam Jaringan Tanaman Satu gram contoh jaringan tanaman yang sebelumnya telah dioven 60 oC dihaluskan, ditimbang dan dimasukkan ke dalam cawan porselen dan diabukan dalam furnace oven pada suhu 450 oC selama dua jam atau sampai abunya berwarna putih. Kemudian abu dipindahkan secara kuantitatif ke dalam gelas beaker-100-ml menggunakan 10 ml M HNO3 dan didestruksi di atas hot plate selama 30 menit. Suspensinya disaring menggunakan kertas saring Wattman berdiameter 12.5 cm ke dalam labu takar-50-ml dan volumenya ditera menggunakan aquadest. Filtratnya diukur menggunakan AAS untuk penetapan Cd dan Pb.
Prosedur Analisis Kadar Fraksi Aktif Logam Berat dalam Tanah Kadar fraksi aktif Cd dan Pb tanah ditetapkan menggunakan pengekstrak 0.5 M NH4OAc + 0.02 M EDTA (pH 4.65). Reagen ini disiapkan dengan cara mencampurkan 77.08 g NH4OAc, 50 ml redistilled glacial acetic acid dan 11.79 g C10H16N2O8 (Titriplex II) dalam labu takar-2000 ml dan ditera menggunakan aquadest. Sepuluh gram contoh tanah dimasukkan ke dalam labu Erlenmeyer-300 ml dan ditambahkan 50 ml reagen. Suspensi dikocok secara mekanik pada mesin pengocok horisontal selama 30 menit dan disaring menggunakan kertas saring Wattman berdiameter 15 ke dalam wadah polietilen. Filtratnya digunakan untuk pengukuran kadar Cd dan Pb menggunakan AAS.
Prosedur Analisis Kadar Pseudo-total Logam Berat dalam Tanah
47
Kadar pseudo-total Cd dan Pb tanah dianalisis menggunakan pengekstrak aqua regia. Satu gram contoh tanah ditimbang pada gelas arloji, dipindahkan secara kuantitatif ke dalam Erlenmeyer-100 ml, kemudian ditambah dengan 2.5 ml HNO3 pekat dan 7.5 ml HCl pekat. Suspensi tersebut, dengan kondisi ditutup gelas arloji, dibiarkan semalam untuk mencapai keseimbangan kimia. Setelah itu, suspensi direfluks selama 120 menit dan disaring menggunakan kertas saring Wattman berdiameter 12.5 cm ke dalam labu takar-100 ml. Volumenya kemudian ditera menggunakan aquadest. Filtrat digunakan untuk penetapan kadar Cd dan Pb menggunakan AAS.
Daftar Pustaka Alloway BJ. 1995. Soil processes and the behaviour of heavy metals. Di dalam: Alloway BJ, editor. Heavy Metals in Soils. Ed. ke-2. London: Blackie Acad Prof, hlm 11-37. Altunaga CH. 1988. Study of the mineral composition of plants by the systematic variant method. Hort Abstr 60:5177. Cottenie A, Verloo M. 1984. Analytical diagnosis of soil pollution with heavy metals. Soil and Sewage Sludge. Fresenius Z Anal Chem 317:389-393. Kiekens L. 1995. Zinc. Di dalam: Alloway BJ, editor. Heavy Metals in Soils. Ed. ke-2. London: Blackie Acad Prof, hlm 284-305. Lacatusu R. 2000. Appraising levels of soil contamination with heavy metals. Eur Soil Bureau Res Rep No. 4. Official Publ. Eur Comm Luxembourg. Nurtika N. 1992. Pengaruh pupuk N, P, K dan sumber pupuk organik terhadap pertumbuhan dan hasil tomat kultivar Mutiara. Bul Penel Hort 24(2):112117. Nurtika N, Sumarna A. 1992. Pengaruh pupuk kandang dan nitrogen terhadap pertumbuhan dan hasil tomat kultivar Berlian di tanah Latosol. Bul Penel Hort 20(1):74-80. Nurtika N, Sumarni N. 1992. Pengaruh sumber, dosis dan waktu aplikasi pupuk kalium terhadap pertumbuhan dan hasil tomat. Bul Penel Hort 22(1):96101. Nurtika N, Suwandi. 1992. Pengaruh pemberian kapur dan sumber pupuk nitrogen terhadap pertumbuhan dan hasil tomat. Bul Penel Hort 22(4):16.21. Sahat S. 1989. Bercocok tanam sayuran dataran rendah. Balai Penelitian Hortikultura. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Lembang. Sudadi U. 1994. Fractionation of Cu, Zn, and Pb in a sewage sludge-amended soil. MSc Thesis. International Training Center for Post Graduate Soil Scientist. Faculty of Sciences. University of Ghent, Belgium.
48
Sudadi U, Hartono A, Indriyati LT. 1997. Penggunaan kotoran sapi, dolomit dan zeolit pada tanah masam bertekstur lempung berpasir yang diberi perlakuan logam berat pada takaran meracun: Perubahan sifat kimia tanah dan serapan hara jagung. Makalah Seminar Hasil-hasil Penelitian, Lembaga Penelitian, Institut Pertanian Bogor. Bogor, 15 Des 1997. Ure AM. 1995. Methods of analysis for heavy metals in soils. Di dalam: Alloway BJ, editor. Heavy Metals in Soils. Ed. ke-2. London: Blackie Acad Prof, hlm 58-102. Verloo M, Willaert G. 1986. Chemical characterization and biological effect of heavy metals in a sewage sludge-amended soil. Environmental Contamination. 2-nd Int. Conf. Amsterdam, Sep 1986.
