Logam berat pada kondisi lingkungan yang alami tidak menjadi masalah. ...
agrokimia. 2. Kaidah ilmiah untuk memprediksi penurunan kesehatan tanah dan.
TEKNIK UJI CEPAT UNTUK IDENTIFIKASI PENCEMARAN LOGAM BERAT TANAH DI LAHAN APEL BATU
PROPOSAL DISERTASI
Disusun oleh : Lenny Sri Nopriani 117040100111064
PROGRAM DOKTOR PENGELOLAAN SUMBER DAYA ALAM & LINGKUNGAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2011
I.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pemupukan dilakukan untuk memberikan zat makanan yang optimal kepada tanaman, agar tanaman dapat memberikan hasil yang cukup. Dalam aplikasinya selain membawa dampak baik terhadap pertumbuhan tanaman serta hasil tanaman, pupuk juga membawa dampak negatif bagi lingkungan yang baik langsung maupun tidak akan mempengaruhi pertumbuhan dan hasil tanaman serta kesehatan manusia. Dampak negatif dari pupuk adalah dapat menjadi sumber pencemar baik di tanah, air, dan udara. Pupuk dikategorikan sebagai sumber pencemar karena adanya kandungan unsur serta senyawa tertentu yang masuk kedalam suatu sistem dimana unsur maupun senyawa tersebut tidak diperlukan dalam jumlah banyak atau dapat membahayakan komponen dalam lingkungan tersebut. Zat pencemar yang berasal dari pupuk biasanya berupa logam berat maupun senyawa yang merupakan residu dari pupuk. Residu apabila terakumulasi akan mencemari lingkungan dan akan mempengaruhi kehidupan makhluk hidup ditempat terakumulasinya residu pupuk tersebut. Akumulasi tersebut terjadi karena penggunaan pupuk yang berlebihan dan tidak berimbang. Kebijakan pertanian difokuskan pada produktivitas usahatani
2
dengan memberi sedikit perhatian pada daya dukung lingkungan dengan memanfaatkan teknologi pertanian (bibit, pupuk dan pestisida) serta finansial (modal sendiri, kredit, atau pinjaman), tanpa merusak daya dukung lingkungan. Penggunaan pestisida dan pupuk intensif sudah memberi dampak tersendiri pada efek komulatif yang menjadi penyebab kerusakan lingkungan dalam jangka waktu yang relatif agak lama (Palmer C. 2008). Dampak negatif pestisida terhadap lingkungan adalah adanya residu pestisida di dalam tanah yang dapat meracuni organisme non target, terbawa sampai ke sumber-sumber air dan meracuni lingkungan bahkan terbawa pada mata rantai makanan sehingga dapat meracuni konsumen, bahkan ke hewan dan manusia (Prabowo, 2008) Polutan yang sering menjadi masalah di tanah yaitu logam berat. Logam berat pada kondisi lingkungan yang alami tidak menjadi masalah. Namun akibat campur tangan manusia terhadap lingkungan seperti
pemupukan
dan
pestisida,
maka
logam
berat
tersebut
terakumulasi dan menjadi ancaman bagi kelestarian lingkungan terutama tanah. Banyak ion-ion terlarut yang berasal dari limbah agrokimia mengandung logam berat ditemui dalam bentuk padatannya seperti pada tanah dan pupuk. Unsur logam dalam larutannya akan membentuk ion positif atau kation, sedangkan unsur non logam akan membentuk ion negatif
atau
anion.
Metode
yang
3
digunakan
untuk
menentukan
keberadaan kation dan anion tersebut dalam bidang kimia disebut analisis kualitatif.
1.2. Perumusan Masalah Teknik uji cepat adalah satu pendekatan yang dapat digunakan untuk melakukan analisis kualitatif secara langsung di lapangan dengan cepat, tepat dan akurat. Ion-ion dapat diidentifikasi berdasarkan sifat fisika dan kimianya. Beberapa metode analisis kualitatif modern menggunakan sifat fisika seperti warna dan pembentukan endapan untuk mengidentifikasi ion pada tingkat konsentrasi tertentu. Namun demikian kita juga dapat menggunakan sifat fisika dan kimia untuk mengembangkan suatu metode analisis kualitatif menggunakan alat-alat yang sederhana yang dapat dilakukan untuk menjadi dasar metode uji cepat tanah. Dengan metode uji cepat diharapkan dapat memberikan informasi kandungan logam berat pada lahan apel Batu dan menjadi dasar dalam pengelolaan untuk meningkatkan kualitas produk buah dan menghindari dampak lingkungan dari limbah agro kimia tersebut. Terkait dengan
pengaruh logam berat yang berasal dari
produk agrokimia terhadap kesehatan tanah dan tanaman, maka ada beberap pertanyaan yang harus dijawab melalui penelitian ini, yaitu : 1.
Bagaimana status logam berat dalam tanah apel Batu akibat pemupukan dan penggunaan pestisida secara intensif.
4
2.
Metode uji cepat apa yang paling tepat untuk mengetahui status kandungan logam berat tanah apel kota Batu.
1.3. Tujuan Penelitian Tujuan umum : mengkaji pengaruh logam berat yang berasal dari produk agrokimia terhadap status logam berat di dalam tanah dan tanaman. Tujuan khusus : 1. Mengetahui kadar logam berat dalam pupuk dan pestisida yang digunakan petani apel di kota Batu 2. Mengetahui metode uji cepat status logam berat yang paling tepat di lahan apel kota Batu.
1.4. Manfaat Penelitian Temuan dari penelitian ini diharakan dapat menjadi : 1. Kaidah ilmiah yang melandasi penelitian aplikasi teknologi uji cepat tanah yang tercemar logam berat yang berasal dari produk agrokimia. 2. Kaidah ilmiah untuk memprediksi penurunan kesehatan tanah dan produk
pertanian
khususnya
apel
akibat
terus
menerus
meningkatnya konsentrasi logam berat dalam tanah untuk jangka waktu yang panjang.
5
1.5. Hipotesis 1.
Produk agrokimia merupakan salah satu sumber pencemaran logam berat dalam tanah.
2.
Teknik uji cepat merupakan metode yang ampuh dalam mengetahui status logam berat dalam tanah.
1.6. Kerangka Penelitian Kerangka dasar penelitian ini disususun atas dasar konsep pemikiran yang berkaitan dengan latar belakang, perumusan masalah, dan tujuan penelitian. Kerangka dasar penelitian disajikan pada gambar 1. Pola dan perilaku logam berat dalam tanah ditentukan oleh besarnya konsentrasi logam berat di dalam produk agrokimia. Kandungan logam berat yang terdapat dalam tanah berasal dari produk agrokimia dapat diketahui secara langsung melalui teknik uji cepat. Terkait dengan konsep dasar penelitian dan tujuan penelitian yang akan dicapai maka disusun kerangka tahapan penelitian, sebagaimana dtunjukkan dalam gambar 2.
6
dulu
Saat ini
Tidak bermasala h
Tanah terdegrada si
Produksi tinggi
Produksi rendah
Perangka t lunak
Kendala produksi dan kualitas
Uji cepat
perlakuan
perbaikan
7
Kontaminasi logam berat berasal dari produk agrokimia
Apel Batu
Perlu ameliorasi
Penelitian Pendahuluan
Survey dan Observasi
Untuk mengetahui : • • • •
Jenis pupuk dan pestisida Dosis pupuk dan pestisida Cara Aplikasi Waktu pemberian
Untuk mengetahui : Survey
•
•
8
Macam logam berat dalam pupuk dan pestisida Macam logam berat yang terkandung dalam tanah
Penelitian Utama Ektraksi logam berat dalam tanah dan tanaman menggunakan senyawa tertentu
Pewarnaan ekstrak logam berat menggunakan indikator
Menganalisis kadar logam berat yang terukur
Interpretasi data
Membuat model matematik uji cepat
Model Uji Cepat Logam Berat
Output
uji validitas menggunakan metode uji cepat terhadap sampel terukur perlakuan
uji verifikasi menggunakan metode uji cepat terhadap sampel tanah apel
9
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Logam Berat Sedikitnya terdapat 80 jenis dari 109 unsur kimia di muka bumi ini yang telah teridentifikasi sebagai jenis logam berat. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi dalam dua jenis. Jenis pertama adalah logam berat esensial, di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan lain sebagainya. Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr dan lain-lain. Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan bobot jenis lebih besar dari 5 gr/cm3, terletak di sudut kanan bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari perioda 4 sampai 7 (Miettinen, 1977). Sebagian logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), dan merkuri (Hg) merupakan zat pencemar yang berbahaya. Afinitas yang tinggi terhadap unsur S menyebabkan logam ini menyerang ikatan belerang dalam enzim, sehingga enzim bersangkutan menjadi tak aktif. Gugus karboksilat (-COOH) dan amina (-NH2) juga bereaksi dengan logam berat. Kadmium, timbal, dan tembaga terikat pada sel-sel membran
10
yang menghambat proses transpormasi melalui dinding sel. Logam berat juga
mengendapkan
senyawa
fosfat
biologis
atau
mengkatalis
penguraiannya (Manahan, 1977). Berbeda dengan logam biasa, logam berat adalah istilah yang digunakan secara umum untuk kelompok logam berat dan metaloid yang densitasnya lebih besar dari 5 g/cm3 (Hutagalung et al., 1997). Dalam perairan, logam berat dapat ditemukan dalam bentuk terlarut dan tidak terlarut. Logam berat terlarut adalah logam yang membentuk komplek dengan senyawa organik dan anorganik, sedangkan logam berat yang tidak terlarut merupakan partikel-partikel yang berbentuk koloid dan senyawa kelompok metal yang teradsorbsi pada partikel partikel yang tersuspensi (Razak, 1980). Menurut Darmono (1995) sifat logam berat sangat unik, tidak dapat dihancurkan secara alami dan cenderung terakumulasi dalam rantai makanan melalui proses biomagnifikasi. Pencemaran logam berat ini menimbulkan berbagai permasalahan diantaranya: 1.
berhubungan dengan estetika (perubahan bau, warna dan rasa air),
2. berbahaya bagi kehidupan tanaman dan binatang, 3. berbahaya bagi kesehatan manusia, 4. menyebabkan kerusakan pada ekosistem. Sebagian dari logam berat bersifat essensial bagi organisme air untuk pertumbuhan dan perkembangan hidupnya, antara lain dalam
11
pembentukan haemosianin dalam sistem darah dan enzimatik pada biota (Darmono, 1995). Akan tetapi bila jumlah dari logam berat masuk ke dalam tubuh dengan jumlah berlebih, maka akan berubah fungsi menjadi racun bagi tubuh (Palar, 2004). Menurut subowo et al. (1999) adanya logam berat dalam tanah pertanian dapat menurunkan produktivitas pertanian dan kualitas hasil pertanian selain dapat membahayakan kesehatan manusia melalui konsumsi pangan yang dihasilkan dari tanah yang tercemar logam berat tersebut.
2.2. Karakteristik Logam Berat Berbahaya
Menurut
Suhendrayatna
dalam
Charlena
(2004),
ada
beberapa logam berat yang berbahaya bila kadarnya dalam tubuh melebihi ambang batas yang diperbolehkan. Logam berat tersebut yaitu: 1. Arsenik (As) Arsenik diakui sebagai komponen esensial bagi sebagian hewan dan tumbuh-tumbuhan, namun demikian arsenik lebih populer dikenal sabagai raja racun dibandingkan kapasitasnya sebagai komponen esensial. Pada permukaan bumi, arsenik berada pada urutan ke-20 sebagai elemen yang berbahaya, ke-14 di lautan, dan unsur ke-12 berbahaya bagi manusia. Senyawa ini labil dalam bentuk oksida dan
12
tingkat racunnya sama seperti yang dimiliki oleh beberapa elemen lainnya, sangat tergantung pada bentuk struktur kimianya. Arsen anorganik seperti arsen pentaoksida memiliki sifat mudah larut dalam air, sedangkan arsen trioksida sukar larut di air, tetapi lebih mudah larut dalam lemak. Penyerapan melalui saluran pencernaan dipengaruhi oleh tingkat kelarutan dalam air, sehingga arsen pentaoksida lebih mudah diserap dibanding arsen trioksida.
2. Kadmium (Cd) Kadmium (Cd) adalah logam kebiruan yang lunak, dan merupakan racun bagi tubuh manusia. Waktu paruhnya 30 tahun dan dapat terakumulasi pada ginjal, sehingga ginjal mengalami disfungsi. Jumlah normal kadmium di tanah berada di bawah 1 ppm, tetapi angka tertinggi (1700 ppm) dijumpai pada permukaan sampel tanah yang diambil di dekat pertambangan biji seng (Zn). Kadmium
lebih
mudah
diakumulasi
oleh
tanaman
dibandingkan dengan ion logam berat lainnya seperti timbal. Logam berat ini bergabung bersama timbal dan merkuri sebagai the big three heavy metal yang memiliki tingkat bahaya tertinggi pada kesehatan manusia. Menurut badan dunia FAO/ WHO, konsumsi per minggu yang ditoleransikan bagi manusia adalah 400-500 g per orang atau 7 mg per kg berat badan. Kadmium yang terdapat dalam tubuh manusia sebagian
13
besar diperoleh melalui makanan dan tembakau, hanya sejumlah kecil berasal dari air minum dan polusi udara. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Laegreid (1999) dalam Charlene (2004), pemasukan Cd melalui makanan adalah 10-40 mg/ hari, sedikitnya 50% diserap oleh tubuh.
3. Tembaga (Cu) Tembaga (Cu) bersifat racun terhadap semua tumbuhan pada konsentrasi larutan di atas 0,1 ppm. Konsentrasi yang aman bagi air minum manusia tidak lebih dari 1 ppm. Bersifat racun bagi domba pada konsentrasi di atas 20 ppm. Konsentrasi normal komponen ini di tanah berkisar 20 ppm dengan tingkat mobilitas sangat lambat karena ikatan yang sangat kuat dengan material organik dan mineral tanah liat. Kehadiran tembaga pada limbah industri biasanya dalam bentuk ion bivalen Cu(II) sebagai hydrolytic product. Beberapa industri seperti pewarnaan, kertas, minyak, industri pelapisan melepaskan sejumlah konsentrasi tinggi (22-750 mg/kg tanah kering) dijumpai pada sedimen di laut Hongkong dan pada sejumlah pelabuhan-pelabuhan di Inggris. Cemaran logam tembaga pada bahan pangan pada awalnya terjadi karena penggunaan pupuk dan pestisida secara berlebihan. Meskipun
demikian,
pengaruh
proses
pengolahan
akan
dapat
mempengaruhi status keberadaan tembaga tersebut dalam bahan pangan
14
(Charlene, 2004). Dirjen Pengawasan Obat dan Makanan (POM) RI telah menetapkan batas maksimum cemaran logam berat tembaga pada sayuran segar yaitu 50 ppm. Namun demikian, tembaga merupakan unsur
ada dalam
makanan manusia dan dibutuhkan oleh tubuh (Acceptance Daily Intake/ADI = 0,05 mg/kg berat badan). Pada kadar ini tidak terjadi akumulasi pada tubuh manusia normal. Akan tetapi asupan dalam jumlah yang besar pada tubuh manusia dapat menyebabkan gejala-gejala yang akut (Astawan, 1995).
4. Timbal (Pb) Timbal (Pb) sebagian besar diakumulasi oleh organ tanaman, yaitu daun, batang, akar dan akar umbiumbian (bawang merah). Perpindahan timbal dari tanah ke tanaman tergantung komposisi dan pH tanah. Konsentrasi timbal yang tinggi (100-1000 mg/ kg) akan mengakibatkan
pengaruh
toksik
pada
prose’s
fotosintesis
dan
pertumbuhan. Timbal hanya mempengaruhi tanaman bila konsentrasinya tinggi (Anonymous, 1998 dalam Charlene, 2004). Tanaman dapat menyerap logam Pb pada saat kondisi kesuburan dan kandungan bahan organik tanah rendah. Pada keadaan ini logam berat Pb akan terlepas dari ikatan tanah dan berupa ion yang bergerak bebas pada larutan tanah. Jika logam lain tidak mampu menghambat keberadaannya, maka akan terjadi serapan Pb oleh akar
15
tanaman. Timbal merupakan logam berat yang sangat beracun, dapat dideteksi secara praktis pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem biologis. Sumber utama timbal adalah makanan dan minuman. Komponen ini beracun terhadap seluruh aspek kehidupan. Timbal
menunjukkan
beracun
pada
sistem
saraf,
hemetologic,
hemetotoxic dan mempengaruhi kerja ginjal. Rekomendasi dari WHO, logam berat Pb dapat ditoleransi dalam seminggu dengan takaran 50mg/kg berat badan untuk dewasa dan 25 mg/kg berat badan untuk bayi dan anak-anak. Mobilitas timbal di tanah dan tumbuhan cenderung lambat dengan kadar normalnya pada tumbuhan berkisar 0,5- 3 ppm.
5. Merkuri (Hg) Disebut juga air raksa, merkuri merupakan logam yang secara alami ada dan merupakan satu-satunya logam yang pada suhu kamar berwujud cair. Logam murninya berwarna keperakan, cairan tak berbau, dan mengkilap. Bila dipanaskan sampai suhu 357°C, Hg akan menguap. Selain untuk kegiatan penambangan emas, logam Hg juga digunakan dalam produksi gas klor dan soda kaustik, termometer, bahan tambal gigi, dan baterai. Keracunan merkuri pertama sekali dilaporkan terjadi di Minamata, Jepang pada tahun 1953.
16
Kontaminasi serius juga pernah diukur di sungai Surabaya, Indonesia tahun 1996. Akibat kuatnya interaksi antara merkuri dan komponen tanah lainnya, penggantian bentuk merkuri dari satu bentuk ke bentuk lainnya selain gas biasanya sangat lambat. Proses methylisasi merkuri biasanya terjadi di alam pada kondisi terbatas, membentuk satu dari sekian banyak elemen berbahaya, karena dalam bentuk ini merkuri sangat mudah terakumulasi pada rantai makanan. Karena berbahaya, penggunaan fungisida alkylmerkuri dalam pembenihan tidak diijinkan di banyak negara. Kasus yang kedua yang terjadi di negara kita sendiri yaitu tercemarnya
perairan
di
Teluk
Buyat,
Manado
sebagai
akibat
pembuangan limbah arsen (As) dan merkuri (Hg) yang dilakukan oleh PT. Newmont selama bertahun-tahun sehingga mengakibatkan tercemarnya ikan-ikan yang ada di perairan tersebut. Ikan-ikan tersebut dimakan oleh penduduk yang ada di sekitar daerah itu dan menyebabkan wabah neurologis yang tidak menular, yang sangat merugikan kesehatan serta menyengsarakan kesehatan masyarakat. Dalam kasus Buyat ini, logam berat merkuri (Hg) kemungkinan dapat berasal dari limbah prose’s pemisahan biji emas atau dari tanah bahan tambangnya sendiri yang sudah mengandung merkuri. Padahal banyak alternatif yang dapat digunakan untuk mengolah limbah yang mengandung logam berat, khususnya merkuri, diantaranya ialah dengan teknologi low temperature thermal desorption
17
(LTTD) atau dengan teknologi Phytoremediation (Anonymous, 2004).
2.3. Logam Berat di Alam
Logam adalah unsur alam yang dapat diperoleh dari laut, erosi batuan tambang, vulkanisme dan sebagainya (Clark, 1986). Umumnya logam-logam di alam ditemukan dalam bentuk persenyawaan dengan unsur lain, sangat jarang yang ditemukan dalam elemen tunggal. Unsur ini dalam kondisi suhu kamar tidak selalu berbentuk padat melainkan ada yang berbentuk cair, misalnya merkuri (Hg). Dalam badan perairan, logam pada umumnya berada dalam bentuk ion-ion, baik sebagai pasangan ion ataupun dalam bentuk ion-ion tunggal. Sedangkan pada lapisan atmosfir, logam ditemukan dalam bentuk partikulat, dimana unsure-unsur logam tersebut ikut berterbangan dengan debu-debu yang ada di atmosfir (Palar, 2004). Tanah secara alami telah mengandung logam berat meskipun hanya sedikit. Berdasarkan analisis Notohadiprawiro dkk (1991) jenis tanah Vertisol Sragen, Ferrassol Karanganyar (Solo), dan Regosol kuningan Yogyakarta mengandung logam berat 20.9-49.8 (Zn), 18.7- 35.4 (Cu), 5.6- 15.1 (Pb), dan 6.4-28.8 ppm (Ni). Kadarnya pun tergantung dari bahan induk pembentuk tanah itu sendiri. Tanah pun memiliki kemampuan dalam menyerap logam berat yang berbeda untuk tiap jenis tanah berdasarkan bahan induk penyusun tanah tersebut. Menurut standar
18
umum kadar Pb dan Cd yang boleh ada pada tanah adalah masingmasing 150 ppm dan 2 ppm namun untuk jenis tanah yang berasal dari batuan beku (Charlena, 2004). Kandungan logam berat didalam tanah secara alamiah sangat rendah, kecuali tanah tersebut sudah tercemar (Tabel 1). Kandungan logam dalam tanah sangat berpengaruh terhadap kandungan logam pada tanaman yang tumbuh diatasnya, kecuali terjadi interaksi diantara logam itu sehingga terjadi hambatan penyerapan logam tersebut oleh tanaman. Akumulasi logam dalam tanaman tidak hanya tergantung pada kandungan logam dalam tanah, tetapi juga tergantung pada unsur kimia tanah, jenis logam, pH tanah, dan spesies tanaman (Darmono 1995 dalam Charlena, 2004).
Tabel 1. Kandungan logam berat dalam tanah secara alamiah (µg/g)
Logam
Kandungan (Rata-Rata)
Kisaran non Populasi
As
100
5 – 3000
Co
8
1 – 40
Cu
20
2 – 300
Pb
10
2 – 200
Zn
50
10 – 300
Cd
0,06
0,05 – 0,7
Hg
0,03
0,01 – 0,3
19
Sumber: Peterson (1979) & Darmono (1995) dalam Charlena (2004)
Berdasarkan tinjauan secara comprehensive, Brummer (Verloo, 1993), keseluruhan logam berat yang ada dalam tanah dapat dipilahkan menjadi berbagai fraksi atau bentuk: (1)
Larut air, berada dalam larutan tanah.
(2)
Tertukarkan, terikat pada tapak-tapak jerapan (adsorption sites) pada koloid tanah dan dapat dibebaskan oleh reaksi pertukaran ion.
(3)
Terikat secara organik, berasosiasi dengan senyawa humus yang tidak terlarutkan.
(4)
Terjerat (occluded) di dalam oksida besi dan mangan.
(5)
Senyawa-senyawa tertentu, seperti karbonat, fosfat, dan sulfida.
(6)
Terikat secara struktural di dalam mineral silikat atau mineral primer. Bagian terbesar segala logam berat yang ada dalam tanah,
yaitu 95 – 99% jumlah total, berada dalam fraksi 2, 3, 4, 5, dan 6. Meskipun fraksi 1 jumlahnya hanya sedikit, namun dilihat dari segi ekologi, fraksi ini paling penting karena penyerapan tanaman dan pengangkutan dalam lingkungan bergantung padanya. Acapkali ion logam berat terkoordinasikan pada senyawa organik, terutama asam-asam humat dan fulvat, membentuk kelat. Dalam keadaan ini mobilitas logam berat meningkat. Logam berat menjadi lebih mudah
terpindahkan
ke
bagian
tubuh
tanah
yang
lebih
dalam
(terkoluviasi) atau lebih mudah tercuci (leached). Kelasi menurunkan
20
toksisitas larutan logam berat. Akan tetapi kelasi juga memacu pelapukan mineral dan batuan, berarti melancarkan pelepasan unsur logam berat ke dalam larutan tanah. pH larutan berpengaruh langsung atas kelarutan unsur logam berat. Kenaikan pH menyebabkan logam berat mengendap. Yang lebih penting ialah pengaruh tidak langsung lewat pengaruhnya atas KTK. Sebagian KTK berasal dari muatan tetap dan sebagian lagi berasal dari muatan tidak tetap (variable charge). Muatan tidak tetap bergantung pada pH yang meningkat sejalan dengan peningkatan pH. Maka peningkatan pH membawa peningkatan KTK. Logam berat terjerap lebih banyak atau lebih kuat sehingga mobilitasnya menurun. tanah penjerap, anion yang terjerap dapat membantu penjerapan kation logam berat karena meningkatan kerapatan muatan negatif pada permukaan komponen penjerap. Dapat pula sebaliknya, anion yang terjerap menghalangi penjerapan kation logam berat karena menutupi tapak jerapan. Potensial redoks tanah yang bersama dengan reaksi tanah menentukan spesies kimiawi logam berat. Misalnya, spesies utama Cd dalam keadaan oksik dan masam ialah Cd2+, CdSO4 dan CdCl+, dalam keadaan oksik dan base disamping yang telah disebutkan juga terdapat CdHCO3+, dan dalam keadan anoksik kompleks sulfat diganti dengan kompleks sulfida. Ketersediaan hayati logam berat, berarti keterserapannya oleh tumbuhan, dikendalikan oleh berbagai faktor tanah dan biologi
21
(macam, fase pertumbuhan, dan fase perkembangan tumbuhan) secara rumit, bahkan ada faktor yang pengaruhnya saling bertentangan. Menurut Verloo (1993) ada kejadian yang penyerapan suatu logam berat oleh tumbuhan dari tanah yang tercemar berat lebih sedikit daripada penyerapannya dari tanah yang tercemar ringan. Hal ini berkenaan dengan penaikan pH yang lebih tinggi oleh bahan pencemar yang lebih banyak dan sejalan dengan ini KPK juga meningkat lebih tinggi, sehingga penjerapan oleh tanah menjadi lebih kuat.
2.4. Tanah Sebagai Bagian Siklus Logam Berat Tanah merupakan bagian dari siklus logam berat. Masukan logam berat ke dalam tanah apabila melebihi kemampuan tanah dalam mencerna limbah akan mengakibatkan pencemaran tanah. Menurut Arnold (1990) & Subowo et al (1995) dalam Charlena (2004), logam berat adalah unsur logam yang mempunyai massa jenis lebih besar dari 5 g/cm3, antara lain Cd, Hg, Pb, Zn, dan Ni. Logam berat Cd, Hg, dan Pb dinamakan sebagai logam non esensial dan pada tingkat tertentu menjadi logam beracun bagi makhluk hidup (Charlena, 2004). Logam berat memasuki lingkungan tanah melalui penggunaan bahan kimia yang berlangsung mengenai tanah, penimbunan debu, hujan atau pengendapan, pengikisan tanah dan limbah buangan. Interaksi logam berat dan lingkungan tanah dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu :
22
a. proses sorbsi atau desorbsi b. difusi pencucian, dan c. degradasi. Pemasok logam berat dalam tanah pertanian antara lain bahan agrokimia (pupuk dan pestisida), asap kendaraan bemotor, bahan bakar minyak, pupuk organik, buangan limbah rumah tangga, industri, dan pertambangan. Selain itu sumber logam berat dalam tanah berasal dari bahan induk pembentuk tanah itu sendiri, seperti Cd banyak terdapat pada batuan sedimen schales (0,22 ppm berat), Cr pada batuan beku ultrafanik (2, 980 ppm berat), Hg pada bauan sedimen pasir (0,29 ppm berat), Pb pada batuan granit (24 ppm berat) (Alloway 1990). Pestisida juga memberikan masukan logam berat ke dalam tanah. Serapan pestisida oleh tanaman tergantung pada dosis pemberian pestisida, jenis tanah, dan kemampuan tanaman menyerap pestisida. Besarnya penyerapan logam berat dalam tanah dipengaruhi oleh sifat bahan kimia, kepekatan bahan kimia dalam tanah, kandungan air tanah, dan sifat-sifat tanah misalnya bahan organik dan liat (Cliath & Miller, 1995 dalam Charlena, 2004). Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut yang ada di dalam larutan oleh permukaan benda atau zat penyerap.
Adsorpsi adalah masuknya bahan yang menggumpal
dalam suatu zat padat. Sebagian besar adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsopsi terutama terjadi pada dinding berpori atau
23
pada suatu tempat tertentu di dalam partikel. Proses pemisahan dapat terjadi karena adanya perbedaan berat molekul, bentuk atau kepolaran yang menyebabkan molekul-molekul tertentu melekat pada permukaan yang lebih kuat daripada molekul-molekul yang lain atau karena ukuran porinya terlalu kecil untuk dapat memuat molekul yang lebih besar. Adsopsi dipengaruhi oleh permukaan suatu zat dan juga luas area. Adsorben memiliki luas permukaan yang besar untuk bereaksi, apabila suatu zat dalam cairan kecil, maka semakin besar potensi untuk dapat terikat atau menempel. Mekanisme sorpsi dapat berupa pertukaran ion (untuk yang terionisasi) dan ikatan hidrofobik (untuk zat organik yang tidak larut).
2.5. Pencemaran Logam Berat pada Tanah Logam berat termasuk zat pencemar karena sifatnya yang stabil dan sulit untuk diuraikan. Logam berat dalam tanah yang membahayakan pada kehidupan organisme dan lingkungan adalah dalam bentuk terlarut. Di dalam tanah logam tersebut mampu membentuk kompleks dengan bahan organik dalam tanah sehingga menjadi logam yang tidak larut. Logam yang diikat menjadi kompleks organik ini sukar untuk dicuci serta relatif tidak tersedia bagi tanaman. Dengan demikian senyawa organik tanah mampu mengurangi bahaya potensial yang disebabkan oleh logam berat beracun (Institut Pertanian Bogor, 2006).
24
Unsur logam berat tanah terkandung dalam bebatuan beku, metamorfik, sedimen dll. Kadar logam berat dalam tanah dipengaruhi oleh reaksi tanah dan fraksi – fraksi tanah yang bersifat dapat mengikat ion logam berat. Senyawa – senyawa tertentu seperti bahan ligand dapat mempengaruhi aktivitas ion logam berat, yaitu membentuk kompleks logam-ligand yang stabil, gugus – gugus karboksil dan fenoksil berperan mengikat semua unsur logam mikro (Napitupulu, 2008). Kadar logam berat dalam tanah dipengaruhi oleh reaksi tanah dan fraksi – fraksi tanah yang bersifat dapat mengikat ion logam. Dengan peningkatan pH kadar logam berat dalam fase larutan menurun akibat meningkatnya reaksi hidrolisis, kerapatan kompleks adsorpsi dan muatan yang dimiliki koloid tanah. Disimpulkan bahwa pH bersama-sama dengan bahan mineral liat dan kandungan oksida-oksida hidrat dapat mengatur adsorpsi spesifik logam berat yang meningkat secara linear dengan pH sampai tingkat maksimum (Napitupulu, 2008). Pemasok logam berat dalam tanah pertanian antara lain bahan agrokimia (pupuk dan pestisida), asap kendaraan bemotor, bahan bakar minyak, pupuk organik, buangan limbah rumah tangga, industri, dan pertambangan. Selain itu sumber logam berat dalam tanah berasal dari bahan induk pembentuk tanah itu sendiri, seperti Cd banyak terdapat pada batuan sedimen schales (0,22 ppm berat) (Alloway 1990 dalam Charlena 2004).
25
2.6. Kandungan Logam Berat dalam Pupuk Pupuk adalah suatu bahan penyubur tanaman yang diberikan melalui tanah maupun langsung ketanaman dengan cara disemprotkan kedaun (Mulyati, 2006). Dari definisi tersebut dapat diketahui bahwa pupuk diperlukan untuk dapat meyuburkan tanaman sehingga dapat memberi hasil yang optimal bagi manusia. pupuk dapat diklasifikasikan dengan berbagai cara salah satunya berdasarkan proses pembuatan dan senyawa yang terkandung dalam pupuk itu sendiri. Berdasarkan proses pembuatannya pupuk dapat di bedakan menjadi dua. Yaitu; 1.
Pupuk alam, yaitu pupuk yang terbuat dari bahan alam dan proses terbentuknya berlangsung secara alami. Contoh; pupuk kandang, pupuk hijau, pupuk kompos, pupuk batuan silikat pupuk batuan fosfat pupuk zeolit dan sebagainya.
2.
Pupuk buatan, yaitu pupuk yang diproduksi oleh pabrik. Umumnya mengandung hara yang telah ditetapkan macam dan komposisinya. Contohnya; urea, SP-36 dll. Sedangkan pupuk berdasarkan senyawa yang terkandung dapat terbagi menjadi;
1.
Pupuk organik, yaitu pupuk yang mengandung senyawa organik dan berasal ari makhluk hidup yang telah mati.
2.
Pupuk an-organik, yaitu pupuk yang mengandung senyawa anorganik dan bahan dasarnya berasala dari mineral.
26
Setiap jenis pupuk memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Sebagai contoh unsure hara dalam pupuk an-organik lebih cepat tersedia dibandingkan dengan unsure hara dalam pupuk organik. Namun pupuk organik cendrung lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan pupuk an-organik. Hal tersebut yang ikut memberi perbedaan antara pupuk organik dengan pupuk anorganik selain perbedaan mendasar seperti jenis senyawa yang terkandung dalam masing-masing pupuk. Dalam aplikasinya selain menbawa dampak baik terhadap pertumbuhan tanaman serta hasil tanaman, pupuk juga membawa dampak negatif bagi lingkungan yang baik langsung maupun tidak akan mempengaruhi pertumbuhan dan hasil tanaman serta keseatan masnusia. Dampak negatif dari pupuk adalah dapat menjadi sumber pencemar baik di tanah, air, dan udara. Dalam UU No 32 tahun 2009 tentang perlindungan dan pengelolaan lingkungan hidup, pencemran lingkungan hidup adalah masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi, dan/atau komponen lain ke dalam lingkungan hidup oleh kegiatan manusia sehingga melampaui baku mutu lingkungan hidup yang telah di tetapkan. Pupuk dikategorikan sebagai sumber pencemar karena adanya kandungan unsure serta senyawa tertentu yang masuk kedalam suatu sistem dimana unsure maupun senyawa tersebut tidak diperlukan dalam jumlah banyak atau dapat membahayakan komponen dalam
27
lingkungan tersebut. zat pencemar yang berasal dari pupuk biasanya berupa logam berat maupun senyawa yang merupakan residu dari pupuk. Residu apabila terakumulasi akan mencemari lingkungan dan akan mempengaruhi kehidupan makhluk hidup ditempat terakumulasinya residu pupuk tersebut. akumulasi tersebut terjadi karena penggunaan pupuk yang berlebihan dan tidak berimbang. Dalam dunia pertanian pencemaran yang menjadi pokok perhatian adalah pencemaran yang terjadi di tanah. hal ini karena tanah merupakan media tumbuh tanaman dan yang dominan menerima dampak langsung dari pencemaran yang disebabkan oleh pupuk. Pupuk biasanya mengandung logam berat sebagai bahan tambahan. Pupuk yang sering bahkan selalu mengandung logam berat adalah pupuk buatan anorganik. Namun pupuk organik belum tentu bebas dari kandungan logam bera. Hal tersebut dipengaruhi oleh sumber bahan organik yang digunakan sebagai bahan baku pupuk organik. Tabel berikut akan menjelaskan tentang kadar logam berat yang terkandung dalam berbagai jenis pupuk baik itu pupuk organik maupun pupuk anorganik (ppm).
28
Tabel 1. Kandungan logam berat dalam berbagai jenis pupuk Unsur
Pupuk
Pupuk
Pupuk
Kapur
Kompos
Fosfat
Nitrat
Kandang
B
5-115
-
0,3-0,6
10
-
Cd
0,1-170
0,05-8,5
0,1-0,8
0,04-0,1
0,01-100
Co
1-12
5,4-12
0,3-24
0,4-3
-
Cr
66-245
3,2-19
1,1-55
10-15
1,8-410
Cu
1-300
-
2-172
2-125
13-3580
Hg
0,01-1,2
0,3-2,9
0,01-0,36
0,05
0,09-21
Mn
40-2000
-
30-969
40-1200
-
Mo
0,1-60
1-7
0,05-3
0,1-15
-
Ni
7-38
7-34
2,1-30
10-20
0,9-279
Pb
7-225
2-27
1,1-27
20-1250
1,3-2240
Sb
Zn>Cu>Pb>Hg. Nilai TF logam berat pada daun lebih tinggi dari pada jaringan lain. Asupan harian Hg, Pb, Cd, Zn dan Cu melalui konsumsi makanan adalah 1,322; 574,3; 301,4; 5263 dan 292,5 µg untuk dewasa dan 1,029; 446,8; 234,5; 4095 dan 227,6 mg untuk anak-anak yang tinggal di sekitar Huludao Zinc Plant. Hal ini sangat berpotensi menimbulkan risiko kesehatan, terutama untuk anak-anak, apabila nilai THQ Cd atau Pb lebih dari 1. Jumlah total logam THQs (TTHQs) yang berkaitan dengan konsumsi sayuran untuk dewasa dan anak-anak adalah 5,79-9,90; 7,6-13,0. Dari perbandingan TTHQs pada plot-plot sampel dari jarak yang berbeda dari Huludao Zinc Plant, terindikasi bahwa resiko
44
kesehatan mereka yang tinggal dekat dengan Huludao Zinc Plant (< 500 m) adalah paling tinggi, dan pada jarak > 1000 m resiko kesehatannya cukup tinggi dibanding pada mereka yang tinggal dalam jarak 500-1000 m. Namun, penduduk yang tinggal dalam areal lokasi 500-1000 m dari Huludao Zinc Plant juga mempunyai resiko kesehatan yang cukup tinggi apabila memiliki nilai TTHQ lebih dari 1. Akumulasi logam berat yang berlebihan pada tanah pertanian dapat berakibat tidak hanya terhadap kontaminasi lingkungan tetapi yang lebih buruk adalah menyebabkan meningkatnya kadar logam berat pada hasil-hasil pertanian yang dipanen sehingga hal tersebut pada akhirnya berakibat terhadap penurunan mutu dan keamanan pangan nabati yang dihasilkan. Untuk melindungi konsumen, beberapa negara telah menetapkan batas aman cemaran logam berat pada makanan. Di Indonesia, Ditjen POM telah mengeluarkan Keputusan No. 03725/B/SK/VII/89 tentang Batas Maksimum Cemaran Logam dalam Makanan untuk Sayuran Segar, batas aman untuk Pb 2 mg/kg dan Cu 50mg/kg.
2.11. Mekanisme Kontaminasi Logam Berat Beberapa faktor yang menyebabkan kontaminasi logam berat pada lingkungan bervariasi antara lain: kondisi geologi tanah dimana tanaman dibudidayakan, kondisi air yang digunakan untuk penyiraman, adanya kontaminan logam berat tertentu yang berasal dari industri apabila
45
lokasi pertanaman dekat dengan lokasi industri, bahkan bencana yang tidak terduga. Seperti kasus yang saat ini sudah dan masih terjadi yaitu meluapnya lumpur panas di kawasan industri di daerah Porong, Sidoarjo Jawa Timur. Meluapnya lumpur panas dari lapangan gas yang dikelola Lapindo Brantas Inc tersebut mengandung logam berat yang berlebihan sehingga jika masuk ke tambak akan mematikan mikroorganisme. Menurut Anonymous (2006), dilaporkan bahwa bahan lumpur panas tersebut terdeteksi mengandung gas belerang (H2S), metana (CH4), Chlorida (Cl) dan Sulfat (SO4) yang tinggi. Selain itu uji laboratoris juga menunjukkan adanya unsur pencemaran akibat adanya beberapa bahan lainnya yang cukup tinggi seperti Mangan (Mg) dan Seng (Zn). Tanah pertanian yang ada di sekitar daerah tersebut tertutupi oleh lumpur panas yang disinyalir mengandung logam berat dalam konsentrasi yang tinggi, sehingga di masa mendatang apabila lumpur panas sudah mereda, yang tertinggal adalah tanah yang sudah terkontaminasi logam berat dan tanaman pangan yang mungkin tumbuh di atasnya adalah bahan pangan yang telah tercemar logam berat. Faktor yang menyebabkan tingginya kontaminasi logam berat di lingkungan adalah perilaku manusia yang menciptakan teknologi tanpa menimbang terlebih dahulu efek yang akan ditimbulkan bagi lingkungan di kemudian hari. Sebagai contoh, di Indonesia, tingginya kandungan timbal (Pb) pada lingkungan disebabkan oleh pemakaian
46
bensin bertimbal yang sangat tinggi pada hampir semua jenis kendaraan bermotor. Untuk mempermudah bensin premium terbakar, titik bakarnya harus
diturunkan
melalui
peningkatan
bilangan
oktan
dengan
penambahan timbal dalam bentuk tetrail lead (TEL). Namun dalam proses pembakaran, timbal dilepas kembali bersama-sama sisa pembakaran lainnya ke udara dan dihirup oleh manusia saat bernafas. Moshman (1997) dalam Charlena (2004) mengungkapkan bahwa akumulasi logam berat Pb pada tubuh manusia yang terus-menerus dapat mengakibatkan anemia, kemandulan, penyakit ginjal, kerusakan syaraf dan kematian. Sedangkan keracunan Cd dapat menyebabkan tekanan darah tinggi, kerusakan jaringan-jaringan testicular, kerusakan ginjal dan kerusakan butir-butir sel darah merah.
a. Mekanisme pada Bahan Pangan (Sayuran) Logam berat yang ada di lingkungan, tanah, air dan udara dengan suatu mekanisme tertentu masuk ke dalam tubuh makhluk hidup. Tanaman yang menjadi mediator penyebaran logam berat pada makhluk hidup, menyerap logam berat melalui akar dan daun (stomata). Logam berat terserap ke dalam jaringan tanaman melalui akar, yang selanjutnya akan masuk ke dalam siklus rantai makanan (Alloway, 1990 dalam Darmono, 2005). Di Indonesia, kadar logam berat yang cukup tinggi pada sayuran sudah semestinya mendapat perhatian serius dari semua pihak,
47
terutama pada sayur-sayuran yang ditanam di pinggir jalan raya. Data terakhir pada sayuran caisim, kandungan logam berat Pb-nya bisa mencapai 28,78 ppm. Jumlah ini jauh lebih tinggi dibanding kandungan logam berat pada sayuran yang ditanam jauh dari jalan raya (±0-2 ppm), padahal batas aman yang diperbolehkan oleh Ditjen POM hanya 2 ppm. Bahkan dalam Rancangan Standar Nasional Indonesia (RSNI-2, 2004) dalam Anonymous (2004) menyatakan bahwa residu logam berat yang masih memenuhi standar BMR (Batas Maksimum Residu) adalah 1,0 ppm. Dengan dikonsumsinya sayuran sebagai salah satu sumber pangan pada manusia dan hewan menyebabkan berpindahnya logam berat yang dikandung oleh sayur-sayuran tersebut seperti timbal (Pb) dan kadmium (Cd) ke dalam tubuh makhluk hidup lainnya. Logam berat yang masuk ke dalam tubuh manusia akan melakukan interaksi antara lain dengan enzim, protein, DNA, serta metabolit lainnya. Adanya logam berat pada jumlah yang berlebihan dalam tubuh akan berpengaruh buruk terhadap tubuh (Charlena, 2004).
b. Mekanisme pada Tubuh Manusia Sejumlah sumber makanan, baik yang berasal dari laut seperti ikan, kerang, dan rumput laut serta dari tanaman dan produk turunannya dapat terkontaminasi logam berat. Logam berat dapat memasuki tubuh dan mengakibatkan kerusakan pada berbagai jaringan tubuh melalui beberapa cara. Mekanisme pertama adalah berikatan
48
dengan gugus sulfhidril, sehingga fungsi enzim pada jaringan tubuh akan terganggu kerjanya. Mekanisme yang kedua adalah berikatan dengan enzim pada siklus Krebs, sehingga prose’s oksidasi fosforilasi tidak terjadi. Mekanisme yang ketiga adalah dengan efek langsung pada jaringan yang terkena yang menyebabkan kematian (nekrosis) pada lambung dan saluran pencernaan, kerusakan pembuluh darah, perubahan degenerasi pada hati dan ginjal. Tubuh dapat menyerap logam berat melalui permukaan kulit dan mukosa, saluran pencernaan dan saluran nafas. Akumulasi pada jaringan tubuh dapat menimbulkan keracunan bagi manusia, hewan, dan tumbuhan apabila melebihi batas toleransi (Charlena, 2004).
c.
Mekanisme Penyerapan Logam oleh Tumbuhan
Akumulasi logam berat dalam tanah pertanian akibat pemupukan dapat meyebabkan toksisitas pada tanaman. Secara alami tanaman sudah mempunyai mekanisme untuk melakukan detoksifikasi terhadap logam, antara lain : pemisahan logam dengan produksi senyawa organik, pemisahan ke dalam komponen sel tertentu, dan eksudasi ligan organik. Salah satu senyawa organik yang disintesis tanaman untuk mengkelat logam adalah fitokelatin yang terdapat dalam dua bentuk, yaitu high-molecular weight (HMW) BM > 20.000 Da dan low molecular weight
49
(LMW) BM 7.000-20.000 Da. Logam berat yang dapat menginduksi sintesis fitokelatin, antara lain Kadmium, Tembaga dan Seng. Fitotoksisitas (keracunan pada tanaman) adalah fenomena yang terkait dengan suatu bahan yang merugikan dan terakumulasi di dalam jaringan tanaman sampai pada tingkat berpengaruh terhadap pertumbuhan optimal dan perkembangan tanaman (Beckett dan davis, 1977 ; Davis et al., 1977). Secara alami tanaman sudah mempunyai mekanisme untuk mengatasi keracunan logam, antara lain melalui akumulasi logam dalam organel sel, meningkatkan eksudasi bahan pengkelat logam, pengikatan logam pada dinding sel, pemotongan jalur transport logam dari akar ke tunas, mengubah struktur dan permeabilitas membran, mengubah proses metabolisme seluler, memproduksi senyawa pemisah logam intraseluler, mengaktifkan pompa ion logam ke dalam vakuola, dan lain-lain (Woolhouse, 1983; Blamey et al., 1986; Baker, 1987); Verkleij dan Schat, 1990; dan Ross, 1994). Lebih lanjut Ross (1994) menambahkan bahwa tanaman melakukan mekanisme toleransi penting yang bersifat induktif terhadap logam berat dengan mensintesis polipeptida pengikat logam, yaitu fitokelatin. Fitokelatin
berhubungan
dengan
glutation,
mempunyai
struktur primer (γ-Glu-Cys)n – Gly atau (γ-Glu-Cys)n-β-Ala, dimana n = 211 (Nicholson et al., 1980; Speiser et al., 1992; Artlip dan Funkhouser, 1995; Wang dan Evangelou, 1995), tergantung dari sumber tanaman (Rauser, 1990). Polipeptida ini belum diketahui sintesisnya dalam
50
ribosom, tetapi fitokelatin terbentuk bersama-sama dengan sintesis enzim glutathione
sintetase.
Fitokelatin
disintesis
secara
enzimatis
oleh
fitokelatin sintase (γ-glutamylcystein dipeptidyl transpeptidase) dari glutation. Enzim ini merupakan protein 25 kDa (Grill et al., 1989). Penelitian Nicholson et al. (1980) pada tanaman wilczek (Vigna radiate L.) yang diinduksi logam Tembaga diperoleh dua jenis fitokelatin (hasil pemisahan melalui kromatografi kolom), yaitu fitokelatin BM rendah (7.000-20.000 Da) dan berat molekul tinggi (BM>20.000). Mekanisme detoksifikasi logam oleh fitokelatin menurut beberapa peneliti (Rauser, 1990; Abrahamson et al., 1992; Speiser et al., 1992; Ow, 1993; Moffat, 1995, Wang dan Evangelou, 1995) terjadi dengan jalan fitokelatin mengikat logam yang selanjutnya akan ditransport ke dalam vakuola tanaman untuk disimpan. Penyerapan dan akumulai logam berat oleh tumbuhan dapat dibagi menjadi tiga proses yang sinambung, yaitu penyerapan logam oleh akar, translokasi logam dari akar ke bagian tumbuhan lain, dan lokalisasi logam pada bagian sel tertentu untuk menjaga agar tidak menghambat metabolisme tumbuhan tersebut (Priyanto & Joko, 2000). a.
Penyerapan oleh akar Telah diketahui, bahwa agar tumbuhan dapat menyerap logam
maka logam harus dibawa ke dalam larutan di sekitar akar (rizosfer) dengan
beberapa
cara
bergantung
pada
spesies
tumbuhannya:
Perubahan pH. Pada Thlaspi cearulescens, mobilisasi seng dipacu
51
dengan terjadinya penurunan pH pada daerah perakaran sebesar 0,2-0,4 unit (McGrath, 1997 dalam Priyanto & Joko, 2000). Ekskresi zat khelat. Mekanisme penyerapan besi lewat pembentukan suatu zat khelat yang disebut fitosiderofor telah diketahui secara mendalam pada jenis rumputrumputan (Marschner & Romheld, 1994 dalam Priyanto & Joko, 2000). Molekul fitosiderofor yang terbentuk ini akan mengikat (mengkhelat) besi dan membawanya ke dalam sel akar melalui peristiwa transport aktif. Selain aktif terhadap besi, fitosiderofor dapat mengikat logam lain seperti seng, tembaga dan mangan. Sekarang diketahui, bahwa berbagai molekul lain berfungsi serupa, misalnya histidin yang meningkatkan penyerapan nikel pada Alyssum sp. (Kramer et al., 1996 dalam Priyanto & Joko, 2000) dan suatu senyawa peptida khusus, fitokhelatin, yang mengikat selenium pada Brassica juncea (Speiser et al., 1992) dan logam lain seperti timbal, kadmium dan tembaga (Gwozdz et al., 1997 dalam Priyanto & Joko, 2000). Pembentukan reduktase spesifik logam. Di dalam meningkatkan penyerapan besi, tumbuhan membentuk suatu molekul reduktase di membran akarnya (Marschner & Romheld, 1994 dalam Priyanto & Joko, 2000). Reduktase ini berfungsi mereduksi logam yang selanjutnya diangkut melalui kanal khusus di dalam membran akar.
52
b.
Translokasi di dalam tubuh tumbuhan Setelah logam dibawa masuk ke dalam sel akar, selanjutnya
logam harus diangkut melalui jaringan pengangkut, yaitu xilem dan floem, ke bagian tumbuhan lain. Untuk meningkatkan efisiensi pengangkutan, logam diikat oleh molekul khelat. Berbagai molekul khelat yang berfungsi mengikat logam dihasilkan oleh tumbuhan, misalnya histidin yang terikat pada Ni (Kramer et al., 1996 dalam Priyanto & Joko, 2000) dan fitokhelatin-glutation yang terikat pada Cd (Zhu et al., 1999 dalam Priyanto & Joko, 2000). c.
Lokalisasi logam pada jaringan Untuk mencegah peracunan logam terhadap sel, tumbuhan
mempunyai mekanisme detoksifikasi, misalnya dengan menimbun logam di dalam organ tertentu seperti akar (untuk Cd pada Silene dioica [Grant et al., 1998]), trikhoma (untuk Cd [Salt et al., 1995 dalam Priyanto & Joko, 2000]), dan lateks (untuk Ni pada Serbetia acuminata [Collins, 1999 dalam Priyanto & Joko, 2000]).
Tumbuhan
pada
saat
menyerap
logam
berat,
akan
membentuk suatu enzim reduktase di membran akarnya. Reduktase ini berfungsi mereduksi logam yang selanjutnya diangkut melalui mekanisme khusus di dalam membran akar. Pada saat terjadi translokasi di dalam tubuh tanaman, logam yang masuk ke dalam sel akar, selanjutnya diangkut ke bagian tumbuhan yang lain melalui jaringan pengangkut yaitu
53
xylem dan floem. Untuk meningkatkan efisiensi pengangkutan logam diikat oleh molekul kelat. Pada konsentrasi rendah logam berat tidak mempengaruhi pertumbuhan tanaman tetapi pada konsentrasi tinggi akan menyebabkan kerusakan baik pada tanah, air maupun tanaman. Batas kritis konsentrasi logam berat pada tanah, air, dan tanaman dapat di lihat pada Tabel 2. Tabel 2. Batas kritis logam berat dalam tanah, air, dan tanaman (ppm) Logam Berat
Tanah
Air
Tanaman
Pb
100
0.03
50
Cd
0.50
0.05-0.10
5-30
Co
10
0.4-0.6
15-30
Cr
2.5
0.5-1.0
5-30
Ni
50
0.2-0.5
5-30
Cu
60-125
2-3
20-100
Mn
1500
-
-
Zn
70
5-10
100-400
Sumber : Ministry of State for Population and Enviromental of Indonesia, and Dalhousie, University Canada (1992)
Logam berat dalam tanah pada prinsipnya berada dalam bentuk bebas maupun tidak bebas. Dalam keaadan bebas, logam berat dapat bersifat racun dan terserap oleh tanaman sedangkan dalam bentuk tidak bebas dapat berikatan dengan hara, bahan organik, ataupun
54
anorganik
lainnya.
Pada
kondisi
tersebut,
logam
berat
selain
mempengaruhi ketersediaan hara tanaman juga dapat mengkontaminasi hasil tanaman. Jika logam berat memasuki lingkungan tanah, maka akan terjadi keseimbangan dalam tanah, kemudian akan terserap oleh tanaman melalui akar, dan selanjutnya akan terdistribusi kebagian tanaman lainnya. Dinamika logam berat dalam tanah dan tanaman di tunjukkan pada Gambar 1.
Sumber: Alloway (1995) Gambar 1 Dinamika logam berat di dalam sistem tanah dan tanaman
55
Penyerapan dan akumulasi logam berat oleh tumbuhan dibagi menjadi tiga proses, yaitu : Pertama, penyerapan oleh akar. Agar tanaman dapat menyerap logam, maka logam harus dibawa ke dalam larutan di sekitar akar (rizosfer) dengan beberapa cara bergantung pada spesies tanaman. Senyawa-senyawa yang larut dalam air biasanya diambil oleh akar bersama air, sedangkan senyawa-senyawa hidrofobik diserap oleh permukaan akar. Kedua, translokasi logam dari akar ke bagian tanaman lain. Setelah logam menembus endodermis akar, logam atau senyawa asing lain mengikuti aliran transpirasi ke bagian atas tanaman melalui jaringan pengangkut (xylem dan floem) ke bagian tanaman lainnya. Ketiga, lokalisasi logam pada sel dan jaringan. Hal ini bertujuan untuk menjaga agar logam tidak menghambat metabolisme tanaman. Sebagai upaya untuk mencegah peracunan logam terhadap sel, tanaman
mempunyai
mekanisme
detoksifikasi,
misalnya
dengan
menimbun logam di dalam organ tertentu seperti akar (Priyanto dan Prayitno 2004). Timbal (Pb) dengan nomor atom 82 merupakan suatu logam berat yang lunak berwarna kelabu kebiruan dengan massa jenis 11,34 g/ml, titik leleh 327 ºC 8 dan titik didih 1.749 ºC. Pada suhu 550–600 ºC timbal menguap dan bereaksi dengan oksigen dalam udara membentuk timbal oksida. Walaupun bersifat lentur, timbal sangat rapuh, dan mengkerut pada pendinginan, sulit larut dalam air dingin, air panas dan air asam. Bentuk oksidasi yang paling umum adalah Pb (II) dan senyawa
56
organometalik yang terpenting adalah timbal tetra etil, timbal tetra metil dan timbal stearat, merupakan logam yang tahan terhadap korosi atau karat, sehingga sering digunakan sebagai bahan coating (Palar 2004). Pb sebagian besar diakumulasi oleh organ tanaman, yaitu daun, kulit batang, akar, dan akar umbi-umbian. Perpindahan Pb dari tanah ke tanaman tergantung komposisi dan pH tanah. Konsentrasi yang tinggi (100-1000 mg/kg) akan mengakibatkan pengaruh toksik pada proses fotosintesis dan pertumbuhan. Pb hanya mempengaruhi tanaman bila konsentrasinya tinggi. Tanaman dapat menyerap logam Pb pada saat kondisi kesuburan dan kandungan bahan organik tanah rendah. Pada keadaan ini logam berat Pb akan terlepas dari ikatan tanah dan berupa ion yang bergerak bebas pada larutan tanah. Jika logam lain tidak mampu menghambat keberadaannya, maka akan terjadi serapan Pb oleh akar tanaman. Mekanisme masuknya partikel Pb ke dalam jaringan daun, yaitu melalui stomata daun yang berukuran besar dan ukuran partikel Pb lebih kecil, sehingga Pb dengan mudah masuk kedalam jaringan daun melalui proses penjerapan pasif (Dahlan 1989). Partikel Pb yang menempel pada permukaan daun berasal dari tiga proses yaitu, pertama sedimentasi akibat gaya gravitasi, kedua, tumbukan akibat turbulensi angin, dan ketiga adalah pengendapan yang berhubungan dengan hujan. Celah stomata mempunyai panjang sekitar 10 µm dan lebar antara 2–7 µm, oleh karena ukuran Pb yang demikian kecil, maka partikel
57
Pb tidak larut dalam air dan senyawa Pb terperangkap dalam rongga antar sel sekitar stomata. Zink (Zn) adalah logam yang memiliki karakteristik yang cukup reaktif, berwarna putih kebiruan, memiliki nomor atom 30, titik lebur o
419,73 C. Zn merupakan unsur mikro esensial bagi mahkluk hidup. Adsorpsi Zn dalam tanah dapat terjadi karena adanya bahan organik dan mineral liat. Mineral Zn yang ada dalam tanah antara lain seng sulfida (ZnS), spalerit (ZnFe)S, dan smithzonte (ZnCO3). Pelarutan mineralmineral yang mengandung Zn terjadi secara alami sehingga unsur yang 2+
terkandung didalamnya terbebas dalam bentuk ion. Zn
yang terbebas
mengalami proses lanjut, terikat dengan matrik tanah atau bereaksi 2+
dengan unsur-unsur lain. Adsorpsi Zn
yang kuat dalam tanah dapat
terjadi dengan adanya bahan organik dan liat hal ini berhubungan dengan kapasitas kation dan keasaman tanah. (Lahuddin 2007). 5
1
Kromium (Cr) mempunyai konfigurasi elektron [Ar] 3d 4s , o
o
sangat keras, Memiliki titik didih 2671 C dan memiliki titik lebur 2403 C. Bilangan oksidasi yang terpenting adalah +2, +3 dan +6. jika dalam keadaan murni melarut dengan lambat sekali dalam asam encer membentuk garam kromium (II). Cr
dalam
larutan
tanah
diserap
oleh
akar
melalui
pengangkutan yang digunakan untuk penyerapan logam penting untuk metabolisme tanaman. Pengaruh Cr pada tanaman adalah gejala klorosis
58
pada daun dan penurunan pertumbuhan akar, polusi kromium disebabkan oleh bahan bakar dan erosi badan dari automobile dan exstensive road marking oleh cat kromat timbal kuning dan beberapa aktifitas industri (Kord et al 2010). Dalam jumlah kecil kromium (Cr) dibutuhkan oleh manusia yaitu sebagai obat penguat stamina untuk beraktivitas sehari-hari dalam jumlah tertentu. Tetapi akan berbahaya kalau berlebihan terpapar oleh tubuh manusia akibatnya dapat berupa penyakit kronis, berlangsung selama bertahun-tahun jika mengenai salah satu organ tubuh. Environmental Protection Agency (EPA) Amerika Serikat menggolongkan kromium sebagai suatu zat yang bersifat karsinogenik. Pekerja perusahaan yang menggunakan proses pelapisan kromium berisiko tinggi terimbas pencemaran kromium. Akumulasi uap yang terhirup saat proses pelapisan kromium bisa menyebabkan sesak napas dan berujung pada kanker paru-paru. Bukan itu saja, kulit yang terpapar kromium terus menerus akan menimbulkan ulserasi (borok), ulserasi pada selaput lendir hidung, vascular effect (kerusakan pembuluh darah pada aorta), anemia dan membuat tubuh lesu, menurunkan imunitas tubuh, gangguan reproduksi dan gangguan ginjal.
59
2.12. Uji Cepat Tanah Sebagai Alat Identifikasi Pencemaran Logam Berat dalam Tanah
Teknik uji cepat sangat penting untuk pemantauan lingkungan. untuk mencegah dan mengatasi masalah akibat pencemaran logam berat dalam tanah terutama yang berasal dari limbah agrokimia. Uji cepat tanah merupakan metode yang langsung dilakukan di lapangan untuk mengetahui kadar suatu unsur di dalam tanah. Ini adalah tes ilmiah yang cepat, mudah dilakukan dan dapat menjadi sistem peringatan dini untuk bahaya lingkungan dan keamanan pangan yang dapat mempengaruhi kesehatan manusia dan ekosistem. Uji cepat tanah memungkinkan kita untuk menentukan adanya logam beracun ionik atau seberapa kadar logam berat dalam tanah sehingga dapat mengatasi
pencemaran ion
logam berat beracun tersebut. Logam berat yang berlebihan meningkatkan kerusakan oksidatif dan menggantikan mineral penting dalam tanah. Kedua efek ini dapat memiliki konsekuensi serius dalam tanah. Pengujian logam berat dengan metode uji cepat memungkinkan deteksi ion bebas logam berat elektrik aktif dalam larutan berair dengan cara prosedur sederhana dan hanya dilakukan dalam beberapa menit. Metode uji cepat yang diterapkan harus merupakan suatu metode yang mudah, akurat, proses murah berbasis lapangan untuk menentukan adanya logam berat beracun dalam tanah dan / atau
60
lingkungan. Prosedur eksplorasi didasarkan pada reagen dithizone, yang telah dikenal ilmu pengetahuan kimia untuk lebih dari 60 tahun. Penggunaan
metode
uji
cepat
logam
berat
tanah
dimaksudkan sebagai bantuan dalam memahami kapasitas detoksifikasi logam berat tanah dan dapat berfungsi sebagai indikator awal pencemaran logam berat. Metode uji cepat Logam Berat mengidentifikasi logam berikut: merkuri, timbal, tembaga seng, kadmium dan nikel. Ekstraksi timbal dari tanah adalah yang paling memakan waktu melelahkan. Secara umum, metode pencernaan basah adalah metode yang paling umum digunakan untuk analisis tanah (Hoenig dan Thomas, 2002). Namun, pemilihan asam atau kombinasi asam adalah sangat penting untuk mendapatkan ekstraksi logam maksimum (Hoenig dan De Kersabiec, 1996). De Kersabiec, 1996).
61
II.
METODE PENELITIAN UMUM
3.1. Tempat, Waktu, dan Bahan Serangkaian kegiatan penelitian dilaksanakan di lahan apel kota Batu dan di Laboratorium kima Tanah Jurusan Tanah Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya Malang. Sampel tanah diambil pada kedalaman 0-20 cm secara acak pada lahan – lahan apel di Batu.
3.2. Rangkaian Percobaan Penelitian Rangkaian percobaan penelitian dilakukan untuk memperoleh metode uji cepat yang peling tepat. Untuk itu akan dilakukan serangkaian percobaan meliputi 2 tahap percobaan : (1). Penelitian pendahuluan yang dilakukan melalui metode survey dan observasi untuk mengkaji kadar logam berat pupuk dan pestisida yang digunakan petani di lahan apel kota Batu. (2) Peneliian utama untuk mendapatkan metode uji cepat yang paling tepat untuk mengetahui kadar logam berat pada lahan apel di Batu dengan melalui 6 tahapan metode : 1. Ektraksi logam berat dalam tanah dan tanaman menggunakan senyawa tertentu. 2. Pewarnaan ekstrak logam berat menggunakan indikator. 3. Menganalisis kadar logam berat yang terukur. 4. Interpretasi data.
62
5. Membuat model matematik uji cepat. 6. Penerapan model.
63
DAFTAR PUSTAKA
Charlena. 2004. Pencemaran Logam Berat Timbal (Pb) dan Cadmium (Cd) padaSayur-Sayuran.http://www.rudyct.com/PPS702 ipb/09145/charlena.pdf .Diakses tanggal 29 November 2011. Darmono.
2006.
Lingkungan
Hidup
dan
Pencemaran:
Hubungannya DenganToksikologi Senyawa Logam . UI Press. JakartaInstitut
Pertanian
Bogor.
2006. .http://iirc.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/40756/3/Bab% 202%202006ssa.pdf Diakses tanggal 1 Desember 2011. Cook, D.M. 2006 Kematian Industri Apel di Batu Fakultas Ilmu Soaial dan Politik Universitas Muhamadiyah Malang www.acicis.murdoch.edu.au/hi/field_topics/davidcook.pdf
Miettinen, J.K. 1977. ”Inorganic Trace Elements As Water Pollution to Health And Aquqtic Biota” dalam F. Coulation and mark (eds). Water Quality Proceed of an Int. Forum, New York Academic Press. Available at http://www.google.co.id download 3 Nopember 2011. Maulida, septia,dkk.2009. Terjadinya Pencemaran Logam Berat Di teluk Minamata Akibat Pembuangan Merkuri (Hg). http//septia maulida.wordpress.com/2009/03/20/Terjadinya Pencemaran Logam Berat Diteluk Minamata Akibat Pembuangan Merkuri (Hg).[diakses tanggal 11 april 2011]
64
Masdony.2009. Logam Berat Sebagai Penyumbang Pencemaran Air Laut. http://masdony.wordpress.com/2009/04/19/logam-berat-sebagaipenyumbang-pencemaran-air-laut/, [diakses tanggal 11 Nopember 2011) Puspita, desy. 2010. Penyebab Limbah Serta Cara Penanggulangannya. http://desy puspita .wordpress.com/2010/03/22.Penyebab Limbah Serta cara Penanggulangannya. [diakses 11 Nopember 2011] Mulyati, et al.2006.pupuk dan Pemupukan.Mataram Press.Mataram www.salingsapa.com/index.php?p=blogs/viewstory/245605
University
Napitupulu, Monang. 2008. Analisis Logam Berat Seng, Kadmium dan Tembaga p a d a
Berbagai
Tingkat
Kemiringan
Tanah
H u t a n T a n a m a n I n d u s t r i PT.Toba Pulp Lestari dengan Metode Spektrometri
Serapan
Atom
(SSA).http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/5865/1/08E00 483.pdf Diakses tanggal 29 November 2011.
Notodarmojo, Suprihanto. 2004. Pencemaran Tanah dan Air Tanah . PenerbitITB, Bandung.Priyanto, Budhi & Joko Prayitno. 2000.
Fitoremediasi
Pencemaran,
sebagai
Sebuah
Khususnya
Teknologi Pemulihan Logam
Berat .http://ltl.bppt.tripod.com/sublab/lflora1.htmDiakses tanggal 1 Desember 2011 Palmer C. 2008. “Greening” Agriculture in the developping world. Rural 21. The International Journal for Rural Development. www.peipfikomdasulsel.org/.../40-MARGARETHA-SL-Penentuan-... Diakses 11 Desember 2011
65
Soelarso, Ir. R. Bambang. (1997) Budi Daya Apel, Penerbit Kanisius, Yogyakarta
Prabowo. 2008. Atasi Hama Belalang http://www.metamorfosa.magz.blogspot.c
secara
Organik.
Anonymous, 2005. Awas, Bahaya Logam Berat! Kompas cyber media edisi Rabu, 09 Februari 2005. http://www.kompas.com. Diakses tanggal 11 Desember 2011.
Turkdogan, M.K., F. Kilicel, K. Kara, I. Tuncer and I. Uygan. 2003. Heavy metals in soil, vegetables and fruits in the endemic upper gastrointestinal cancer region of Turkey. J. of Environmental Toxicology and Pharmacology. Vol 13 (3): 175- 179. http://pascapanen.litbang.deptan.go.id/assets/media/publikasi/.../20 07_3.pd.. Zheng, N., Q. Wang and D. Zheng. 2007. Health risk of Hg, Pb, Cd, Zn and Cu to the inhabitants around Huludao Zinc Plant in China via consumption of vegetables. J.of Science of The Total Environment. Vol 383 (1-3):81-89. September 2007. http://pascapanen.litbang.deptan.go.id/assets/media/publikasi/.../20 07_3. d..
66
