MARGANOF
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Nama : Marganof
NRP : P 062030111
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS. Ketua
Dr. Ir. Etty Riani, MS. Prof. Dr. Ir. Bambang Pramudya N., M.Eng.
Anggota Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Pengelolaan Dekan Sekolah Pascasarjana Sumberdaya Alam dan Lingkungan
Dr. Ir. Surjono H. Sutjahjo, MS. Prof. Dr.Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas karunia dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi dengan judul: Model Pengendalian Pencemaran Perairan Di Danau Maninjau Sumatera Barat. Disertasi ini disusun dalam rangka memenuhi tugas akhir penyelesaian program Doktor pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Selama pelaksanaan penelitian dan penulisan disertasi ini penulis telah banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Latifah Kosim Darusman, MS., selaku ketua Komisi Pembimbing yang telah banyak memberikan perhatian, nasehat, arahan dan waktu secara sabar untuk berdiskusi dengan memberikan semangat secara terus menerus sejak perencanaan penelitian sampai penyelesaian penulisan disertasi ini. 2. Dr. Ir. Etty Riani, MS. dan Prof. Dr. Ir. Bambang Pramudya N., M.Eng.,
selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan arahan dan perhatian serta waktu dan tenaga dalam berdiskusi mulai dari perencanaan penelitian sampai terselesaikannya disertasi ini.
3. Dr. Ir. Surjono Hadi Sutjahjo, MS., selaku Ketua Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan, Sekolah Pascasarjana IPB yang telah memacu dan memberikan semangat untuk menyelesaikan studi secara lebih baik.
4. Prof. Dr. Ir. Much. Sri Saeni, MS., selaku Penguji Luar Komisi pada Ujian Tertutup, yang telah memberikan koreksi, masukan, saran perbaikan dan semangat dalam menyelesaikan studi.
5. Dr. Ir. Hartrisari Hardjomidjojo, DEA dan Dr. Ir. Siti Nurbaya, MSc., selaku Penguji Luar Komisi pada Ujian Terbuka, yang telah memberikan masukan, kritik dan saran dalam rangka penyelesaian studi.
Pertanian Bogor.
7. Rektor Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat yang telah memberikan izin kepada penulis untuk mengikuti program Doktor di Institut Pertanian Bogor.
8. Gubernur Sumatera Barat yang telah memberikan dana bantuan untuk menunjang pelaksanaan penelitian dan penulisan disertasi ini.
9. Ayahanda Karani Rasul (Alm) dan Ibunda Dahniar N, yang senantiasa memberikan doa restu dan motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan pendidikan Doktor di Institut Pertanian Bogor dengan baik.
10.Kakakku Neldayuliarti sekeluarga dan adikku Onwarnida sekeluarga yang telah memberikan bantuan baik moril maupun materil selama penulis menempuh pendidikan Doktor di Institut Pertanian Bogor.
11.Istriku Desi Darma dan anak-anakku Zahrah Marganof dan Hasnan Habib Marganof yang telah memberikan pengorbanan selama penulis menempuh pendidikan Doktor di Institut Pertanian Bogor.
12.Teman-teman khususnya Dr. Ir. Gufran Darma Dirawan, MSc., Dr. Ir. Herman, MS., Dr. Syafrani, MSi., Ir. Frida Purwanti, MSc., Dr. Drh. Ratna Katharina, MSi., Ir. Nanti Kasih, MT., Ir. Henny Pagorai, MSi., Ir. Saharia, MSi., Ir. Luluk Sulistiyono, MS., dan Ir. Marini Susanti, MSi., yang telah banyak membantu dan berdiskusi selama menuntut ilmu di Institut Pertanian Bogor.
Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan Ibu dan Bapak dengan berlipat ganda. Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih belum sempurna, namun demikian penulis berharap semoga karya ilmiah yang sederhana ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan semua pihak yang memerlukannya.
Bogor, Juli 2007
Penulis dilahirkan di Sungai Naning, Kabupaten Limapuluh Kota Provinsi Sumatera Barat pada tanggal 21 September 1963 sebagai anak ke tiga dari pasangan Karani Rasul (alm) dan Dahniar N. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Pendidikan Kimia, Fakultas Pendidkan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Keguruan dan Ilmu Pendidikan Padang, lulus pada tahun 1989. Pada tahun 1997, penulis diterima di Program Studi Kimia pada Program Pascasarjana Universitas Negeri Malang dan menamatkannya pada tahun 1999. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari program BPPS Departemen Pendidikan Nasional.
Penulis bekerja sebagai dosen Kopertis Wilayah X yang dipekerjakan pada Program Studi Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat sejak tahun 1992. Mata kuliah yang diasuh adalah Kimia Dasar dan Kimia Kayu.
Artikel ilmiah penulis berjudul “Analisis Beban Pencemaran, Kapasitas Asimilasi dan Tingkat Pencemaran dalam Upaya Pengendalian Pencemaran Perairan di Danau Maninjau Sumatera Barat” dalam proses penerbitan dalam Jurnal Nature Indonesia Volume 10 No. 1 bulan Oktober 2007. Artikel lain berjudul “Model Dinamik Pencemaran Perairan Danau Maninjau akan diterbitkan pada CrestWater Journal Volume 1 No. 1 pada bulan Agustus 2007. Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program S3 penulis.
xii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xix
I. PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Tujuan Penelitian ... 4 1.3. Kerangka Pemikiran ... 5 1.4. Perumusan Masalah ... 7 1.5. Manfaat Penelitian ... 9
1.6. Novelty (Kebaruan) Penelitian ... 9
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 10
2.1. Ekosistem Perairan Danau ... 10
2.2. Pencemaran Perairan Danau ... 12
2.3. Eutrofikasi ... 17
2.4. Indikator Parameter Pencemaran ... 20
2.4.1. Parameter Fisika ... 20
2.4.2. Parameter Kimia ... 24
2.4.3. Parameter Mikrobiologi ... 31
2.5. Dampak Pemanfaatan Lahan terhadap Kualitas Perairan ... 31
2.6. Dampak Sedimentasi terhadap Kualitas Perairan ... 32
2.7. Pengendalian Pencemaran Perairan Danau ... 33
2.8. Pendekatan Sistem ... 34
2.9. Modeling (Pemodelan) ... 36
2.10. Validasi dan Sensitivitas Model ... 39
2.11. Persepsi Masyarakat dalam Pengendalian Pencemaran ... 41
III. METODE PENELITIAN ... 43
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian ... 43
3.2. Bahan dan Alat ... 43
3.3. Jenis dan Sumber Data ... 43
3.4. Pelaksanaan Penelitian ... 44
3.5. Analisis Data ... 49
3.5.1. Analisis Fisika, Kimia dan Mikrobiologi ... 49
3.5.2. Analisis Beban Pencemar ... 50
3.5.3. Analisis Persepsi Masyarakat ... 52
3.5.4. Pendekatan Sistem dalam Pengendalian Pencemaran ... 52
3.6. Model Pengendalian Pencemaran ... 57
3.7. Asumsi yang Digunakan ... 57
3.8. Analisis Pengembangan Skenario Pengendalian Pencemaran ... 57
xiii
IV. PROFIL DAERAH PENELITIAN ... 62
4.1. Letak Administrasi dan Kondisi Geografis ... 62
4.2. Iklim dan Curah Hujan ... 63
4.3. Kondisi Tofografi ... 64
4.4. Hidrologi ... 65
4.5. Geologi Kawasan Danau Maninjau ... 66
4.6. Tataguna Lahan di sekitar Perairan Danau ... 66
4.7. Kependudukan di Kawasan Danau Maninjau ... 67
4.8. Lapangan Kerja Penduduk ... 70
4.9. Pendidikan Masyarakat di Kawasan Danau Maninjau ... 70
4.10.Kesehatan Masyarakat ... 71
4.11.Isu Pencemaran Perairan di Danau Maninjau ... 71
V. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 74
5.1. Kondisi Eksisting Perairan Danau ... 74
5.1.1. Parameter Fisika, Kimia dan Mikrobiologi ... 74
5.1.2. Status Kualitas Lingkungan Perairan Danau ... 92
5.2. Sumber dan Jenis Pencemar Perairan Danau ... 93
5.3. Beban Pencemaran Perairan Danau ... 97
5.4. Persepsi Masyarakat dalam Pengendalian Pencemaran ... 105
5.5. Pemodelan Sistem ... 109
5.5.1. Sub-model Limbah Penduduk ... 110
5.5.2. Sub-model Limbah Hotel ... 111
5.5.3. Sub-model Limbah Peternakan ... 112
5.5.4. Sub-model Limbah Pertanian ... 113
5.5.5. Sub-model Limbah KJA ... 113
5.5.6. Analisis Kecenderungan Sistem ... 116
5.5.7. Validasi Model ... 117
5.6. Penyusunan Skenario Pengendalian Pencemaran Perairan ... 121
5.7. Analisis Perbandingan Penerapan antar Skenario ... 128
5.8. Arahan Kebijakan Pengendalian Pencemaran Perairan Danau ... 129
5.9. Analisis Sensitivitas ... 131
5.10. Pembahasan Umum ... 132
VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 134
6.1. Kesimpulan ... 134
6.2. Saran ... 135
DAFTAR PUSTAKA ... 136
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Klasifikasi tingkat trofik (kesuburan) perairan danau ... 12
2. Sumber pencemar N dan P di Waduk Cirata ... 16
3. Jumlah N dan P masuk ke perairan dari berbagai sumber pencemar ... 17
4. Status kualitas air berdasarkan kandungan oksigen terlarut ... 25
5. Status kualitas air berdasarkan nilai BOD5 ... 26
6. Status kualitas air berdasarkan kandungan nitrit ... 28
7. Jenis dan ukuran sedimen yang masuk ke perairan danau ... 32
8. Parameter kualitas air dan metode analisis serta alat yang digunakan ... 46
9. Sumber pencemar, parameter dan sumber data ... 48
10. Jenis dan sumber data yang digunakan dalam penelitian ... 49
11. Kriteria indeks mutu lingkungan perairan... 50
12. Faktor konversi limbah organik ... 51
13. Analisis kebutuhan stakeholder (pelaku) ... 54
14. Pedoman penilaian keterkaitan antar faktor ... 59
15. Matriks pengaruh langsung antar faktor dalam analisis prospektif ... 59
16. Data unsur iklim kawasan Danau Maninjau (1995-2004) ... 63
17. Jumlah bulan basah, kering dan lembab kawasan Danau Maninjau ... 64
18. Lebar dan debit beberapa sungai yang bermuara ke Danau Maninjau .. 65
19. Luas penggunaan lahan kawasan Danau Maninjau ... 67
20. Rasio jenis kelamin penduduk kawasan Danau Maninjau ... 68
21. Kondisi luas lahan dan kepadatan penduduk kawasan Danau Maninjau ... 69
22. Pertumbuhan penduduk kawasan Danau Maninjau ... 70
23. Tingkat pendidikan penduduk kawasan Danau Maninjau ... 71
24. Sumber dan jenis bahan pencemar potensial di perairan Danau Maninjau ... 94
25. Keadaan pembuangan tinja penduduk kawasan Danau Maninjau ... 95
26. Total beban pencemaran dari sungai yang masuk ke perairan
Danau Maninjau Januari-Juli 2006 (ton/tahun) ... 98
xv
28. Populasi penduduk dan jumlah KJA serta jumlah limbah yang
dihasilkan tahun 2005-2020 ... 118 29. Keterkaitan antar faktor dan state (kondisi) untuk
analisis prospektif ... 124 30. Skenario dan kombinasi keadaan faktor ... 125
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1. Kerangka pemikiran penelitian ... 7
2. Komposisi air limbah domestik ... 13
3. Tahapan kerja dalam pendekatan sistem ... 35
4. Peta lokasi penelitian ... 45
5. Hubungan antara beban pencemaran dan konsentrasi pencemar ... 52
6. Diagram lingkar sebab akibat (causal loop diagram) sistem
pengendalian pencemaran perairan danau ... 56
7. Diagram masukan-keluaran (input-output diagram) sistem
pengendalian pencemaran perairan danau ... 57
8. Tingkat pengaruh dan ketergantungan antar faktor dalam sistem ... 60
9. Peta penggunaan lahan kawasan perairan ... 68
10. Sebaran nilai rata-rata suhu di perairan danau ... 75
11. Sebaran nilai rata-rata TSS di perairan danau ... 76
12. Sebaran nilai rata-rata kecerahan di perairan danau ... 77
13. Sebaran nilai rata-rata kekeruhan di perairan danau ... 77
14. Sebaran nilai rata-rata TDS di perairan danau ... 78
15. Sebaran nilai rata-rata warna di perairan danau ... 79
16. Sebaran nilai rata-rata pH di perairan danau ... 80
17. Sebaran nilai rata-rata CO2 bebas di perairan danau ... 81
18. Sebaran nilai rata-rata DO di perairan danau ... 82
19. Sebaran nilai rata-rata BOD5 di perairan danau ... 83
20. Sebaran nilai rata-rata COD di perairan danau ... 84
21. Sebaran nilai rata-rata nitrat di perairan danau ... 85
22. Sebaran nilai rata-rata nitrit di perairan danau ... 86
23. Sebaran nilai rata-rata ammonia di perairan danau ... 87
24. Sebaran nilai rata-rata fosfat di perairan danau... 88
25. Sebaran nilai rata-rata DDT di perairan danau ... 89
26. Sebaran rata-rata karbofenotion di perairan danau ... 90
xvii
28. Sebaran nilai rata-rata total coliform di perairan danau ... 92
29. Indeks mutu lingkungan perairan (IMLP) danau ... 93
30. Hubungan antara beban pencemar TSS di muara sungai dengan
kadar TSS perairan danau ... 102
31. Hubungan antara beban pencemar TDS di muara sungai dengan
kadar TDS perairan danau ... 103
32. Hubungan antara beban pencemar COD di muara sungai dengan
kadar COD perairan danau ... 103
33. Hubungan antara beban pencemar BOD5 di muara sungai dengan
kadar BOD5 perairan danau ... 104
34. Hubungan antara beban pencemar PO4 di muara sungai dengan
kadar PO4 perairan danau ... 104
35. Hubungan antara beban pencemar NO3 di muara sungai dengan kadar NO3 perairan danau ... 105
36. Persentase persepsi masyarakat Nagari Bayur tentang pengendalian
pencemaran perairan danau ... 107
37. Persentase persepsi masyarakat Nagari Maninjau tentang
pengendalian pencemaran perairan danau ... 108
38. Persentase persepsi masyarakat Nagari Sungai Batang tentang
pengendalian pencemaran perairan danau ... 108
39. Diagram alir model limbah dari luar danau ... 110
40. Diagram alir sub-model limbah penduduk ... 111
41. Diagram alir sub-model limbah hotel ... 112
42. Diagram alir sub-model limbah peternakan ... 112
43. Diagram alir sub-model limbah pertanian ... 113
44. Diagram alir sub-model limbah KJA ... 114
45. Diagram alir model pengendalian pencemaran perairan danau ... 115
46. Kecenderungan jumlah limbah masuk ke perairan danau ... 117
47. Hubungan antara jumlah penduduk dengan jumlah limbah ... 119
48. Grafik perbandingan jumlah penduduk hasil simulasi dengan
data empirik ... 120
49. Grafik perbandingan perkembangan jumlah KJA hasil simulasi
dengan data empirik ... 120
50. Gambaran tingkat kepentingan faktor-faktor yang berpengaruh
pada sistem pengendalian pencemaran ... 122
51. Prediksi beban limbah pada skenario pesimistik sampai tahun 2020 .... 126
xviii
53. Prediksi beban limbah pada skenario optimistik sampai tahun 2020 .... 128 54. Grafik perbandingan tiga skenario beban limbah dalam pengendalian
pencemaran perairan di Danau Maninjau tahun 2005-2020 ... 129 55. Grafik beban limbah dengan pengurangan pertumbuhan penduduk
dengan intervensi struktural ... 131 56. Grafik beban limbah dengan pengurangan pertumbuhan KJA
xix
