DAFTAR PUSTAKA
1.1. Latar Belakang
Di Indonesia, ikan lele (Clarias sp.) merupakan salah satu komoditas budidaya ikan air tawar yang penting. Usaha budidaya ikan lele tergolong usaha perikanan yang tumbuh cepat dibandingkan dengan komoditas lainnya. Dalam kurun waktu 2009-2010, ikan lele merupakan komoditas ikan budidaya air tawar dengan peningkatan produksi terbesar yakni 88,98%, di atas ikan gurame (Osphronemus gouramy) dengan peningkatan sebesar 61,96% dan ikan mas (Cyprinus carpio) dengan peningkatan sebesar 50,08%. Dalam hal jumlah produksi pada tahun 2010, ikan lele menempati urutan ketiga terbesar di antara ikan budidaya air tawar dengan produksi sebesar 273.554 ton dibawah ikan nila (Oreochromis niloticus) sebesar 469.173 ton dan ikan mas sebesar 374.112 ton (KKP, 2010).
Seiring dengan peningkatan kebutuhan akan produk ikan akibat pertambahan penduduk dan tingkat konsumsi ikan, akuakultur dituntut untuk terus meningkatkan produksinya. Upaya peningkatan produksi akuakultur dapat dilakukan dengan intensifikasi, yakni peningkatan daya dukung wadah pemeliharaan dan padat penebaran, atau ekstensifikasi, yakni perluasan kawasan budidaya. Intensifikasi budidaya ikan lele membawa implikasi penggunaan pakan buatan kaya protein yang semakin besar untuk mendukung pertumbuhan ikan yang semakin banyak. Limbah yang dihasilkan oleh sistem budidaya tersebut juga akan semakin tinggi.
Untuk menjawab permasalahan tersebut, peningkatan produksi budidaya ikan harus dikembangkan melalui sistem budidaya ikan yang mempunyai efisiensi nutrien tinggi agar limbah yang dihasilkan dapat ditekan serendah mungkin atau bahkan menjadi nol, atau yang dikenal dengan sistem akuakultur nirlimbah (zero- waste aquaculture). Prinsip dasar sistem ini adalah produksi ikan harus dirancang
dengan memadukan beberapa subsistem sehingga limbah budidaya ikan dapat diserap secara maksimum oleh subsistem-subsistem yang ada. Dengan demikian, limbah yang dilepaskan oleh sistem akuakultur ke lingkungan perairan sekitarnya menjadi sangat sedikit.
Sistem akuakultur berbasis jenjang rantai makanan (trophic level based aquaculture, TLBA) merupakan sistem budidaya ikan yang memenuhi prinsip tersebut. Salah satu jenjang rantai makanan yang dapat dipacu untuk memanfaatkan limbah budidaya ikan, terutama limbah nitrogen dan bahan organik, adalah jenjang rantai makanan mikrobial. Pada jenjang ini limbah amoniak diubah menjadi biomassa mikroba (bakteri dan alga) yang merupakan sumber pakan bagi organisme lain pada jenjang yang lebih tinggi.
Pada umumnya, konversi limbah budidaya ikan terutama senyawaan- senyawaan nitrogen terjadi melalui proses fotoautotrofik oleh alga dan nitrifikasi oleh bakteri kemoautotrofik. Menurut Ebeling et al. (2006), fitoplankton dapat menyerap senyawaan nitrogen di dalam air dalam bentuk amoniak maupun nitrat.
Chlorella sp. dapat menyerap dan menurunkan kandungan nitrat dan fosfat masing-masing sampai dengan 75% dan 70% dalam waktu 12 jam (Wilujeng dan Pandebesie, 2005). Secara umum, laju biosorbsi alga terhadap nitrat sebesar 0,35- 0,42 g nitrat/g berat kering alga sedangkan terhadap fosfat sebesar 0,073-0,100 g fosfat/g berat kering alga (Pandebesie dan Wilujeng, 2005). Sementara itu, bakteri nitrifikasi mengkoversi amoniak menjadi nitrat dalam dua tahap yakni amoniak menjadi nitrit oleh bakteriNitrosomonassp. dan nitrit menjadi nitrat oleh bakteri Nitrobacter sp. atau Nitrococcus sp. (Brune et al., 2003). Kedua proses tersebut yakni fotoautotrofik oleh alga dan nitrifikasi merupakan proses yang umum terjadi di kolam budidaya ikan, namun regenerasinya membutuhkan waktu 24-48 jam.
Proses konversi senyawaan nitrogen yang berlangsung lebih cepat adalah proses heterotrofik dengan waktu regenerasi lama 10 jam. Bakteri heterotrofik
dapat mengubah senyawaan amoniak menjadi biomassa bakteri yang potensial sebagai sumber protein bagi ikan. Kendala utama agar proses ini dapat berlangsung adalah rendahnya rasio karbon/nitrogen (C/N) di dalam air limbah. Melalui pemberian suplementasi karbon maka produksi bakteria dapat dipacu pada sistem akuakultur. Penambahan sodium asetat sebagai sumber karbon sebanyak 8 g/L dapat meningkatkan produksi protein kasar hingga mencapai 112 g protein/kg pakan, atau meningkat 50% dari sistem biasa (Schneider et al,.
2005b).
Proses mikrobial seperti tersebut di atas dapat dimanfaatkan untuk mengurangi beban limbah budidaya ikan ke perairan sekitarnya sekaligus meningkatkan kualitas air. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa kandungan amoniak di dalam air kolam dapat diubah menjadi alga atau bakteri (Avnimelech
et al., 1992; Brune et al., 2003; Liu dan Han, 2004; Ebeling et al., 2006; Metaxa
et al., 2006) untuk kemudian dipanen secara mekanis maupun secara biologis menggunakan ikan atau organisme pemakan alga atau bakteri (filter feeding fish) (Brune et al., 2003; Ebeling et al., 2006; Schneider, 2006; Crab et al., 2007). Mekanisme pemanfaatan limbah N yang berasal dari pakan dalam sistem budidaya ikan dicantumkan pada Gambar 1.
Pemaduan (integrasi) beberapa spesies biota dengan jenjang rantai makanan berbeda dapat meningkatkan efisiensi penyerapan nutrien yang terkandung di dalam pakan yang dipasok ke dalam sistem budidaya ikan. Sistem budidaya ikan seperti ini disebut sistem TLBA. Pada sistem ini nutrien limbah budidaya ikan dimanfaatkan secara maksimum untuk komoditas akuakultur lain dengan memadukan sebanyak mungkin jenjang rantai makanan mulai rumput laut, kekerangan, teripang, ikan detrivora, herbivor dan omnivor (Surawidjaja, 2006). Sebagai contoh, ikan pemakan plankton (ikan mola, silver carp) dan ikan pemakan perifiton (ikan nilem) mampu menyerap limbah nitrogen pada budidaya ikan mas sistem TLBA di keramba jaring apung masing-masing sebesar 30,4 g
dan 24,0 g per kg ikan tersebut (Harris, 2005). Beberapa fauna akuatik seperti kijing (Anadonta sp.), keong gondang (Pila sp.) dan keong mas (Pomacea sp.) juga dapat dipergunakan sebagai agen remediasi yang dapat meningkatkan penyerapan nutrien dalam sistem akuakultur sehingga menurunkan kandungan limbah yang dikeluarkan dari sistem budidaya ikan tersebut (Utamiet al., 2006).
Gambar 1. Mekanisme pemanfaatan limbah nitrogen pada budidaya ikan lele .
Penelitian tentang pemanfaatan limbah nitrogen dari budidaya ikan lele dengan menerapkan sistem akuakultur berbasis jenjang rantai makanan umumnya dilakukan dengan paling banyak dua jenjang rantai makanan. Rahmiwati (2008) mengatakan bahwa limbah amoniak budidaya ikan lele dapat diubah menjadi bakteri heterotrofik dan dimanfaatkan untuk pemeliharaan ikan nila. Bakteri heterotrofik hasil konversi limbah amoniak dari budidaya ikan lele (C. gariepinus) juga dapat memanfaatkan untuk pendederan udang galah (Macrobrachium rossenbergii) (Rohmana, 2009). Sementara itu, Sakdiah (2009) memanfaatkan limbah nitrogen dari budidaya udang vaname (Litopenaeus vannanei) untuk pemeliharaan rumput laut (Gracilaria verrucosa) dengan sistem polikultur.
Schneider (2006) melakukan pemanfaatan limbah budidaya ikan lele namun tidak menerapkan sistem akuakultur berbasis jenjang rantai makanan. Limbah yang berasal dari budidaya ikan lele dikonversi menjadi bakteri heterotrofik di
Ikan Lele Pakan Feses Partikel Pakan Sisa Pakan Bakteri heterotrof Nitrococcussp Nitrobacter.sp Fitoplankton NO3 Bahan Pakan Filter Feeder: Ikan Nila Kijing Keong NO2 NH3 NH4 Nitrosomonas.sp Bahan Organik
suatu bioreaktor yang berada di luar wadah budidaya ikan. Massa bioflok yang dihasilkan kemudian diujicobakan sebagai pakan udang vaname (L. vannamei). Penelitian lain tentang penumbuhan bakteri heterotrofik dari limbah amoniak yang berasal dari budidaya ikan pada umumnya dilakukan untuk spesies ikan yang tergolong filter feeder dan hanya melibatkan satu jenjang rantai makanan yakni ikan itu sendiri misalnya ikan nila (O niloticus) dan udang vanamei (L. vanamei) (Crabet al., 2009; Taw, 2010).
Berdasarkan uraian di atas, penelitian budidaya ikan berbasis jenjang rantai makanan masih terfokus pada penumbuhan dan pemanfaatan bakteri atau fitoplankton pada ikan pemakan limbah. Pada penelitian ini dilakukan evaluasi dinamika keseluruhan mikrobial berupa fitoplankton dan bakteri yang selanjutnya akan dimanfaatkan dalam sistem budidaya dalam tiga jenjang rantai makanan.
Pada penelitian ini, pemanfaatan N dari pakan dilakukan oleh ikan omnivor- karnivor yakni ikan lele. Selanjutnya, limbah N yang dihasilkan oleh ikan lele dikonversi menjadi mikroba yakni bakteri dan alga (fitoplankton) untuk kemudian dimanfaatkan oleh filter- feeder yakni ikan nila (O. niloticus) dan kijing (Anadontasp.) dandetritus-feederyakni keong (Pomaceasp.).
1.2. Perumusan Masalah
Walaupun dilaksanakan dengan tingkat manajemen yang sangat baik, sistem budidaya ikan pasti menghasilkan limbah. Misalnya, dengan asumsi tingkat konversi pakan (FCR) 1,2 maka 1,2 kg pakan yang mengandung 1.080 g bobot kering (asumsi kadar air 10%) akan diubah menjadi 1 kg ikan bobot basah atau setara dengan 300 g bobot kering (asumsi kadar air ikan 70%). Dengan demikian limbah sebanyak 780 g pakan bobot kering (72,22%) termasuk nitrogen di dalamnya akan terbuang ke perairan. Jika FCR meningkat menjadi 2 maka limbah yang dihasilkan dari budidaya ikan naik menjadi 83,33% dari pakan yang diberikan. Semakin tinggi tingkat konversi pakan, semakin besar pula limbah yang dihasilkan sistem budidaya ikan.
Permasalahan penumpukan limbah berupa senyawa nitrogen (amoniak dan turunannya) di dalam sistem budidaya ikan dapat diatasi dengan meningkatkan
penyerapan nitrogen di dalam sistem seefisien mungkin. Jika nitrogen dapat dimanfaatkan secara maksimum di dalam sistem budidaya ikan, limbah yang dibuang dari sistem tersebut menjadi sedikit.
Limbah nitrogen dalam budidaya ikan berupa amoniak dan turunannya dapat dikonversi menjadi biomassa bakteri dan fitoplankton. Selanjutnya upaya pemanfaatan nitrogen secara maksimal di dalam sistem budidaya ikan dapat dilakukan dengan memperpanjang rantai makanan yang terpadu dalam sistem tersebut. Rantai makanan yang dapat diterapkan secara terpadu di dalam sistem budidaya ikan antara lain ikan pemangsa bakteri, kekerangan dan hewan pemakan detritus seperti siput. Pada sistem seperti ini limbah nitrogen dari ikan lele akan dimanfaatkan oleh mikroba (bakteri dan fitoplankton). Sementara itu, mikroba akan dimakan oleh ikan nila. Selanjutnya, limbah ikan nila akan dimanfaatkan oleh kekerangan. Pada akhirnya limbah atau yang tersisa dari kekerangan akan dimanfaatkan oleh hewan pemakan detritus yakni siput.
Alur pemikiran dalam perumusan masalah dalam penelitian ini dicantumkan dalam bagan alir sebagaimana tertera pada Gambar 2.
1.3. Tujuan dan Manfaat
Penelitian ini dilaksanakan untuk menganalisis mekanisme minimalisasi limbah budidaya ikan lele berbasis jenjang rantai makanan. Rangkaian penelitian ini terdiri dari empat kegiatan dengan tujuan masing-masing kegiatan sebagai berikut:
1. Penelitian 1 bertujuan untuk menganalisis kecernaan pakan dan kecernaan protein sehingga diketahui proporsi limbah yang berasal dari pemberian pakan pada ikan lele.
2. Penelitian 2 bertujuan untuk menganalisis ekskresi amoniak pada pemeliharaan ikan lele.
3. Penelitian 3 bertujuan untuk menganalisis perubahan NH4+menjadi biomassa
4. Penelitian 4 bertujuan untuk menganalisis minimalisasi limbah nitrogen pada budidaya ikan lele melalui penambahan organisme dengan jenjang rantai makanan yang berbeda.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah pemahaman yang mendalam tentang tahapan pemanfaatan limbah amoniak yang dihasilkan oleh sistem budidaya ikan menjadi bakteri atau alga yang dapat dijadikan bahan pakan bagi ikan. Apabila penelitian ini berhasil, maka upaya minimalisasi limbah pada budidaya ikan lele akan menghasilkan jumlah limbah nitrogen yang dibuang ke perairan sekitarnya menjadi minimum sekaligus akan diperoleh tingkat efisiensi penyerapan nitrogen (protein) dalam sistem akuakultur yang tinggi.
1.4. Perumusan Hipotesis
Berdasarkan perumusan masalah dan tujuan penelitian seperti tersebut di atas maka hipotesis yang diajukan adalah sebagai berikut:
Jika limbah amoniak dalam sistem budidaya ikan lele dapat dikonversi menjadi biomassa bakteri atau fitoplankton dan selanjutnya dapat dimanfaatkan oleh ikan nila, kekerangan dan siput, maka penyerapan amoniak di dalam sistem akuakultur berbasis jenjang rantai makanan akan lebih maksimal, sehingga limbah yang dihasilkan oleh sistem akan minimal dan efisiensi nutrien dalam sistem akuakultur secara keseluruhan akan meningkat.
1.5. Nilai Kebaruan(Novelty)
Penelitian ini mempunyai nilai kebaruan dalam aspek ilmu pengetahuan tentang konversi amoniak menjadi biomassa di dalam dinamika mikroba (bakteri dan fitoplankton) pada sistem budidaya ikan lele intensif dengan tiga jenjang rantai makanan.
Gambar 2. Alur perumusan masalah dalam penelitian minimalisasi limbah dalam budidaya ikan lele (C. gariepinus) intensif berbasis jenjang rantai makanan.
Jenjang Rantai Makanan NH3 NH4 Pakan (Prot. 30%) Ikan Lele Feses Sisa Pakan Partikel Pakan Kualitas Air: - pH - Oksigen terlarut - Temperatur - Amonia - Bahan Organik NO2 Manajemen Heterofikasi:
- Intensitas Percampuran Air - Tipe sumber karbon organik - Tingkat penambahan karbon Bahan organik (Karbon) NO3 Penambahan molases Bakteri autotrof Bakteri heterotrof (Bioflok) (-) (+) Populasi cukup ? Inokulasi Laju Per- tumbuhan Retensi Nutrien (Efisiensi) Sintasan (-) (-) (+) C/N > 10 ? (-) NH3,Bahan Organik Manajemen Pakan
Manajemen Kualitas air
Siput Ikan Nila Kijing Feses Biomas Lele, Nila, Kijing, Siput Produksi 8
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Limbah Akuakultur Intensif
Limbah metabolisme nitrogen (N) yang dikeluarkan ikan merupakan sumber utama senyawa limbah N terlarut dari suatu sistem akuakultur intensif. Senyawa-senyawa ini dapat menurunkan produktivitas sistem dan merupakan sumber pencemaran bagi lingkungan sekitarnya. Pengendalian limbah semacam ini diyakini merupakan faktor penting untuk mencapai keberlanjutan (sustainability) sistem akuakultur di masa yang akan datang (Bureau, 2004).
Menurut Brune et al. (2003) dari seluruh nitrogen dalam pakan yang diberikan kepada ikan, sejumlah 25% digunakan ikan untuk tumbuh, 60% dikeluarkan dalam bentuk NH3 dan 15% sisanya dikeluarkan bersama feses.
Dengan demikian, potensi pasokan amoniak ke dalam air budidaya ikan adalah sebesar 75% dari kadar nitrogen dalam pakan, sedangkan dalam budidaya udang sebesar 90%. Wyk dan Avnimelech (2007) mengatakan bahwa sebanyak 70-80% nitrogen dalam pakan diubah menjadi amoniak oleh ekskresi langsung maupun melalui mineralisasi oleh bakteri. Menurut Avnimelech et al. (1992), 33% nitrogen yang terkandung dalam pakan ikan diekskresikan oleh ikan dan dapat didaur ulang.
Menurut Thomas dan Piedrahita (1998), produksi harian amoniak pada ikan
white sturgeon (Acipenser transmontatus) berukuran 0,09-3,8 kg adalah berkisar 1,5-27,6 mg TAN/kg ikan per jam. Puncak produksi amoniak yang diukur setiap jam mencapai 1,4 kali nilai rata-rata harian amoniak dan berlangsung dalam waktu 2-6 jam setelah ikan makan. Sementara itu, ikan halibut Kalifornia (Paralichthys californicus, Ayres) yang diberi pakan dengan kandungan protein 43-45% secara terus menerus selama 12 jam pada siang hari menghasilkan amoniak sebesar 4,3-8,5 mg TAN/g pakan atau setara dengan 91-113 mg TAN/kg ikan/hari. Puncak ekskresi amoniak pada ikan halibut berukuran 4-20 g berlangsung pada waktu 4-6 jam setelah pemberian pakan dimulai sampai 6-10
jam setelah periode pemberian pakan berakhir. Pada ikan berukuran 112-199 g, puncak ekskresi amoniak berlangsung antara 10-12 jam setelah pemberian pakan dimulai sampai 8-10 jam setelah periode pemberian pakan berakhir (Merinoet al., 2007).
Tingkat produksi amoniak bergantung pada kadar protein pakan. Pada pemeliharaan ikan channel catfish (Ictalurus punctatus) dengan pakan mengandung 4,85% N, pakan memasok 87,9% masukan nitrogen ke dalam kolam ikan (Grosset al., 2000).
2.2. Siklus Nitrogen di dalam Kolam Ikan
Empat jalur utama kehilangan N dari kolam adalah pemanenan ikan (31,5%), denitrifikasi (17,4%), volatilisasi amoniak (12,5%) dan akumulasi di sedimen dasar (22,6%). Laju nitrifikasi rata-rata 70 mg N/m2/hari sedangkan laju denitrifikasi rata-rata 38 mg N/m2/hari. Fitoplankton menyerap nitrat (NO3-N)
sebesar 24 mg N/m2/hari. Sementara itu, laju mineralisasi nitrogen pakan menjadi amoniak rata-rata 59 mg N/m2/hari (Grosset al., 2000).
Ebelinget al.(2006) mengatakan bahwa proses pengubahan nitrogen dalam sistem akuakultur yang berperan dalam pengurangan kandungan amoniak terdiri dari tiga proses yakni proses fotoautotrofik oleh alga, proses autotrofik bakterial yang mengubah amoniak menjadi nitrat, dan proses heterotrofik bakterial yang mengubah amoniak langsung menjadi biomassa bakteri. Reaksi kimia dan keragaan ketiga proses tersebut dicantumkan pada Gambar 3. Dalam kondisi alamiah tidak ada sistem yang murni fotoautotrofik, heterotrofik bakterial maupun autotrofik bakterial (Wyk dan Avnimelech, 2007).
2.3. Jejaring Makanan Berbasis Bakteri
Montoya dan Velasco (2000) mengatakan bahwa amoniak yang dikeluarkan oleh ikan di dalam air akan membentuk kesetimbangan dengan ion ammonium.
PROSES BIOSINTESIS ALGA DAN BAKTERI DI KOLAM
a) Proses biosintesis alga fotoautotrofik
Persamaan reaksi:
(1) Amoniak sebagai sumber nitrogen
16NH4++ 92CO2+ 92H2O + 14HCO3-+ HPO42- C106H263O110N16P + 106O2
(2) Nitrat sebagai sumber nitrogen
16NO3-+124CO2+ 140H2O + HPO42-C106H263O110N16P +138O2+18HCO3-
Stoikiometri metabolisme fotoautotrofik alga terhadap 1 g NH4+-N
Stoikiometri Jumlah (g) Corganik(g) Canorganik(g) N (g)
Bahan NH4+-N 1,0 - - 1,0 Karbondioksida 18,07 g CO2/g N 18,07 - 4,93 - Alkalinitas 3,13 g alk/g N 3,13 - 0,75 - Hasil VSSA 15,85 g VSSA/g N 15,85 5,67 - 1,0 O2 15,14 g O2/g N 15,14 - - -
b) Proses biosintesis bakteri autotrofik
Persamaan reaksi:
NH4++ 1,83O2+ 1,97HCO3-0,0244C5H7O2N + 0,976NO3-+2,90H2O + 1,86CO2
Stoikiometri metabolisme bakteri autotrofik terhadap 1 g NH4+-N
Stoikiometri Jumlah (g) Corganik(g) Canorganik(g) N (g)
Bahan NH4 + -N 1,0 - - 1,0 Alkalinitas 7,05 g alk/g N 7,05 - 1,69 - Oksigen 4,18 g O2/g N 4,18 - - - Hasil VSSA 0,20 g VSSA/g N 0,20 0,106 - 0,025 NO3-N 0,976 g NO3-N/g N 0,976 - - 0,976 CO2 5,85 gCO2/g N 5,85 - 1,59 -
c) Proses biosintesis bakteri heterotrofik
Persamaan rekasi:
NH4++ 1,18C6H12O6+ HCO3-+ 2,06O2 C5H7O2N + 6,06H2O + 3,07CO2
Stoikiometri metabolisme bakteri heterotrofik terhadap 1 kg pakan (35% protein) dengan
suplementasi karbon dan 50,4 g NH4+-N
Stoikiometri Jumlah (g) Corganik(g) Canorganik(g) N (g)
Bahan NH4+-N 50,4 - - 50,4 C6H12O6 15,17 g KH/g N 764,6 305,9 - - Alkalinitas 3,57 g alk/g N 179,9 - 43,3 - Oksigen 4,71 g O2/g N 237,4 - - - Hasil VSSH 8,07 g VSSH/g N 406,7 216 - 50,4 CO2 9,65 g CO2/g N 486,4 - 132,6 -
Gambar 3. Tiga proses mikrobial penting yang mendominasi pengubahan limbah amoniak dalam sistem budidaya kolam. (Sumber: Ebeling et al., 2006).
Amoniak dalam dalam bentuk ion ammonium akan mengalami proses nitrifikasi oleh bakteri kemoautotrof menjadi nitrit dan selanjutnya menjadi nitrat. Namun demikian dengan adanya bahan organik, proses mikrobial yang berlangsung didominasi oleh bakteri heterotrofik yang lebih cepat menyerap ammonium menjadi biomassa bakteri. Bakteri ini bisa menyerap sampai 50% dari jumlah ammonium terlarut dalam air.
Bakteri heterotrofik mempunyai efisiensi produksi sel yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan bakteri nitrifikasi yakni 25-100 kali daripada bakteri
Nitrosomonas sp. dan 10-33 kali daripada bakteri Nitrobacter sp. (Montoya dan Velasco, 2000). Interaksi proses mikrobial dalam penguraian amoniak di dalam air pemeliharaan ikan ditampilkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Proses bakteriologis dalam siklus nitrogen di kolam pemeliharaan udang. (Dimodifikasi dari Montoya dan Velasco, 2000)
Populasi Heterotrofik
Menurut Schneider et al. (2005b), pemanfaatan limbah budidaya ikan terutama ditujukan pada senyawaan-senyawaan terlarut. Senyawaan tak terlarut
(particulate waste) seringkali dibuang begitu saja dalam jumlah besar sebagai bahan yang tak termanfaatkan. Bakteria heterotrofik dapat mengubah nutrien- nutrien semacam ini menjadi biomassa bakteri yang potensial sebagai bahan pakan ikan. Apabila hal ini dapat berlangsung baik, maka buangan limbah budidaya ikan akan berkurang secara drastis. Kendala utama agar proses ini dapat berlangsung adalah rendahnya rasio karbon/nitrogen (C/N) di dalam air limbah. Melalui pemberian suplementasi karbon maka produksi bakteria dapat dipacu pada sistem akuakultur. Penambahan sodium asetat sebagai sumber karbon sebanyak 8 g/L dapat meningkatkan produksi protein kasar hingga mencapai 112 g protein/kg pakan, atau meningkat 50% dari sistem biasa. Pada pemberian pakan dengan kadar protein 41%, penambahan sodium asetat menghasilkan produksi bakteri sebanyak 55 125 g VSS/kg pakan, setara dengan 0.2 0.5 g VSS/g karbon (Schneider et al., 2006). Secara teoritis, untuk mengubah 1 g amonium dibutuhkan 20 g karbohidrat (Avnimelech dan Wyk, 2007).
Menurut Brune et al. (2003) proses biosintesis bakteri heterotrofik berlangsung lebih cepat dibanding dengan proses biosintesis alga maupun proses bakteri nitrifikasi, yakni waktu regenerasi 10 jam berbanding dengan 24-48 jam. McGraw (2002) menyatakan selain lebih cepat tumbuh, bakteri heterotrof merupakan sumber pakan yang baik untuk ikan. Sementara itu, laju pertumbuhan alga dan bakteri nitrifikasi hampir sama namun koefisien produksi alga hampir 57 kali lebih tinggi dibandingkan dengan bakteri nitrifikasi, yakni 11,4 g alga/g N berbanding dengan 0,2 g bakteri/g N.
2.4. Teknologi Bioflok dalam Sistem Akuakultur
Komunitas bakteri yang terakumulasi di dalam sistem akuakultur akan membentuk flok ( gumpalan ) yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber pakan untuk ikan. Salah satu jenis ikan yang yang dapat memakan komunitas mikroba
dalam bioflok adalan ikan nila (tilapia). Teknologi Bioflok (BioFloc Technology, BFT) dalam akuakultur adalah upaya memadukan teknik pembentukan bioflok tersebut sebagai sumber pakan bagi ikan.
Ikan nila dengan ukuran rata-rata 4,03 g/ekor yang dipelihara dengan padat penebaran 125 ekor/m2 di bak bakteri heterotrofik dari limbah budidaya ikan lele (100 ekor/m2) mampu tumbuh menjadi 9,36 g/ekor (atau lebih dari 100%) selama 40 hari (Rachmiwati, 2008). Menurut Azim et al. (2007), ikan nila dapat memakan komunitas bakteri dalam sistem BFT dan tumbuh baik dengan pakan berprotein rendah, sehingga terjadi penghematan biaya pakan. Bioflok menyumbang 43% pertumbuhan ikan nila.
BFT mempunyai keunggulan dibandingkan dengan teknik lainnya karena teknik ini memadukan penanganan buangan limbah untuk menjaga kualitas air sekaligus memproduksi pakan ikan secara in situ (Schryver et al., 2008; Crab et al., 2007). Penelitian lanjut yang perlu dilakukan antara lain manajemen produksi flok, dinamika flok pada sistem akuakultur intensif, nilai nutrisi flok, pengaruh flok dalam hal kesehatan, pertumbuhan dan kelangsungan hidup organisme, karakteristik mikrobiologis flok, kemungkinan rekayasa komunitas mikrobial dan kehadiran organisme pre/probiotik di dalam komunitas flok mikrobial (Crabet al., 2007).
Komposisi mikroba, struktur morfologis dan nilai nutrisi bioflok bagi akuakultur ditentukan oleh berbagai faktor antara lain intensitas percampuran air (mixing intensity), kadar oksigen terlarut dalam air, jenis dan jumlah pasokan bahan organik ke dalam air, temperatur dan pH air (Schryveret al., 2008). Untuk mendapatkan hasil terbaik konversi nutrien menjadi biomassa bakteri, Schneider
et al.(2006) menyarankan waktu retensi (hydraulic retention time) antara 5-9 jam. Pada waktu retensi 8 jam, rata-rata produksi biomassa bakteri mencapai 123,8 g VSS/kg pakan dengan tingkat konversi nitrogen anorganik mencapai 90%.
Menurut Ekasari (2008), penggunaan sumber karbon yang berbeda yakni gliserol sebanyak 0,9 mL/L dan glukosa sebanyak 0,6 g/L tidak mempengaruhi
kandungan protein kasar dan lemak kasar bioflok. Kadar protein bioflok setelah masa pemeliharaan 30 hari berkisar antara 22-41% bobot kering, sementara kadar lemak kasar bioflok berkisar antara 6-9% bobot kering. Namun demikian penggunaan gliserol sebagai sumber karbon menyebabkan kandungan asam lemak n-6 PUFA yang lebih tinggi, yakni 17,6 mg/g bobot kering dibandingkan dengan 3,9 mg/g bobot kering di air tawar (0 ppt) dan 16,2 mg/g bobot kering dibandingkan dengan 14,4 mg/g bobot kering di air laut (30 ppt). Perbedaan salinitas air media tumbuh bioflok 0 dan 30 ppt juga tidak menyebabkan perbedaan kandungan protein dan lemak bioflok.
2.5. Akuakultur Berbasis Jenjang Rantai Makanan
Sistem akuakultur berbasis jenjang rantai makanan (trophic level based aquaculture, TLBA) adalah sistem budidaya ikan dengan memaksimalkan pemanfaatan jenjang rantai makanan yang mungkin terbentuk atau sengaja dibentuk dalam sistem tersebut. Semakin banyak jenjang rantai makanan terlibat dalam sistem budidaya ikan, maka retensi nutrisi dalam sistem tersebut akan meningkat sehingga sisanya dalam bentuk limbah akan menurun.
Ketika menganalisis alur perubahan nutrien pada sistem akuakultur intensif, Schneider et al., (2005a) membagi sistem budidaya ikan menjadi 5 modul atau susbsistem berdasarkan jenjang rantai makanan (trophic level) yakni Fish- Biomass Converter, Fish-Waste Processor, Phototrophic-Herbivore Converter, Bacteria-Waste Converter dan atau Detrivorous Converter. Jika hanya subsistem ikan (Fish-Biomass Converter) yang berlangsung, retensi nitrogen dan fosfor mencapai masing-masing 20-50% dan 15-65% dari yang terkandung dalam pakan. Apabila ditambahkan dengan subsistem fototrofik maka retensi N dan P pakan meningkat sebesar masing-masing 15-50% dan 53%.