DAFTAR LAMPIRAN
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Nitrogen di laut
Komposisi gas di atmosfer didominasi oleh nitrogen yang jumlahnya dapat mencapai 80% dari keseluruhan gas yang tersebar luas. Tingginya konsentrasi nitrogen di atmosfer membuat unsur ini menjadi penting di perairan karena melalui difusi maupun pemanfaatan langsung oleh beberapa organisme, nitrogen dapat masuk ke perairan. Nitrogen berperan besar bagi organisme perairan karena turut digunakan dalam metabolisme tubuh seperti sintesis protein. Selanjutnya nitrogen akan mempengaruhi produktivitas suatu perairan yang digunakan sebagai indikator baik buruknya kualitas suatu perairan (Mulya, 2002).
Tiga input utama masuknya nitrogen ke perairan antara lain melalui aktivitas volkanik, atmosferik (fiksasi nitrogen), dan masukan sungai (Millero dan Sohn, 1992). Presipitasi dan dekomposisi serta ekskresi organisme juga
Di perairan, nitrogen berada dalam bentuk molekul bebas (N2), anorganik (amonia, nitrit dan nitrat), dan juga organik yaitu PON (Particulate Organic Nitrogen) dan DON (Dissolved Organic Nitrogen). Keseimbangan ketiga bentuk nitrogen anorganik dipengaruhi oleh keberadaan oksigen melalui proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Nitrifikasi adalah proses oksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat yang berlangsung dalam kondisi aerob, sedangkan denitrifikasi adalah reduksi nitrat menjadi nitrit, dinitrogen oksida (N2O) dan molekul nitrogen (N2) yang berjalan optimum pada kondisi anaerob (Effendi, 2003). Organisme lautan tidak banyak yang dapat memanfatkan langsung nitrogen bebas di atmosfer, sebagian besar memanfaatkan nitrogen dalam bentuk senyawa yang jumlahnya terbatas seperti amonium, nitrat dan urea.
Dalam daur atau siklus nitrogen, tumbuh-tumbuhan menyerap nitrogen anorganik dalam bentuk gabungan (nitrat dan amonium) atau sebagai nitrogen molekuler (N2). Tumbuh-tumbuhan ini kemudian membuat protein dan hewan herbivor mengkonsumsi protein tersebut lalu mengubahnya menjadi protein hewani. Jaringan organik hewan yang mati akan melepaskan nitrogen dan kemudian partikel nitrogen organik tersebut akan didekomposisi oleh berbagai jenis bakteri, termasuk di dalamnya bakteri pengikat nitrogen yang mengikat nitrogen molekuler menjadi bentuk-bentuk gabungan (amonium, nitrit dan nitrat) dan bakteri denitrifikasi yang melakukan sebaliknya (Romimohtarto, 2001).
2.3.1 Amonia
Senyawa amonia (NH3) yang terdapat dalam air laut antara lain merupakan hasil pemecahan nitrogen organik (protein dan urea), reduksi senyawa nitrat (NO3) atau senyawa nitrit (NO2) oleh mikroorganisme, dan juga berasal dari hasil ekskresi fitoplankton (Hutagalung et al., 1997). Menurut Metcalf dan Eddy dalam Afief (2006), dekomposisi dari matinya tanaman maupun binatang oleh bakteri dapat meningkatkan jumlah amonia.
Amonia yang terukur di lautan terdapat dalam bentuk ion amonium (NH4+) maupun amonia bebas (NH3). Dalam perairan dengan pH 8.1, sekitar 95 % dari nilai total amonia berada dalam bentuk amonium (NH4+) dan 5 % -nya adalah amonia bebas (NH3) (Millero dan Sohn, 1992). Amonia bebas tidak dapat terionisasi dan bersifat toksik terhadap organisme, perbandingan jumlah kedua bentuk tersebut tergantung dari pH dan suhu perairan (Effendi, 2000). Dalam sintesis asam amino, amonium langsung digunakan sedangkan nitrat dan nitrit harus direduksi menjadi enzim nitrat reduktasi dan nitrit reduktase.
Kosentrasi amonia dalam air dapat mencapai kisaran 0-2 mg/l (Reeve, 1994 dalam Dahuri, 1997). Hasil pengamatan amonia di Teluk Jakarta oleh BPLHD pada tahun 1997 menunjukkan konsentrasi amonia mencapai rata-rata 0.372 mg/l dengan kisaran 0.008 – 0.414 mg/l. Dari data tersebut terdapat wilayah tertentu dengan amonia yang lebih rendah dari nilai baku yaitu 0.3 mg/l (Kepmen LH No.51/2004) yang diperuntukkan untuk kehidupan biota laut, namun juga terdapat konsentrasi amonia yang melebihi batas nilai baku tersebut pada beberapa pengamatan. Pengamatan yang lain oleh P2O LIPI tahun 2008
0.08 mg/l. Hal ini menunjukkan bahwa amonia di perairan Teluk Jakarta sangat berfluktuasi dan berpotensi untuk mengalami penurunan kualitas.
2.3.2 Nitrit
Dalam air laut senyawa nitrit tidak stabil, mudah teroksidasi menjadi nitrat bila kadar oksigen dalam air tinggi atau tereduksi menjadi amonia bila kadar oksigen dalam air rendah (Hutagalung et al., 1997). Di perairan kadar nitrit jarang melebihi 1 mg/l (Effendi, 2003). Konsentrasi nitrit yang kecil bukan berarti tidak berbahaya terhadap lingkungan perairan karena nitrit sangat beracun terhadap ikan dan spesies air lainnya (Metcalf dan Eddy dalam Afief, 2006).
2.3.3 Nitrat
Nitrat merupakan sumber utama nitrogen di perairan walaupun secara umum amonium lebih disukai oleh fitoplankton (Zehr dan Ward, 2008). Nitrat sangat mudah larut dalam air, bersifat stabil dan merupakan unsur hara bagi perkembangan dan pertumbuhan populasi fitoplankton, sebagai makanan bagi zooplankton, ikan dan organisme dasar. Pada beberapa perairan laut, nitrat merupakan senyawa mikronutrien pengontrol produktivitas primer di lapisan permukaan daerah eufotik. Kadar nitrat di perairan yang tidak tercemar biasanya lebih tinggi daripada kadar amonium.
Sumber utama nitrat berasal dari erosi tanah, limpasan (run off) dari daratan termasuk pupuk di tanah dan dari buangan limbah. Selama proses nitrifikasi kadar nitrat akan terus meningkat hingga melebihi batas yang
ganggang berlebih, sehingga perairan kekurangan oksigen terlarut yang menyebabkan kematian ikan.
Dahuri (1997) menyatakan bahwa kosentrasi nitrat Teluk Jakarta mencapai 0.082 mg/l ± 0.02. Menurut Ilahude (1995) dalam Dahuri (1997) konsentrasi nitrat teluk jakarta memiliki pola musiman. Sebagai contoh pada musim barat kandungan nitrat tertinggi mencapai >0.001 mg/l pada hampir seluruh perairan teluk kecuali pada daerah tengah teluk seperti Pulau Nirwana. Sesuai dengan pengamatan BPLHD DKI Jakarta pada bulan November 1990, Januari 1991, November 1991 kisaran nitrat relatif besar yaitu 0.005 – 0.8 mg/l. Data P2O LIPI tahun 2008 menunjukkan bahwa konsentrasi nitrat juga cenderung meningkat yaitu mencapai sekitar 0.029 mg/l, sedangkan menurun Kepmen LH No.51/2004 baku mutu nitrat untuk kebutuhan biota laut adalah 0.008 mg/l. Hal tersebut memungkinkan terjadinya ledakan populasi fitoplankton (blooming) di perairan Teluk Jakarta.
2.3.4 Nitrogen Organik
Mulya (2002) mengatakan bahwa bahan organik di perairan memiliki manfaat antara lain:
1. Sumber energi (makanan)
2. Sumber bahan keperluan bakteri, tumbuhan maupun hewan 3. Sumber vitamin
4. Sebagai zat yang dapat mempercepat dan menghambat pertumbuhan sehingga memiliki peranan penting dalam mengatur kehidupan fitoplankton di laut.
Salah satu bentuk dari bahan organik di perairan adalah nitrogen organik. Nitrogen dalam bentuk organik dibedakan atas PON (Particulate Organic Nitrogen) dan DON (Dissolved Organic Nitrogen), kedua bentuk nitrogen ini banyak berperan dalam siklus atau daur nitrogen, baik secara langsung ataupun dengan bantuan mikroorganisme seperti bakteri.
Ekskresi ataupun pembusukan dari organisme tidak hanya merupakan salah satu sumber nitrogen dalam bentuk anorganik (amonium) tetapi juga organik (DON), sumber lainnya dari DON didapatkan dari daratan melalui angin ataupun masukan sungai. Zehr dan Ward (2008) mengemukakan bahwa nitrogen terlarut (DON) termasuk di dalamnya adalah senyawa-senyawa kimia yang
beranekaragam baik dari segi ukuran maupun kerumitan bahan pembangunnya. Berbeda dengan DON, bahan organik dalam bentuk partikulat memiliki ukuran yang lebih besar. Mulya (2002) menambahkan bahwa bahan organik terlarut ukurannya < 0.5 µm sedangkan organik partikulat ukurannya > 0.5 µm. Sebagian besar PON dilaut dihasilkan oleh beberapa organisme penghasil utama seperti fitoplankton, makroalga dan bakteri kemoautotrofik. Produksi utama ini dihasilkan oleh fotoautotrofik nanoplankton (berdiameter 2.0 – 20 m).
Melalui bakteri dan fungi, bahan-bahan partikulat (PON) dapat dirubah menjadi bahan-bahan organik (DON) maupun amonium di perairan. Proses ini biasa disebut sebagai dekomposisi. Dekomposisi sangat besar peranannya dalam siklus energi dan rantai makanan pada ekosistem. Terhambatnya proses ini akan berakibat pada terakumulasinya bahan organik yang tidak dapat dimanfaatkan langsung oleh produsen (Sunarto, 2003).
Pada perairan oligotrofik nitrogen lebih banyak disediakan dalam bentuk organik contohnya asam amino dan urea, karena kerumitannya kedua bentuk DON yang dapat terdeteksi ini hanya mewakili sekitar 20% dari bentuk DON secara keseluruhan. Konsentrasi nitrogen organik di perairan berkisar 0,1 sampai 5 mg/l, sedangkan di perairan tercemar berat kadar nitrogen organik mencapai 100 mg/l. Middelburg et al. (2008) melakukan penelitian bahwa pada permukaan perairan kandungan amonium, nitrat, nitrit dan urea berturut-turut (dalam µmol/L) adalah 0.67 ; 0.51 ; 0.03 ; 0.99 , hal ini menunjukkan bahwa kandungan nitrogen organik lebih besar dibandingkan nitrogen anorganik.
2.4 Model
2.4.1 Definisi model
Model merupakan suatu abstraksi atau penyederhanan dari sebuah sistem yang lebih kompleks (Soetaert dan Herman, 2001). Model-model suatu ekosistem umumnya lebih sederhana dari arti sesungguhnya. Proses kegiatan yang
menggunakan pendekatan sistem sebagai kerangka bahasan dikenal dengan istilah pemodelan (modelling).
Dalam model digunakan pendekatan matematik, seluruh proses yang terjadi dijelaskan dalam bahasa matematika (Soetaert dan Herman, 2001). Proses matematis ini akan menghasilkan sebuah prediksi yang dapat diuji melalui observasi lapangan dan hal inilah yang akan menjelaskan apakah sebuah konsep ekologi yang dimodelkan benar atau perlu dilakukan perbaikan.
2.4.2 Tujuan pemodelan
Berdasarkan pandangan Nasendi dalam Salim (1997) penggunaan permodelan memiliki tujuan antara lain :
1. Menganalisis dan mengidentifikasi pola hubungan antara input dengan parameter kualitas lingkungan yang diamati
2. Menyusun suatu strategi optimal dalam sistem pengendalian
3. Mengidentifikasi kondisi-kondisi saat suatu alternatif kebijakan dapat diterima Proses pembentukan model yang sederhana pada dasarnya merupakan pengembangan proses-proses ilmiah yang didasari oleh logika berfikir murni yang diperoleh dari pengalaman sebelumnya (Jeffer, 1978). Model konseptual yang terbentuk kemudian dilanjutkan dengan penggambaran model diagramatik. Tujuan model diagram ini adalah menjelaskan keseluruhan konsep yang dikembangkan pada tahap sebelumnya karena dalam penggambaran tahapan konstruksi sistem didasari pada logika, pengalaman, dan pengetahuan, maka konstruksi sistem dipengaruhi oleh berbagai variabel sehingga pembentukan model secara matematik (analitik) dapat membantu memecahkan masalah. Akhirnya dengan bantuan model komputer yang terprogram, suatu alternatif solusi dapat dihitung lebih jauh dalam upaya mencapai tujuan yang sebenarnya (Salim, 1997).
2.4.3 Model ekologi
Model dari siklus nitrogen di lautan merupakan salah satu contoh dari model ekologi. Model ekologi menjelaskan proses-proses yang terjadi dalam suatu ekosistem seperti dalam model ekologi di perairan maka proses yang terjadi
adalah fotosintesis, dinamika plankton dan juga siklus dari bahan organik (Baird, 1999).
Sebuah model terutama model mengenai lingkungan (environment) memiliki lima hal utama yang harus diperhatikan, antara lain (Jorgensen dan Bendoricchio, 2001) :
1. Variabel tetap yaitu bagian utama dari sebuah model yang akan dicari pola perubahannya, misalnya fitoplankton, zooplankton, nutrien, dll.
2. External function yaitu fungsi atau variabel luar yang mempengaruhi perubahan Variabel Tetap, misalnya cahaya, input nutrien, suhu, dan faktor atmosferik lainnya. Faktor luar disesuaikan dengan tujuan dan daerah model. 3. Persamaan matematis yaitu persamaan yang digunakan untuk
merepresentasikan proses-proses biologi antara setiap variabel, fisika dan kimia dalam model.
4. Parameter yaitu koefisien-koefisien yang digunakan dalam persamaaan
matematis, misalnya laju fotosintesis, laju mortalitas dll. Soetaert dan Herman (2004) menambahkan bahwa ada tiga cara dalam mendapatkan paremeter ekologi (parameterisasi) yaitu dengan pengukuran langsung di lapangan, melalui literatur dan dengan kalibrasi.
5. Konstanta universal misalnya konstanta gas dan berat atom.
Sebagian besar dari model ekologi, seperti model dinamika plankton merupakan model empiris, yaitu model yang berdasarkan pada data lapangan, menjelaskan kesimpulan dari hasil analisis terhadap data-data di lapangan dan digunakan untuk membuat prediksi di daerah tersebut tetapi tidak selalu dapat menjelaskan proses secara keseluruhan dari sistem ekologi di daerah lain. Model
empiris terdiri dari fungsi-fungsi yang menangkap trend (kecenderungan) dari data, oleh karena itu data sangat penting dalam model empiris.
2.4.4 Formulasi model
Dalam model ekologi, interaksi yang terjadi antara variabel pada umumnya mengakibatkan adanya perubahan biomassa atau energi dari kedua variabel yang berinteraksi. Sebagai contoh, pertumbuhan algae atau fitoplankton dalam sebuah perairan akan merubah konsentrasi dari nutrien sebagai penyedia bahan fotosintesis dan juga merubah konsentrasi zooplankton melalui grazing yang terjadi. Setiap proses yang mempengaruhi pertumbuhan algae tersebut memiliki persamaan matematis yang dapat digunakan dalam membangun sebuah model.
Soetaert dan Herman (2004) menyebutkan bahwa sebagian besar proses atau interaksi dalam ekosistem dapat dituliskan kedalam sebuah persamaan dasar matematis sebagai berikut:
Interaction = maxRate x WORK x Rate Limiting Term x Inhibition ... (2) Faktor luar seperti faktor fisika (suhu, cahaya, arus dll) yang biasa disebut sebagai forcing functions turut dapat dimasukkan kedalam persamaan sebuah interaksi. Berikut dijelaskan masing-masing komponen dari persamaan 2. 1. maxRate x WORK
Dasar dari setiap interaksi yang terjadi adalah adanya maximal interaction strength yang mengatur kekuatan sebuah interaksi dan biasanya dipengaruhi oleh laju maksimal pemanfaatan (maxRate) dan usaha (work) yang dilakukan. Nilai maxRate setiap proses dapat berbeda-beda sedangkan usaha (work) dalam sebuah
ks R R + ) 4 ( 3 3 exp inhibition NH ks NO NO − ⋅ +
interaksi di perairan untuk pemanfaatan sumber/pakan biasanya dilakukan oleh konsumen/predatornya.