BOGOR
2009
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Inaktivasi In Situ Pencemaran Kadmium dan Plumbum pada Tanah Pertanian Menggunakan Amelioran dan Pupuk pada Dosis Rasional untuk Budidaya Tanaman adalah karya saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka.
Bogor, Januari 2009
Untung Sudadi
UNTUNG SUDADI. In Situ Inactivation of Cadmium and Plumbum Pollution in Arable Soils using Ameliorants and Fertilizers at Rationale Dosage for Crop Cultivation. Under the direction of SUPIANDI SABIHAM, ATANG SUTANDI, and MUCHAMMAD SRI SAENI.
Arable soils in the vicinity of urban and industrial area are considered vulnerable to heavy metals pollution. This study was aimed at: (1) to explore the cadmium (Cd) and plumbum (Pb) contamination/pollution status in arable soils of the case study area (Middle-stream Cileungsi sub-sub-watershed area, Bogor district, West Java) and to evaluate the effects of pedogenic (pH H2O, clay, and
organic matter content) as well as anthropogenic factors (straight nearest-distance from sampling points to the main road, toll road, industrial center, and elevation posisition of the sampling points), including soil depth, transect position, land-use type, and seasonal factors, on the pseudo-total soil Cd (CdAR) and Pb (PbAR)
content, and (2) to investigate the effectiveness of rationale dose of ameliorants and fertilizers (RDAF) normally recommended for crop cultivation from the point of view to inactivate in situ and reduce the active-fractions of soil Cd and Pb (Cd- and PbNH4OAc-EDTA) and plant-shoot Cd and Pb concentration (Cdpsand Pbps) using
tomato as the test plant through 100-day greenhouse experiments.
The maximum CdAR at 0-10 cm depth in rainy season 2006 > dry season
2005, but almost the same for maximum PbAR at both seasons. At 0-30 cm depth
in the rainy season 2006: (i) CdAR (1.71; <1.00-9.11 mg.kg-1) < PbAR (54.96;
20.04-129.03 mg.kg-1), but the value of c/p index of Cd (2.31; 0.00-11.65) > c/p of Pb (0.55; 0.22 – 1.14) which indicated that soils in the study area have been very-slightly contaminated up to heavily polluted with Cd and slightly contamin- ated up to very-slightly polluted with Pb; (ii) CdAR was decreasing while PbAR was
increasing with the soil depths of 0-30 cm; (iii) CdAR at the middlestream > up-
stream > downstream parts, while PbARwas relatively comparable at the three
transects; (iv) The highest and the lowest CdAR were measured at the rainfed
ricefields and mixed farmlands, respectively. The lowest PbAR, on the contrary,
was measured at the rainfed ricefields, while those at the other three land-uses were relatively not different. This results indicated that the soil Cd mobility and reactivity was higher than that of Pb. By applying multiple linear regression ana- lyses, it was revealed that CdARat the rainy season 2006 was affected more by the
anthropogenic than those of the pedogenic factors, but by both factors for PbAR.
As compared to control,reductions in CdNH4OAc-EDTA[34%] and Cdps [37%]
as well as PbNH4OAc-EDTA in unspiked Pb-soil [50%] and Pbps [24%] were
measured at 100% RDAF treatment [4 ton.ha-1 dolomite, 30 ton.ha-1 cow dung, 150 kg.ha-1 N (½ Urea + ½ Ammonium Sulfate), 150 kg.ha-1 P2O5 (SP-36) and
100 kg.ha-1 K2O (KCl)]. This indicated the occurrence of an in situ soil Cd and Pb
inactivation, plant element selective-uptake phenomenon, as well as plant Cd and Pb dillution-effects as related to the increase in plant biomass dry-matter yields. These results suggest that a proper amelioration and fertilization program may be prospective to be recommended as a low-cost Cd and Pb pollution remediation strategy for arable soils.
UNTUNG SUDADI. Inaktivasi In Situ Pencemaran Kadmium dan Plumbum pada Tanah Pertanian Menggunakan Amelioran dan Pupuk pada Dosis Rasional untuk Budidaya Tanaman. Dibimbing oleh SUPIANDI SABIHAM, ATANG SUTANDI, dan MUCHAMMAD SRI SAENI.
Tanah-tanah pertanian di kawasan perkotaan dan industri rentan terhadap pencemaran logam berat. Penelitian ini bertujuan: (1) mengeksplorasi kecemaran (status kontaminasi/pencemaran) Cd dan Pb pada tanah pertanian di wilayah sub- sub-DAS Cileungsi Tengah, Kabupaten Bogor, Jawa Barat sebagai lokasi studi kasus berdasarkan nilai indeks c/p menurut Lacatusu (2000) dan mengevaluasi pengaruh faktor pedogenik [pH H2O, kadar liat dan bahan organik] dan faktor
antropogenik [jarak lurus terdekat dari titik contoh ke alur sungai, jalan raya, jalan tol dan sentra industri], termasuk faktor kedalaman tanah, posisi transek, penggunaan lahan dan musim, terhadap kadar pseudo-total Cd (CdAR) dan Pb
(PbAR), dan (2) mengevaluasi efektivitas dosis rasional amelioran dan pupuk
(DRAP) yang umumnya diterapkan dalam budidaya tanaman dalam menurunkan kadar fraksi aktif Cd dan Pb tanah (Cd-NH4OAc-EDTA dan Pb-NH4OAc-EDTA) serta kadar
Cd dan Pb tajuk tanaman (Cdtt dan Pbtt) sebagai aplikasi teknik inaktivasi in situ
menggunakan tomat sebagai tanaman uji melalui dua seri percobaan rumah kaca selama 100-hari.
Kadar maksimum CdAR pada lapisan 0-10 cm pada musim hujan 2006 >
musim kemarau 2005, namun kadar maksimum PbAR relatif sama di kedua musim.
Pada lapisan 0-30 cm di musim hujan 2006: (i) Kadar CdAR (1.71; <1.00-9.11
mg.kg-1) < PbAR (54.96; 20.04-129.03 mg.kg-1), namun nilai indeks c/p Cd (2.31;
0.00-11.65) > c/p Pb (0.55; 0.22-1.14) yang menunjukkan bahwa tanah di lokasi penelitian telah terkontaminasi sangat rendah hingga tercemar berat oleh Cd dan terkontaminasi ringan hingga tercemar sangat ringan oleh Pb; (ii) Kadar CdAR
menurun dan PbAR meningkat dengan kedalaman dari 0-30 cm; (iii) Kadar CdAR
pada transek B (bagian tengah) > transek A (bagian hulu) > transek C (bagian hilir), sedangkan kadar PbAR di ketiga transek relatif sama.
Air sungai bukan merupakan sumber pencemar Cd dan Pb di lokasi penelitian karena tidak pernah terjadi luapan ke titik-titik contoh. Oleh karena itu, jarak lurus terdekat dari titik contoh ke alur sungai bukan menunjukkan jarak ke sumber pencemar melainkan merepresentasikan ketinggian tapak atau elevasi titik contoh. Semakin rendah nilainya, semakin dekat jaraknya ke alur sungai sehingga semakin rendah elevasinya. Potensi kecemaran tanah di areal dengan elevasi lebih rendah, dan posisinya berhadapan dengan arah datangnya angin dari sumber pencemar tak-teridentifikasi (non-point source) pada musim hujan lebih tinggi daripada pada musim kemarau untuk Cd, namun relatif sama untuk Pb.
Kecemaran tertinggi untuk Cd terukur pada lahan sawah tadah hujan, sedangkan untuk Pb pada lahan kering dan pekarangan. Penggunaan lahan kebun campuran menunjukkan kecemaran yang rendah baik untuk Cd maupun Pb. Fakta ini menunjukkan perilaku Cd dalam tanah di lokasi penelitian yang lebih mudah larut, lebih mobil, lebih mudah ditransportasikan dan lebih reaktif dibandingkan dengan Pb, sehingga potensi dampak dan risiko lingkungan dari pencemaran Cd
terbuka terhadap deposisi atmosferik partikulat Cd dan Pb.
Dari analisis regresi linier berganda yang melibatkan faktor pedogenik [pH H2O (pH), kadar liat (KL) dan bahan organik (BO)] dan faktor antropogenik [jarak
lurus terdekat dari titik contoh ke alur sungai (JS), jalan raya (JR), jalan tol (JT) dan ke sentra industri (JSI)] sebagai sumbu X dan kadar CdAR atau PbAR sebagai
sumbu Y diperoleh persamaan: [1] CdAR = –0.002 pH +0.108 KL –0.085 BO –0.431 JS –0.352 JR +0.058 JT +0.645 JSI (R2 = 0.596, p <0.01, n = 45) dan [2] PbAR = –0.535 pH +0.132 KL –0.197 BO +0.369 JS –0.252 JR –0.170 JT +0.093 JSI (R2 = 0.363, p <0.01, n = 45), yang menunjukkan bahwa CdAR tanah lebih ditentukan oleh faktor
antropogenik daripada faktor pedogenik, sedangkan PbAR tanah dipengaruhi oleh
kedua faktor tersebut.
Persamaan [2] menunjukkan bahwa nilai pH tanah merupakan salah satu kontributor signifikan terhadap kadar PbAR, bahkan merupakan kontributor
terbesar. Nilai koefisien persamaan terstandarisasi bagi pH yang bertanda negatif (– 0.535) menunjukkan bahwa penurunan nilai pH tanah akan meningkatkan kadar PbAR secara signifikan. Penetapan rumus untuk menghitung nilai rujukan A
sebagai dasar perhitungan nilai indeks c/p menurut prosedur Lacatusu (2000) dengan hanya melibatkan faktor kadar liat dan bahan organik dan tanpa melibat- kan pengaruh signifikan dari perubahan nilai pH, dengan demikian, menunjukkan salah satu kelemahan dari prosedur tersebut. Dengan menambahkan nilai pH sebagai faktor penentu nilai rujukan A akan mengubah nilai indeks c/p yang akan diperoleh dan hal tersebut akan meningkatkan ketepatan prediksi mengenai kecemaran Pb dalam tanah. Dengan demikian, terbuka peluang dan ranah pene- litian lanjutan untuk mengoreksi rumus penetapan nilai rujukan A untuk Pb menurut Lacatusu (2000) dengan melibatkan baik kadar liat, kadar bahan organik maupun nilai pH sebagai faktor penentu.
Dari percobaan rumah kaca diperoleh hasil bahwa dibandingkan kontrol terjadi penurunan kadar CdNH4OAc-EDTA[34%] dan Cdtt [37%] serta kadar PbNH4OAc- EDTA pada tanah tanpa perlakuan pengkayaan Pb [50%] dan Pbtt [24%] pada
perlakuan 100% DRAP [4 ton.ha-1 dolomit, 30 ton.ha-1 pupuk kandang sapi, 150 kg.ha-1 N (½ Urea + ½ Amonium Sulfat), 150 kg.ha-1 P2O5 (SP36) dan 100 kg.ha-1
K2O (KCl)]. Hasil analisis regresi linier berganda menghasilkan persamaan: [3]
CdNH4OAc-EDTA = –0.18 pHH2O +0.21 PBray#1 +0.51 C-organik –0.57 Mgdd +0.65 Cdaqua regia (R2 = 0.76), [4] Cdtt = 0.08 Ntt –0.17 Ktt –0.19 Mgtt –0.24 Ptt +0.27 Stt –0.41 Catt (R2 = 0.54, 3 data pencilan dibuang), [5] PbNH4OAc-EDTA = –0.093 PBray#1 –0.185 Mgdd +0.900 Pbaqua regia (R2 = 0.928) dan [6] Pbtt = –0.039 BKtt +0.093 Ktt –0.120 Ptt +0.324 Stt –0.528 Mgtt (R2 = 0.301). Hasil percobaan rumah kaca juga menunjukkan bahwa diban- dingkan tanah kontrol (0% DRAP), pada perlakuan 100% DRAP terjadi penurun- an yang sangat nyata terhadap kadar Cd tajuk tanaman [Cdtt dari 8.66 ke 5.46
µg.g-1, turun 37%] dan kadar Pb tajuk tanaman [Pbtt dari 47.57 ke 36.24 µg.g-1,
turun 24%]. Secara umum, penurunan CdttdanPbtt terjadi seiring dengan penu-
runan CdNH4OAc-EDTA dan PbNH4OAc-EDTA maupun peningkatan bobot kering tajuk
(BKtt). Hal ini menunjukkan terjadinya tiga hal secara simultan, yaitu: (i)
inaktivasi secara in situ fraksi aktif Cd dan Pb dalam tanah, (ii) selektivitas tanaman uji dalam menekan serapan Cd dan Pb, serta (iii) efek pengenceran kadar CdttdanPbttakibat peningkatan BKtt.
[5.88 - 97.12%] yang relatif lebih besar daripada kisaran nilai Pb-NH4OAc-EDTA/PbAR
[16.60 - 32.36%]. Kedua nilai kisaran tersebut menunjukkan bahwa sorpsi tanah percobaan rumah kaca terhadap Cd juga lebih rendah daripada terhadap Pb. Peningkatan sorpsi yang diinterpretasikan berdasarkan penurunan nilai Cd- atau Pb-NH4OAc-EDTA/CdAR atau PbAR juga menunjukkan terjadinya peningkatan inakti-
vasi in situ terhadap fraksi aktif Cd dan Pb untuk diubah menjadi fraksi yang lebih rendah keterserapannya bagi tanaman. Penurunan Cdttbahkan lebih besar dari-
pada Pbtt. Artinya, hasil penelitian ini membuktikan bahwa mekanisme soil-
plant-barrier juga berlaku terhadap Cd, paling tidak dalam kondisi di rumah kaca. Indeks Toleransi Ti didefinisikan sebagai nisbah antara BKtt pada tanah
yang diberi perlakuan logam berat dengan BKtt pada tanah tanpa perlakuan logam
berat. Nilai Ti yang lebih tinggi menunjukkan tingkat toleransi tanaman yang lebih tinggi terhadap cekaman logam berat. Pada perlakuan 0-100% DRAP, kisaran nilai Ti akibat perlakuan Cd lebih rendah daripada Pb (Ti Cd 0.55-1.33 < Ti Pb 0.81-1.38) dan semakin tinggi kadar perlakuan pengkayaan Cd maupun Pb semakin rendah rataan nilai Ti (0.93-0.83 untuk Cd dan 1.27-0.98 untuk Pb). Hal ini menunjukkan bahwa tanaman uji lebih toleran terhadap pencemaran Pb daripada Cd. Artinya, dampak fitotoksisitas Cd lebih besar daripada Pb (perlakuan 40 mg Cd.kg-1 menurunkan BKtt 17%, sedangkan perlakuan 750 mg Pb.kg-1
menurunkan BKtt hanya 2% dibandingkan kontrol).
Koefisien pengalihan ct didefinisikan sebagai nisbah antara peningkatan kadar logam berat pada jaringan tanaman dengan peningkatan kadar logam berat yang sama dalam tanah. Nilai ct yang semakin tinggi menunjukkan meningkatnya risiko bagi konsumen melalui mekanisme rantai makanan. Kisaran nilai ct Cd pada tanah dengan perlakuan ameliorasi dan pemupukan hanya 0.02-0.25, sedangkan kisaran nilai ct untuk Pb 0.07-0.18. Hal ini menunjukkan efektivitas perlakuan ameliorasi dan pemupukan pada dosis rasional untuk budidaya tanaman sebagai aplikasi teknik inaktivasi in situ dalam menurunkan kadar fraksi aktif Pb terutama Cd, sehingga menurunkan pengalihan atau transfer kedua logam berat tersebut ke jaringan tanaman.
Dari hasil penelitian disertasi ini dapat ditarik kesimpulan umum bahwa tindakan ameliorasi dan pemupukan pada dosis rasional yang direkomendasikan untuk memperoleh produksi tanaman yang optimal (dosis optimal) terbukti juga efektif dalam menginaktivasi secara in situ pencemar logam berat Cd dan Pb dalam tanah. Sosialisasi dan implementasi program penggunaan amelioran dan pupuk pada dosis terekomendasi untuk meningkatkan produksi pertanian, dengan demikian, sekaligus merupakan strategi pengendalian pencemaran logam berat yang praktis, murah dan efektif untuk tanah-tanah pertanian.
Hasil penelitian disertasi ini juga membuka peluang ranah penelitian mengenai pemanfaatan berbagai limbah maupun bahan mineral yang tersedia di Indonesia, antara lain biosolids, terak baja, zeolit, bentonit, dll., sebagai amelioran untuk menginaktivasi secara in situ pencemaran logam berat dalam tanah perta- nian. Pemanfaatan berbagai amelioran dan pupuk tersebut tentu saja harus dida- sarkan pada kombinasi jenis dan dosis yang efektif baik untuk meningkatkan kesuburan tanah dan produksi tanaman maupun untuk meningkatkan mutu produk komoditas yang dibudidayakan dari segi penurunan kadar logam berat dalam bagian tanaman yang dikonsumsi.
© Hak cipta milik IPB, tahun 2009 Hak cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.