DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN
TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE
SELAMA PROSES BIOREMEDIASI
Oleh :
Nenny Andriyetni
A24101012
PROGRAM STUDI ILMU TANAH
FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN
TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE
SELAMA PROSES BIOREMEDIASI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Pertanian
Pada Fakutas Pertanian,
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
Nenny Andriyetni
A24101012
PROGRAM STUDI ILMU TANAH
FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
RINGKASAN
NENNY ANDRIYETNI. Dinamika Populasi Mikrob Dalam Campuran Tanah
Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge Selama Proses Bioremediasi.
(Dibimbing Oleh Dr. Rahayu Widyastuti, Msc., Dra. Enny Widyati dan Dr. Dwi
Andreas Santosa, Ms)
Bioremediasi adalah suatu teknologi yang menggunakan mikrob untuk
membersihkan tanah yang terkontaminasi. Sludge bubur kertas merupakan bahan
yang dapat mendukung pertumbuhan mikrob. Salah satu mikrob yang dapat
digunakan dalam proses bioremediasi lahan bekas tambang batubara adalah
bakteri pereduksi sulfat. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dinamika
populasi mikrob fungsional dalam sludge serta hubungannya dengan sifat-sifat
kimia tanah yang meliputi pH, Eh dan kandungan logam- logam berat (Pb, Cd,
Cr6+ dan Hg). Mikrob diisolasi dari dari campuran tanah bekas tambang batubara
steril dengan sludge bubur kertas (3: 1 v/v) dan selanjutnya diinkubasi selama 15
hari. Untuk menjaga kondisi campuran tanah bekas tambang batubara dengan
sludge bubur kertas tetap reduktif maka dilakukan penggenangan hingga
berbentuk lumpur. Isolasi yang dilakukan terdiri dari bakteri, fungi, mikrob
selulolitik mikrob pendegradasi xilan dan bakteri pereduksi sulfat. Isolasi mikrob
dan pengukuran pH serta Eh dilakukan setiap 5 hari sekali selama 15 hari inkubasi
sedangkan pengukuran logam- logam berat dilakukan pada hari ke-0 dan 15
inkubasi. Populasi mikrob selulolitik dan mikrob pendegradasi xilan semakin
berkurang seiring dengan bertambahnya waktu inkubasi. Fenomena ini
disebabkan oleh semakin berkurangnya kandungan oksigen dalam campuran
tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas akibat proses
penggenangan.
ABSTRACT
NENNY ANDRIYETNI. The Microbe Population Dynamic in the Mixture of
Sludge and Ex-Coal Mining Soil During Bioremediation. (Supervised by Rahayu
Widyastuti, Enny Widyati, Dwi Andreas Santosa).
Bioremediation is a procces to reduce the pollution using microorganisms.
The sludge pulp mills, like other materials, can play an important role as
substrates to support the growth of microbes, such as sulphate-reducing bacteria.
This research aimed to observe the population dynamics of sludge-colonizing
microbes, cellullolytic microbes (CM), xylan-degrading microbes (XDM) and
sulphate-reducing bacteria (SRB) related to chemical soil characteristic. The
microbes were isolated from sterilized of ex-coal mining soil mixed with pulping
sludge (3: 1 v/v) and incubated for 15 days. The water content was maintained in
saturated condition by flooding the mixture. CM, XDM and SRB were isolated by
using the CMC, Nakamura and Modified Phosgate medium, respectively.
Microbes isolation, pH and Eh were accessed every 5 days for 15 days, while
heavy metals concentration were measured at the day of 0 and 15th. The result
showed that the population of CM and XDM decreased with the increased of
incubation days. SRB population, on the other hand, rised in line with the added
of incubation time. This phenomenon related to the deplete of oxygen content due
to the flooding.
Judul
:DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN
SLUDGE SELAMA PROSES BIOREMEDIASI
Nama : Nenny Andriyetni
NRP : A24101012
Menyetujui,
Dosen Pembimbing
Pembimbing I Pembimbing II Pembimbing III
Dr. Rahayu Wid yastuti, MSc Dra. Enni Widyati Dr. Dwi Andreas Santosa, MS NIP. 131 879 328 NIP. 710 028 930 NIP. 131 803 643
Mengetahui,
Dekan Fakultas Pertanian
Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, Magr. NIP. 30 422 698
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Padang, Propinsi Sumatera Barat pada tanggal 1
Oktober 1983. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara dari
pasangan Suhandri dan Ayetti Alni.
Tahun 1995 penulis menyelesaikan pendidikan di SDN 10 Padang,
kemudian melanjutkan ke SLTP Negeri 22 Padang dan lulus tahun 1998.
Selanjutnya penulis lulus dari SMU Negeri 12 Padang pada tahun 2001. Pada
tahun yang sama penulis diterima di IPB melalui jalur USMI pada Program Studi
Ilmu Tanah, Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian.
Selama kuliah penulis menjadi asisten praktikum kuliah Biologi Tanah
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur dipanjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah
memberikan kekuatan dan hidayah-Nya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan
dengan baik.
Penelitian Dinamika Populasi Mikrob Dalam Campuran Tanah Bekas
Tambang Batubara Dengan Sludge Selama Proses Bioremediasi ini diharapkan
dapat memberikan sumbangsih untuk perkembangan ilmu pengetahuan. Penelitian
ini dilakukan sebagai salah syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian pada
Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian
Bogor.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan penghargaan dan rasa
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan
masukan dan dukungan selama penelitian maupun dalam penulisan skripsi ini.
Rasa terimakasih yang tulus Saya sampaikan kepada :
1. Dr. Rahayu Widyastuti, M.Sc, Dra Enny Widyati dan Dr. Dwi Andreas
Santosa, MS, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing selama
proses penelitian dan penyusunan skripsi ini.
2. Dr. Ir Sri Djuniwati, M.Sc selaku dosen penguji yang memberikan banyak
masukan bagi penulis.
3. Ayahanda Suhandri dan Mamaku Ayetti Alni tercinta, Uda Hendy Fitrian
Suhandri, Rahmi Meutia Andriyetni, Siti Sharah Andriyetni dan seluruh
keluarga tercinta yang selalu memberikan motivasi dan dukungan baik materi
4. Ir. Enny Dwi Wahyunie, Msi selaku dosen pembimbing akademik yang telah
memberian bimbingan selama masa perkuliahan.
5. Segenap staf, laboran, pegawai Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan
dan Pusat Penelitian Lingkungan Hidup, Pak Jito, Bu Asih, Bu Jul, Uni Ipat,
Pak Sukoyoh, Bu Ratna, Mbak Lastri, Mbak Salma, Teteh, Bu Endar, Mas
Puput, Mas Rizal, dan lain- lainnya yang telah memberikan banyak masukan
dan bantuannya dalam melaksanakan penelitian.
6. Isti, Risska, Dwi, Ovi, dan rekan-rekan Soil 38 lainnya yang tidak mungkin
saya sebutkan satu persatu, teman-teman seperjuanganku (Mel, Andri,
Rahmad), Ninda, Noval, Ponytailers (mbak Vitri, Dini, Reina, Ayu), Mas
Dhedoz dan semuanya yang telah memberikan motivasi dan selalu bersama
dalam canda dan tawa.
7. Dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.
Akhirnya, semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi yang memerlukan.
Bogor, Februari 2006
D AFTAR I SI
DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN
TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE
SELAMA PROSES BIOREMEDIASI
Oleh :
Nenny Andriyetni
A24101012
PROGRAM STUDI ILMU TANAH
FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN
TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN SLUDGE
SELAMA PROSES BIOREMEDIASI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Pertanian
Pada Fakutas Pertanian,
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
Nenny Andriyetni
A24101012
PROGRAM STUDI ILMU TANAH
FAKULTAS PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
RINGKASAN
NENNY ANDRIYETNI. Dinamika Populasi Mikrob Dalam Campuran Tanah
Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge Selama Proses Bioremediasi.
(Dibimbing Oleh Dr. Rahayu Widyastuti, Msc., Dra. Enny Widyati dan Dr. Dwi
Andreas Santosa, Ms)
Bioremediasi adalah suatu teknologi yang menggunakan mikrob untuk
membersihkan tanah yang terkontaminasi. Sludge bubur kertas merupakan bahan
yang dapat mendukung pertumbuhan mikrob. Salah satu mikrob yang dapat
digunakan dalam proses bioremediasi lahan bekas tambang batubara adalah
bakteri pereduksi sulfat. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dinamika
populasi mikrob fungsional dalam sludge serta hubungannya dengan sifat-sifat
kimia tanah yang meliputi pH, Eh dan kandungan logam- logam berat (Pb, Cd,
Cr6+ dan Hg). Mikrob diisolasi dari dari campuran tanah bekas tambang batubara
steril dengan sludge bubur kertas (3: 1 v/v) dan selanjutnya diinkubasi selama 15
hari. Untuk menjaga kondisi campuran tanah bekas tambang batubara dengan
sludge bubur kertas tetap reduktif maka dilakukan penggenangan hingga
berbentuk lumpur. Isolasi yang dilakukan terdiri dari bakteri, fungi, mikrob
selulolitik mikrob pendegradasi xilan dan bakteri pereduksi sulfat. Isolasi mikrob
dan pengukuran pH serta Eh dilakukan setiap 5 hari sekali selama 15 hari inkubasi
sedangkan pengukuran logam- logam berat dilakukan pada hari ke-0 dan 15
inkubasi. Populasi mikrob selulolitik dan mikrob pendegradasi xilan semakin
berkurang seiring dengan bertambahnya waktu inkubasi. Fenomena ini
disebabkan oleh semakin berkurangnya kandungan oksigen dalam campuran
tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas akibat proses
penggenangan.
ABSTRACT
NENNY ANDRIYETNI. The Microbe Population Dynamic in the Mixture of
Sludge and Ex-Coal Mining Soil During Bioremediation. (Supervised by Rahayu
Widyastuti, Enny Widyati, Dwi Andreas Santosa).
Bioremediation is a procces to reduce the pollution using microorganisms.
The sludge pulp mills, like other materials, can play an important role as
substrates to support the growth of microbes, such as sulphate-reducing bacteria.
This research aimed to observe the population dynamics of sludge-colonizing
microbes, cellullolytic microbes (CM), xylan-degrading microbes (XDM) and
sulphate-reducing bacteria (SRB) related to chemical soil characteristic. The
microbes were isolated from sterilized of ex-coal mining soil mixed with pulping
sludge (3: 1 v/v) and incubated for 15 days. The water content was maintained in
saturated condition by flooding the mixture. CM, XDM and SRB were isolated by
using the CMC, Nakamura and Modified Phosgate medium, respectively.
Microbes isolation, pH and Eh were accessed every 5 days for 15 days, while
heavy metals concentration were measured at the day of 0 and 15th. The result
showed that the population of CM and XDM decreased with the increased of
incubation days. SRB population, on the other hand, rised in line with the added
of incubation time. This phenomenon related to the deplete of oxygen content due
to the flooding.
Judul
:DINAMIKA POPULASI MIKROB DALAM CAMPURAN TANAH BEKAS TAMBANG BATUBARA DENGAN
SLUDGE SELAMA PROSES BIOREMEDIASI
Nama : Nenny Andriyetni
NRP : A24101012
Menyetujui,
Dosen Pembimbing
Pembimbing I Pembimbing II Pembimbing III
Dr. Rahayu Wid yastuti, MSc Dra. Enni Widyati Dr. Dwi Andreas Santosa, MS NIP. 131 879 328 NIP. 710 028 930 NIP. 131 803 643
Mengetahui,
Dekan Fakultas Pertanian
Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, Magr. NIP. 30 422 698
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Padang, Propinsi Sumatera Barat pada tanggal 1
Oktober 1983. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara dari
pasangan Suhandri dan Ayetti Alni.
Tahun 1995 penulis menyelesaikan pendidikan di SDN 10 Padang,
kemudian melanjutkan ke SLTP Negeri 22 Padang dan lulus tahun 1998.
Selanjutnya penulis lulus dari SMU Negeri 12 Padang pada tahun 2001. Pada
tahun yang sama penulis diterima di IPB melalui jalur USMI pada Program Studi
Ilmu Tanah, Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian.
Selama kuliah penulis menjadi asisten praktikum kuliah Biologi Tanah
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur dipanjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah
memberikan kekuatan dan hidayah-Nya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan
dengan baik.
Penelitian Dinamika Populasi Mikrob Dalam Campuran Tanah Bekas
Tambang Batubara Dengan Sludge Selama Proses Bioremediasi ini diharapkan
dapat memberikan sumbangsih untuk perkembangan ilmu pengetahuan. Penelitian
ini dilakukan sebagai salah syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian pada
Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian
Bogor.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan penghargaan dan rasa
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan
masukan dan dukungan selama penelitian maupun dalam penulisan skripsi ini.
Rasa terimakasih yang tulus Saya sampaikan kepada :
1. Dr. Rahayu Widyastuti, M.Sc, Dra Enny Widyati dan Dr. Dwi Andreas
Santosa, MS, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing selama
proses penelitian dan penyusunan skripsi ini.
2. Dr. Ir Sri Djuniwati, M.Sc selaku dosen penguji yang memberikan banyak
masukan bagi penulis.
3. Ayahanda Suhandri dan Mamaku Ayetti Alni tercinta, Uda Hendy Fitrian
Suhandri, Rahmi Meutia Andriyetni, Siti Sharah Andriyetni dan seluruh
keluarga tercinta yang selalu memberikan motivasi dan dukungan baik materi
4. Ir. Enny Dwi Wahyunie, Msi selaku dosen pembimbing akademik yang telah
memberian bimbingan selama masa perkuliahan.
5. Segenap staf, laboran, pegawai Departemen Tanah dan Sumberdaya Lahan
dan Pusat Penelitian Lingkungan Hidup, Pak Jito, Bu Asih, Bu Jul, Uni Ipat,
Pak Sukoyoh, Bu Ratna, Mbak Lastri, Mbak Salma, Teteh, Bu Endar, Mas
Puput, Mas Rizal, dan lain- lainnya yang telah memberikan banyak masukan
dan bantuannya dalam melaksanakan penelitian.
6. Isti, Risska, Dwi, Ovi, dan rekan-rekan Soil 38 lainnya yang tidak mungkin
saya sebutkan satu persatu, teman-teman seperjuanganku (Mel, Andri,
Rahmad), Ninda, Noval, Ponytailers (mbak Vitri, Dini, Reina, Ayu), Mas
Dhedoz dan semuanya yang telah memberikan motivasi dan selalu bersama
dalam canda dan tawa.
7. Dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.
Akhirnya, semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi yang memerlukan.
Bogor, Februari 2006
D AFTAR I SI
DAFTAR TABEL
Nomor Hal
Teks
1. Kadar logam- logam berat dalam campuran sludge bubur kertas
dengan tanah bekas tambang batubara pada hari ke-0 dan 15
DAFTAR GAMBAR
Nomor Hal
Teks
1. Diagram alir penelitian 16
2. Isolat bakteri pereduksi sulfat 18
3. Isolat mikrob selulolitik 18
4. Isolat Mikrob Pendegradasi xilan 18
5. Dinamika Populasi Total Bakteri Selama Waktu Inkubasi 19
6. Dinamika Populasi Total Fungi Selama Waktu Inkubasi 21
7. Dinamika Populasi Mikrob Selulolitik Selama Waktu Inkubasi 21
8. Populasi Mikrob Pendegradasi Xilan Selama Waktu Inkubasi 23
9. Populasi Bakteri Pereduksi Sulfat Selama Waktu Inkubasi 24
10. Perubahan Nilai pH Selama Waktu Inkubasi 25
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Teks
1. Sifat fisik, kimia, dan biologi tanah bekas tambang batubara
2. Sifat kimia sludge bubur kertas
3. Media pertumbuhan mikrob selulolitik
4. Media pertumbuhan mikrob pendegradasi xilan
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sejak akhir tahun 80-an perkembangan industri kertas di Indonesia cukup
pesat. Peningkatan industri kertas yang hampir mencapai 700% tersebut diikuti
juga dengan semakin meningkatnya jumlah limbah baik limbah padat maupun
limbah cair (Liana, 2002). Salah satu jenis limbah padat berupa lumpur padat
(sludge). Jumlah limbah padat yang cukup besar ini dapat menimbulkan
permasalahan lingkungan bila tidak ditangani dengan serius.
Kegiatan penambangan dan pemanfaatannya mempunyai dampak terhadap
lingkungan yang bersifat menguntungkan antara lain tersedianya berbagai
kebutuhan manusia yang berasal dari sumber daya mineral dan meningkatnya
pendapatan negara. Meskipun penambangan mampu memberikan pendapatan
yang sangat besar namun sektor ini juga menimbulkan masalah lingkungan udara,
air dan tanah. Dampak yang timbul tidak hanya terjadi pada lokasi penambangan
itu sendiri tetapi juga berdampak pada daerah sekitarnya. Tanah bekas
penambangan yang seharusnya merupakan tubuh alam, matriks dimana tanaman
dapat tumbuh, sumber unsur hara bagi produsen primer itu telah kehilangan
fungsinya. Horison-horisonnya sudah bercampur antara yang satu dengan yang
lain, top soil sudah tidak ada dan yang tersisa hanya batuan induk sehingga
kandungan C-organik sangat rendah. Kondisi lainnya adalah kemasaman tanah
dengan pH < 3 karena bahan galian mengandung senyawa S yang mencapai 6 %
Sesungguhnya sludge industri kertas dapat dimanfaatkan sebagai salah
satu bahan amelioran bagi tanah karena sludge merupakan sumber bahan organik
tanah. Selain memperbaiki media tumbuh dan ekosistem tanah, sludge juga
mengandung unsur-unsur hara essensial bagi tanaman. Sludge mengandung
mikrob yang diduga dapat memperbaiki kondisi kimia lahan yang telah
terdegradasi, misalnya menurunkan konsentrasi SO42- dengan efisiensi 94 % pada
lahan bekas tambang batubara (Widyati et al., 2005).
1.2. Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dinamika populasi total bakteri,
total fungi dan mikrob fungsional (bakteri pereduksi sulfat, mikrob selulolitik dan
mikrob xilan) serta hubungannya dengan sifat-sifat kimia tanah yang meliputi pH,
Eh dan kandungan logam- logam berat (Cr6+, Cd, Pb dan Hg) dalam campuran
tanah bekas tambang batubara dan sludge. Hasil penelitian ini diharapkan dapat
memberikan gambaran mengenai dinamika populasi mikrob yang terjadi selama
bioremediasi lahan bekas tambang batubara melalui penambahan sludge bubur
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sludge
Kebutuhan kertas setiap tahunnya meningkat maka pemerintah sedang dan
akan terus merencanakan pendirian industri kertas baru atau memperluas industri
kertas yang sudah ada. Pada tahun 1997 jumlah pabrik kertas dan barang dari
kertas dalam skala besar maupun kecil di Indonesia adalah 345 pabrik dengan
nilai produksi sebesar Rp 8,71 milyar. Pada tahun 1999 jumlah pabrik kertas
meningkat menjadi 963 pabrik dengan nilai produksi sebesar Rp 12,4 milyar
(Liana, 2002).
Kapasitas produksi bubur kertas pada tahun 1988 sekitar 0,6 juta
ton/tahun, jumlah ini meningkat menjadi 4,9 juta ton/tahun pada tahun 1999 dan
pada tahun 2005 kapasitas tersebut diperkirakan bertambah menjadi 12,7 juta
ton/tahun. Peningkatan produksi industri bubur kertas dan kertas tersebut, juga
diikuti dengan meningkatnya jumlah limbah baik limbah padat maupun limbah
cair. Jika diasumsikan, 10% dari bahan kayu yang diolah akan menjadi limbah
maka dapat dipastikan jumlah limbah yang dihasilkan sangat besar (Simarmata,
2004). Tanpa pengelolaan yang tepat, limbah tersebut akan menimbulkan
pencemaran lingkungan yang cukup serius (Widyati et al., 2005).
Sludge merupakan hasil samping dari proses pengolahan limbah sistem
lumpur aktif. Produksi sludge per hari menurut Supriyanto (1993) pada umumnya
10 - 50 % dari beban COD limbah yang diolah.
Sebelum dimanfaatkan sludge harus diolah terlebih dahulu agar diperoleh
penampungan lumpur hasil pengendapan kemudian hasil penya ringan dibuang
(L’Hermite, 1988).
2.2. Lahan Bekas Tambang Batubara
Penambangan batubara selain meningkatkan devisa negara juga menimbulkan
dampak negatif. Lahan bekas tambang batubara umumnya tidak dapat digunakan
lagi sebagai lahan pertanian karena adanya berbagai macam kendala. Dampak
yang ditimbulkan dari penambangan tersebut adalah lapisan penutup tanah yang
sudah tidak ada karena topsoil dan subsoil dibalik dan digusur, sedangkan bahan
induk muncul di permukaan. Penggusuran tersebut menyebabkan hilangnya bahan
organik tanah. Tanah yang miskin akan bahan organik kurang mampu dalam
menyangga pupuk dan air, karena bahan organik merupakan koloid tanah yang
berfungsi dalam pembentukan agregat mikro dan komplek jerapan kolo id
(Djajakirana, 2001). Kandungan bahan organik yang rendah ini sangat
mempengaruhi populasi mikrob pada lahan bekas tambang batubara tersebut.
Bahan organik dan mikrob dapat mempengaruhi hubungan kesetimbangan dalam
tanah, organisme hidup dapat memindahkan unsur-unsur dari larutan tanah dan
menggunakannya untuk membangun jaringan tubuhnya (Lindsay, 1979).
Proses penggalian pada lahan bekas tambang batubara mengakibatkan
terangkatnya bahan-bahan sulfidik ke permukaan sehingga menyebabkan
teroksidasi, proses oksidasi terhadap mineral sulfida seperti pirit, akan melepaskan
asam-asam sulfat yang berdampak pada menurunnya pH tanah secara drastis.
Nilai pH tanah yang masam ini akan mempengaruhi kesetimbangan hara dalam
2.3. Karakteristik Umum Bakteri dan Fungi
Semua bakteri bersel tunggal, walaupun dalam beberapa kondisi dapat
dijumpai dalam bentuk koloni yang kelihatannya bersel banyak. Bakteri lebih
kecil ukurannya dibandingkan dengan protozoa atau fungi sejati. pH optimum
untuk pertumbuhan bakteri terletak antara 6,5 sampai 7,5. Beberapa spesies
bakteri dapat tumbuh dalam keadaan sangat masam atau sangat alkalin (Pelczar &
Chan, 1986).
Fungi atau cendawan adalah organisme heterotrof, mereka memerlukan
senyawa organik untuk nutrisinya, kelembaban yang tinggi dan persediaan
oksigen untuk pertumbuhannya. Bila mereka hidup dari benda organik mati yang
terlarut, mereka disebut saprofit. Beberapa fungi, meskipun saprofitik, dapat juga
menyerbu inang yang hidup lalu tumbuh subur sebagai parasit (Pelczar & Chan,
1986) . Menurut Volk dan Wheeler (1988), fungi juga dapat tumbuh baik pada
lingkungan yang banyak mengandung gula dan pada kondisi asam yang tidak
menguntungkan bagi bakteri.
Fungi merupakan jasad mikro yang dapat menghancurkan selulosa, zat
pati, gum, lignin dan senyawa organik yang mudah dilapuk. Jasad mikro ini dapat
dikelompokan ke dalam tiga golongan yaitu (1) ragi; (2) kapang; dan (3) jamur
(Soepardi, 1983). Dari ketiga golongan fungi diatas, hanya kapang yang
mempunya i arti penting dalam pertanian. Kapang sangat dipengaruhi oleh tingkat
aerasi. Aerasi yang buruk akan menekan laju pertumbuhan organisme ini. Jumlah
dan jenis bahan organik sangat mempengaruhi jenis kapang yang tumbuh. Jenis
kapang yang sering dijumpai antara lain Penicilium, Mucor, Trichoderma, dan
susunan tanah. Fungi tidak berklorofil sehingga mereka menggantungkan sumber
energi dan karbon yang berasal dari bahan organik (Volk & Wheeler, 1988).
2.4. Mikrob Pendegradasi Xilan
Xilan merupakan karbohidrat yang paling luas tersebar di alam setelah
selulosa. Merang, kulit pohon dan kayu konifera terdiri dari 30% xilan, sedangkan
ampas tebu dan kayu pohon berdaun masing- masing mengand ung 7 - 12% dan 25
- 29% (w/w) xilan (Schlegel & Schmidt, 1994).
Xilan termasuk ke dalam golongan karbohidrat, merupakan komponen
utama dari hemiselulosa pada dinding sel tanaman yang terikat pada selulosa,
pektin, lignin, dan polisakarida lainnya. Hemiselulosa ini tidak berkerabat dengan
selulosa jika ditinjau dari strukturnya, namun larut dalam air atau alkali.
Hemiselulosa terdiri dari pentosa (xilosa, arabinosa) atau heksosa (glikosa,
manosa, galaktosa) maupun asam uronat. Di dalam tumbuh-tumbuhan
hemiselulosa berfungsi sebagai zat cadangan atau penopang (Schlegel & Schmidt,
1994).
Rantai xilan terdiri dari ß-D-xilosa yang bersambungan secara 1,4
glikosidik. Rantai ini berasal dari rantai selulosa dengan mengganti gugus-gugus
CH2-OH dengan atom H; tetapi derajat polimerisasinya jauh lebih rendah.
Beberapa xilan mengandung arabinosa, glukosa, galaktosa, dan glukuronat
(Schlegel & Schmidt, 1994).
Hidrolisis xilan melibatkan kompleks enzim yang disebut xilanase dan
menghasilkan monomer gula sederhana berupa xilooligosakarida, xilobiosa, dan
pelapisan tablet dan pemanis buatan rendah kalori (Kulkarni et al., 1999).
Xilanase dapat juga digunakan dalam proses pembuatan bubur kertas (pulping)
dan pemutihan bubur kertas (bleaching) pada industri bubur kertas (Horikoshi,
1996). Penerapan xilanase juga dilakukan pada industri ternak untuk mengubah
bahan hemiselulosa menjadi pakan yang dapat diberikan pada hewan
nonruminansia (Rahmanta, 2003).
Xilanase dibentuk oleh beberapa bakteri (Clostridium) secara konstitutif,
sedangkan bakteri lain sesudah terjadi induksi oleh xilan. Faktor lingkungan
mempengaruhi organisme yang bekerja. Di dalam tanah asam, fungi lebih
dominan dalam menguraikan xilan, sedangkan pada tanah netral sampai alkali
yang mendominasi adalah bakteri berbentuk batang, Sporocytophaga dan bakteri
lainnya (Schlegel & Schmidt, 1994).
2.5. Mikrob Selulolitik
Unsur yang paling banyak terdapat pada tanaman adalah selulosa. Jumlah
selulosa didalam tanaman tidak pernah tetap, tergantung dari jenis dan umur
tanaman. Jumlah selulosa didalam tanaman akan meningkat seiring dengan
bertambahnya umur tanaman tersebut (Alexander, 1977). Menurut Schlegel dan
Schmidt (1994), produksi selulosa melampaui semua zat- zat alamiah lainnya.
Zat-zat yang menetap di dalam tanah dan sisa-sisa tumbuhan dikembalikan ke dalam
tanah, 40-70 % terdiri dari selulosa. Selulosa merupakan komponen dasar dinding
sel tumbuhan sebagai penyusun struktur utama sel dan selalu berikatan dengan
Pada umumya zat ini selalu terdapat dalam sel tumbuh-tumbuhan, zat ini
merupakan susunan kristalin yang hidrofil, tidak larut dalam air, zat pelarut
organik, dan tidak dapat larut dalam zat asam atau basa encer. Selulosa ini
merupakan senyawa karbohidrat dengan rumus molekul (C6H10O5)n. Selulosa
adalah polimer karbohidrat yang tersusun atas 8000-12000 unit glukosa dan
dihubungkan oleh ikatan ß-1,4-glikosida (Alexander, 1997).
Mikrob selulolitik dominan hidup pada daerah pertanian, hutan dan
tanaman yang telah membusuk. Mikrob pengurai selulosa ini terdiri dari
kelompok mikrob aerob, bakteri mesofilik anaerob, fungi berfilamen,
Basidiomycetes, bakteri termofilik dan Actinomycetes. Fungi yang sangat berperan
penting dalam penguraian selulosa antara lain Aspergillus, Chaetomium,
Curvularia, Fusarium, Memnoneilla, Phoma, Thielvia, dan Trichoderma. Mikrob
tersebut sangat berperan nyata pada tanah-tanah humid. Sedangkan bakteri dari
kelompok Cytophaga dan Sporocytophaga lebih dominan pada daerah semiarid
(Alexander, 1977). Menurut Schlegel dan Schmidt (1994), pada kondisi aerob
fungi mempunyai peran yang nyata pada penguraian selulosa. Fungi membuktikan
lebih unggul daripada bakteri, terutama pada tanah masam misalnya jenis-jenis
dari Fusarium dan Chaetomium.
Kemampuan tumbuh pada selulosa sebagai substrat, rupanya juga banyak
tersebar diantara bakteri-bakteri aerob, yang hampir dapat disebut “omnivor”.
Beberapa diantaranya hanya memakai selulosa kalau tidak ada sumber karbon
lainnya (Schlegel & Schmidt, 1994).
Pada kondisi anaerob, selulosa diuraikan oleh Clostridium yang bersifat
larutan biak sintesis sederhana dengan selulosa atau selubiosa sebagai substrat dan
garam-garam amonium sebagai sumber nitrogen (Schlegel & Schmidt, 1994).
2.6. Bakteri Pereduksi Sulfat
Mikrob anaerobik dapat didefinisikan sebagai mikrob yang tidak
memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya dan menggunakan senyawa organik
sebagai reduktan. Penerima elektron yang biasa digunakan secara anerobik adalah
senyawa organik yang diambil dari substrat asli dalam kondisi oksidasi CO2 atau
sulfat (Labeda, 1990).
Bakteri anaerobik menyukai tumbuh di lingkungan potensial redoks
sebesar -50 mV atau kurang. Hal ini berlaku juga untuk bakteri metanogenik yang
membutuhkan potensial redoks -330 mV untuk memulai pertumbuhan. Bakteri
pereduksi sulfat dapat tumbuh di lingkungan yang potensia l redoks -100 mV
(Herbert & Gilbert, 1984).
Berdasarkan morfologi dan metabolismenya, bakteri pereduksi sulfat
dibagi menjadi 8 genus, yaitu Desulvofibrio, Desulfotomaculum, Desulfomonas,
Desulfobacter, Desulfolobus, Desulfococcus, Desulfonema, dan Desulfosarcina
(Freney & Boonjawat, 1983). Bakteri dari genus Desulfolobus mempunyai bentuk
bulat atau batang berukuran panjang 1,5 - 2,5 dan lebar 0,6 - 1,3µm. Genus ini ada
yang bergerak dengan flagela polar tunggal dan ada juga yang tidak bergerak.
Desulfolobus sp. bersifat sangat anaerobik dan mereduksi sulfat, sulfit atau
thiosulfat menjadi H2S (Holt et al., 1994).
Bakteri genus Desulfomicrobium berbentuk bulat atau batang berukuran
0,6 x 1,3 µm dan bergerak dengan alat yang sama dengan Desulfolobus sp. bakteri
menjadi H2S (Holt et al., 1994). Genus Desulfomonas, selnya berbentuk bulat
kadang tidak beraturan dengan ukuran panjang 1,2 - 5 µm dan lebar 0,8 – 1,3 µm.
Desulfomonas sp. tidak bergerak, bersifat anaerobik dan mereduksi sulfat menjadi
H2S (Holt et al., 1994).
Morfologi Desulfovibrio sp. dipengaruhi umur dan kondisi lingkungan.
Desulfovibrio sp. mempunyai batang melengkung, tidak membentuk endospora
dan bergerak dengan bantuan flagelum polar. Bakteri ini termasuk bakteri
Gram-negatif, bersifat khemoautotrof dan memperoleh energi melalui respirasi
anaerobik dengan cara mereduksi sulfat atau senyawa bersulfur lainnya yang
dapat direduksi menjadi H2S. Bakteri ini merupakan bakteri anaerob sejati
(Pelczar dan Chan, 1988). Genus Desulfovibrio dibagi menjadi 9 spesies. Spesies
utama adalah D. desulfuricans dan spesies lain digolongkan terpisah karena sifat
kehomogenan dan kestabilan yang berbeda (Postgate, 1984).
Desulfotomaculum berbentuk batang. Stres atau kultivasi pada suhu
rendah menyebabkan filamen mikrob mengerut. Berbeda dengan bakteri
pereduksi sulfat lain, genus ini membentuk spora. Masa sporulasi tidak dapat
diperkirakan, kadang tidak membentuk spora tetapi kadang dapat membentuk
spora lebih dari 90%. Spora ini kadang tidak teramati di bawah mikroskop tapi
dapat dideteksi dengan ketahanan panasnya. Spora D. nigrifican dapat bertahan
hidup pada suhu didih air selama 30 menit (Postgate, 1984).
Desulfobacter hanya diwakili oleh satu spesies yaitu D. postgatei. Spesies
ini berbentuk batang pendek dengan ukuran bervarisi tergantung jenis strainnya.
Desulfococcus dan Desulfosarcina juga hanya mempunyai satu spesies yaitu
yaitu D. limicola dan D. magnum membentuk filamen panjang yang dapat
bergerak meluncur dan menggulung(Postgate, 1984).
Beberapa genus bakteri pereduksi sulfat dapat tumbuh secara autotrofik
seperti Desulfosarcina (Fry, 1987). Berdasarkan cara pengolahan asam-asam
organik bakteri pereduksi sulfat dibedakan menjadi dua kelompok.
Anggota-anggota kelompok pertama mengoksida donor hidrogen tidak sempurna dan
mengeksresi asetat. Termasuk kelompok ini adalah jenis spesies pembentuk spora
Desulfotomaculum dan spesies yang tidak membentuk spora yaitu Desulfovibrio.
Kelompok kedua mencakup spesies-spesies dan jenis-jenis yang mampu tumbuh
dengan menggunakan alkohol, asetat atau asam-asam lemak berbobot molekul
tinggi dan bahkan secara kemo-autotrof mampu menggunakan hidrogen atau
format. Termasuk dalam kelompok ini adalah Desulfonema, Desulfomaculum,
Desulfosarcina dan Desulfococcus (Schlegel & Schmidt, 1994).
Bakteri pereduksi sulfat dapat ditemukan hampir di semua lingkungan di
bumi: tanah (Postgate, 1984); air tawar, air laut dan air payau, sumber air panas,
daerah geotermal (Postgate, 1984); sumur minyak dan gas, cadangan sulfur,
endapan lumpur, selokan, besi berkarat, rumina kambing dan usus serangga
(Posgate, 1984).
Bakteri pereduksi sulfat mampu beradaptasi dengan perubahan suhu dalam
kisaran -5 sampai 750C, dapat tumbuh pada air dibawah tekanan 1 x 105 kPa, dan
mampu mentolerir nilai pH sampai 9,5 serta mampu beradaptasi pada kondisi
osmotik dengan kisaran yang luas. Selain itu bakteri ini juga dapat mentolerir
Reduksi sulfat dapat terjadi dalam kisaran nilai pH, tekanan, suhu dan
kondisi salinitas yang luas. Senyawa yang dapat digunakan sebagai pemberi
elektron dalam reduksi sulfat sangat terbatas, diantaranya piruvat, laktat dan
molekul hidrogen. Reduksi sulfat dapat dihambat dengan adanya oksigen, nitrat
dan ion ferric. Selain itu bakteri pereduksi sulfat dan bakteri metanogenik
berkompetisi untuk mendapatkan pemberi elektron. Adanya sulfat lebih
menguntungkan bagi bakteri pereduksi sulfat, namun laju reduksi sulfat sering
dibatasi oleh keberadaan senyawa karbon sehingga terjasi zonasi habitat.
Hidrogen sulfida yang dihasilkan oleh bakteri pereduksi sulfat akan berpengaruh
terhadap habitat dan populasinya. Hidrogen sulfida bersifat toksik bagi organisme
aerobik, karena unsur S dari senyawa tersebut sangat reaktif terhadap unsur logam
3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Biologi Tanah serta
Laboratorium Kimia dan Kesuburan Tanah, Departemen Ilmu Tanah dan
Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian; Laboratorium Bakteriologi, Fakultas
Kedokteran Hewan, dan Laboratorium Mikrobiolo gi dan Bioteknologi
Lingkungan, Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH) Kampus Darmaga,
Institut Pertanian Bogor. Waktu Penelitian dimulai pada bulan Maret sampai
Agustus 2005.
3.2. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sludge industri kertas
(lumpur padat) dan sampel tanah dari bekas tambang batubara Bukit Asam. Bahan
kimia yang digunakan adalah KH2PO4, NH4Cl, Na2SO4, NaMoO4.2H2O, NH4Cl,
NaHCO3, sodium sitrat, NaCl, MnCl.4H2O, CaCl2.2H2O, MgSO4.7H2O,
FeSO4.7H2O, (NH4)2SO4, KCl, (CaNO3)24H2O, fe sitrat, fenol red, tripton, sodium
laktat (60 %), ekstrak khamir, asam askorbat.
Alat yang digunakan meliputi oven, inkubator, pH meter, anaerob jar,
laminar flow, neraca analitik, sudip, pembakar bunsen, botol semprot, pipet dan
perala tan gelas seperti gelas arloji, gelas piala, gelas ukur, tabung reaksi dan
3.3. Metode
Penelitian ini terdiri dari tiga tahap yaitu 1) persiapan penelitian, 2) isolasi dan
penghitungan populasi mikrob dan 3) pengukuran pH, Eh serta kandungan
logam-logam berat.
3.3.1 Persiapan Penelitian
Tahap ini dilakukan dengan mempersiapkan bahan yang terdiri dari sludge
bubur kertas dan tanah bekas tambang batubara, untuk tanah bekas tambang
batubara dilakukan sterilisasi dengan cara fumigasi. Setelah tanah diinkubasi
selama 10-14 hari, tanah tersebut dicampur dengan sludge dengan perbandingan
75 : 25 (% v/v) (Widyati et al., 2005) dan selanjutnya diinkubasi. Untuk menjaga
kondisi campuran tanah dengan sludge tetap reduktif, maka dilakukan
penggenangan hingga berbentuk lumpur. Perlakuan ini menggunakan kontrol
tanah bekas tambang batubara steril yang digenangi.
3.3.2. Isolasi dan Penghitungan Populasi Mikrob
Mikrob diisolasi dari campuran tanah bekas tambang batubara yang sudah
disterilkan dan sludge bubur kertas yang kemudian digenangi oleh air hingga
berbentuk lumpur. Media yang digunakan untuk kegiatan isolasi ini adalah
nutrient agar (total bakteri), potato dextrose agar (fungi), carboxy methyl
celullose (mikrob selulolitik), medium Nakamura (mikrob xilan), dan Phosgate
padat yang dimodifikasi (bakteri pereduksi sulfat). Metode yang digunakan dalam
Isolasi total mikrob dan mikrob fungsional (mikrob selulolitik, mikrob
pendegradasi xilan dan bakteri pereduksi sulfat) dilakukan selama 15 hari dengan
selang waktu isolasi setiap 5 hari.
Pengenceran yang digunakan untuk isolasi total mikrob, fungi, bakteri xilan
dan mikrob selulolitik yaitu 10-4 - 10-6 sedangkan pengenceran yang digunakan
untuk isolasi bakteri pereduksi sulfat yaitu 10-2 – 10-4 dengan masing- masing
pengenceran sebanyak 3 kali ulangan. Jumlah populasi mikrob didapatkan dengan
cara mengalikan faktor pengenceran dengan jumlah koloni mikrob yang dihitung.
Selanjutnya, hasil tersebut dikonversi ke dalam jumlah mikrob dalam 1 gram
berat kering mutlak sampel. Grafik dinamika pertumbuhan mikrob didapatkan
dari hasil perhitungan populasi mikrob.
3.3.3. Analisis Beberapa Sifat Kimia
Analisis logam- logam berat ( Pb, Hg, Cd, Cr6+) dilakukan pada awal inkubasi,
sedangkan pengukuran pH dan Eh dilakukan setiap 5 hari selama 15 hari inkubasi.
Analisa sifat-sifat kimia ini dilakukan pada tanah bekas tambang batubara maupun
campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas.
Gambaran tahap penelitian secara umum dapat dilihat pada Gambar 1 dibawah
Lahan bekas tambang batubara
Sterilisasi tanah bekas tambang batubara dengan cara fumigasi selama ± 14 hari
Tanah bekas tambang batubara dicampur dengan sludge bubur kertas (75 : 25/ v/v)
Inkubasi selama 15 hari dan dilakukan penggenangan hingga berbentuk lumpur
Isolasi mikrob (total bakteri, fungi, mikrob xilan, mikrob selulolitik dan bakteri pereduksi sulfat) setiap 5 hari sekali Pengukuran pH, Eh dan
logam- logam berat
Dinamika populasi mikob selama proses bioremediasi
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Isolasi Mikrob Dari Campuran Sludge dan Tanah Bekas Tambang
Batubara
Pertumbuhan mikrob bisa diartikan perbesaran maupun perbanyakan sel.
Dikatakan perbesaran apabila terjadi perbesaran volume sel, sedangkan
perbanyakan terjadi pada saat sel membelah diri. Pertumbuhan dapat didefinisikan
sebagai penambahan semua komponen kimiawi secara beraturan (Stanier et al.,
1984). Waktu yang diperlukan suatu organisme untuk membelah menjadi dua
disebut waktu generasi. Waktu generasi selama pertumbuhan aktif bervariasi
sesuai dengan jenis mikrob. Fase pertumbuhan bakteri dapat dibagi menjadi empat
fase, yaitu fase tenggang (lag), fase logaritma (log), fase stasioner dan fase
kematian (Volk & Wheeler, 1988). Pertumbuhan bakteri secara normal terbatas
baik oleh kekurangan zat gizi yang tersedia ataupun karena adanya akumulasi
hasil metabolisme beracun (Stanier et al., 1984).
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan menggunakan
metode agar tuang. Asumsi yang digunakan pada metode ini adalah bahwa tiap
mikrob yang hidup pada suspensi tanah berkembang membentuk suatu koloni jika
keadaan lingkungan memungkinkan. Hitunga n total yang diperoleh meliputi
spesies yang berkembang pada media yang dipakai pada kondisi lingkungan
tertentu.
Pada Gambar dibawah dapat dilihat bentuk koloni mikrob yang diperoleh
Gambar 2 Isolat Bakteri Pereduksi Sulfat
Gambar 3 Isolat Mikrob Selulolitik
Gambar 4 Isolat Mikrob Pendegradasi Xilan
Gambar 2 menampilkan isolat bakteri pereduksi sulfat. Bakteri anaerob ini
mempunyai ciri-ciri koloni berbentuk bundaran berwarna hitam. Gambar 3
merupakan isolat mikrob selulolitik, mikrob ini memiliki zona terang di sekitar
selulosa. Sedangkan mikrob pendegradasi xilan (Gambar 4) menunjukan tepi
koloni yang bergerigi dan adanya zona bening di sekitar koloni tersebut.
4.2. Dinamika Populasi Mikrob
4.2.1 Total Bakteri
Gambar 5 menunjukan populasi total bakteri pada campuran sludge dan
tanah bekas tambang batubara. Jumlah total bakteri semakin berkurang seiring
dengan bertambahnya waktu inkubasi.
Gambar 5 Dinamika Populasi Total Bakteri Selama Waktu Inkubasi
Faktor yang sangat mempengaruhi jumlah bakteri tersebut yaitu
kandungan oksigen yang semakin berkurang didalam sampel sehingga
pertumbuhan bakteri aerob akan menjadi terhambat dan akan mati. Populasi
bakteri mempunyai nilai yang tertinggi diantara mikrob lainnya. Hal ini
sludge. Nilai pH campuran sludge bubur kertas dengan tanah bekas tambang
batubara tergolong netral-alkalin sehingga pada kisaran pH tersebut merupakan
kondisi lingkungan yang optimum untuk pertumbuhan bakteri (Situmorang &
Sudadi, 2001).
Analisis sludge bubur kertas yang dilakukan oleh Maulana (2005),
menunjukkan bahwa sludge mengandung komponen yang diperlukan untuk
pemupukan. Disamping mengandung unsur N, P dan C organik, sludge juga
mengandung unsur-unsur Ca, Mg, K, Na, Cu, Mn, Zn, dan Fe. Sludge bubur
kertas memiliki pH 8,87, KTK dan kandungan C-Organik tinggi (28,28 me/100g
dan 4,38%), N-total tergolong sedang, tetapi ketersediaan P rendah, kelarutan
sulfat berada pada kategori sedang, dan ketersediaan basa-basa yang tinggi (Tabel
lampiran 2).
4.2.2 Total Fungi
Pola yang sama juga ditunjukkan oleh pertumb uhan fungi, yaitu terjadinya
penurunan populasi fungi seiring dengan bertambahnya waktu inkubasi (Gambar
6). Disamping dengan semakin berkurangnya jumlah oksigen didalam sampel,
faktor pH juga sangat mempengaruhi pertumbuhan mikrob tersebut. Sampel yang
digunakan dalam isolasi ini mempunyai nilai pH yang tergolong netral (Gambar
10) sedangkan fungi dominan pada lingkungan dengan kondisi relatif masam (=
5). Aerasi yang buruk akibat penggenangan akan sangat menekan pertumbuhan
fungi dibandingkan pertumbuhan bakteri. Penelitian di Jepang juga menyebutkan
bahwa bakteri dominan dalam tanah yang tergenang, sedangkan fungi lebih
0
Gambar 6 Dinamika Populasi Total Fungi Selama Waktu Inkubasi
4.2.3 Mikrob Selulolitik
Selulosa merupakan unsur pokok karbon yang terbanyak dari tanaman dan
ketersediaannya yang melimpah di alam. Unsur-unsur yang terdapat pada selulosa
yaitu terdiri dari C, H dan O dengan rumus molekul (C6H10O5)n.
Gambar 7 Dinamika Populasi Mikrob Selulolitik Selama Waktu Inkubasi
Pada Gambar 7 terlihat selama waktu inkubasi jumlah mikrob pengurai
selulosa ini dikarenakan kondisi lingkungan yang reduktif. Kandungan oksigen
pada kondisi reduktif semakin lama semakin rendah sedangkan didalam sludge
terjadi persaingan kebutuhan oksigen antara mikrob sehingga populasi mikrob
pengurai selulosa semakin berkurang. Beberapa jenis fungi yang sangat berperan
penting dalam penguraian selulosa yaitu dari jenis Aspergilus, Chaetomium,
Curvularia, Fusarium, Memnoniella, Phoma, Thielavia, Trichoderma, sedangkan
kelompok bakteri yang dominan dalam penguraian selulosa yaitu Cytophaga dan
Sporocytophaga (Alexander, 1977).
Mikrob selulolitik berfungsi untuk menguraikan selulosa menjadi senyawa
yang lebih sederhana sehingga meningkatkan ketersediaan unsur hara dalam
tanah dan dapat tersedia bagi tanaman. Selulosa merupakan unsur yang relatif
lebih sulit untuk diuraikan dibandingkan xilan karena gugus polimernya yang
panjang dibandingkan xilan.
Sludge bubur kertas mempunyai kandungan C-organik yang tinggi
(4,38%) (Maulana, 2005). Mikrob pendegradasi selulosa dapat memanfaatkan
C-organik yang melimpah tersebut sebagai sumber karbon dalam metabolismenya
dan mendukung pertumbuhan mikro tersebut.
4.2.4 Mikrob Pendegradasi Xilan
Pada Gambar 8 dapat dilihat bahwa jumlah mikrob pendegradasi xilan
lebih sedikit dibandingkan dengan populasi mikrob selulolitik (Gambar 7). Hal ini
dikarenakan xilan yang merupakan bagian dari hemiselulosa jumlahnya lebih
sedikit daripada selulosa dan senyawa xilan lebih cepat diuraikan oleh sejumlah
yang bersambungan secara 1,4 glikosidik. Rantai ini berasal dari rantai selulosa
dengan mengganti gugus-gugus CH2-OH dengan atom H; tetapi derajat
polimerisasinya jauh lebih rendah. Beberapa xilan mengandung arabinosa,
glukosa, galaktosa, dan glukuronat (Schlegel dan Schmidt, 1994).
0
Gambar 8 Populasi Mikrob Pendegradasi Xilan Selama Waktu Inkubasi
4.2.5 Bakteri Pereduksi Sulfat
Selama 15 hari inkubasi, dapat memberikan gambaran bahwa populasi
bakteri pereduksi sulfat semakin tinggi jumlahnya seiring dengan semakin
bertambahnya waktu ink ubasi, seperti yang terlihat pada Gambar 9. Dengan
semakin bertambahnya populasi bakteri pereduksi sulfat ini, maka sulfat yang
terdapat dalam tanah bekas tambang batubara akan semakin berkurang.
Faktor lingkungan yang mendukung pertumbuhan bakteri ini yaitu
ketersediaan oksigen yang semakin berkurang karena suasana reduksi. Pada
sulfat yang cukup tinggi sehingga dapat dimanfaatkan oleh bakteri pereduksi
sulfat sebagai sumber energi bagi bakteri ini untuk dapat hidup dan berkembang.
Reduksi sulfat dapat dihambat dengan adanya oksigen, nitrat dan ion
ferric. Mekanisme kimia reduksi sulfat memerlukan aktivitas mikrob untuk
menguraikan bahan organik. Mikrob ini dapat ditemukan hampir di semua
lingkungan bumi, seperti sedimen laut, sedimen danau, tanah yang tergenang dan
lumpur (Zinder & Brock, 1978).
-10
Gambar 9 Populasi Bakteri Pereduksi Sulfat Selama Waktu Inkubasi
4.3. Analisis pH, Eh dan Kandungan Logam Berat Dalam Campuran Tanah
Bekas Tambang Batubara Dengan Sludge Yang Digenangi
4.3.1 Nilai pH dan Eh
Pada Gambar 9 dapat dilihat terjadinya perubahan nilai pH pada campuran
tanah bekas tambang batubara dengan sludge dibandingkan dengan tanah bekas
Penggenangan yang dilakukan pada sampel akan meningkatkan pH tanah masam
dan menurunkan pH tanah alkali, sehingga pH tanah masam dan alkali akan
bertemu pada pH antara 6 dan 7 setelah penggenangan (De Datta, 1981).
Perubahan pH yang terjadi ini dapat diakibatkan oleh beberapa faktor,
seperti perubahan besi ferri menjadi ferro dan sulfat menjadi sulfida. Reaksi kimia
yang dilakukan oleh bakteri pereduksi sulfat selama waktu inkubasi dalam
keadaan tergenang yaitu : 2CH3CHOHCOOH + SO42- ? 2CH3COOH + 2H2O +
2CO2 + S2-. Pada reaksi kimia tersebut dapat dilihat bahwa terjadi reaksi reduksi
sulfat menjadi sulfida sehingga pH sampel akan meningkat (Gambar 10).
Penurunan kadar sulfat ini telah dibuktikan pada penelitian sebelumnya yaitu dari
381,19 ppm ke 288,54 ppm.
Sejalan dengan semakin bertambahnya waktu inkubasi pada campuran
tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas yang digenangi selama
15 hari, nilai Eh semakin menurun (Gambar 11). Penurunan nilai Eh ini didukung
juga oleh kandungan bahan organik dalam sludge yang cukup tinggi yaitu sebesar
28,28 me/100g (Maulana, 2005).
Apabila mikrob aerobik telah menggunakan oksigen selama masa
penggenangan, maka bakteri anaerob akan menjadi dominan. Respirasi mikrob
secara anaerobik akan melibatkan serangkaian reaksi reduksi-oksidasi. Dalam
reaksi tersebut bahan organik berfungsi sebagai pemberi elektron dan senyawa
anorganik sebagai penerima elektron atau senyawa anorganik tereduksi. Makin
tinggi tingkat reduksi, maka akan semakin padat elektron di larutan tanah dan
potensi redoks (Eh) menurun. Penurunan potensial redoks lebih cepat di tanah
yang mengandung bahan organik tinggi (Situmorang & Sudadi, 2001).
-50
Potensial redoks secara kualitatif mengukur kecenderungan untuk
mengoksidasi atau mereduksi bahan-bahan yang rentan. Semakin tinggi
kandungan bahan organik, maka akan semakin besar intensitas reduksinya. Salah
satu sumber elektron berasal dari bahan organik.
4.3.2 Kandungan Logam Berat
Kandungan logam berat yang melebihi ambang batas dapat merusak
lingkungan dan membahayakan kesehatan makhluk hidup. Sludge bubur kertas
diduga mengandung logam- logam berat yang dapat mencemari lahan bekas
tambang batubara, sehingga perlu dilakukan analisis logam berat. Logam- logam
yang dijadikan sebagai parameter dalam analisa ini yaitu Cr6+, Cd, Pb, dan Hg.
Pengukuran logam berat tersebut dilakukan pada tanah bekas tambang batubara
dan campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas.
Pengukuran logam berat untuk unsur krom berdasarkan atas ketersediaan unsur
tersebut dalam larutan tanah, sedangkan untuk kadmium, timbal dan raksa diukur
berdasarkan kandungan total dalam sampel. Pengukuran logam berat dilakukan
dalam dua tahap yaitu pada hari ke-0 dan hari ke-15 inkubasi.
Hasil analisa yang dilakukan Laboratorium Balai Besar Industri Agro
(BBIA) disajikan pada Tabel 1. Pada Tabel tersebut dapat dilihat adanya
penurunan konsentrasi logam berat selama 15 hari waktu inkubasi baik pada tanah
bekas tambang batubara maupun campuran tanah bekas tambang batubara dengan
sludge bubur kertas. Konsentrasi logam berat pada campuran tanah bekas tambang
batubara dengan sludge bubur kertas untuk krom mengalami penurunan sebesar
pada hari ke-15 inkubasi tidak terdapat pada campuran sludge kertas dengan tanah
bekas tambang batubara.
Tabel 1 Kadar logam- logam berat dalam campuran sludge bubur kertas dengan
tanah bekas tambang batubara pada hari ke-0 dan 15 inkubasi.
Parameter Satuan
Ambang batas logam berat untuk tanah pertanian menurut Bappenas
(2006), menunjukkan bahwa konsentrasi logam berat yang terdapat didalam
campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas berada
dibawah ambang batas dan tidak bersifat racun sehingga campuran ini tidak
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. KESIMPULAN
Sludge kertas mengandung mikrob- mikrob fungsional seperti bakteri
pereduksi sulfat, mikrob selulolitik, dan mikrob pendegradasi xilan. Populasi
mikrob selulolitik dan mikrob pendegradasi xilan semakin menurun dengan
bertambahnya waktu inkubasi dan sebaliknya dengan populasi bakteri pereduksi
sulfat yang semakin meningkat dengan semakin bertambahnya waktu inkubasi.
Campuran tanah bekas tambang batubara dengan sludge bubur kertas yang
digenangi mengakibatkan naiknya nilai pH dan menurunnya nilai Eh. Sedangkan
kandungan logam berat pada campuran tanah bekas tambang batubara dan sludge
berada di bawah ambang batas sehingga campuran ini tidak dikategorikan sebagai
limbah berbahaya dan beracun (B3).
5.2. SARAN
Perlu dilakukan uji lanjut untuk mengidentifikasi jenis bakteri yang
tumbuh pada sludge bubur kertas dan pengaruh lingkungan terhadap pertumbuhan
DAFTAR PUSTAKA
Alexander, M. 1977. Introduction to Soil Microbiology. 2nd ed. Wiley Eastern Limited. New Delhi.
Anas, I. 1989. Biologi Tanah dalam Praktek. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. Pusat Antar Universitas Bioteknlologi. IPB. Bogor.
Atlas, R.M. dan R. Barha. 1981. Microbial Ecology: Fundamental and Aplications. Addison-Wesley Publishing C. Inc., Philippines.
Bappenas. 2006. Baku Mutu Logam Berat. www.bappenas.go.id.
Clesceri, L., S. Arnold E. and G, Andrew D. Eaton. 1998. Standard Method for the Examination of Water and Watewater 20th edition. American Public Health Association. Washington DC.
De Datta, S.K. 1981. Principles and Practices of Rice Production. International Rice Research Institute. Los Banos, Philippines. 618.P.
Djajakirana, G. 2001. Kerusakan Tanah Sebagai Dampak Pembangunan Pertanian. Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Freney, J. and J. Boonjawat. 1983. Sulfur Transformation In Wetland Soils. In Sulfur In South East Asian and South Pasific Agriculture. Blair G. J. and Ti II A. R. (Ed) Indonesia.UNE.
Fry, J.C. 1987. Functional Roles of Major Groups of Bacteria Associated With Detritus, In: D.J.W. Moriarty dan R.S.V. Pulin (Ed.) Detritus and Microbial Ecology In Aquaculture. ICLARM Conference Proceedings. International Center For Living Aquatic Resources Management, Manila.
Halim, A. 2003. Pemanfaatan Limbah Padat Sludge Industri Kertas Untuk Pembuatan Kompos Sebagai Media Tanam Padi. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Herbert, B.N. and P.D. Gilbert. 1984. Isolation and Growth of Sulfate Reducing Bacteria. In : Microbiologycal Methodes of Environment Biotechnology. Academic Press, Orlando, Florida.
Holt, J.G., N.R. Kriegh., P. H. A. Sneath and J.T. Stanlley. 1994. Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 9th Ed. Williams dan Wilkins, Baltimore.
Kulkarni, N. A. Shendye. and M. Rao. 1999. Molecular and biotechnological aspects of xylanases. FEMS Microbial Rev 23 : 411 - 456.
Labeda, D.P. 1990. Isolation of Biotechnological Organism From Nature. McGraw-Hill. USA.
Lestariningsih, R. 2003. Reduksi Sulfat Menggunakan Bakteri Campuran Anaerob. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Liana, A. 2002. Pengendalian Kualitas Pada Proses Produksi Kertas Medium Di PT Indah Kiat Bubur kertas & Paper Serang Mill. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
L’Hermite, P. 1988. Sewage Sludge Treatment and Use Elsevier Applied Science. New York.
Lindsay, W. L. 1979. Chemical Equilibria In Soils. Jhon Wiley and Sons. New York.
Metcalf dan Eddy. 1991. Waste Water Engineering: Treatment Disposal. Tata Mc.Graw Hill Publishing Company, New Delhi.
Nakamura, S., K. Wakayabashi, R. Nakai, R. Aono, dan K. Horikoshi. 1993. Purification and same properties of alkaline xylanase from alkaliphilic Bacillus sp. Strain 41m1. Appl and Environment Microbial. 59 (7) : 2311 – 2316.
Pelczar, M.J. dan E.C.S. Chan. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi I. Terjemahan.UI
Press. Jakarta.
Postgate, J.R. 1984. The Sulfate Reducing Bacteria. Cambridge University Press, Cambridge.
Rahmanta, A. 2003. Isolasi Bakteri Termofil Penghasil Xilanase dan Karakterisasi Xilanase Isolat RT3 dan TR18. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Rochani, S. dan D. Retno. 1997. Acid Main Drainage: General overview and strategis to control impacts. Indonesian Mining J. 3 (2): 36 – 42.
Schlegel, H.G. dan K. Schmidt. 1994. Mikrobiologi Umum. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.
Simarmata, T., R. Hindersah, M. Kalay, dan Sumadi. 2004. Pemanfaatan Limbah Abu Terbang (Fly Ash) Boiler Berbahan Bakar Gambut dan Kompos Lumpur (Sludge) Eks Ipal Proses Organik Dari Industri Pulp dan Kertas Ditinjau Dari Aspek Tanaman. Makalah. Jakarta.
Situmorang, R. dan U. Sudadi. 2001. Tanah Sawah. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Soepardi, G. 1983. Sifat dan Ciri Tana h. Departemen Ilmu-Ilmu Tanah. IPB. Bogor.
Stanier, R., E. Adelberg. dan J. Ingkraham. 1984. Dunia Mikrob II. Bhratara Karya Aksara. Jakarta.
Supriyanto, A. 1993. Pencegahan dan Penanggulangan Lingkungan Akibat Industri Farmasi. Training Pengendalian Pencemaran Proyek Pengembangan Sumberdaya Energi dan Pengendalian Pencemaran Industri, Bekerjasama Dengan Akademik Kimia Analisis Bogor.
Volk, W. A. dan M. F. Wheeler. 1988. Mikrobiologi Dasar Jilid 1. Terjemahan. 5th Ed. Adisoemarto. Erlanggga. Jakarta.
Widyati, E., C. Kusmana, I. Anas, dan E. Santoso. 2005. Pemanfaatan Sludge Industri Kertas Sebagai Agen Pembenah Tanah Pada Lahan Bekas Tambang Batubara. Dalam proses penerbitan Jurnal Litbang Hutan.
Zinder, S. H and T. D. Brock. 1978. Microbial Transformation of Sulfur In The Environment. In : Sulfur In The Enviromental. Jhon Willey and Sons. New York.
Lampiran 1 Sifat Fisik, Kimia dan Biologi Tanah Bekas Tambang Batubara
Parameter Satuan Nilai
pH H2O 3.12
Lampiran 2 Sifat Kimia Limbah Industri Kertas
Lampiran 3 Media Pertumbuhan Mikrob Selulolitik
Lampiran 4 Media Pertumbuhan Mikrob Pendegradasi Xilan
Media Komposisi ( % b/v )
Lampiran 5 Media Pertumbuhan Bakteri Pereduksi Sulfat
Media Komposisi (/L)
Asam askorbat 0.1 gram
