KAPUK – JAKARTA
ANNA IDA SUNARYO P
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul “Regenerasi Nutrien Akibat Bioturbasi Di Kawasan Reklamasi Mangrove Muara Angke Kapuk – Jakarta” 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 yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Oktober 2011
ANNA IDA SUNARYO P.Nutrient Regeneration As Bioturbation Result in Muara Angke Kapuk Mangrove Reclamation – Jakarta. Under direction of TRI PRARTONO and ALAN F. KOROPITAN
Bioturbation is an activity of digging, crawling, and eating sediment by benthic and able to give the effect of nutrient regeneration with the highest regeneration activity conducted by digging. Those activities presumably as one of water column nutrient sources in mangrove reclaimed of Muara Angke Kapuk which affected by waste and heavy metal from Cengkareng drain. This study aims to investigate the relevance of nutrients regeneration (fluxes) and bioturbation activity that occur in mangrove reclaimed of Muara Angke Kapuk through identifying of benthic bioturbation physical characteristics using resin cast method, measuring the nutrient profile in the pore water of bioturbation and non bioturbation regions, as well as analyzing nutrients fluxes behavior using sensitivity analysis of QUAL2K model. The observations results show the presence of four physical characteristics of the bioturbation burrows: single, U-shaped, Y-U-shaped, and complex; with the dominance of a single character. The existence of bioturbation burrows play an important role in the sediment, particularly the inversely vertical concentration profile and nutrients fluxes on bioturbation and non bioturbation regions. The fluxes in bioturbation region are mainly controlled by porosity as dominant parameter, followed by phytoplankton (chlorophyll a) abundance, nutrients concentration and DO parameters.
ANNA IDA SUNARYO P. Regenerasi Nutrien Akibat Bioturbasi di Kawasan Reklamasi Mangrove Muara Angke Kapuk – Jakarta. Dibimbing oleh TRI PRARTONO dan ALAN F. KOROPITAN.
Bioturbasi merupakan aktifitas biota bentik berupa gerakan menggali, merangkak, dan memakan sedimen, yang mampu mengakibatkan terjadinya perubahan letak dan ciri sedimen, pencampuran partikel sedimen dan perubahan komposisi biota bentik itu sendiri. Hal tersebut mengakibatkan bioturbasi mampu mempengaruhi kondisi nutrien, pada sedimen dan kolom air, melalui pengaruh keberadaan liang terhadap konsentrasi nutrien maupun fluks nutrien dari sedimen menuju kolom air atau sebaliknya. Namun demikian berapa besar kontribusi bioturbasi itu sendiri belum dijelaskan lebih detail, padahal nilai kontribusi bioturbasi ini perlu diperhitungkan dalam mengkaji regenerasi nutrien suatu perairan, khususnya perairan intertidal. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keterkaitan fluks nutrien dan aktifitas biologi di sedimen yang disebabkan oleh proses bioturbasi di ekosistem mangrove melalui identifikasi karakteristik fisik bioturbasi biota bentik yang meliputi bentuk, kedalaman, dan diameter, mengukur profil nutrien yang terdapat di pore water pada daerah bioturbasi dan non bioturbasi di daerah mangrove, memprediksi fluks nutrien pada daerah bioturbasi dan non bioturbasi, dan memprediksi faktor dominan yang mempengaruhi fluks nutrien di daerah bioturbasi.
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari-Mei 2011 di kawasan reklamasi mangrove Muara Angke Kapuk, Jakarta, melalui lima tahap, yaitu studi pendahuluan, desain penelitian, rancangan alat pengambilan sampel pore water, pengambilan dan analisis sampel, dan pengolahan data. Studi pendahuluan dilakukan secara visual untuk mengetahui kondisi lapangan, termasuk kondisi substrat dan liang bioturbasi. Hasil studi pendahuluan ini digunakan untuk menentukan desain penelitian dan rancangan alat pengambilan sampel. Desain penelitian menentukan beberapa hal, seperti jumlah stasiun sampling, aktifitas bioturbasi, jenis nutrien, dan tahapan pengambilan sampel. Hasil desain penelitian adalah penggunaan dua stasiun sampling, yaitu lokasi bioturbasi dan non bioturbasi, pada ruang areal lingkup penelitian yang sama dengan masing-masing stasiun dibagi menjadi tiga titik berurutan dari darat hingga mendekati laut. Kemudian jenis aktifitas bioturbasi yang akan diamati adalah aktifitas meliang dengan pelaku aktifitas diasumsikan secara global (tidak dibedakan liang berdasarkan spesies biota) dan nutrien yang akan diukur meliputi amonium, nitrat, nitrit, dan fosfat dengan urutan pengambilan sampel adalah sampel pore water, sampel cetakan liang bioturbasi, dan sampel sedimen.
Pengambilan sampel pore water dilakukan menggunakan alat yang dirancang berdasarkan studi pendahuluan dan merupakan modifikasi dari prinsip
yang meliputi pengukuran SD (surface diameter yaitu lebar lubang permukaan liang bioturbasi), AW (arm width yaitu diameter shaft dalam), DO (distance opening yaitu jarak antara lubang permukaan satu dengan yang lain), UD ( U-depth yaitu kedalaman yang diukur dari lubang permukaan hingga batas percabangan liang yang terbentuk di dalam sedimen), CS (central shaft yaitu kedalaman liang yang diukur dari batas percabangan hingga ujung bawah liang), dan TD (total depthyaitu kedalaman liang secara keseluruhan). Sampel terakhir yang diambil adalah sampel sedimen. Sampel sedimen ini diperoleh dengan 2 metode, yaitu metode sedimen terganggu untuk analisis jenis dan ukuran butir, dan metode sedimen tidak terganggu untuk analisis porositas dan permeabilitas sedimen.
Tahapan terakhir dalam metode penelitian adalah analisis data. Data-data yang sudah diperoleh dianalisis secara berbeda. Data ukuran morfologi fisik liang bioturbasi dianalisis secara deskriptif, sedangkan data nutrien digunakan dalam pembuatan profil vertikal nutrien yang terdapat pada pore water lokasi bioturbasi dan non bioturbasi. Kedua profil yang diperoleh dibandingkan dan dianalisis secara deskriptif. Data nutrien juga digunakan dalam prediksi fluks nutrien dan identifikasi faktor dominan yang mempengaruhi fluks yang terjadi pada lokasi bioturbasi, bersama dengan penggunaan data sedimen.
Cetakan liang bioturbasi yang diperoleh berjumlah 19 buah cetakan dan menunjukkan adanya 4 tipe liang, yaitu tunggal (menyerupai huruf I), bentuk U, bentuk Y, dan kompleks. Pada 19 cetakan, dominasi karakter fisik liang adalah bentuk tunggal, sehingga tidak semua liang memiliki unsur DO, UD, dan CS. Dominasi karakter tersebut disebabkan karena penggunaan liang yang diduga untuk berlindung dan memenuhi kebutuhan mencari makan organisme secara individu maupun berkelompok.
Keberadaan liang-liang tersebut ternyata dapat mempengaruhi konsentrasi nutrien yang terdapat pada pore water. Hal tersebut terlihat dari profil vertikal konsentrasi nutrien yang berbanding terbalik antara lokasi bioturbasi dan non bioturbasi. Pore water lokasi bioturbasi memiliki kandungan DO yang lebih tinggi akibat adanya interaksi antara permukaan sedimen dan bagian dalam sedimen dibandingkan lokasi non bioturbasi. Hal tersebut mengakibatkan adanya domnasi reaksi aerob (reaksi nitrifikasi) pada lokasi bioturbasi, sehingga merubah NH4 menjadi NO2 kemudian NO3 sebagai hasil akhir. Reaksi nitrifikasi tersebut mengakibatkan penurunan NH4 dan peningkatan NO3 seiring dengan bertambahnya kedalaman. Berkebalikan dengan reaksi tersebut, pada lokasi non bioturbasi yang cenderung anaerob. Pore water mengalami reaksi denitrifikasi yang merubah NO3menjadi NO2dan kemudian NH4sebagai hasil akhir sehingga NO3 justru menurun dan NH4 meningkat. Meski demikian, pada kedua lokasi tidak selalu terjadi reaksi yang berkebalikan. Pada PO4, peningkatan konsentrasinya pada lokasi non bioturbasi lebih disebabkan karena adanya reduksi Fe3+ menjadi Fe 2+ yang memiliki daya ikat lebih rendah, sehingga PO4 yang semula terikat pada partikel sedimen terlepas dan menjadi ion bebas pada
bioturbasi, fluks yang dihasilkan lebih besar dengan arah masing-masing nutrien yang berlawanan. NH4 pada lokasi bioturbasi menurun, mengakibatkan adanya aliran fluks dari dalam sedimen keluar menuju kolom air (efflux), NO3 mengalami aliran masuk ke dalam sedimen (influx), dan PO4 mengalami perubahan dari influx menjadi efflux pada kedalaman dimana PO4 mengalami perubahan konsentrasi. NH4 pada lokasi non bioturbasi justru mengalami influx, NO3 mengalami efflux, dan PO4 mengalami influx. Hal tersebut mengindikasikan bahwa bioturbasi yang terjadi tidak hanya mampu merubah konsentrasi nutrien saja, namun juga mampu mempengaruhi fluks nutrien yang mengakibatkan terjadinya perubahan ketersediaan nutrien, baik di permukaan maupun dalam sedimen.
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulisan ini tanpa mencantumkan atau menyebut 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
KAPUK – JAKARTA
ANNA IDA SUNARYO P
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Penelitian : Regenerasi Nutrien Akibat Bioturbasi di Kawasan Reklamasi Mangrove Muara Angke Kapuk – Jakarta
Nama : Anna Ida Sunaryo P
NRP : C551090011
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Tri Prartono, M.Sc Ketua
Dr. Alan F. Koropitan, M.Si Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Ilmu Kelautan
Dr. Ir. Neviaty P. Zamani, M.Sc.
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah M.Sc. Agr.
Kawasan reklamasi mangrove di Muara Angke Kapuk merupakan salah satu kawasan reklamasi yang dikelola BKSDA Muara Angke untuk menjaga kestabilan ekosistem khususnya di Teluk Jakarta. Kawasan reklamasi yang terletak di sebelah barat muara saluran Cengkareng ini tidak lepas dari pengaruh limbah sampah dan logam berat yang mencemari saluran Cengkareng. Hal ini terlihat dari tumpukan sampah yang bahkan menutupi permukaan sedimen mangrove. Meski demikian, pada kawasan reklamasi ini masih dapat kita temukan berbagai jenis biota bentik dan satwa burung yang menandakan bahwa kawasan ini masih mampu mensuplai nutrien yang cukup untuk ekosistemnya. Kondisi kawasan mangrove yang cukup tertutup karena adanya batu-batu besar di sekeliling mangrove mengakibatkan adanya dugaan minimnya masukkan nutrien dari luar kawasan dan tingginya sirkulasi nutrien secara internal melalui proses regenerasi terutama akibat akitifitas organisme bentik (bioturbasi).
Fokus utama dari penulisan tesis ini adalah mengkaji bagaimana bentuk bioturbasi (khususnya meliang) dan bagaimana pengaruhnya terhadap konsentrasi dan fluks nutrien yang dihasilkan, serta memprediksi faktor dominan yang mempengaruhi regenerasi nutrien akibat bioturbasi tersebut.
Pada hasil penulisan tesis ini diharapkan pembaca dapat lebih memahami peran penting organisme bentik pada ekosistem, serta kaitannya dengan fungsi mangrove terhadap efek rumah kaca. Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penulisan tesis ini masih jauh dari sempurna dan mungkin tidak dapat memuaskan semua pihak. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun.
Bogor, Oktober 2011 Ttd
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak yang telah mendukung terselesaikannya tesis ini.
1. Dr. Tri Prartono, M.Sc.selaku ketua komisi pembimbing yang berperan aktif membimbing penulis dalam rangka penyelesaian tugas akhir sekaligus memberikan wawasan dan pendidikan tentang oseanografi kimia yang sangat membantu dalam proses pembelajaran.
2. Dr. Alan F. Koropitan, M.Si. Selaku anggota komisi pembimbing dan yang banyak memberikan masukan, kritikan, dan arahan dalam upaya penyelesaian penulisan tesis ini.
3. Dr. Ir. Neviaty P. Zamani, M.Sc. selaku Ketua Program Studi Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor yang banyak motivasi dalam penyelesaian penelitian dan penulisan tesis.
4. Prof. Dr. Ir. Harpasis S. Sanusi, M.Sc. selaku penguji luar komisi pada ujian tahap akhir penyelesaian studi yang banyak memberikan saran dalam penyempurnaan hasil penelitian.
5. BKSDA Muara Angke atas ijin, kerjasama dan arahan yang baik dalam proses pelaksanaan penelitian.
6. Kedua Orang Tua (Ayahanda Sunaryo P dan Ibunda Farida Hanim) dan seluruh keluarga (Mas Eka, Mbak Kristin, Mas Rozak, Mbak Nita, dan si kecil Rasya) yang tidak berhenti memberikan doa restu, dukungan dan motivasi kepada penulis untuk terus belajar dan berusaha.
7. Yulianto Suteja atas bantuan, dukungan, semangat dan motivasi dalam penyelesaian studi.
Penulis dilahirkan pada tanggal 12 Maret 1983 di Waingapu – NTT sebagai anak bungsu dari tiga bersaudara pasangan Sunaryo Purwiyanto dan Farida Hanim Pendidikan sekolah dasar diselesaikan di SD PL Santo Yusup Semarang tahun 1994. Selanjutnya penulis melanjutkan sekolah ke SMP PL Domenico Savio Semarang dan lulus tahun 1997. Pendidikan sekolah menengah atas diselesaikan tahun 2000 di SMAN 3 Semarang. Penulis kemudian masuk perguruan tinggi melalui program SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru) pada tahun 2000 di Program Studi Ilmu Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Diponegoro dan selesaikan studinya tahun 2005 dengan lama studi 4 tahun 6 bulan. Pada Tahun 2006 penulis diangkat sebagai staf pengajar di Program Studi Ilmu Kelautan, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sriwijaya. Penulis diberi kesempatan melanjutkan studi magister di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor (IPB) di Program Studi Ilmu Kelautan pada tahun 2009.
Halaman DAFTAR TABEL ... xxv DAFTAR GAMBAR... xxvii DAFTAR LAMPIRAN ... xxix
1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Kerangka Pikiran ... 4 1.4 Tujuan dan Manfaat ... 5
2 TINJAUAN PUSTAKA ... 7 2.1 Mangrove ... 7 2.2 Bioturbasi ... 8 2.2.1 Pengertian dan Proses Bioturbasi ... 8 2.2.2 Morfometri Bioturbasi... 9 2.3 Sedimen... 11
2.3.1 Sifat Fisik Sedimen... 11 2.3.2 Sifat Kimiawi Sedimen ... 14 2.4 Fluks Nutrien ... 15 2.4.1 Konsep Fluks Nutrien ... 15 2.4.2 Pemodelan Fluks Nutrien ... 19 2.5 QUAL2K... 21
4.3 Profil Nutrien... 42 4.4 Fluks Nutrien... 50 4.4.1 Fluks Nutrien Pada Lokasi Bioturbasi... 50 4.4.2 Fluks Nutrien Pada Lokasi Non Bioturbasi ... 53 4.5 Analisis Sensitivitas Model QUAL2K... 57
5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 65 5.1 Kesimpulan ... 65 5.2 Saran... 65
1 Komposisi bahan organik pada sedimen mangrove R.mangle dan
A.schaureiana... 8 2 Ukuran butir berdasarkan Udden-Wentworth ... 13 3 Koefisien difusi ion ... 21 4 Alat dan bahan yang digunakan di lapangan... 24 5 Alat dan bahan yang digunakan di laboratorium ... 24 6 Karakteristik fisik cetakan (cast) liang bioturbasi ... 34 7 Indeks sensitivitas model QUAL2K terhadap fluks NH4+pada lokasi
bioturbasi akibat penambahan parameter ... 58 8 Indeks sensitivitas model QUAL2K terhadap fluks NH4+pada lokasi
1 Sketsa morfologi liang bioturbasi polychaeta yang menyerupai huruf J... 10 2 Morfologi liang bioturbasi yang dibuat oleh bivalvia... 10 3 Morfologi liang bioturbasi yang dibuat oleh kepiting (Uca pugnax) ... 11 4 Komponen penyusun sedimen... 12 5 Proses redoks bahan organik yang terjadi dalam sedimen ... 14 6 Profil nutrien dalam porewater yang menunjukkan perubahan
konsentrasi yang berbeda akibat keberadaan organisme bioturbasi... 18 7 Hubungan positif yang dihasilkan antara fluks nutrien dan kelimpahan
bentik ... 19 8 Lokasi penelitian ... 23 9 Rancangan pore water profiler yang digunakan dalam pengambilan
sampel pore water... 26 10 Pengukuran morfologi fisik liang bioturbasi ... 29 11 Skematik model QUAL2K untuk perhitungan fluks nutrien ... 30 12 Sistem box model QUAL2K yang mewakili kondisi sedimen dan
pore waterpada daerah di antara 2 kedalaman ... 30 13 Posisi connection shaftyang berfungsi sebagai tempat terjadinya
reproduksi dalam liang bioturbasi... 41 14 Profil NH4+, pada pore watersedimen menurut kedalaman sedimen
(cm) pada lokasi bioturbasi dan non bioturbasi ... 43 15 Profil NO2-, NO3-dan PO43-pada pore watersedimen menurut
kedalaman sedimen (cm) pada lokasi bioturbasi dan non bioturbasi ... 44 16 Profil DO (mg/l) pada pore watersedimen menurut kedalaman (cm)
pada lokasi bioturbasi dan non bioturbasi ... 45 17 pH porewater menurut kedalaman sedimen (cm) pada lokasi bioturbasi
dan non bioturbasi ... 48 18 Profil fluks NH4+, NO3-dan PO43-(mmol m-2h-1) pada lokasi bioturbasi ... 51 19 Profil fluks NH4+, NO3-dan PO43-(mmol m-2h-1) pada lokasi non
1 Kondisi Kawasan Reklamasi Mangrove Muara Angke Kapuk ... 75 2 Porewater profiler dan Ring sampler... 76 3 Parameter pada program QUAL2K untuk lokasi bioturbasi (B1-B3) ... 77 4 Parameter pada program QUAL2K untuk lokasi non bioturbasi
(N1-N3) ... 79 5 Konsentrasi nutrien (NH4, NO2, NO3, dan PO4) hasil analisis
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Nutrien merupakan unsur kimia yang dibutuhkan organisme dalam sistem
metabolisme untuk bertahan hidup dan berkembang. Nutrien diperoleh dari
lingkungan habitatnya, sehingga keberadaan nutrien dalam suatu ekosistem
sangatlah penting untuk mendukung produktifitas primer dan sekunder yang
terdapat dalam ekosistem tersebut. Konsentrasi nutrien berbeda-beda pada tiap
perairan tergantung dari kondisi perairan, baik debit air sungai yang dipengaruhi
oleh musim, kondisi fisika perairan (pasang surut, gelombang), konsumsi secara
biologi, dan regenerasi yang terjadi di perairan. Regenerasi secara umum
memiliki pengertian kemampuan untuk mengembalikan atau menggantikan
sesuatu yang telah hilang atau mengalami kerusakan. Regenerasi nutrien sendiri
merupakan lepasnya nutrien yang berupa bahan organik, yang dapat disebabkan
oleh banyak faktor, misalnya dekomposisi detritus, fotosintesis fitoplankton,
ekskresi organisme, bioturbasi, maupun proses fisik seperti upwelling, sehingga
mengakibatkan perubahan konsentrasi nutrien yang cukup signifikan.
Penelitian mengenai budget dan nutrien stoikiometri mampu menunjukkan
bahwa regenerasi nutrien di perairan cukup besar, baik inorganik menjadi bentuk
organik maupun sebaliknya dan berlangsung dengan cepat, mulai hitungan jam,
hari hingga bulan (Neilson dan Cronin, 1981). Zimmerman dan Benner (1994)
melakukan penelitian untuk melihat konsentrasi nutrien perairan dan fluks
regenerasi nutrien akibat proses dekomposisi akibat bentik, yaitu fluks PO4 3-rendah dan secara umum berasal dari sedimen ke kolom air (berkisar antara
0,0-3,5 µM m-2 h-1), N+N (nitrat dan nitrit) cukup tinggi, umumnya berasal dari air ke sedimen pada estuari bagian atas (berkisar antara 3,0-17,2 µM m-2 h-1) dan dari sedimen ke kolom air pada estuari bagian bawah (antara 0,6-12,7 µM m-2 h-1), sedangkan regenerasi NH4+ berasal dari sedimen dengan fluks yang cukup tinggi, yaitu antara 3,1-45,2 µM m-2 h-1.
Regenerasi nutrien terjadi, baik di kolom air maupun di sedimen.
Regenerasi pada kolom air terjadi melalui proses fotosintesa fitoplankton dan
proses-proses fisik seperti upwelling, pasang surut, dan gelombang, sehingga
regenerasi nutrien di kolom perairan terbatas. Hal ini berbeda dengan regenerasi
nutrien yang terjadi di sedimen. Proses-proses dekomposisi dan ekskresi yang
sulit teregenerasi ke kolom air, sehingga dibutuhkan suatu transpor aktif,
misalnya difusi dan bioturbasi. Bioturbasi merupakan aktifitas menggali maupun
merangkak (crawling), dan memakan sedimen, yang dilakukan biota bentik
(Thibodeaux dan Bierman, 2003). Aktifitas-aktifitas tersebut ternyata mampu
mengakibatkan perubahan letak dan ciri sedimen, pencampuran partikel sedimen
dan komposisi biota bentik itu sendiri (Le Hir et al., 2007).
Difusi yang dilakukan oleh porewater, meskipun menjadi salah satu jalan
regenerasi, namun nutrien yang bisa terbawa tidaklah sebanyak regenerasi non
difusi, termasuk bioturbasi. Rasheed et al. (2006) menjelaskan bahwa fluks
nutrien hasil regenerasi secara total (termasuk bioturbasi) ternyata lebih besar
dibandingkan hasil difusi porewater. Namun demikian berapa besar kontribusi
bioturbasi itu sendiri terhadap total fluks yang dihasilkan belum dijelaskan,
padahal nilai fluks regenerasi nutrien akibat bioturbasi ini perlu diperhitungkan
dalam mengkaji kondisi nutrien suatu perairan intertidal, sehingga penelitian ini
sangat penting untuk dilakukan.
1.2. Perumusan Masalah
Ekosistem mangrove di kawasan reklamasi Muara Angke Kapuk
merupakan ekosistem yang terletak di muara saluran Cengkareng. Meski
sebagai kawasan reklamasi, namun ekosistem ini tidak lepas dari berbagai
macam tekanan dari lingkungan luar, terutama pencemaran sampah dan limbah
yang berasal dari pabrik di sekitar Cengkareng. Pencemaran sampah dapat
terlihat dari kondisi fisik saluran Cengkareng maupun daerah di sekitar saluran,
dimana sampah-sampah yang tidak dapat terdegradasi menumpuk di sepanjang
pinggiran saluran. Pencemaran limbah pada saluran Cengkareng ini ditegaskan
oleh Rochyatun dan Rozak (2007) dimana saluran Cengkareng merupakan salah
satu perairan bagian Barat Teluk Jakarta dengan kadar logam berat (Pb, Cd, Cu,
Zn dan Ni) yang cukup tinggi. Pencemaran yang terjadi di saluran Cengkareng
menyebabkan kondisi muara mendapatkan pengaruh cukup besar, diantaranya
adalah sedimen yang berwarna abu-abu kehitaman pada daerah mulut muara.
Warna kehitaman tersebut menunjukkan rendahnya oksigen yang terkandung
pada mulut muara (Helfinalis et al, 1994).
Pencemaran yang terjadi di saluran Cengkareng ini tentu saja akan
mempengaruhi ekosistem yang berada di sekitarnya, termasuk juga kawasan
Suaka Margasatwa Muara Angke yang dikelola oleh BKSDA. Meski terkena
imbas pencemaran, namun ternyata kawasan reklamasi mangrove tersebut
masih dapat memberi kehidupan pada berbagai macam biota, termasuk berbagai
jenis bentos. Hal tersebut terlihat dari masih banyaknya bentos (misalnya
kepiting) yang hidup di kawasan reklamasi tersebut.
Kondisi di atas menimbulkan dugaan bahwa terjadi siklus nutrien yang
cukup tinggi, serta didukung oleh tranport aktif, sehingga mampu mendukung
kebutuhan nutrien dalam ekosistem. Kedua aktifitas tersebut dilakukan secara
internal yang secara dominasi melibatkan biota-biota dalam ekosistem. Siklus
nutrien didukung oleh proses dekomposisi aktif dalam sedimen yang mengubah
bahan inorganik menjadi organik, sedangkan transpor aktif didukung oleh tingkah
laku biota yang secara sengaja maupun tidak sengaja mengakibatkan terjadinya
perpindahan bahan organik hasil dekomposisi dari sedimen menuju kolom air
(bioturbasi).
Berbagai macam aktifitas bioturbasi diduga memberikan efek regenerasi
yang berbeda, dengan regenerasi tertinggi ditimbulkan oleh aktifitas meliang atau
menggali (Biles et al., 2002). Bioturbasi dalam bentuk menggali mengakibatkan
adanya interaksi sedimen dan kolom perairan yang lebih besar, sehingga baik
berupa pertukaran oksigen (Karlson, 2007 in Engelsen et al., 2008), perpindahan
partikel sedimen, dan lepasnya nutrien di sedimen juga lebih besar. Nickel et al.
(2003) menjelaskan bahwa bioturbasi memberikan fluks yang tinggi pada oksigen
dan nutrien (amonium, fosfat, silikat dan nitrat). Fluks oksigen hasil bioturbasi
mencapai 434,9 mmol m-2 h-1 dengan arah transpor dari kolom air masuk ke sedimen, sedangkan keseluruhan jenis nutrien mengalami transpor dengan nilai
fluks yang berbeda-beda, amonium sebesar 96,83 mmol m-2 h-1, fosfat 14,51 mmol m-2 h-1, silikat 7,87 mmol m-2 h-1, dan nitrat 0,70 mmol m-2 h-1. Masuknya oksigen ke dalam sedimen akibat lubang bioturbasi diduga merubah proses
redoks yang terjadi dalam sedimen dan menjadi penyebab terjadinya perubahan
konsentrasi nutrien yang kemudian mengalami transpor keluar sedimen bersama
dengan air dan partikel sedimen yang berpindah.
Hal tersebut menunjukkan bahwa aktifitas bioturbasi bukan hanya aktifitas
yang memang bagian dari tingkah laku biota secara alami, namun memiliki
kontribusi yang penting bagi keberlangsungan ekosistem mangrove.
Berdasarkan hal tersebut, maka penelitian ini berusaha menjawab beberapa
1. Bagaimana bioturbasi yang terjadi di daerah mangrove reklamasi Muara
Angke Kapuk
2. Bagaimana kondisi nutrien pada sedimen (porewater)di daerah bioturbasi
di mangrove reklamasi Muara Angke Kapuk
3. Berapa besar bioturbasi mampu mempengaruhi nutrien dan sedimen di
daerah mangrove
4. Apa faktor dominan yang mempengaruhi nutrien pada daerah bioturbasi
di kawasan mangrove
1.3 Kerangka Pikiran
Bioturbasi secara alami dilakukan di substrat lunak, terutama di ekosistem
mangrove. Hal tersebut terjadi karena mangrove merupakan ekosistem dengan
nutrien dan keanekaragaman serta kelimpahan biota yang tinggi, sehingga
secara alami mengalami regenerasi nutrien akibat bioturbasi. Apalagi daerah
mangrove merupakan daerah yang tenang dan terlindungi, sehingga pengaruh
gelombang sangat minim dan diduga tingginya nutrien di daerah mangrove
berasal dari dalam mangrove tersebut. Kelimpahan biota bentik yang tinggi
mengakibatkan pelaku bioturbasi, khususnya yang menggali, juga tinggi.
Penelitian fluks nutrien sebagai bentuk regenerasi akibat bioturbasi,
biasanya dilakukan jenis substrat pasir dengan polychaeta sebagai pelaku utama
bioturbasi dan pada skala laboratorium. Hasil-hasil penelitian tersebut
menunjukkan bahwa memang terjadi perubahan proses kimia dalam sedimen
yang menyebabkan terjadinya perubahan distribusi nutrien secara vertikal. Selain
itu, fluks nutrien yang mengalami transpor dari sedimen menuju kolom air juga
tinggi. Meski demikian, pada penelitian tersebut faktor lain seperti siklus nutrien,
kondisi nutrien ketika tidak terjadi bioturbasi, kondisi substrat di kedalaman,
belum diperhitungkan.
Kondisi dan pengaruh bioturbasi yang terjadi secara alami pada ekosistem
mangrove tersebut dapat diketahui dengan melakukan pengamatan secara
langsung. Pendekatan ini dilakukan untuk melihat seberapa besar kontribusi
bioturbasi dalam mengatur transpor nutrien dalam ekosistem mangrove tanpa
mengesampingkan proses alami lain yang menjadi pendukung maupun
penghambat peran bioturbasi itu sendiri. Kondisi nutrien secara vertikal pada
sedimen hasil bioturbasi dapat diketahui dengan membandingkan kondisi nutrien
faktor pendukung bioturbasi, seperti kondisi substrat, bentuk bioturbasi dan
kelimpahan liang bioturbasi, juga dapat diperhitungkan. Pendekatan secara
langsung tersebut diharapkan mampu benar-benar menggambarkan transpor
nutrien oleh bioturbasi di alam.
1.4 Tujuan dan Manfaat
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keterkaitan fluks nutrien dan
aktifitas biologi di sedimen yang disebabkan oleh proses bioturbasi di ekosistem
mangrove melalui :
1. Mengidentifikasi karakteristik fisik bioturbasi biota bentik, seperti bentuk,
kedalaman, dan diameter
2. Mengukur profil nutrien yang terdapat di porewater pada daerah
bioturbasi dan non bioturbasi di daerah mangrove
3. Memprediksi fluks nutrien pada daerah bioturbasi dan non bioturbasi
4. Memprediksi faktor dominan yang mempengaruhi fluks nutrien di daerah
bioturbasi
Hasil penelitian ini sangat bermanfaat untuk pendugaan stok nutrien di
perairan, khususnya daerah mangrove. Selain itu, hasil penelitian ini juga dapat
digunakan sebagai informasi dasar mengenai peranan mangrove dalam efek
rumah kaca. Keberadaan liang bioturbasi dapat mengakibatkan perubahan
redoks pada sedimen akibat perubahan kandungan oksigen sehingga komposisi
hasil reaksi juga berubah. Liang bioturbasi ini diduga dapat mengakibatkan
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Mangrove
Mangrove sebagai ekosistem merupakan hutan di daerah intertidal yang
memiliki tingkat produktifitas sangat tinggi, dan tersebar di sepanjang pantai,
terutama pantai tropis. Ekosistem mangrove ini juga merupakan zona penyangga
yang mampu menstabilkan zonasi pantai dari erosi laut (Prasad dan Ramanthan,
2008). Ekosistem mangrove tidak hanya mencakup tumbuhan mangrove saja,
namun juga termasuk organisme di dalamnya, termasuk bakteri, jamur,
mikroalaga, invertebrata, burung, dan bahkan mamalia (Hulgoin et al., 2001).
Vegetasi mangrove memiliki peran penting dalam menyediakan bahan
organik untuk ekosistem melalui serasah yang terjatuh ke sedimen dan
mengalami proses oksik-suboksik-anoksik. Serasah-serasah mangrove, baik
daun, ranting, maupun patahan yang lain terdekomposisi dalam sedimen dan
menghasilkan bahan organik terlarut (dissolved organic matter / DOM), menjadi
sumber regenerasi nutrien. Serasah yang jatuh ke dalam sedimen tersebut
mengalami pencucian oleh air laut dan mengakibatkan terlepasnya sejumlah
unsur sehingga menghasilkan DOM yang cukup tinggi bagi perairan (Benner et
al., 1990 in Kathiresan, 2011), misalnya organik karbon, nitrogen (Fell et al.,1975;
Newell et al.,1984; Robertson,1988; in Ashton et al., 1999) terutama kandungan
potasium yang sangat mudah tercuci dalam waktu sangat singkat, yaitu 95% dari
total potasium (Steinke et al., 1993 in Kathiresan, 2011). Persentase hilangnya
material pada daun akibat pencucian berbeda-beda, tergantung pada jenis
mangrove (Robertson et al., 1992 in Ashton et al., 1999), dengan proses
pencucian yang terjadi dalam 3-28 hari (Cundell et al., 1979; Steinke et al.,
1993a ; in Ashton et al., 1999)
Proses-proses tersebut mengakibatkan bahan organik dalam sedimen
ekosistem mangrove sangat tinggi. Schubauer dan Hopkinson (1984) in Day et
al. (1989) mengemukakan bahwa tingkat produktifitas primer pada bagian
sedimen ekosistem mangrove secara umum lebih besar dibandingkan
produktifitas pada bagian atas ekosistem. Tingkat produktifitas primer bagian
Namun demikian, secara vertikal, distribusi bahan organik tersebut
mengalami perubahan. Pada substrat mangrove jenis Avicenia, konsentrasi
C-organik dan N mengalami penurunan hingga 40% dari permukaan menuju
kedalaman 15 cm, total CHO (hydrosoluble sugars) menurun dari 2,24-1,41 mg
g-1 pada kedalaman intermediate kemudian meningkat lagi hingga 3,83 mg g-1. Hal tersebut berbeda dengan Rhizpora yang justru memiliki distribusi vertikal
C-organik, N, dan total CHO yang cenderung konstan. Perubahan konsetrasi
distribusi vertikal dan perbedaan antara substrat kedua jenis mangrove tersebut
juga terjadi pada bahan organik lainnya (Tabel 1) (Lacerda et al., 1995).
Tabel 1 Komposisi bahan organik pada sedimen mangrove R.mangle dan
A.schaureiana (Lacerda et al., 1995)
Depth (cm) Rhizopora Avicennia
1-5 5-10 10-15 1-5 5-10 10-15
CHO, Total sugars: AA, amino acids, AS, amino sugars; CHO-C, contribution of sugars to the C-org pool; AA-C, AS-C, contributions of AA and AS to the C-org pool, respectively; AA-N, AS-N, contributions of AA and AS to the N-pool
2.2. Bioturbasi
2.2.1. Pengertian dan Proses Bioturbasi
Bioturbasi merupakan suatu aktifitas yang dilakukan organisme sehingga
menyebabkan terjadinya perubahan letak (displacement) sedimen. Aktifitas
tersebut dapat berupa gerakan menggali (digging) maupun menggaruk
(crawling), dan memakan sedimen (Richter, 1952 in François et al., 2002; Nickell
et al., 2003; Meysman et al., 2003).
Mekanisme bioturbasi berbeda pada setiap organisme bentik. Pada
beberapa organisme, bioturbasi hanya dilakukan dengan cara memakan
sedimen dan kemudian mengekskresikannya kembali. Hasil ekskresi tersebut
metabolism dan kerja enzim dalam tubuh, sehingga ketika sedimen tersebut
diekskresikan terjadilah regenerasi. Organisme lain ada juga yang melakukan
bioturbasi dengan menggali sedimen. Cara bioturbasi ini mempengaruhi kondisi
ekosistem lebih besar dibandingkan aktifitas memakan sedimen. Hal tersebut
karena saat penggalian dilakukan, sejumlah besar sedimen yang berada di
bawah permukaan akan dibuang menuju ke permukaan sedimen, sehingga
proses-proses kimiawi yang terjadi pada lapisan dalam tentu saja akan berbeda.
Mulsow dan Boudreau (1998) menjelaskan bahwa aktifitas menggali, seperti
yang dilakukan oleh cacing tanah, mampu meningkatkan porositas tanah
disamping mengakibatkan pencampuran bahan organik dan anorganik, dan
membuat beberapa bahan anorganik menjadi dapat diserap oleh tumbuhan.
Selain itu, ada pula bioturbasi yang merupakan gabungan keduanya, yaitu
menggali lubang sambil memakan substrat lalu diekskresikan kembali di
permukaan sedimen.
Mekanisme pergerakan yang mengakibatkan bioturbasi juga
bermacam-macam. Amoboeid dan ciliary, yang dilakukan oleh meiofauna protozoa.
Peristaltic dan crawling, yang menggunakan bagian tubuh organisme yang lunak,
drilling yang biasa dilakukan oleh organisme yang hidup di substrat keras
(Schäfer, 1972 in Carney, 1981).
2.2.2. Morfometri Bioturbasi
Morfometri atau bentuk bioturbasi berbeda setiap biota, terutama pada
aktifitas menggali. Tekstur bioturbasi yang dihasilkan polychaeta (misalnya
Arenicola marina) memiliki bentuk J (J-shape) (Gambar 1). Carney (1981)
menjelaskan, tekstur ini dihasilkan Arenicola dengan melakukan gerak peristaltik.
Kemampuan menggali lubang Arenicola ini disebabkan adanya produksi lendir
pada permukaan tubuhnya yang mampu mengubah struktur sedimen dan
membentuk liang. Gerak persitaltik tersebut dilakukan Arenicola secara vertikal
ke bawah sejauh 20-30 cm dan kemudian berbelok secara horizontal, sehingga
membentuk huruf J atau L.
Pada proses meliangnya, Arenicola juga memakan substrat di depannya
sehingga membuat celah sebagai ventilasi air. Hal tersebut menimbulkan
tekanan pada permukaan sedimen sehingga sedimen pada sisi lain lubang
mengalami penurunan. Arenicola juga mencerna bahan organik pada substrat
Gambar 1 Sketsa morfologi liang bioturbasi polychaeta yang menyerupai huruf J (Marinebio, 2010).
Arenicola ini dominan terjadi di daerah intertidal berpasir yang sedikit atau
bahkan tidak terdapat vegetasi (Reise, 1985 in Volkenborn et al., 2007).
Tekstur bioturbasi lain adalah tekstur yang dihasilkan oleh bivalvia dan
kepiting. Tekstur bioturbasi kedua bentik ini hanya berbentuk liang yang lurus
vertikal maupun horisontal ke dalam sedimen. Aktifitas menggali oleh bivalvia
dilakukan dengan menggunakan kaki pada kedalaman bioturbasi yang berbeda
setiap jenisnya. Perbedaan kedalaman ini dipengaruhi oleh cara hidup
masing-masing jenis bivalvia. Penggalian sedimen diikuti dengan masuknya cangkang
secara perlahan ke dalam sedimen dan menjulurkan sifon hingga permukaan
sedimen sebagai jalan air, oksigen dan makanan (Gambar 2).
Gambar 2 Morfologi liang bioturbasi yang dibuat oleh bivalvia (Marinebio, 2010).
Tekstur bioturbasi pada kepiting, hampir mirip dengan bivalvia, yaitu lubang
vertikal ke dalam sedimen (Gambar 3). Penggalian sedimen oleh kepiting
dilakukan oleh kaki jalan dan kaki renang, dimana kaki jalan bagian depan mulai
sedikit lubang. Kepiting lalu mulai memasukkan karapaksnya dengan dibantu
kaki jalan bagian belakang yang juga menggaruk sedimen. Kaki renang kepiting
mulai melempar sedimen ketika hampir seluruh karapaks mulai masuk dalam
sedimen (Carney, 1981). Meski pada umumnya tekstur bioturbasi kepiting
vertikal ke dalam sedimen, namun Oberlander (2007) menunjukkan bahwa
tekstur tersebut juga dapat berupa L-shape, menyesuaikan kondisi dalam
sedimen.
Gambar 3 Morfologi liang bioturbasi yang dibuat oleh kepiting (Uca pugnax). Bentuk liang dapat berupa huruf I yang vertikal hingga mencapai kedalaman 10-20 cm (a) atau berupa huruf L, menyesuaikan kondisi dalam sedimen (b) (Oberlander, 2007).
2.3. Sedimen
2.3.1. Sifat Fisik Sedimen
Sedimen merupakan material yang menjadi pembentuk karakter pesisir.
Sedimen daerah estuaria berasal dari partikel-partikel yang terbawa oleh aliran
sungai dan mengalami pengendapan. Makin besar wilayah estuaria, maka makin
banyak partikel yang mengalami pengendapan akibat berkurangnya kecepatan
arus. Sedimen wilayah estuaria cenderung memiliki ukuran yang halus dan kaya
akan bahan organik.
Sifat fisik sedimen sangat tergantung pada partikel dan fluida yang
menyusunnya (Gambar 4). Partikel yang menyusun sedimen atau butir sedimen
(sediment grain) merupakan penyusun sedimen yang menyebabkan terjadinya
Gambar 4 Komponen penyusun sedimen (Schulz dan Zabel, 2006).
pengendapan pada dasar laut, ikatan antar partikel ini semakin erat seiring
dengan meningkatnya tekanan lithostatik. Celah yang terdapat di sela-sela butir,
disebut pori (pores), biasanya terisi oleh air (porewater). Butir-butir sedimen yang
berdekatan dan menyatu membentuk sediment frame. Elastisitas pada frame dan
Jumlah pori tersebut mempengaruhi bentuk, distribusi ukuran butir, dan
penyusunan partikel sedimen (Schulz dan Zabel, 2006).
Butir sedimen memiliki berbagai macam ukuran, yang tentu saja akan
memberikan fenomena yang berbeda. Udden-Wentworth mengklasifikasikan
ukuran butir sedimen menjadi beberapa kelompok (Tabel 2). Jenis dan ukuran
butir sedimen tersebut saling terkait dan berpengaruh pada sifat-sifat sedimen
yang lain, misalnya porositas, serta permeabilitas. Porositas adalah
perbandingan ukuran ruang (space) pada suatu material sedimen dengan
volume total sedimen, semakin besar ruang yang terdapat pada material, maka
porositasnya akan makin tinggi. Porositas sangat dipengaruhi oleh ukuran butir,
bentuk, dan distribusi butir. Distribusi butir menunjukkan tingkat keseragaman
ukuran dan bentuk partikel yang menyusun sedimen, makin tinggi
keseragamannya maka makin baik distribusi butirnya (well sorted) sehingga
makin tinggi porositasnya. Hal ini disebabkan karena poorly sorted sediments
memiliki rentang ukuran butir yang lebar, sehingga butir sedimen yang berukuran
kecil dapat mengisi ruang kosong (pori) yang ada (Wards, 2007). Contoh
sedimen yang memiliki keseragaman butir tinggi adalah well sorted-fine sand,
yaitu 41,1 %, medium sand yaitu 40,7 % (Kamann et al., 2007), atau pun
Tabel 2 Ukuran butir berdasarkan Udden-Wentworth (Lewis dan McConchie, 1994 in Selley, 2000)
Sifat fisika sedimen yang lain adalah permeabilitas (kemampuan sedimen
untuk mentransfer air). Permeabilitas ditentukan oleh pori dan tingkat keeratan
antar butir. Bila interkoneksi antar pori baik, fluida dalam pori akan mudah
mengalir dan permeabilitasnya tinggi, misalnya clay dan sand. Clay memiliki
porositas yang lebih tinggi, namun porinya tidak terkoneksi dengan baik sehingga
2.3.2. Sifat Kimiawi Sedimen
Proses-proses kimiawi yang terjadi di sedimen bukanlah proses yang
berlangsung secara sederhana, salah satunya adalah proses redoks yang
diakibatkan oleh banyak faktor. Secara umum, sedimen memiliki beberapa
lapisan, yaitu aerob, reduksi nitrat, reduksi sulfat, dan reduksi karbonat.
Lapisan-lapisan tersebut memiliki ciri yang berbeda. Lapisan aerob merupakan Lapisan-lapisan
yang berada di bawah permukaan sedimen hingga kedalaman ± 4 cm, banyak
ditemukan epifauna. Pada lapisan ini, berlangsung proses-proses kimia yang
masih menggunakan oksigen sebagai oksidatornya. Lapisan reduksi nitrat,
biasanya berwarna kuning, memiliki ketebalan ± 4-10 cm, dan biasanya
ditemukan biota infauna. Lapisan reduksi sulfat, biasanya berwarna abu-abu,
mempunyai ketebalan ± 10-50 cm. Lapisan reduksi karbonat, biasanya berwarna
hitam dan memiliki aroma yang khas karena mengandung banyak gas metena
(CH4) dan amonium (NH4) (Sanders, 1978). Proses yang terjadi pada tiap lapisan berbeda satu dengan yang lain, meskipun saling mempengaruhi dimana hasil
proses yang terjadi pada lapisan atas merupakan sumber energi bagi proses
kimia yang terjadi pada lapisan bawah (Gambar 5).
Karakteristik lapisan sedimen tersebut ternyata sangat dipengaruhi oleh
aktifitas biota bentik yang hidup di sedimen. Day et al. (1989) menjelaskan
beberapa mekanime yang dilakukan biota adalah melalui biotubasi, penurunan
karbon organik, produksi agen pengikat seperti lendir, biodeposisi, dan
oksigenasi sedimen anaerobik. Bioturbasi mengakibatkan ketidakstabilan
sedimen, sedangkan produksi agen pengikat dapat menstabilkan sedimen.
Ketidakstabilan akibat bioturbasi terjadi karena adanya perubahan distribusi
ukuran butir, porositas dan permeabilitas sedimen. Bioturbasi dengan memakan
sedimen dan meregenerasi nutrien melalui fecal pellet ternyata mampu merubah
distribusi ukuran butir sedimen dan meningkatkan porositas. Perubahan pada
ukuran butir sedimen selanjutnya mengakibatkan perubahan permeabilitas
sedimen tersebut (Shull, 2010). Meski demikian, permeabilitas sedimen juga
mempengaruhi aktifitas bioturbasi yang dilakukan biota bentik. Arenicola yang
memerlukan oksigen dalam sedimen harus memompa air masuk dalam sedimen
agar kebutuhan oksigennya terpenuhi, sehingga Arenicola memerlukan sedimen
dengan permeabilitas sedimen tinggi (Volkenborn et al., 2007). Selain itu,
ventilasi yang dibuat oleh biota yang melakukan aktifitas meliang memberikan
kontribusi menambah electron acceptor (seperti oksigen, nitrat dan sulfat) dan
mengurangi metabolit inhibitor, seperti ammonium, sulfit (Kristensen, 1988).
2.4. Fluks Nutrien
2.4.1. Konsep Fluks Nutrien
Fluks nutrien adalah jumlah nutrien yang mengalami perpindahan melalui
berbagai macam transpor pada periode waktu tertentu. Pengertian fluks secara
umum dapat digunakan pada perpindahan nutrien secara horizontal, misalnya
input dari sungai ke laut yang disebut sebagai konveksi (perpindahan nutrien
pada badan air itu sendiri akibat adanya gerakan angin, gelombang permukaan),
maupun secara vertikal, dari kolom air ke sedimen atau sebaliknya disebut
sebagai difusi. Selain itu fluks juga dapat berarti perubahan konsentrasi suatu
bahan organik dari bentuk partikulat menjadi terlarut atau pun sebaliknya.
Fluks nutrien yang terjadi pada kondisi sedimen yang stabil (tidak
mengalami gangguan dari luar), sangat tergatung pada proses hidrodinamika
yang terjadi di bagian permukaan, kondisi sedimen, dan kondisi kimia. Proses
hidrodinamika misalnya pasang surut, dan arus permukaan. Kondisi sedimen
porositas dan permeabilitas, ketebalan sedimen, dan kecepatan aliran porewater,
sedangkan kondisi kimia misalnya meliputi temperatur, salinitas, pH, DO, proses
adsorpsi-desorpsi dan konsentrasi nutrien di sedimen dan kolom air (Fernandes,
2005).
Proses hidrodinamika yang terjadi di permukaan sedimen memberikan
pengaruh pada kondisi batas (boundary layer). Arus permukaan dan pasang
surut yang terjadi merupakan suatu mekanisme transpor yang membawa partikel
sedimen dan bahan terlarut (Berner,1976 dan Vanrees et al.,1996 in Huettel et
al., 2003), serta mampu mengontrol gradien konsentrasi bahan terlarut pada
sediment-water interface (Jørgensen,1994 dan Golosov & Ignatieva,1999 in
Huettel et al., 2003). Proses hidrodinamika tersebut dapat mengakibatkan erosi
pada bagian permukaan sedimen maupun mengurangi ketebalan boundary layer,
sehingga memungkinkan terjadinya fluks secara vertikal menuju kolom air (Biles
et al., 2002). Selain itu, arus lemah pada permukaan sedimen dan adanya
pasang surut, mampu mendeposit partikel sedimen yang berukuran kecil dan
bahan organik terlarut yang berasal dari kolom air di atasnya (Berner,1980 dan
Ignatieva,1996 in Huettel et al., 2003), sehingga terjadi fluks vertikal menuju
sedimen.
Pengaruh kondisi sedimen terhadap perpindahan nutrien saling terkait satu
dengan yang lain. Distribusi dan komposisi jenis dan ukuran butir serta ketebalan
sedimen mempengaruhi kemampuan sedimen untuk mentranspor nutrien dari
dan menuju kolom air. Sedimen dengan distribusi dan komposisi yang jelek
(tersusun atas jenis dan ukuran butir yang berbeda dan tersusun secara acak)
mengakibatkan kecepatan aliran porewater menjadi terhambat dan transpor
nutrien juga membutuhkan waktu yang lebih lama (Zhou et al., 2011). Porositas
mempengaruhi konsentrasi nutrien, yaitu bentuk partikulat dan terlarut.
Perubahan porositas mengakibatkan komposisi partikulat dan terlarut nutrien
juga mengalami perubahan sehingga memungkinkan terjadinya fluks. Meski
demikian, transpor fluks tersebut tidak dapat hanya disebabkan oleh perubahan
porositas. Bulk density mempengaruhi porositas dan struktur sedimen (Zhou et
al., 2011) sehingga secara tidak langsung juga mempengaruhi fluks yang terjadi.
Faktor lain yang juga mempengaruhi fluks adalah permeabilitas. Permeabilitas
memiliki pengertian sebagai sifat sedimen dalam meloloskan air. Besar kecil
permeabilitas ini dipengaruhi oleh jenis dan ukuran butir yang menyusun
aliran porewater. Meski memiliki pengaruhnya masing-masing, namun pengaruh
kondisi sedimen akan terlihat apabila faktor-faktor tersebut saling berkaitan.
Keterkaitan faktor lain yang juga penting dalam fluks nutrien adalah kondisi
kimia sedimen maupun nutrien. Beberapa penelitian menemukan bahwa fluks
nutrien sangat dipengaruhi oleh temperatur, salinitas dan DO, disamping
konsentrasi nutrien itu sendiri. Hal ini karena faktor kimia tersebut sangat
berperan dalam proses redoks yang berlangsung sehingga mempengaruhi
gradien konsentrasi nutrien.
Fluks nutrien secara vertikal, baik menuju maupun berasal dari sedimen,
akan lebih mudah bila interaksi antara sedimen dan kolom air lebih terbuka,
seperti yang terjadi pada lokasi yang mengalami bioturbasi. Bioturbasi
merupakan salah satu gangguan dari luar yang terjadi pada sedimen dan
mengakibatkan perubahan fluks. Bioturbasi dapat mengakibatkan perubahan
konsentrasi nutrien, meningkatkan fluks oksigen pada lapisan sedimen yang
lebih dalam dan aktifitas mikrobial pada sedimen (Yingst dan Rhoads, 1980, Van
Duyl et al., 1992 dalam Kure dan Forbes, 1997). Meski demikian,
perubahan-perubahan yang dihasilkan tidaklah sama, tergantung padapelaku bioturbasi,
bentuk bioturbasi dan jenis nutrien yang dipengaruhi. Volkenborn et al. (2007)
menjelaskan bahwa pada daerah yang tidak terdapat aktifitas makrobentik
(Arenicola marina), konsentrasi sulfit pada porewater di kedalaman 15-20 cm
adalah 150-200 µM dan pada daerah yang terdapat Arenicola konsentrasi sulfit
menjadi di bawah 100 µM. Hal berbeda terjadi pada konsentrasi nitrat yang justru
mengalami peningkatan pada kedalaman di bawah 10 cm dan bahkan mencapai
200 µM pada kedalaman 20 cm akibat adanya Arenicola (Gambar 6).
Penelitian lain juga dilakukan menggunakan jenis organisme bioturbasi
yang berbeda dan ternyata hasil fluks yang dihasilkan adalah sama. Keberadaan
Nereis diversicolor mengakibatkan terjadinya peningkatan fosfat, silikat, dan
nitrat pada air antara (porewater), namun amonium mengalami penurunan.
Macoma balthica mengakibatkan penurunan amonium dan nitrit, sedangkan
Corophium valutator mengakibatkan nitrat meningkat dan amonium menurun
(Mortimer et al., 1999). Fluks nutrien tersebut tidak hanya diakibatkan ada atau
tidaknya biota bentik, namuun kelimpahan biota itu sendiri juga dapat
mempengaruhi konsentrasi nutrien yang terdapat dalam air antara. Secara
umum, peningkatan kelimpahan biota bentik mengakibatkan fluks nutrien juga
Gambar 6 Profil nutrien dalam porewater yang menunjukkan perubahan konsentrasi yang berbeda akibat keberadaan organisme bioturbasi, tanda menunjukkan konsentrasi tanpa Arenicola, dan menunjukkan adanya Arenicola. Kedalaman sedimen secara vertikal dimulai dari kedalaman di bawah 0 cm (Volkenborn
Gambar 7 Hubungan positif yang dihasilkan antara fluks nutrien dan kelimpahan bentik, (a) fluks fosfat ( ) dan silikat ( ) vs kelimpahan Nereis, (b) nitrat ( ), nitrit ( ), amonium ( ) vs kelimpahan Nereis, (c) nitrit ( ), dan amonium ( ) vs kelimpahan Macoma (fluks nitrit x 100) (Mortimer et al., 1999).
2.4.2. Pemodelan Fluks Nutrien
Fluks nutrien sebagai akibat dari bioturbasi merupakan salah satu bentuk
prinsip hukum pertama Fick’s (Berg et al., 2003) dan sebuah proses discrete
dimana bioturbator memindahkan partikel pada jarak dan arah tertentu,
(a) (b)
kemudian menghabiskan beberapa saat tertentu untuk diam (rest period) dan
kemudian bergerak lagi dengan jarak yang tetap sama, namun dengan arah yang
berbeda dengan pergerakan sebelumnya (Wheatcroft et al., 1990). Bila jarak dan
arah pergerakan partikel serta sela waktu pergerakan diketahui, maka
percampuran sedimen yang terjadi dapat digambarkan dengan akurat.
Secara matematis, proses bioturbasi ini digambarkan sebagai proses difusi
dengan kekuatan difusi yang diungkapkan dalam bentuk nilai biodifusi (DB) yang mengakibatkan timbulnya fluks. Nilai fluks hasil bioturbasi dibedakan menjadi
fluks sebagai hasil difusi secara molekuler, fluks hasil percampuran (mixing) yang
meminimalkan gradien porositas, fluks hasil adveksi dan reaksi kimia yang terjadi
(Boudreau, 1997). Nilai-nilai tersebut diasumsikan dalam bentuk box model.
Thibodeaux (1996) menjelaskan bahwa bioturbasi sebagai box model
merupakan salah satu asumsi aktifitas bioturbasi sebagai suatu percampuran
yang terjadi secara acak dan cepat, dimana kondisi antar box merupakan kondisi
yang seragam. Perubahan yang terjadi pada sedimen dalam tiap box akan
terakumulasi di bagian bawah box akibat adanya proses percampuran. Meski
demikian, pada kondisi sebenarnya di alam, perubahan fisika sedimen seperti
porositas dan permeabilitas akan tetap terjadi pada kedalaman yang berbeda.
Guna menggambarkan kondisi tersebut, diasumsikan percampuran yang terjadi
tidak melibatkan percampuran antara padatan dan cairan, sehingga gradient
porositas dapat diminimalkan dan asumsi homogen pada box model tetap
terpenuhi. Percampuran tersebut disebut dengan intraphase mixing (Boudreau,
1997).
Bentuk pemodelan bioturbasi secara umum adalah (Boudreau, 1997) :
dimana adalah reaksi denitrifikasi serta kesetimbangan massa nutrien
(Chapra et al., 2008), adalah porositas, adalah turtuosity, konsetrasi
nutrien terlarut pada porewater , kedalaman , adalah velositas
porewater, dan koefisien bioturbasi/biodifusitas . diperoleh
melalui persamaan :
Akumulasi Fluks Difusi
Molekuler Fluks Mixing Intraphase Adveksi Fluks
diperoleh dengan menggunakan persamaan Krom dan Berner (1980) in
Feuillet et al., (1997) :
dimana koefisien difusi tiap nutrien yang diperoleh dari Li dan Gregory (1974).
Nilai amonia, nitrat, nitrit, dan fosfat dapat dilihat pada Tabel 3. adalah
porositas sedimen rata-rata, dan faktor koreksi viskositas :
dimana bila dan bila
Tabel 3 Koefisien difusi ion (Li dan Gregory, 1974)
Anion Do (10
-6
cm2 s-1) 0 oC 18 oC 25 oC
9,8 - 9,78
-
16,8 15,3 16,1
-
19,8 19,1 19,0 7,34
2.5. QUAL2K
QUAL2K adalah salah satu model yang dikembangkan oleh Chapra et al.
(2008) guna mempermudah analisis kualitas air pada sungai dan badan air,
sekaligus melengkapi program pemodelan versi sebelumnya. Pemodelan ini
dioperasikan dengan menggunakan sistem operasi Windows ME/2000/XP
dengan antarmuka user menggunakan Microsoft Office Excel 2000 atau lebih
tinggi. Seluruh program yang digunakan dalam pengoperasian model terdapat
pada Microsoft Office macro language : Visual Basic for Applications (VBA).
QUAL2K merupakan bentuk pemodelan ekosistem sederhana berupa satu
dimensi dengan asumsi terjadi percampuran massa air dengan baik secara
vertikal maupun lateral dan kondisi hidrolis yang stabil. Meski tampak sederhana,
QUAL2K mampu melakukan simulasi-simulasi, seperti pada aliran hidrolis yang
pada kenyataannya tidak seragam, heat budget,suhu, kualitas air, dan
masukan-masukan lain yang dapat mempengaruhi kondisi perairan, sebagai fungsi deret
waktu, stoikiometri perairan, interaksi sediment-water interface, patogen, dan
parameter kinetik. Simulasi-simulasi tersebut dilakukan dalam bentuk box model
meskipun peruntukkan spesifik model QUAL2K ini adalah pada sungai dan
badan air.
Salah satu simulasi yang mampu dilakukan QUAL2K dan berhubungan
dengan konteks bioturbasi adalah interaksi sediment-water interface yang
menghasilkan fluks, baik fluks SOD (Sediment Oxygen Demand) maupun
nutrien. Fluks yang dihasilkan oleh interaksi ini merupakan simulasi sebagai
fungsi pengendapan bahan organik, reaksi yang terjadi dalam sedimen, dan
konsentrasi bahan organik. Peran bioturbasi dalam fungsi simulasi tersebut
terletak pada reaksi dalam sedimen, mengingat bioturbasi sebagai salah satu
3. METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian direncanakan dilaksanakan pada bulan Februari-Maret 2011.
Pengambilan sampel dilakukan di daerah hutan lindung yang merupakan hasil
reklamasi mangrove Muara Angke, Jakarta (Gambar 8).
Gambar 8 Lokasi penelitian.
3.2. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dibagi menjadi 2
bagian, yaitu alat dan bahan yang digunakan di lapangan dan di laboratorium
(Tabel 4 dan Tabel 5)
3.3. Prosedur Penelitian
3.3.1. Studi Pendahuluan
Studi pendahuluan dilakukan untuk mengetahui kondisi lapangan. Kondisi
lapangan yang diamati mencakup kondisi mangrove, substrat, dan liang
bioturbasi. Kseluruhan pengamatan tersebut dilakukan secara visual, kecuali
bentuk liang bioturbasi yang juga dilakukan pengukuran awal. Hasil studi
pendahuluan akan digunakan dalam menentukan lokasi sampling dan rancangan
Tabel 4 Alat dan bahan yang digunakan di lapangan
No Nama Alat Spesifikasi Fungsi
1 Porewaterprofiler p = 30 cm, d = 2,5 inchi Memperoleh sampel porewater
2 Ring sampler d = 4,8 cm, t = 5 cm Mengambil sampel sedimen 3 Pipe ring d = 2,5 inchi, p = 10 cm Cetakan resin cast
4 Syringe 50 ml Mengambil sampel porewater
5 Cubtainer 250 ml Tempat sampel porewater
6 GPS GPS GARMIN Menentukan posisi stasiun
7 Cool box Marina cooler Menyimpan sampel 8 DO meter Lovibond OXI200 Mengukur DO sampel air
9 pH meter Jenway Mengukur pH sampel air
10 Refraktometer Atago Hand Refractometer 0-28 ‰
Mengukur salinitas
11 Kamera Digital camera Sony 10 MP Dokumentasi
12 Plastik klip - Menyimpan sampel sedimen
13 Es batu - Preservasi sampel air
14 Polyester resin - Mencetak liang bioturbasi
15 Sekop - Menggali sedimen
Tabel 5 Alat dan bahan yang digunakan di laboratorium
No Nama Alat Spesifikasi Fungsi
1 Spektrofotometer HACH DR-2000 Menganalisa nutrien
2 Gelas beaker - Wadah sampel analisis
6 Nitrite Reagent NitriVer® 3, Powder Pillows Cat. 14065-99
Analisis nitrit
7 Nessler Reagent Cat. 21194-49 Analisis ammonia 8 Mineral stabilizer Cat. 23766-26 Analisis ammonia 9 Polyvinyl alcohol
dispersing agent
Cat. 23765-66 Analisis ammonia
10 Phosphate Reagent PhosVer® 3, Powder Pillows Cat. 212599
Analisis phosphat
3.3.2. Desain Penelitian
Penelitian dilakukan di daerah mangrove reklamasi, kawasan hutan lindung
Muara Angke. Sampling dilakukan pada lokasi yang mengalami bioturbasi dan
lokasi tanpa bioturbasi, sebagai substasiun. Kondisi bioturbasi yang
diperhitungkan dalam sampling adalah bioturbasi yang dilakukan organisme
meliang yang diasumsikan sebagai pelaku bioturbasi yang dominan
menyebabkan terjadinya regenerasi. Aktifitas crawling yang dilakukan
mikrobentik sebagai bentuk bioturbasi tidak diperhitungkan dalam pengambilan
sampling. Pada tiap substasiun, diambil masing-masing 3 titik untuk daerah yang
Sampling dilakukan dengan melakukan penanaman porewater profiler dan
pipe ring selama 3 hari agar kondisi porewater dalam profiler menjadi homogen
sekaligus untuk memperoleh jumlah sampel yang dibutuhkan. Setelah 3 hari,
dilakukan pengambilan sampel porewater, dilanjutkan dengan pengambilan hasil
cetakan pada pipe ring, dan terakhir adalah sampel sedimen menggunakan
sekop dan ring sampler. Sampel air yang telah diambil dimasukkan dalam 2
cubtainer, yaitu cubtainer pertama untuk pengukuran DO dan pH secara insitu
dan cubtainer kedua untuk disaring kemudian dianalisa nutrien (ammonia, nitrit,
nitrat, dan fosfat) di laboratorium, sedangkan sedimen yang tercetak di pipe ring
maupun ring sampler dibiarkan tetap berada dalam cetakan dan langsung
dibawa ke laboratorium untuk dianalisa. Sedimen pada pipe ring digunakan untuk
memperoleh cetakan morfologi liang bioturbasi, sedangkan sedimen pada ring
sampler digunakan untuk memperoleh kondisi porositas dan permeabilitas
sedimen. Sedimen yang diambil menggunakan sekop langsung dimasukkan
dalam plastik klip untuk dianalisa tekstur sedimen di laboratorium.
3.3.3. Rancangan Alat
Tahap ini dilakukan untuk merancang dan membuat porewater profiler.
Porewater profiler dirancang agar mudah ditanam dan dikeluarkan dari sedimen,
memiliki kemampuan dalam memperoleh porewater dalam jumlah yang cukup
dan mampu menggambarkan profil vertikal nutrien pada setiap kedalaman
sedimen. Profiler diadopsi dari prinsip kerja porewater peeper pada Buffle dan De
Vitre (1994) yang kemudian dimodifikasi (Gambar 9). Profiler yang dibuat terdiri
dari profiler bertingkat dan profiler tunggal, dimana keduanya terbuat dari bahan
yang sama, yaitu pipa dengan diameter 2,5 inchi. Profiler bertingkat merupakan
suatu rangkaian profiler yang tersusun memanjang dan bersekat setiap 5 cm,
yaitu pada kedalaman 5, 10, dan 15 cm, serta memiliki panjang total 30 cm.
Profiler tunggal merupakan profiler yang berfungsi hanya pada 1 kedalaman saja,
yaitu untuk kedalaman 2,5 cm, 7,5 cm, dan 12,5 cm.
3.3.4. Teknik Sampling
a. Porewater
Pada kedua lokasi titik sampling (bioturbasi maupun non bioturbasi),
pengambilan sampel dilakukan dengan metode penanaman yang sama. Sampel
Gambar 9 Rancangan porewater profiler yang digunakan dalam pengambilan sampel porewater, (a). Bertingkat, (b). Tunggal.
sampel diambil dengan menggunakan bantuan syringe. Sampel kemudian
dimasukkan dalam 2 cubtainer untuk dilakukan pengukuran insitu (pH dan DO)
dan dimasukkan dalam cool box serta langsung dibawa ke laboratorium untuk
dianalisa nutriennya. Sampel selama perjalanan dari lapangan menuju
laboratorium diberi preservasi menggunakan es batu untuk mencegah terjadinya
perubahan kimiawi dalam sampel air. Sampel air yang diperoleh disaring terlebih
dahulu sebelum dilakukananalisa nutrien, yaitu amonium, nitrat, nitrit, dan fosfat.
b. Sedimen
Sampel sedimen yang diambil adalah sampel sedimen terganggu dan tidak
terganggu menurut prosedur pengambilan sampel sedimen Balai Penelitian
Tanah (2009). Pengambilan sampel ini menggunakan bantuan sekop dan ring
sampler. Sampel yang diperoleh menggunakan sekop adalah sampel sedimen
terganggu yang digunakan dalam analisa teksturnya, sedangkan sampel pada
(a)
(b)
Selang keluar
Sekat pipa Per 5 cm
Lubang air masuk
7 cm
ring sampler adalah sampel tidak terganggu yang digunakan dalam analisa
porositas dan permeabilitas sedimen. Sampel yang diambil menggunakan sekop
merupakan sampel sedimen terganggu yang akan dianalisa teksturnya. Sedimen
mula-mula digali hingga kedalaman 0-20 cm kemudian diambil dengan
menggunakan sekop dan langsung dimasukkan dalam kantong plastik yang telah
diberi label. Sampel yang diambil dengan ring sampler merupakan sampel
sedimen utuh yang diperoleh dengan menekan dari tinggi ring sampler ke
dalam sedimen, kemudian ring yang lain ditumpangkan di atas ring pertama tadi.
Kedua ring tersebut ditekan menggunakan bantuan kayu hingga ± 1 cm tinggi
ring kedua masuk ke dalam substrat. Kedua ring tersebut kemudian diangkat
menggunakan bantuan sekop dan dipisahkan. Kelebihan sedimen pada
permukaan ring pertama dipotong menggunakan pisau/cutter dengan arah
sejajar permukaan ring dan ditutup pada kedua sisinya. Setiap ring diberi label
dan langsung dimasukkan dalam peti untuk dianalisa porositas dan
permeabilitasnya di laboratorium.
c. Morfologi Bioturbasi
Perolehan struktur morfologi bioturbasi menggunakan metode resin casting
menurut Atkinson dan Chapman (1984) in Nickell dan Atkinson (1995). Metode
tersebut menggunakan campuran resin polyester dengan katalis peroksida yang
berfungsi sebagai pengeras resin sebanyak 2 % dari volume. Pengambilan
sampel liang bioturbasi ini dilakukan dengan memasang pipa yang berdiameter 3
inchi dan tinggi 10 cm. Campuran resin kemudian disuntikkan pada lubang
bioturbasi dan dibiarkan selama 48 jam. Cetakan resin (resin cast) tersebut
kemudian digali dan dibawa ke laboratorium untuk dikeluarkan dari pipa,
didokumentasikan dan diukur dimensinya.
3.4. Perolehan Data
3.4.1. Sedimen
a. Ukuran dan Jenis Butir Sedimen
Ukuran butir dan jenis sedimen ditentukan dengan menggunakan
persentase berat kering dari tiap ukuran ayakan yang diperoleh. Hasil
penghitungan persentase kemudian digunakan untuk menentukan jenis sedimen
dengan bantuan segitiga Shepard. Persamaan yang digunakan dalam
