1.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kegiatan budidaya ikan di Danau Lido menggunakan teknologi Keramba Jaring Apung (KJA). Budidaya ikan di KJA menghasilkan buangan bahan organik berupa sisa pakan dan feses ikan. Komposisi pakan ikan sebagian besar berupa nitrogen organik. Nitrogen organik di perairan akan mengalami proses penguraian (dekomposisi) menjadi nitrogen anorganik. Dekomposisi sangat ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu oksigen terlarut (O2), bahan organik, dan dekomposer (organisme pengurai).
Amonia (NH3) merupakan salah satu bentuk nitrogen anorganik yang bersifat racun (toksik), hasil proses dekomposisi bahan organik dan ekskresi biota akuatik. Hasil dekomposisi sempurna di perairan dari suatu suatu senyawa yang mengandung nitrogen adalah nitrat (NO3-N) Nitrat terbentuk melalui nitrifikasi, yaitu proses oksidasi amonia (NH3) menjadi nitrit (NO2-N), dan nitrat (NO3-N). Proses ini membutuhkan peran bakteri aerobik untuk menguraikan amonia.
Lapisan hipolimnion (lapisan bawah) perairan umumnya memiliki konsentrasi oksigen yang rendah (Novotny & Olem 1994). Rendahnya konsentrasi oksigen terjadi karena tidak ada cahaya di lapisan ini, sehingga fotosintesis tidak dapat dilakukan. Oksigen di lapisan hipolimnion hanya bersumber dari transfer oksigen lapisan epilimnion (lapisan atas) yang produktif dalam menghasilkan oksigen hasil fotosintesis fitoplankton dan difusi udara.
Penumpukan bahan organik di lapisan hipolimnion tanpa disertai ketersediaan oksigen terlarut menyebabkan dekomposisi berlangsung secara anaerob. Hal ini menyebabkan terjadinya akumulasi amonia di lapisan hipolimnion karena proses nitrifikasi (oksidasi amonia menjadi nitrat) hanya dapat terjadi saat perairan berada dalam kondisi aerob (oksigen tersedia).
dari atmosfer. Air yang telah mengalami kontak dengan udara dikembalikan ke lapisan hipolimnion. Peningkatan konsentrasi oksigen akibat aerasi diharapkan berdampak pada penurunan konsentrasi amonia karena mampu memicu berlangsungnya proses nitrifikasi. Amonia akan dioksidasi menjadi nitrat (NO3-N) yang dapat dimanfaatkan fitoplankton untuk fotosintesis.
1.2. Pendekatan Permasalahan
Kegiatan budidaya ikan di KJA Danau Lido menghasilkan buangan bahan organik seperti sisa buangan pakan dan feses ikan. Bahan organik tersebut berpotensi mengalami dekomposisi anaerob di lapisan hipolimnion. Defisit oksigen di lapisan hipolimnion memicu tingginya konsentrasi amonia. Aerasi hipolimnion dilakukan untuk meningkatkan konsentrasi oksigen di lapisan hipolimnion. Keberadaan amonia pascaaerasi hipolimnion penting untuk dipelajari karena adanya perubahan konsentrasi oksigen di lapisan hipolimnion. Peningkatan konsentrasi oksigen diharapkan mampu memicu proses nitrifikasi, sehingga amonia dapat dioksidasi menjadi nitrat (Gambar 1).
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk mempelajari keberadaan amonia pascaaerasi hipolimnion di Danau Lido, Bogor, Jawa Barat.
1.4. Manfaat Penelitian
2.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Ekosistem Danau Lido
Danau Lido terletak pada koordinat 106°48’26”-106°48’50” BT dan 6°44”30”-6°44’58” LS, Desa Tugujaya, Kecamatan Cigombong, Bogor, Jawa Barat. Danau Lido berbentuk tidak beraturan dengan luas 198.750 m2 dan panjang garis tepi sebesar 5.630 m (Tambunan 2010). Danau Lido mempunyai satu inlet dan dua outlet. Air Danau Lido berasal dari aliran sungai Ciletuk, air permukaan, dan air dalam tanah (ground water) (Amalia 2010).
Danau Lido dimanfaatkan untuk kegiatan wisata, kepentingan rumah tangga, serta kegiatan perikanan berupa budidaya ikan di KJA (Keramba Jaring Apung). Lokasi penempatan KJA berada pada bagian barat Danau Lido dekat dengan kedua outlet Danau. Sekitar 5% dari luas permukaan Danau Lido digunakan untuk KJA, terdiri dari 14 KJA aktif milik petani dan satu KJA aktif milik Badan Riset Kelautan dan Perikanan (BRKP). Komoditas ikan yang dibudidayakan dalam KJA adalah ikan mas (Cyprinus carpio) dan ikan nila (Oreochromis niloticus) dengan pakan berupa pelet untuk mempercepat pertumbuhan ikan. Selain terdapat KJA, pada bagian barat danau juga terdapat restoran terapung serta hotel dan wisma pada tepian danau (Amalia 2010).
2.2. Lapisan Hipolimnion Danau
dasar (Ruttner 1975 in Sudaryanti 1990). Radiasi cahaya di daerah tropis yang hampir sama sepanjang tahun dan dengan penurunan suhu yang kecil dapat menyebabkan pengadukan karena tipisnya metalimnion (Seller & Markland 1987 in
Sudaryanti 1990).
Kondisi anoksik pada lapisan hipolimnion dan deplesi oksigen pada dasar perairan danau merupakan fenomena umum yang sering dijumpai pada danau yang produktif (Beutel 2006). Lapisan hipolimnion beberapa perairan memiliki kisaran konsentrasi oksigen terlarut yang kecil, seperti pada Situ Bojongsari (0,08-0,13 mg/l) (Hartoto & Fakhrudin 1990 in Hartoto 1993), Danau Black (0,2 mg/l) (Ashley 1981), Waduk Ir. H. Juanda (0,06-1,06 mg/l) (Simarmata 2007).
Konsentrasi oksigen pada lapisan hipolimnion danau eutrofik (subur) berkurang sangat cepat oleh proses oksidasi biologis bahan organik. Meskipun tanaman dan hewan akuatik juga memanfaatkan oksigen untuk respirasi, namun konsumsi oksigen tersebut tidak sebesar kebutuhan oksigen untuk proses dekomposisi bahan organik terlarut dan tersuspensi (Seto et al. 1982 in Wetzel 2001).
2.3. Bentuk dan Sumber Amonia (NH3-N) di Perairan
Amonia (NH3-N) dan garam-garamnya bersifat mudah larut dalam air. Terdapat dua bentuk amonia di perairan, yaitu amonium yang dapat terionisasi (NH4+) dan amonia bebas yang tidak dapat terionisasi (NH3). Amonia bebas (NH3) yang tidak terionisasi (unionized) bersifat toksik bagi organisme akuatik. Kesetimbangan reaksi kimia antara keduanya tergantung pada kondisi pH (keasaman dan alkalinitas) serta temperatur (Lloyd 1992).
NH4+ + OH-↔ NH3 + H2O
Pakan ikan yang terbuang ke perairan banyak mengandung nitrogen. Jumlah penambahan nutrien ke badan air dari keramba jaring apung tergantung pada densitas ikan dalam keramba (Ryding & Rast 1989). Hasil ekskresi ikan akan disebarkan ke kolom air oleh arus, sedangkan padatan (pakan yang tidak termakan dan feses) akan jatuh ke bawah atau dasar danau (Beveridge 1996). Berdasarkan hasil penelitian Amalia (2010), konsentrasi amonia pada KJA di Danau Lido sebesar 0,354 mg/l pada lapisan permukaan dan 0,706 mg/l pada lapisan kompensasi (4,3-7,4 m).
2.4. Faktor yang Mempengaruhi Keberadaan Amonia di Perairan
2.4.1.pH dan suhu
Komposisi amonia di perairan bergantung pada parameter pH dan suhu. Proporsi amonia yang tidak terionisasi (NH3) lebih besar dibandingkan dengan amonium (NH4+) saat pH meningkat (Boyd 1989). Peningkatan suhu perairan juga berperan serta meningkatkan proporsi NH3, tetapi pengaruhnya lebih rendah dibandingkan pengaruh pH (Llyod 1992).
2.4.2.Oksigen terlarut (O2)
Keberadaan oksigen terlarut juga mempengaruhi keberadaan amonia di perairan. Konsentrasi amonia lebih besar pada kedalaman perairan yang lebih dalam. Hal ini terjadi berkaitan dengan konsentrasi oksigen terlarut yang berkurang seiring dengan bertambahnya kedalaman, sehingga proses oksidasi amonia atau proses dekomposisi bahan organik akan terhambat dan mengakibatkan akumulasi amonia (Simarmata 2007).
2.4.3.Bahan organik
Jumlah bahan organik yang masuk ke perairan turut mempengaruhi keberadaan amonia. Peningkatan sisa pakan yang jatuh ke dasar danau, akan berpotensi meningkatkan konsentrasi amonia. Hal ini dapat diketahui dengan mengukur nilai COD (Chemical Oxygen Demand), yaitu jumlah total oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan organik secara kimiawi, baik yang dapat didegradasi secara biologis (biodegradable) maupun yang sukar didegradasi secara biologis (non biodegradable) (Boyd 1979).
Keberadaan bahan organik dapat diindikasikan melalui kekeruhan perairan. Kekeruhan di Danau Lido meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman. Kekeruhan yang tinggi diakibatkan oleh partikel-partikel tersuspensi yang masuk ke dalam perairan. Partikel tersebut memiliki massa jenis yang lebih besar dari air, sehingga akan menuju kolom air yang lebih dalam dan mengendap di dasar perairan. Kekeruhan pada lokasi KJA Danau Lido di kedalaman kompensasi lebih besar dibanding lokasi non KJA (Amalia 2010). Hal ini mengindikasikan tingginya kandungan bahan organik di lapisan kompensasi KJA Danau Lido yang bersumber dari sisa pakan budidaya ikan.
Tingginya kandungan bahan organik di lapisan kompensasi tanpa disertai keberadaan oksigen terlarut mampu memicu proses dekomposisi bahan organik secara anaerob menghasilkan bahan toksik. Kandungan bahan organik di perairan dapat dikurangi dengan menerapkan aerasi pada lapisan hipolimnion seperti yang terjadi pada Situ Bojongsari (Hartoto 1995). Penurunan konsentrasi COD mengindikasikan telah terjadinya proses perombakan bahan organik secara aerob oleh mikroba dekomposer akibat peningkatkan konsentrasi oksigen terlarut (Uhlmann 1977 in Sudaryanti 1991).
2.4.4.Nitrit (NO2-N)
Keberadaan nitrit di perairan sangat sedikit dibandingkan nitrat. Nitrit bersifat tidak stabil, berkaitan dengan keberadaan oksigen. Nitrit mudah dioksidasi menjadi nitrat saat kondisi aerob. Pada air limbah, konsentrasi nitrit jarang melebihi 1,0 mg/l dan pada perairan alami jarang melebihi 0,1 mg/l (Irfim et al. 2008).
kompensasi (4,3-7,4 m). Konsentrasi nitrit meningkat pada lapisan hipolimnion yang anaerob serta pada danau yang menerima beban pencemaran bahan organik berat (Brezonik & Lee 1968; Overbeck 1968 in Wetzel 2001). Konsentrasi nitrit umumnya rendah pada kondisi perairan yang teroksigenasi, maksimum sebesar 10 µg/L pada bagian atas hipolimnion (Mortonson & Brooks 1980 in Wetzel 2001).
2.4.5.Nitrat (NO3-N)
Nitrat merupakan bentuk utama nitrogen di perairan alami dan merupakan nutrien utama bagi fotosintesis oleh organisme autotrof di perairan. Nitrat nitrogen sangat mudah larut dalam air dan bersifat stabil. Senyawa ini dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen di perairan. Kadar nitrat di perairan yang tidak tercemar biasanya lebih tinggi daripada kadar amonium. Kadar nitrat di perairan alami hampir tidak pernah lebih dari 0,1 mg/l. Kadar nitrat yang lebih dari 0,2 mg/l dapat mengakibatkan terjadinya eutrofikasi perairan, yang selanjutnya menstimulir pertumbuhan algae dan tumbuhan air secara pesat (blooming). Konsentrasi nitrat akan mengalami penurunan sejalan dengan bertambahnya kedalaman, karena tidak tersedianya oksigen terlarut di dasar perairan yang menyebabkan nitrifikasi tidak berjalan dengan baik (Simarmata 2007).
2.5. Proses Pembentukan Amonia di Perairan
2.5.1.Amonifikasi
Keberadaan amonia di perairan, selain bersumber dari ekskresi biota akuatik, juga terbentuk melalui proses amonifikasi. Amonifikasi merupakan proses pemecahan nitrogen organik (protein dan urea) dan nitrogen anorganik yang terdapat di dalam tanah dan air, yang berasal dari dekomposisi bahan organik (tumbuhan dan biota akuatik yang telah mati) oleh mikroba dan jamur (Uhlmann 1977 in Sudaryanti 1990). Reaksi perubahan nitrogen organik menjadi amonia anorganik dalam proses amonifikasi berlangsung sebagai berikut:
banyak ditemui nitrat dan pada lokasi anaerob akan dijumpai akumulasi amonia (Novotny & Olem 1994). Amonifikasi terjadi baik pada lingkungan yang anaerob maupun lingkungan aerob, hal ini dibuktikan dengan melimpahnya keberadaan bakteri amonifikasi pada air limbah yang tidak diaerasi (Wielgosz et al. 2010).
Aerasi yang dilakukan di Situ Bojongsari menyebabkan penurunan jumlah bakteri amonifikasi. Hal ini disebabkan karena ketiadaan bahan organik yang berperan sebagai substrat bagi bakteri (Hartoto et al. 1995).
2.5.2.Denitrifikasi
Amonia juga dapat terbentuk melalui proses denitrifikasi yang merupakan proses reduksi secara biologis nitrat menjadi gas nitrogen oleh bakteri heterotrof fakultatif. Pada kondisi tidak ada oksigen, beberapa mikroorganisme dapat menggunakan nitrat atau nitrogen oksida sebagai sumber oksigen dan juga sebagai elektron dan akseptor hidrogen pada respirasi. Hal ini menyebabkan dekomposisi bahan organik dapat berlanjut saat oksigen terlarut di perairan tidak tersedia (Boyd 1998). Bakteri fakultatif memperoleh oksigen dengan cara mengambil oksigen yang terikat pada molekul nitrat. Beberapa jenis bakteri anaerob fakultatif, yaitu
Psedudomonas, Achromobacter, Escherichia, Bacillus, dan Micrococcus (Alexander 1961 in Wetzel 2001).
Denitrifikasi umumnya terjadi pada perairan dengan konsentrasi oksigen rendah seperti di lapisan hipolimnion danau eutrofik, dengan sedimen bersifat anoksik akibat melimpahnya bahan organik (Wetzel 2001). Ketika di perairan terjadi deplesi oksigen, nitrat menjadi sumber oksigen utama bagi organisme. Proses ini berjalan baik di bawah kondisi anoksik, yaitu dengan konsentrasi oksigen terlarut yang kurang dari 0,5 mg/l. Aerasi yang dilakukan di Situ Bojongsari menyebabkan penurunan jumlah bakteri denitrifikasi. Hal ini disebabkan karena aerasi mampu meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut hingga lebih dari 4 mg/l (Hartoto et al. 1995).
alkalinitas. Nilai pH optimum bagi proses denitrifikasi berkisar antara 7,0-8,5. Pertumbuhan bakteri denitrifikasi semakin cepat pada suhu tinggi. Denitrifikasi dapat terjadi pada kisaran suhu 5-30 °C.
Gambar 2. Proses denitrifikasi (Boyd 1979)
2.5.3.Pelepasan dari sedimen
Amonia di perairan juga bersumber dari pelepasan NH4-N dari sedimen. Laju difusi NH4+ menyebar di perairan dapat meningkat beberapa kali lipat oleh aktivitas avertebrata bentik seperti larva chironomida, cacing tubificida, dan moluska bivalvia (Henriksen et al. 1983; Fukuhara & Sakamoto 1997; Fukuhara & Yasuda 1989; Svensson 1997 in Wetzel 2001). Peningkatan amonium juga diakibatkan oleh ekskresi dari empat spesies chironomida dan tubificida yang berkisar dari 0,33 hingga 2,87 µg N mg D/W/hari pada suhu 15 °C. Namun, jika cahaya mencapai sedimen pada jumlah cukup untuk mendukung pertumbuhan algae bentik, Cyanobacteria dapat mengasimilasi NH4-N dan mencegah aliran NH4-N dari sedimen ke perairan (Jansson 1980; Reuter et al. 1986; Risgaard-Petersen et al. 1994; Van Luijn et al. 1995 in Wetzel 2001).
2.6. Proses Penghilangan Amonia di Perairan
2.6.1.Volatilisasi (penguapan) dan pengendapan merupakan gas terbanyak yang menguap dari perairan (Novotny & Olem 1994).
Selain mengalami penguapan (volatilisasi), amonia juga berkurang karena sebagian hasil dekomposisi biota dan nitrogen organik dan anorganik mengendap permanen ke dalam sedimen (Wetzel 2001). Ion amonia memiliki afinitas (daya tarik) penyerapan pada partikel tanah (utamanya tanah liat dan fraksi organik) dan juga pada sedimen. Amonia yang terserap sedimen tidak termasuk sebagai nutrien utama dalam proses poduksi bahan organik dan sifatnya tidak toksik (Novotny & Olem 1994).
2.6.2.Nitrifikasi
Secara biologis amonia hilang akibat proses perubahan bentuk (imobilisasi) amonia ke dalam biomassa dan oksidasi amonia menjadi nitrat (Subagiyo et al.
2002). Dalam kondisi aerob (oksigen tersedia), proses amonifikasi akan dilanjutkan dengan proses nitrifikasi. Nitrifikasi merupakan oksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat (Novotny & Olem 1994). Proses nitrifikasi ditunjukkan dalam persamaan reaksi:
Nitrifikasi merupakan proses penting dalam penghilangan amonia di perairan dan ini sangat menguntungkan bagi perikanan budidaya karena amonia berpotensi beracun. Proses ini tidak dapat dilepaskan dari peran mikroorganisme. Oksidasi amonia menjadi nitrit dilakukan oleh bakteri dari genus Nitrosomonas, sedangkan oksidasi nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh bakteri dari genus Nitrobacter. Laju oksidasi amonia menjadi nitrit lebih cepat dibanding laju oksidasi nitrit menjadi nitrat, sehingga nitrit berada dalam jumlah sedikit (Novotny & Olem 1994).
Beberapa faktor dapat mempengaruhi laju reaksi nitrifikasi (Krenkel & Novotny 1980 in Novotny & Olem 1994). Faktor tersebut adalah sebagai berikut. - Reaksi berlangsung secara aerob. Jika konsentrasi oksigen lebih rendah dari 2
mg/l, laju reaksi akan menurun dengan cepat. Menurut Ravera (1990) in
oksidasi nitrit menjadi nitrat batas minimum bakteri dapat hidup pada konsentrasi oksigen 2 mg/l (Rheinhamer 1985 in Sudaryanti 1990).
- pH optimum berkisar antara 8-9, sedangkan jika pH di bawah 6 reaksi akan seketika terhenti. Pada pH 7 oksidasi amonia menjadi nitrit meningkat, sedangkan oksidasi nitrit menjadi nitrat lebih cepat pada pH asam (Moll 1983
in Sudaryanti 1990).
- Bakteri nitrifikasi cenderung menempel ke sedimen atau permukaan keras. - Laju pertumbuhan bakteri nitrifikasi lebih rendah dibanding laju pertumbuhan
dekomposer heterotrof. Jika konsentrasi bahan organik mudah urai tinggi, bakteri heterotrof akan membatasi pertumbuhan bakteri nitrifikasi, sehingga nitrifikasi akan terhambat.
- Suhu optimum berkisar antara 20-25 °C. Laju pertumbuhan menurun jika suhu kurang atau lebih dari suhu optimum.
Faktor yang paling penting bagi proses nitrifikasi adalah keberadaan bahan organik dan amonia itu sendiri. Ketika pada suatu perairan rasio C : N besar, maka akan mengakibatkan persaingan antara bakteri heterotrof dengan bakteri nitrifikasi dalam merebutkan amonia. Hal ini dapat menurunkan laju nitrifikasi (Strauss 2000). Peristiwa nitrifikasi dicirikan dengan penghilangan secara simultan amonia dan meningkatnya konsentrasi nitrat. Namun, penurunan konsentrasi amonia saja tidak cukup menggambarkan proses nitrifikasi karena tidak semua amonia yang lepas oleh proses dekomposisi di sedimen akan dikembalikan ke badan air. Sebagian amonia akan terserap ke sedimen dan sebagian lagi akan dimanfaatkan kembali untuk pertumbuhan makrofita di perairan dangkal (cahaya melimpah) di lokasi yang sesuai bagi pertumbuhannya. Proses simultan nitrifikasi-denitrifikasi hanya dapat terjadi di permukaan sedimen air. Nitrifikasi pada air mengalir jarang sekali terjadi (Tuffey, Hunter, & Matulewich 1974 in Novotny & Olem 1994).
bakteri Nitrobacter membutuhkan waktu lebih lama, yaitu 10-140 jam (Bock et al. 1991 in Strauss 2000). Amonia lepas pada kondisi anoksik karena kemampuan nitrifikasi di sedimen berkurang, sehingga asimilasi amonia oleh mikroorganisme anaerob berkurang (Beutel 2006).
2.7. Aerasi Hipolimnion
Rendahnya konsentrasi oksigen terlarut sering dijumpai di lapisan hipolimnion. Menurut Novotny & Olem (1994), salah satu cara untuk mengatasi permasalahan ini adalah dengan aerasi lapisan hipolimnion secara langsung. Aerasi hipolimnion merupakan salah satu teknik restorasi untuk melancarkan aliran nutrien di danau. Aerasi ini mampu meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut di lapisan hipolimnion yang sering mengalami deplesi oksigen. Beberapa keuntungan dari aerasi hipolimnion di danau adalah mampu menurunkan konsentrasi racun seperti amonia, hidrogen sulfida, besi, dan mangan sehingga mampu mendukung kehidupan ikan di danau. Aerasi hipolimnion dapat mengurangi keberadaan nutrien dari dasar sedimen. Pengurangan nutrien di lapisan hipolimnion diyakini mampu mengurangi eutrofikasi di danau.
Restorasi perairan dengan sistem aerasi hipolimnion pertama kali dikembangkan di Switzerland pada akhir tahun 1940, di Jerman Barat pada tahun 1967, dan di Kanada pada tahun 1981. Pada tahun 1990, Puslitbang Limnologi LIPI telah melakukan aerasi hipolimnion dengan alat Limnotek 3.1 di Situ Bojongsari, Bogor (Sudaryanti 1990). Tujuan aerasi hipolimnion adalah untuk memperbaiki dan meningkatkan kualitas perairan (Ashley & Hall 1990 in Sudaryanti 1990).
Areasi hipolimnion dapat digunakan untuk meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut di lapisan hipolimnion tanpa merusak stratifikasi suhu di danau. Sebuah pipa digunakan untuk membawa air dari lapisan hipolimnion ke permukaan. Air tersebut melakukan kontak dengan udara luar sehingga gas-gas seperti metan, hidrogen sulfida, dan karbon dioksida yang terakumulasi saat kondisi anaerob lepas. Setelah itu, air dikembalikan ke lapisan hipolimnion. Aerator hipolimnion memerlukan lapisan hipolimnion yang luas untuk dapat bekerja dengan optimal dan umumnya tidak efektif di danau yang dangkal dan waduk (Novotny & Olem 1994).
lapisan anoksik merupakan cara yang dinilai mampu mengontrol akumulasi amonia hipolimnetik. Oksigenasi yang dilakukan sebaiknya mampu memperbaiki konsentrasi oksigen pada permukaan sedimen air untuk memastikan bahwa oksigen dapat tembus ke sedimen dan selanjutnya menghambat akumulasi amonia di lapisan hipolimnion danau (Beutel 2006).
Aerasi hipolimnion yang dilakukan di beberapa perairan mampu meningkatkan konsentrasi oksigen dan berdampak pada penurunan konsentrasi amonia. Pada Tabel 1, dapat diketahui persentase penurunan konsentrasi amonia pada beberapa perairan setelah dilakukan aerasi hipolimnion (Beutel 2006).
3.
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei – Agustus 2011 di Danau Lido, Bogor, Jawa Barat. Danau Lido terletak pada koordinat posisi 106°48’26” -106°48’50” BT dan 6°44’30”-6°44’58” LS. Penelitian dibagi ke dalam dua tahap, yaitu kegiatan di lapangan dan kegiatan di laboratorium.
Kegiatan di lapangan meliputi penelitian pendahuluan dan penelitian utama, berupa pengambilan contoh air. Kegiatan di laboratorium berupa analisis contoh air. Analisis contoh air dilakukan di Laboratorium Fisika-Kimia Perairan, Bagian Produktivitas dan Lingkungan Perairan, Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
3.2. Pelaksanaan Penelitian
3.2.1.Penentuan stasiun
Penelitian dilakukan di bagian barat Danau Lido pada lokasi KJA (Keramba Jaring Apung). Hal ini disebabkan karena pada lokasi ini mengalami tekanan lebih besar dibanding lokasi lainnya dalam hal masukan bahan organik allochtonous
berupa pelet (pakan ikan). Tingginya masukan bahan organik menyebabkan lokasi ini terancam mengalami kondisi anoksik pada hipolimnion sehingga terjadi akumulasi amonia. Berdasarkan hasil penelitian Amalia (2010), konsentrasi amonia di lokasi KJA Danau Lido lebih besar dibanding lokasi non KJA.
Kartografer:
Ayu Ervinia (C24070001)
Sumber Peta:
BAKOSURTANAL
Manajemen Sumberdaya Perairan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor 2011
(Badan Koordinasi Survey dan Pemetaan Nasional)
Tahun 1996 dan 2003
Gambar 3. Peta lokasi penelitian di KJA Danau Lido 3.2.2.Penelitian pendahuluan
siang hari. Hal ini sesuai dengan Birge (1897) in Cole (1983), yang menyatakan bahwa lapisan hipolimnion merupakan lapisan di bawah metalimnion, lebih dingin, dengan perbedaan suhu secara vertikal yang relatif kecil.
Gambar 4. Distribusi vertikal suhu di lokasi KJA Danau Lido
Selain suhu, penentuan kedalaman aerasi juga mempertimbangkan lokasi dan waktu kritis dengan nilai konsentrasi oksigen terlarut di perairan sangat rendah. Untuk mendapatkan lokasi dan waktu kritis, dilakukan pengamatan konsentrasi oksigen terlarut selama 24 jam pada kedalaman 0-4,25 m. Distribusi vertikal oksigen terlarut disajikan pada Gambar 5.
lebih besar, yaitu sebesar 3,84-7,67 mg/l. Lapisan oksik perairan (konsentrasi oksigen terlarut 3 mg/l) hanya sampai kedalaman kurang dari 3 m. Hal ini mengindikasikan pengaruh fotosintesis pada kedalaman lebih dari 3 m sangatlah kecil sehingga konsentrasi oksigen terlarut sangat rendah.
Meskipun berdasarkan hasil penelitian pendahuluan konsentrasi oksigen terlarut di kedalaman 3 m sudah kurang dari 3 mg/l, namun aerasi tidak memungkingkan dilakukan di kedalaman tersebut. Hal ini disebabkan karena pemasangan jaring KJA dilakukan hingga kedalaman 3 m. Oleh karena itu, aerasi akan dilakukan pada kedalaman lebih dari 3 m agar proses aerasi yang dilakukan tidak mengganggu ikan budidaya serta memudahkan dalam proses pengambilan contoh air. Kedalaman yang dipilih adalah 4 m yang merupakan kedalaman hipolimnion dengan konsentrasi oksigen terlarut sangat rendah. Selain itu, berdasarkan hasil uji F diketahui bahwa konsentrasi oksigen terlarut di kedalaman 4 m tidak berbeda nyata pada berbagai waktu pengamatan (p >0,05). Hal ini menunjukkan pada kedalaman 4 m pengaruh fotosintesis pada waktu siang hari sangat kecil bahkan tidak ada.
3.2.3.Penelitian utama
Penelitian utama dilakukan dengan menerapkan aerasi hipolimnion pada kedalaman 4 m. Keberadaan amonia akan diamati pada 5 titik yang menyebar secara horizontal dari titik outlet aerasi, yaitu pada jarak 0 m, 1,5 m, 3 m, 4,5 m, dan 8 m dari titik outlet aerasi yang searah dengan arah arus danau (Gambar 6). Penentuan titik pengamatan secara horizontal didasarkan pada hasil penelitian Nursandi (2011), yang menunjukkan bahwa sebaran oksigen terlarut pengaruh aerasi pada kedalaman 4 m berkurang pada jarak 8 m dari titik outlet aerasi. Untuk memudahkan dalam proses pengambilan contoh air, maka dipilih jarak pengamatan dengan selang 1,5 m. Sementara pengamatan pada jarak 8 m dilakukan untuk melihat keberadaan amonia yang tidak mendapat pengaruh areasi.
Gambar 6. Skema titik-titik pengamatan secara horizontal Tabel 2. Waktu pengamatan pada jarak horizontal
Waktu Pengamatan Pukul
Pra aerasi 08.00 wib Mulai aerasi 09.00 wib 5 jam aerasi 14.00 wib 10 jam aerasi 19.00 wib 5 jam pascaaerasi 00.00 wib 10 jam pascaaerasi 05.00 wib 15 jam pascaaerasi 10.00 wib
3.2.4.Pengambilan contoh air
Prinsip aerasi hipolimnion yang dikembangkan oleh Nursandi (2011) adalah pemindahan massa air dari lapisan tertentu yang memiliki oksigen rendah ke permukaan perairan dan memaparkan massa air di ruang terbuka. Pemaparan dimaksudkan agar terjadi penambahan oksigen dalam massa air yang terangkat melalui proses difusi udara dari atmosfer. Air yang telah mengalami kontak dengan udara dikembalikan ke lapisan hipolimnion. Proses aerasi hipolimnion disajikan pada Lampiran 3. Efektivitas dari proses aerasi hipolimnion sangat tergantung pada laju aliran (flow rate) dan volume air yang diaerasi. Semakin banyak air yang diaerasi, maka semakin besar pula kemungkinan terjadinya peningkatan konsentrasi oksigen terlarut di lapisan hipolimnion. Dalam penelitian ini, volume air yang
KJA (3 m) Permukaan Perairan (0 m)
Aerasi (4 m)
150
dialirkan ke talang aerasi adalah 120 liter selama 5 menit, sehingga didapatkan laju aliran (flow rate) air yang diaerasi sebesar 24 liter/menit. Nilai flow rate sangat tergantung pada ukuran talang dan kekuatan pompa. Spesifikasi alat aerasi hipolimnion disajikan pada Lampiran 4, dan perhitungan flow rate air yang diaerasi disajikan pada Lampiran 5.
Pengambilan contoh air pada titik pengamatan dilakukan dengan menggunakan Van Dorn Water Sampler. Air contoh yang telah diambil selanjutnya dimasukkan ke dalam botol air contoh. Selanjutnya contoh air akan dianalisis di berpengaruh terhadap parameter utama juga turut diamati, yaitu suhu, pH, dan COD (Chemical Oxygen Demand). Analisis parameter penelitian dilakukan secara in situ
dan ex situ sesuai dengan sifat parameter. Alat dan metode yang digunakan dalam analisis contoh air disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Alat dan metode yang digunakan dalam analisis contoh air parameter penelitian
Parameter Satuan Alat/Metode Penanganan
contoh Keterangan
Fisika
Suhu °C Termometer Hg/Pemuaian In situ Kimia
pH pH meter/Potensiometrik In situ
DO mg/l Titrasi/modifikasi metode Winkler
In situ*
COD mg/l Titrasi/Potassium dikromat Pendinginan Ex situ Nitrat (NO3-N) mg/l Spektrofotometer/Brucine Pendinginan Ex situ* Nitrit (NO2-N) mg/l Spektrofotometer/
Sulfanilamide
Pendinginan Ex situ
Amonia (NH3-N)
mg/l Spektrofotometer/Phenate Pendinginan Ex situ
3.3. Analisis Data
3.3.1.Uji t
Uji t berpasangan dilakukan untuk mengetahui perbedaan konsentrasi parameter akibat aerasi hipolimnion. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut (Walpole 1993):
t =d −d0 sd/ n
dengan: t = nilai t hitung,
d = rata-rata selisih nilai parameter (sebelum dan sesudah aerasi),
d0 = selisih nilai yang tidak diharapkan = 0, sd = simpangan baku selisih nilai parameter, dan n = jumlah pasangan anggota sampel.
Hipotesis H0: µD = d0 (nilai parameter sebelum dan sesudah aerasi sama). H1: µD ≠ d0 (nilai parameter sebelum dan sesudah aerasi berbeda). Hipotesis nol akan ditolak pada taraf nyata α bila t > tα/2 (n1) atau t <
-tα/2(n-1).
Nilai t hitung dan t tabel dapat diperoleh dengan menggunakan MS. Excel 2007 (Data Analysis t test paired two samples for means).
3.3.2.Persentase perubahan nilai parameter kualitas air
Persentase perubahan konsentrasi parameter kualitas air dihitung untuk mengetahui besarnya perubahan yang terjadi pada saat awal (sebelum dilakukan aerasi hipolimnion) dan saat sesudah dilakukan aerasi hipolimnion, dengan rumus sebagai berikut:
%Penurunan =a−b
a × 100% dan %Peningkatan = b−a
b × 100%
dengan: a = nilai parameter kualitas air sebelum dilakukan aerasi hipolimnion, b = nilai parameter kualitas air setelah dilakukan aerasi hipolimnion.
3.3.3.Rancangan acak kelompok (RAK)
Rumus umum rancangan acak kelompok adalah sebagai berikut (Mattjik & Sumertajaya 2000):
Yij =μ+ i+ j +εij
dengan:
Yij = Nilai respon pada faktor perlakuan waktu pengamatan taraf ke-i, faktor kelompok jarak horizontal taraf ke-j,
µ = Rataan umum populasi,
αi = Pengaruh perlakuan waktu pengamatan taraf ke-i, βj = Pengaruh kelompok jarak horizontal taraf ke-j, dan
ε
ij = Pengaruh acak pada faktor perlakuan waktu pengamatan taraf ke-i,faktor kelompok jarak horizontal taraf ke-j.
Analisis data menggunakan RAK umumnya disajikan dalam bentuk tabel sidik ragam (Tabel 4). Pengaruh perlakuan lamanya aerasi terhadap perubahan konsentrasi parameter penelitian yang terukur dapat diketahui dengan uji hipotesis antara lain:
Pengaruh perlakuan
H0: α1
=
α2=
...=
αi=
0(perlakuan waktu pengamatan tidak berpengaruh terhadap perubahan konsentrasi parameter kualitas air), dan
H1: paling sedikit ada satu i dengan αi
≠
0(perlakuan waktu pengamatan berpengaruh terhadap perubahan konsentrasi parameter kualitas air).
Pengaruh kelompok
H0: β1
=
β2=
...=
βi=
0(kelompok jarak horizontal tidak berpengaruh terhadap perubahan konsentrasi parameter kualitas air), dan
H1: paling sedikit ada satu i dengan βi
≠
0(kelompok jarak horizontal berpengaruh terhadap perubahan konsentrasi parameter kualitas air).
Kesimpulan yang dapat diambil dari tabel sidik ragam di atas adalah sebagai berikut:
(1) Jika F hitung < F tabel maka gagal tolak H0, berarti perlakuan atau kelompok tidak memberikan pengaruh terhadap perubahan konsentrasi parameter pada selang kepercayaan 95%.
(2) Jika F hitung > F tabel maka Tolak H0, berarti minimal ada satu perlakuan atau kelompok yang memberikan pengaruh terhadap perubahan konsentrasi parameter pada selang kepercayaan 95%.
Untuk melihat perlakuan dan kelompok yang memberikan pengaruh berbeda nyata, maka dilakukan uji lanjut BNT (Beda Nyata Terkecil).
3.3.4.Uji lanjut BNT (Beda Nyata Terkecil)
Meskipun perbedaan dapat terlihat melalui hasil uji F, akan tetapi hal itu tidak dapat melihat perlakuan mana yang memberikan pengaruh terhadap parameter sehingga parameter memiliki karakteristik paling berbeda. Perlu dilakukan uji lanjutan untuk mengetahui hal tersebut, yaitu dengan uji beda rerata pengaruh perlakuan (Boer 2001). Uji BNT hanya dapat digunakan jika nilai F yang diperoleh berdasarkan tabel sidik ragam nyata. Nilai BNT dinyatakan dengan rumus:
BNT = t /2(dbS ) 2 KTS n
dengan: BNT = beda nyata terkecil,
tα/2 = nilai t tabel pada taraf nyata α/2 (α = 0,05), KTS = kuadrat tengah sisa,
dBS = derajat bebas sisa, dan n = jumlah ulangan. Kriterium uji BNT adalah = � .− � .
dengan: � . = rataan perlakuan ke-i, dan � . = rataan perlakuan ke-j.
3.3.5.Regresi linear sederhana
Regresi adalah hubungan dan pola hubungan antara dua macam peubah (acak) yaitu x sebagai peubah bebas (independent variable) dan y sebagai peubah tak bebas (dependent variable). Pada penelitian ini akan dilakukan pendugaan terhadap hubungan antara keberadaan amonia dipengaruhi oleh ketersediaan oksigen, keberadaan amonia dipengaruhi oleh keberadaan bahan organik (COD), penurunan konsentrasi amonia dipengaruhi oleh lamanya waktu aerasi, serta peningkatan konsentrasi oksigen dipengaruhi oleh lamanya waktu aerasi. Model dugaan regresi (Walpole 1993) dapat dinyatakan sebagai berikut:
y= a + bx
dengan: � = Nilai dugaan yang dihasilkan garis regresi,
a= intersep atau perpotongan dengan sumbu tegak, dan b= Kemiringan/gradien.
Dalam regresi linear sederhana dikenal istilah koefisien korelasi Pearson (r) yang digunakan untuk mengukur derajat hubungan dari dua variabel. Kisaran nilai r yang menyatakan kekuatan hubungan antar variabel disajikan pada Tabel 5. Koefisien korelasi Pearson dirumuskan sebagai berikut:
r = n XY−( X)( Y)
[n X2 –( X)2][n Y2−( Y)2]
dengan: r = koefisien korelasi Pearson, X = variabel bebas,
Y = variabel terikat, dan n = jumlah pasangan data.
Tabel 5. Interval nilai koefisien korelasi (r) dan kekuatan hubungan
Interval Nilai Kekuatan Hubungan
0,9 < r ≤ 1,0 Sangat tinggi atau kuat, dapat diandalkan r =1,0 Sempurna
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
4.1.1.Lapisan hipolimnion pada KJA Danau Lido
Danau Lido merupakan danau yang menjadi pelopor pelaksanaan kegiatan budidaya ikan dengan teknologi KJA (Keramba Jaring Apung) di Indonesia sejak tahun 1978. Saat ini komoditi ikan yang dibudidayakan di Danau Lido adalah ikan nila merah. Umumnya satu petak jaring apung yang digunakan oleh petani ikan berukuran 2 x 2 x 3 m3. Pada lokasi penelitian, kedalaman maksimum perairan sebesar 8 m dan kedalaman minimum sebesar 4,5 m (Gambar 7). Jarak horizontal 8 m memiliki kedalaman paling rendah (4,5 m) dikarenakan lokasinya dekat dengan outlet danau dan daratan sehingga berpotensi menjadi muara bagi endapan bahan-bahan organik dan anorganik.
Gambar 7. Kedalaman perairan pada lokasi pengambilan contoh
Selain bersumber dari kegiatan budidaya, tekanan lingkungan perairan Danau Lido juga berasal dari aktivitas masyarakat sekitar danau. Terdapat beberapa rumah makan terapung yang membuang limbahnya ke danau. Selain itu, sering dijumpai warga masyarakat yang melakukan aktivitas rumah tangga seperti mencuci pakaian di danau. Limbah yang masuk ke perairan tidak hanya berupa limbah mudah urai, tetapi juga limbah tidak mudah urai seperti deterjen. Hal ini dapat menyebabkan penurunan kualitas air Danau Lido. Gambaran mengenai kondisi Danau Lido dapat dilihat pada Lampiran 2.
yang hidup dalam ekosistem tersebut. Kondisi lapisan hipolimnion Danau Lido pada kedalaman 4 m disajikan pada Tabel 6. Parameter dapat dikelompokkan menjadi dua kategori, yaitu parameter yang memenuhi dan parameter yang tidak memenuhi baku mutu kualitas air bagi kegiatan perikanan (PP RI No. 82 Tahun 2001) (Lampiran 6). Parameter yang memenuhi baku mutu kualitas air adalah suhu, pH, dan nitrat. Suhu di lapisan hipolimnion relatif stabil. Nilai pH cenderung mendekati netral.
Sementara parameter yang tidak memenuhi baku mutu kualitas air adalah COD, oksigen, amonia, dan nitrit. Pada kelima lokasi pengamatan, konsentrasi oksigen terlarut sangat kecil, yaitu sebesar 0,1 mg/l. Konsentrasi COD yang besar menggambarkan banyaknya bahan organik yang berada di lapisan hipolimnion danau. Konsentrasi amonia dan nitrit yang tinggi menggambarkan berlangsungnya proses biologis perombakan bahan organik pada kondisi oksigen terlarut sangat rendah. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk meningkatkan kualitas perairan adalah dengan melakukan aerasi hipolimnion.
Tabel 6. Nilai parameter kualitas air pada lapisan hipolimnion Danau Lido
No Parameter Satuan Jarak Horizontal
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
4.1.2.Distribusi amonia (NH3-N) pascaaerasi hipolimnion
Aerasi hipolimnion yang dilakukan diharapkan mampu menurunkan konsentrasi amonia di perairan. Data konsentrasi amonia (mg/l) sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion ditunjukkan pada Tabel 7. Sementara untuk pola distribusi amonia secara horizontal saat sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion dapat dilihat pada Gambar 8.
selama 5 jam dan 10 jam. Ketika aerasi dihentikan, konsentrasi amonia kembali mengalami peningkatan. Berdasarkan hasil uji t (Lampiran 8), aerasi selama 5 jam tidak berperan dalam menurunkan konsentrasi amonia (p>0,05). Konsentrasi amonia baru mengalami penurunan setelah dilakukan aerasi selama 10 jam (p<0,05). Rata-rata konsentrasi amonia kembali meningkat 5 jam pascaaerasi dihentikan (p<0,05). Rata-rata konsentrasi amonia pascaaerasi cenderung lebih besar dibanding saat sebelum aerasi.
Tabel 7. Konsentrasi amonia (mg/l) sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion Jarak
Berdasarkan Gambar 8 dapat diketahui perubahan konsentrasi amonia berbeda pada masing-masing jarak horizontal dari titik outlet aerasi. Jarak horizontal dapat dikategorikan dalam dua kelompok berdasarkan kesamaan pola penurunan konsentrasi amonia saat dilakukan aerasi hipolimnion. Kelompok ke-1 adalah jarak 0 m dan 1,5 m (dekat dengan titik outlet aerasi). Kelompok ke-2 adalah jarak 3 m, 4,5 m, dan 8 m (jauh dari titik outlet aerasi). Saat dilakukan aerasi selama 5 jam, penurunan konsentrasi amonia hanya terjadi hingga jarak horizontal 1,5 m. Konsentrasi amonia baru mengalami penurunan hingga jarak horizontal 8 m saat aerasi dilakukan selama 10 jam.
lokasi yang jauh dari outlet aerasi. Pengamatan 10 jam pascaaerasi menunjukkan telah terjadi penurunan konsentrasi amonia pada lokasi dekat outlet aerasi, sedangkan pada lokasi yang jauh dari outlet aerasi terjadi peningkatan konsentrasi amonia. Hal sebaliknya terjadi saat 15 jam pascaaerasi, yaitu telah terjadi peningkatan konsentrasi amonia pada lokasi dekat outlet aerasi dan penurunan konsentrasi amonia pada lokasi yang jauh dari outlet aerasi.
Sebelum aerasi
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 5 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 10 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (5 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (10 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (15 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Jarak Horizontal (m)
Berdasarkan hasil uji F (Lampiran 9) diketahui bahwa perbedaan waktu pengamatan berpengaruh terhadap konsentrasi amonia (p<0,05). Waktu yang berpengaruh nyata adalah sebelum aerasi dan aerasi 10 jam (penurunan konsentrasi amonia), aerasi 5 jam dan aerasi 10 jam (penurunan konsentrasi amonia), aerasi 10 jam dan pascaaerasi (peningkatan konsentrasi amonia) (uji BNT). Kelompok jarak horizontal tidak berpengaruh terhadap konsentrasi amonia (p>0,05).
4.1.3.Distribusi nitrit (NO2-N) pascaaerasi hipolimnion
Nitrit umumnya ditemukan dalam jumlah sedikit di perairan karena bersifat tidak stabil dengan keberadaan oksigen. Nitrit merupakan bentuk peralihan (intermediate) antara amonia dan nitrat (nitrifikasi) (Novotny & Olem 1994). Data konsentrasi nitrit (mg/l) sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion ditunjukkan pada Tabel 8. Sementara untuk pola distribusi nitrit secara horizontal sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion dapat dilihat pada Gambar 9.
Berdasarkan Tabel 8 dapat diketahui konsentrasi nitrit mengalami penurunan ketika dilakukan aerasi selama 5 jam dan 10 jam. Ketika aerasi dihentikan, konsentrasi nitrit terus mengalami penurunan khususnya pada lokasi yang dekat dengan titik outlet aerasi.
Berdasarkan hasil uji t (Lampiran 8), aerasi selama 5 jam tidak berperan dalam menurunkan konsentrasi nitrit (p>0,05). Konsentrasi nitrit baru mengalami penurunan setelah dilakukan aerasi selama 10 jam (p<0,05). Konsentrasi nitrit tidak meningkat pascaaerasi dihentikan (p>0,05). Rata-rata konsentrasi nitrit saat pascaaerasi cenderung lebih kecil dibanding saat sebelum aerasi (p<0,05).
Tabel 8. Konsentrasi nitrit (mg/l) sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion Jarak
lokasi yang dekat outlet aerasi, penurunan nitrit berlangsung lebih cepat dibanding lokasi yang jauh dari outlet aerasi. Hal ini dapat dilihat dari perubahan warna yang lebih cepat pada lokasi dekat outlet aerasi.
Sebelum aerasi
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 5 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 10 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (5 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (10 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (15 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Jarak Horizontal (m)
Gambar 9. Pola distribusi nitrit secara horizontal
Penurunan konsentrasi nitrit terus berlanjut pada jarak horizontal 0 m dan 1,5 m (dekat outlet aerasi). Pada lokasi yang jauh dari outlet aerasi, penurunan konsentrasi nitrit tidak terlalu nampak, bahkan terjadi peningkatan pada jarak 8 m.
Berdasarkan hasil uji F (Lampiran 9) diketahui bahwa perbedaan waktu pengamatan berpengaruh terhadap konsentrasi nitrit (p<0,05). Waktu yang berpengaruh nyata adalah sebelum aerasi dan aerasi 10 jam (penurunan konsentrasi nitrit), sebelum aerasi dan pascaaerasi (penurunan konsentrasi nitrit), aerasi 5 jam dan pascaaerasi (penurunan konsentrasi nitrit) (uji BNT). Kelompok jarak horizontal tidak berpengaruh terhadap konsentrasi nitrit (p>0,05).
4.1.4.Distribusi nitrat (NO3-N) pascaaerasi hipolimnion
Nitrat (NO3-N) merupakan bentuk utama nitrogen di perairan alami dan merupakan nutrien utama bagi fotosintesis oleh organisme autotrof di perairan. Data konsentrasi nitrat (mg/l) sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion ditunjukkan pada Tabel 9. Sementara untuk pola distribusi nitrat secara horizontal sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion dapat dilihat pada Gambar 10.
Berdasarkan pada rata-rata konsentrasi nitrat pada Tabel 9 terlihat terjadi fluktuasi nitrat di perairan. Aerasi yang dilakukan selama 5 jam berdampak pada penurunan konsentrasi nitrat. Rata-rata konsentrasi nitrat mengalami peningkatan ketika aerasi dilakukan selama 10 jam. Penurunan konsentrasi signifikan terjadi saat 5 jam pascaaerasi. Peningkatan konsentrasi nitrat kembali terjadi saat 10 jam pascaaerasi.
Tabel 9. Konsentrasi nitrat (mg/l) sebelum, sesaat, dan pascaaerasi hipolimnion Jarak
konsentrasi nitrat. Peningkatan konsentrasi nitrat pada lokasi dekat dengan outlet aerasi baru terjadi saat aerasi dilakukan 10 jam. Akan tetapi sebarannya tidak jauh dan tidak lebih besar dari konsentrasi awal.
Sebelum aerasi
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 5 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 10 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (5 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (10 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (15 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Jarak Horizontal (m)
Gambar 10. Pola distribusi nitrat secara horizontal
5 jam pascaaerasi, khususnya pada lokasi yang dekat dengan outlet aerasi. Peningkatan konsentrasi nitrat kembali terjadi saat 10 jam pascaaerasi. Secara umum diketahui bahwa konsentrasi nitrat cenderung meningkat pascaaerasi dan pada lokasi yang jauh dari titik outlet aerasi.
Berdasarkan hasil uji F (Lampiran 9) diketahui bahwa perbedaan waktu pengamatan berpengaruh terhadap konsentrasi nitrat (p<0,05). Waktu yang berpengaruh nyata adalah penurunan konsentrasi nitrat (sebelum aerasi dan 5 jam pascaaerasi, aerasi 5 jam dan 5 jam pascaaerasi, aerasi 10 jam dan 5 jam pascaaerasi) dan peningkatan konsentrasi nitrat (5 jam pascaaerasi dan 10 jam pascaaerasi, 5 jam dan 15 jam pascaaerasi) (uji BNT). Kelompok jarak horizontal tidak berpengaruh terhadap konsentrasi nitrat (p>0,05).
4.1.5.Komposisi nitrogen saat dilakukan aerasi hipolimnion
Menurut Novotny & Olem (1994), pada perairan yang aerob nitrogen banyak ditemui dalam bentuk nitrat dan pada lokasi anaerob akan dijumpai akumulasi amonia. Aerasi selama 10 jam diharapkan mampu mencegah akumulasi amonia di perairan. Pengaruh aerasi terhadap perubahan komposisi nitrogen di perairan dapat diketahui dengan melihat perubahan komposisi nitrogen sebelum, sesaat, dan sesudah aerasi (Gambar 11).
Berdasarkan pada Gambar 11, diketahui bahwa proporsi amonia lebih besar dibanding nitrit dan nitrat. Aerasi selama 5 jam menyebabkan penurunan proposi amonia di lokasi dekat outlet aerasi dan diiringi dengan peningkatan proporsi nitrit. Aerasi selama 10 jam menyebabkan penurunan proporsi amonia hingga jarak horizontal 8 m. Pada lokasi dekat outlet aerasi, penurunan proporsi amonia diikuti dengan penurunan proporsi nitrit dan peningkatan proporsi nitrat. Pada lokasi yang jauh dari outlet aerasi, peningkatan proporsi nitrat tidak terlalu besar.
amonia kembali meningkat pada pengamatan 15 jam pascaaerasi diikuti dengan penurunan proporsi nitrit dan nitrat.
Keterangan:
(a) Lokasi dekat dengan outlet aerasi (0 m dan 1,5 m) (b) Lokasi jauh dari outlet aerasi (3 m, 4,5 m, dan 8 m)
Gambar 11. Komposisi nitrogen saat dilakukan aerasi hipolimnion
4.1.6.Faktor yang mempengaruhi keberadaan amonia saat dilakukan aerasi
hipolimnion
Penurunan konsentrasi amonia saat aerasi hipolimnion merupakan dampak turunan dari peningkatan kualitas parameter lainnya seperti peningkatan konsentrasi oksigen terlarut (Gambar 12), penurunan konsentrasi bahan organik (COD) (Gambar 14), serta parameter lain seperti suhu dan pH. Penelitian ini dilakukan pada kondisi suhu perairan yang relatif stabil dengan kisaran 25,5-26 °C. Nilai pH yang teramati selama penelitian berkisar antara 6,81-7,10.
terjadi penurunan konsentrasi oksigen saat pascaaerasi, tetapi konsentrasinya cenderung lebih besar dibanding saat sebelum aerasi.
Sebelum aerasi
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 5 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 10 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (5 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (10 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (15 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Jarak Horizontal (m)
Gambar 12. Pola distribusi oksigen terlarut secara horizontal
(peningkatan konsentrasi oksigen terlarut) (uji BNT). Kelompok jarak horizontal berpengaruh terhadap konsentrasi oksigen terlarut (p<0,05). Kelompok yang berpengaruh nyata adalah 0 m dan 3 m, 0 m dan 4,5 m, 0 m dan 8 m (uji BNT).
Keterkaitan antara ketersediaan oksigen terlarut dengan keberadaan amonia dapat disimulasikan pada Gambar 13. Pada kondisi awal sebelum aerasi, amonia berada dalam proporsi yang besar. Saat aerasi selama 5 jam, proporsi oksigen terlarut mengalami peningkatan diiringi dengan penurunan proporsi bagi amonia pada lokasi dekat outlet aerasi. Pada lokasi yang jauh dari outlet aerasi, tidak terlihat penurunan proporsi amonia. Aerasi selama 10 jam semakin meningkatkan proporsi oksigen terlarut diiringi dengan penurunan proporsi amonia. Akan tetapi, proporsi oksigen terlarut berangsur-angsur terus mengalami penurunan diiringi dengan peningkatan proporsi amonia pascaaerasi dihentikan.
Keterangan:
(a) Lokasi dekat dengan outlet aerasi (0 m dan 1,5 m) (b) Lokasi jauh dari outlet aerasi (3 m, 4,5 m, dan 8 m)
Berdasarkan hasil uji F (Lampiran 9) dapat diketahui bahwa perbedaan waktu pengamatan berpengaruh terhadap konsentrasi COD di perairan (p<0,05). Waktu yang berpengaruh nyata adalah sebelum aerasi dan aerasi 10 jam (penurunan konsentrasi COD), aerasi 5 jam dan pascaaerasi (peningkatan konsentrasi COD), aerasi 10 jam dan pascaaerasi (peningkatan konsentrasi COD) (uji BNT). Kelompok jarak horizontal tidak berpengaruh terhadap konsentrasi bahan organik di perairan (p>0,05).
Sebelum aerasi
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 5 jam
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Aerasi 10 jam
0 m 1,5 m 4 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (5 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (10 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Pascaaerasi (15 jam)
0 m 1,5 m 3 m 4,5 m 8 m
Jarak Horizontal (m)
Mulai Aerasi Aerasi Dihentikan
Keberadaan amonia, COD, dan oksigen terlarut selama aerasi hipolimnion dapat terlihat pada Gambar 15. Peningkatan konsentrasi okigen terlarut mulai terlihat saat aerasi mulai dilakukan hingga 10 jam aerasi. Peningkatan oksigen terlarut diiringi dengan penurunan konsentrasi COD dan amonia. Hal sebaliknya terjadi pascaaerasi dihentikan, konsentrasi oksigen terlarut mengalami penurunan diiringi dengan peningkatan konsentrasi COD dan amonia.
Gambar 15. Keberadaan amonia, COD, dan oksigen selama aerasi hipolimnion Keberadaan amonia di perairan nampak jelas dipengaruhi oleh keberadaan oksigen terlarut dan dapat diduga dengan menggunakan persamaan regresi linear sederhana (Lampiran 10). Pada lokasi dekat outlet aerasi keberadaan amonia diduga dengan persamaan �3 = −0,179 + 0,505 (r = 0,85 dan R2 = 75,5%). Berdasarkan persamaan tersebut dapat diduga konsentrasi oksigen terlarut yang teramati agar konsentrasi amonia memenuhi baku mutu kualitas perairan untuk kegiatan perikanan (0,02 mg/l), yaitu rata-rata sebesar 2,71 mg/l oksigen terlarut. Pada lokasi yang jauh dari outlet aerasi keberadaan amonia diduga dengan persamaan yaitu �3 = −1,154 + 0,425 (r = 0,87 dan R2 = 75,6%). Berdasarkan persamaan tersebut dapat diduga konsentrasi oksigen terlarut yang termati agar konsentrasi amonia memenuhi baku mutu kegiatan perikanan (0,02 mg/l), yaitu rata-rata sebesar 0,35 mg/l oksigen terlarut.
Selain itu, keberadaan amonia juga dipengaruhi oleh keberadaan bahan organik. Hal ini dapat diduga dengan persamaan regresi linear sederhana (Lampiran 11), yaitu �3 = 0,004 + 0,101 (r = 0,87 dan R2 = 75,5%). Berdasarkan nilai b yang positif pada persamaan tersebut, dapat diduga bahwa peningkatan konsentrasi COD akan menyebabkan peningkatan konsentrasi amonia di perairan.
4.1.7.Penurunan konsentrasi amonia (NH3-N), nitrit (NO2-N), dan COD
dengan dilakukannya aerasi hipolimnion
Pada penelitian ini diharapkan konsentrasi amonia (NH3), nitrit (NO2-N), dan COD mengalami penurunan setelah dilakukan aerasi hipolimnion. Sebagaimana diketahui bahwa keberadaan amonia dan nitrit di perairan dapat bersifat toksik bagi organisme akuatik serta mengindikasikan bahwa perairan dalam kondisi anoksik (miskin O2). Begitu pula dengan COD yang menggambarkan jumlah bahan organik di perairan. Proses aerasi diharapkan mampu mempercepat proses dekomposisi secara aerob dan mencegah terjadinya akumulasi bahan organik di perairan. Penurunan konsentrasi parameter kualitas air disajikan pada Tabel 10.
Berdasarkan informasi yang tersaji pada Tabel 10, aerasi selama 5 jam mampu menurunkan konsentrasi amonia, nitrit, dan COD. Akan tetapi persentase penurunannya sangat kecil terutama untuk parameter amonia. Penurunan yang cukup besar terjadi ketika aerasi dilakukan selama 10 jam. Akan tetapi persentase penurunan tidak mencapai 50%. Penurunan konsentrasi amonia semakin berkurang dengan semakin bertambahnya jarak dari titik outlet aerasi. Penurunan terbesar pada jarak 1,5 m dari outlet aerasi, yaitu sebesar 61%, sedangkan penurunan terkecil pada jarak 8 m dari outlet aerasi, yaitu sebesar 13%.
Tabel 10. Penurunan konsentrasi (mg/l) amonia, nitrit, dan COD
Parameter Lama Aerasi Nilai rata-rata
4.1.8.Peningkatan konsentrasi oksigen (O2) dan nitrat (NO3-N) dengan
dilakukannya aerasi hipolimnion
Pada penelitian ini diharapkan konsentrasi oksigen (O2) dan nitrat (NO3-N) mengalami peningkatan dengan dilakukannya aerasi hipolimnion (Tabel 11). Sebagaimana diketahui bahwa oksigen merupakan parameter yang sangat dibutuhkan bagi kelangsungan hidup organisme akuatik karena oksigen tidak hanya dimanfaatkan untuk respirasi, melainkan juga untuk proses perombakan bahan organik. Begitu pula dengan nitrat yang berperan sebagai nutrien bagi proses fotosintesis. Keberadaan nitrat sangat bergantung pada ketersediaan oksigen terlarut karena proses pembentukannya berlangsung aerob.
Berdasarkan informasi yang diperoleh dari Tabel 11, aerasi selama 5 jam mampu meningkatkan rata-rata konsentrasi oksigen terlarut lebih dari 50%. Peningkatan yang lebih besar terjadi ketika aerasi dilakukan selama 10 jam, yaitu sebesar 79,17 %. Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama aerasi dilakukan, peningkatan konsentrasi oksigen terlarut di perairan akan semakin besar. Peningkatan konsentrasi nitrat di perairan baru terlihat ketika aerasi dilakukan selama 10 jam dan pascaaerasi.
Tabel 11. Peningkatan konsentrasi (mg/l) oksigen terlarut dan nitrat
Parameter Lama Aerasi Nilai rata-rata
ini dapat dilihat dari konsentrasi oksigen terlarut pada lokasi non KJA yang berkisar antara 5,51-7,94 mg/l, sementara pada lokasi KJA berkisar antara 2,06-4,19 mg/l. Konsentrasi oksigen terendah berada pada kedalaman kompensasi, namun pada lokasi non KJA konsentrasi oksigen terlarut masih lebih besar dari 3 mg/l. Berbeda halnya dengan lokasi KJA, konsentrasi oksigen terlarut pada lapisan permukaan masih lebih rendah dibanding pada lapisan kompensasi non KJA. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat konsumsi oksigen di lokasi KJA lebih besar dibanding lokasi non KJA. Sebaran oksigen terlarut secara vertikal pada lokasi KJA dan non KJA disajikan pada Lampiran 12.
Berdasarkan hasil penelitian, konsentrasi oksigen di lapisan hipolimnion (kedalaman 4 m) Danau Lido sangat kecil, yaitu 0,1 mg/l. Rendahnya konsentrasi oksigen terlarut di lapisan hipolimnion disebabkan oleh tingginya kebutuhan oksigen untuk mendekomposisikan bahan organik yang terakumulasi di lapisan hipolimnion. Sumber utama bahan organik di lokasi KJA berasal dari sisa pakan (pelet) budidaya yang dibuang setiap hari ke danau.
Masukan bahan organik berlangsung terus menerus ke lapisan hipolimnion danau tanpa diimbangi pasokan oksigen terlarut yang memadai. Aktivitas fotosintesis yang menghasilkan oksigen hanya terpusat di lapisan epilimnion yang terdapat cahaya matahari. Pasokan oksigen yang terbatas ini menjadi semakin terbatas dikarenakan pakan ikan yang terbuang ke danau berkontribusi meningkatkan kekeruhan di perairan. Hal ini dapat menyebabkan sinar matahari dan penetrasi cahaya yang masuk ke dalam perairan menjadi terbatas dan berpengaruh pada proses fotosintensis. Ketebalan lapisan oksik di perairan akan berkurang dan transfer oksigen ke lapisan hipolimnion akan semakin kecil.
konsentrasi amonia di Danau Lido pada lokasi KJA lebih besar dibanding lokasi non KJA. Konsentrasi amonia pada lokasi KJA berkisar antara 0,354-0,706 mg/l, sementara pada lokasi non KJA berkisar antara 0,182-0,235 mg/l. Konsentrasi amonia tertinggi berada pada lapisan kompensasi perairan. Sebaran amonia, nitrit, dan nitrat secara vertikal di lokasi KJA dan non KJA disajikan pada Lampiran 12.
Banyak cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi akumulasi amonia di perairan, salah satunya adalah dengan menerapkan aerasi hipolimnion. Proses aerasi hipolimnion memiliki dampak langsung dan tidak langsung. Dampak langsung berupa peningkatan konsentrasi oksigen. Dampak tidak langsung berupa penurunan konsentrasi amonia. Penurunan konsentrasi amonia termasuk ke dalam dampak tidak langsung karena keberadaan amonia di perairan mengikuti dinamika siklus nitrogen yang dipengaruhi oleh ketersediaan oksigen terlarut. Berdasarkan hasil penelitian, aerasi selama 10 jam yang dilakukan di lapisan hipolimnion Danau Lido menyebabkan penurunan konsentrasi amonia rata-rata sebesar 34,97%. Penurunan terbesar pada jarak 1,5 dari titik outlet aerasi, yaitu sebesar 61% dan penurunan terkecil terjadi pada jarak 8 m dari titik outlet aerasi, yaitu sebesar 13% (Gambar 8). Pengamatan juga dilakukan saat aerasi baru berlangsung selama 5 jam. Penurunan konsentrasi amonia relatif kecil, yaitu sebesar 5,11% dan hanya terjadi pada lokasi dekat outlet aerasi (0 m dan 1,5 m).
Penghilangan amonia di lapisan hipolimnion dapat terjadi secara fisika dan biologi. Proses fisika berupa penguapan (volatilisasi) diharapkan terjadi ketika air dari lapisan hipolimnion mengalami sirkulasi pada talang aerasi. Proses ini optimum pada pH 9 atau lebih (Boyd 1998). Pada penelitian ini, penurunan konsentrasi amonia secara fisika diduga sangat kecil terjadi. Hal ini disebabkan karena pH perairan yang teramati kurang dari 9, yaitu berkisar antara 6,81-7,10. Berdasarkan hasil penelitian Burgess et al. (2003), aerasi mampu menurunkan konsentrasi amonia hingga 80 % pada saat pH sebesar 10. Saat pH 4 hingga 8, hanya terjadi penurunan konsentrasi amonia sebesar 27 %.
meningkatan konsentrasi oksigen terlarut hingga 79,17%, yaitu dari 0,1 mg/l menjadi 1,0 mg/l. Konsentrasi oksigen terlarut hasil aerasi masih tergolong kecil dan belum memenuhi baku mutu kualitas perairan bagi kegiatan perikanan (3 mg/l). Berbeda halnya dengan alat aerasi Limnotek 3.1 yang diujicobakan pada Situ Bojongsari mampu meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut hingga lebih dari 4 mg/l hingga 17 m dari titik outlet aerasi (Hartoto 1993).
Meskipun konsentrasi oksigen terlarut masih relatif kecil, akan tetapi peningkatannya yang lebih besar dari 50% mampu menyebabkan penurunan konsentrasi COD hingga 40,63%. Penurunan konsentrasi COD mengindikasikan telah terjadinya proses perombakan bahan organik secara aerob di lapisan hipolimnion oleh mikroba dekomposer (Uhlmann 1977 in Sudaryanti 1991). Bahan organik nitrogen akan dirombak menjadi amonia melalui proses amonifikasi. Dalam kondisi aerob (oksigen tersedia), proses amonifikasi akan dilanjutkan dengan proses nitrifikasi. Berdasarkan hasil penelitian Hartoto (1995), penurunan kandungan bahan organik akibat aerasi menyebabkan penurunan jumlah bakteri amonifikasi. Hal ini disebabkan karena penurunan kandungan bahan organik yang berperan sebagai substrat bagi bakteri. Sama halnya dengan aerasi yang dilakukan pada air limbah (Wielgosz et al. 2010), menunjukkan hasil bahwa jumlah bakteri amonifikasi lebih banyak pada air limbah yang tidak diaerasi.
yang dilengkapi aerasi. Sistem ini dapat menurunkan konsentrasi amonia pada air limbah hingga 93,3%. Penurunan konsentrasi amonia diiringi dengan peningkatan konsentrasi nitrat terjadi setelah 13 hari aerasi (Jamieson et al. 2003). Aerasi pada limbah domestik perkotaan menyebabkan penurunan konsentrasi amonia sebesar 98% selama 2 bulan aerasi (Sotirakou et al. 1999).
Peristiwa nitrifikasi tidak dapat terjadi seketika karena kelimpahan mikroba nitrifikasi umumnya lebih rendah dibandingkan mikroba dekomposer. Mikroba nitrifikasi bersifat aerob sedangkan mikroba dekomposer bersifat aerob dan anaerob. Hal ini menyebabkan ketika perairan mendapat pasokan oksigen dari proses aerasi, mikroba dekomposer akan bersaing dengan mikroba nitrifikasi sehingga amonia masih ditemukan dalam jumlah yang besar (Rheinhamer 1985 in Sudaryanti 1990). Selain itu, pada tahap awal aerasi sebagian besar amonia dapat lepas ke atmosfer (volatilisasi) ketika mengalami sirkulasi di talang aerasi. Hanya sebagian kecil yang dikonversi menjadi nitrit dan nitrat (Ashley 1981). Kasus yang sama juga ditemukan saat aerasi dilakukan di Danau Amisk dan Waduk Camanche, yaitu terjadi penurunan konsentrasi amonia sebesar 58,33% (Danau Amisk) dan 85,71% (Waduk Camanche) tanpa disertai dengan peningkatan nitrat. Hal ini disebabkan karena aerasi menyebabkan penurunan kandungan nitrogen organik di lapisan hipolimnion (Beutel 2006).
Transformasi amonia menjadi nitrat dilalui secara bertahap, diawali dengan proses perubahan amonia menjadi nitrit dan dilanjutkan dengan perubahan nitrit menjadi nitrat. Berdasarkan hasil penelitian ini, aerasi menyebabkan penurunan konsentrasi nitrit hingga 41,86%. Nitrit dijumpai dalam jumlah yang sangat kecil di lapisan hipolimnion disebabkan karena laju oksidasi amonia menjadi nitrit lebih cepat dibanding laju oksidasi nitrit menjadi nitrat (Novotny & Olem 1994). Selain itu, proses aerasi ternyata mampu mempercepat proses pembentukan nitrit. Aerasi yang dilakukan di Situ Bojongsari dengan alat Limnotek 3.1 (Hartoto 1995) menunjukkan bahwa nilai TRF-NO2 (Time Duration Required to Finish Nitrite Formation) semakin kecil dengan semakin lamanya waktu aerasi.
konsentrasi COD seperti kondisi awal sebelum aerasi bahkan lebih besar (p<0,05). Peningkatan COD secara simultan ini menyebabkan kebutuhan oksigen untuk proses dekomposisi semakin besar. Peningkatan konsentrasi COD (bahan organik) tanpa disertai peningkatan konsentrasi oksigen terlarut berdampak pada peningkatan konsentrasi amonia karena proses amonifikasi tidak dapat dilanjutkan dengan proses nitrifikasi. Pengamatan pascaaerasi dilakukan bertepatan dengan jadwal petani ikan memberikan pakan pelet pada ikan-ikan budidaya. Tidak semua pakan yang dibuang ke perairan akan dimakan oleh ikan, sebagian besar akan terbuang ke dasar perairan. Selain itu pakan ikan yang terbuang tersebut banyak mengandung nitrogen (Ryding & Rast 1989). Hal tersebut juga diduga berpotensi menyebabkan peningkatan konsentrasi amonia pascaaerasi dihentikan.
Pengamatan yang dilakukan saat 5 jam pascaaerasi menunjukkan bahwa proporsi nitrat dan nitrit menurun signifikan. Nitrogen dominan berada dalam bentuk amonia. Pada saat ini diduga telah terjadi proses denitrifikasi, yaitu proses reduksi secara biologis nitrat (NO3-N) menjadi nitrit (NO2-N) dan amonia (NH3-N) oleh bakteri heterotrof fakultatif yang terjadi saat konsentrasi oksigen terlarut sangat rendah. Proses denitrifikasi dapat terjadi karena dekomposisi bahan organik terus berlanjut saat oksigen terlarut di perairan tidak tersedia (Boyd 1998). Bakteri fakultatif akan memperoleh oksigen dengan cara mengambil oksigen yang terikat pada molekul nitrat (NO3-N). Beberapa jenis bakteri anaerob fakultatif yaitu
Psedudomonas, Achromobacter, Escherichia, Bacillus, dan Micrococcus (Alexander 1961 in Wetzel 2001). Berdasarkan penelitian Wielgosz et al. (2010), diketahui bahwa pada air limbah yang tidak diaerasi terdapat bakteri denitrifikasi dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan air limbah yang diaerasi. Peristiwa denitrifikasi ternyata tidak hanya dapat terjadi pada kondisi anoksik. Berdasarkan penelitian Zhang et al. (2011), bakteri Pseudomonas stutzeri YZN-001 mampu melakukan denitrifikasi dan nitrifikasi pada kondisi aerob. Hal ini ditunjukkan dengan penurunan konsentrasi nitrit dan nitrat disertai dengan penurunan konsentrasi amonia.
lokasi dekat outlet aerasi. Pada saat ini diduga pada lokasi dekat outlet aerasi tengah terjadi proses nitrifikasi. Peningkatan konsentrasi nitrat pada saat ini lebih besar dibanding saat aerasi 10 jam disebabkan karena nitrifikasi pada air mengalir sulit untuk terjadi (Tuffey, Hunter, & Matulewich 1974 in Novotny & Olem 1994). Saat aerasi, air didorong kuat sehingga tidak ada kesempatan bagi bakteri nitrifikasi untuk melakukan proses biologis ini.
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa nitrifikasi tidak dapat terjadi seketika. Peristiwa nitrifikasi yang terjadi pada saat ini merupakan dampak turunan dari aerasi yang dilakukan selama 10 jam yang berdampak langsung pada peningkatan konsentrasi oksigen terlarut. Proses nitrifikasi selain membutuhkan oksigen juga tergantung pada keberadaan bakteri nitrifikasi. Waktu yang dibutuhkan untuk generasi bakteri Nitrosomonas sekitar 7-24 jam, sedangkan bakteri
Nitrobacter membutuhkan waktu sekitar 10-140 jam (Bock et al. 1991 in Strauss 2000). Peningkatan konsentrasi oksigen yang terjadi saat aerasi 10 jam diduga memicu generasi bakteri Nitrosomonas dan Nitrobacter 10 jam kemudian. Selain itu menurut Tuffey, Hunter, & Matulewich 1974 in Novotny & Olem 1994, proses nitrifikasi pada air mengalir jarang sekali terjadi. Optimalisasi proses nitrifikasi dapat ditingkatkan dengan peningkatan konsentrasi oksigen terlarut dan keberadaan substrat tempat menempel bakteri nitrifikasi yang cenderung senang menempel ke sedimen atau permukaan keras (Krenkel & Novotny 1980 in Novotny & Olem 1994).
tersebut, bahan toksik akan terus terakumulasi di lapisan bawah danau. Pada perairan tropis holomictic dapat terjadi sesudah hujan lebat karena pada saat tersebut suhu di permukaan menjadi lebih rendah dibandingkan suhu dasar perairan. Kondisi tersebut mengakibatkan massa air yang ada di permukaan menjadi lebih berat dan akan turun ke dasar perairan. Massa air yang turun tersebut akan mendesak massa air yang ada di dasar danau untuk naik ke permukaan. Dengan demikian bahan organik dan anorganik serta gas-gas beracun akan terdistribusi ke permukaan perairan dan berdampak buruk bagi ikan budidaya yang dipelihara di KJA. Oleh karena itu, perbaikan kualitas perairan melalui aerasi hipolimnion dapat dijadikan alternatif untuk pencegahan terjadinya dampak negatif akibat proses holomictic di danau.
Efektivitas penurunan konsentrasi amonia di lapisan hipolimnion sangat ditentukan oleh kemampuan sistem aerasi dalam meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut di lapisan hipolimnion serta kemampuannya menyebar dari outlet alat aerasi. Hal ini sangat dipengaruhi oleh volume air hipolimnion yang diaerasi serta konsentrasi oksigen terlarut dari air yang diaerasi sebelum dikembalikan ke kedalaman hipolimnion. Dalam penelitian ini diketahui bahwa aerasi mampu meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut cukup besar di talang aerasi, yaitu 5 mg/l. Setelah dikembalikan ke lapisan hipolimnion, air tersebut akan bercampur dengan air danau yang memiliki konsentrasi oksigen terlarut sangat rendah. Selain itu, penambahan oksigen ke lapisan hipolimnion memicu terjadinya proses dekomposisi dan nitrifikasi. Hal ini menyebabkan konsentrasi oksigen terlarut yang teramati di lapisan hipolimnion selama aerasi masih cenderung kecil, yaitu 0,4-1 mg/l hingga jarak 3 m dari outlet alat aerasi dan pada jarak 4,5-8 m tidak mengalami peningkatan konsentrasi oksigen terlarut.
