FITOREMEDIASI DAN POTENSI FITOMINING NIKEL PADA LAHAN PASCA TAMBANG
Muliadi1), Deasy Liestianty1), Yanny2) 1)
Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat Universitas Khairun 2)
Teknik Pertambangan, Universitas Muhammadiyah Ternate 1)
Kampus II Unkhair, Jln Gambesi , Ternate Maluku Utara 97719 Telepon: (0921) 3110903/ (0921) 3110906
E-mail :[email protected] Jakarta, 7 – 8 Nopember 2013
ABSTRAK
Fitomining merupakan teknologi lanjutan dari fitoremediasi untuk menghasilkan bio-ore bebas sulfida, ramah lingkungan dan memungkinkan pengambilan logam-logam yang bernilai ekonomi melalui peleburan dan pemurnian. fitomining berpotensi diaplikasikan dalam industri mineral untuk mengembalikan keuntungan ekonomi dengan memproduksi logam-logam komersil menggunkan tanaman. Penelitian ini bertujuan untuk menguji kelayakan potensi fitoekstraksi dan fitomining nikel menggunakan Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa. Metode analaisis yang digunakan adalah spektrofotometer serapan atom (SSA). Hasil penelitian menunjukkan bahwa Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa berpotensi sebagai hiperakumulator nikel dengan kemapuan fitoekstrasi masing 699.9 mg/Kg dan 645.7 mg/Kg dengan nilai faktor translokasi masing-masing 1.25 dan 2.15.
Key words: Fitoremediasi, fitomining, nikel,Ipomea reptasn Poir, Brassica rapa.
I. PENDAHULUAN
Hubungan mineralisasi dan tanaman telah diakui sejak abad pertengahan, namun tidak sampai menganalisis jaringan tanaman untuk mengetahui konsentrasi logam dalam jaringan [10]. Interaksi tanaman dan tanah merupakan hubungan ekosistem mikro di sekitar akar tanaman yang ditandai oleh perbedaan kondisis fisik, kimia dan biologis. Larutan air tanah yang mengandung mineral diambil melalui akar ke seluruh bagian tanaman melalui proses penyerapan air oleh tanaman [9,13]. Peningkatan pemahaman tentang peran tanaman pengekstrak logam berkembang sampai pada proses penambangan bijih mineral kadar rendah.
Beberapa tanaman telah menunjukkan pola respon terhadap kehadiran konsentrasi logam yang tinggi dalam tanah. Kebanyakan tanaman sensitif terhadap Konsentrasi logam yang tinggi dan sebagian lain mengalami resistensi, toleransi, dan akumulasi dalam jaringan akar hingga ke seluruh bagian tanman seperti tunas , bunga , batang , dan daun [4].
lingkungan yang sama [2,3,5]. Tanaman hiperakumulator secara efisien mengekstrak logam dari dalam tanah kemudian ditranslokasikan ke seluruh jaringan tanaman. Setelah masa pertumbuhan cukup, tanaman dipanen dan selanjutnya dikeringkan. Biomassa tanaman kering kemudian diabukan selanjutnya di panggang, sintering atau dilebur yang memungkinkan logam-logam dalam abu atau bijih dapat diperoleh dengan metode pemurnian logam konvensional seperti pelepasan asam dan elektrowining [1]. Demikian teknik fitomining dilakukan.
Fitomining merupakan pengambilan logam-logam menggunakan jenis tanaman tertentu dari lokasi tambang terkontaminasi untuk tujuan komersil [1,7]. Fitomining merupakan pengembangan dari penelitian fitoekstraksi, proses menggunakan tanaman yang berpotensi menyerap spesies mineral dari dalam tanah, sedimen dan perairan. Aplikasi lain dari fitoekstraksi seperti fitoremediasi, dimana kontaminan yang terjadi secara tidak alamiah merupakan disposal atau dapat digunakan kembali dan fitostabilisasi, dimana spesies kontaminan diimmobisasi di dalam tanah oleh tanaman [12].
Khusus tanaman yang diketahui sebagai hiperakumulator karena kemampuannya mengakumulasi logam-logam non essensial dalam proses biologi menjadi konsentrasi yang mirip dengan makro nutrien (0.1 – 1 %). Brooks dkk, pada tahun 1970an merupakan ilmuan
hiperakumulator untuk menggambarkan tanaman-tanaman yang mampu menyerap nikel hingga konsentrasi melebihi 1000 mg/Kg (0.1 %) berat kering biomassa yang tumbuh pada lahan serpentin [5,8]. Selanjutnya tanaman hiperakumulator didefinisikan sebagai tanaman yang mengakumulasi logam hingga konsentrasi 10-1000 kali lebih banyak dari konsentrasi logam yang ditemukan pada tanaman normal [6]. Sekitar 440 jenis tanaman hiperakumulator yang telah diketahui, yang mana 75 % merupakan hiperakumulator nikel [11]. Sisanya jenis tanaman hiperkaumulator arsenik, kadmium, mangan, sodium, thallium dan zink. Fitomining Nikel
Uji coba lapangan untuk fitomining nikel dilakukan oleh Robinson dkk pada hiperakumulator A. bertolonii. dengan kombinasi pupuk N + P + K pada jangka waktu 2 tahun . Robinson dkk, melaporkan hasil biomassa dari 9000 kg/ha mengandung 8000 mg / kg Ni di berat kering ( dalam abu 110,000 mg/kg ) [15]. B. coddii merupakan salah satu kandidat terbaik untuk fitomining nikel karena memiliki biomassa yang tinggi , mudah tumbuh dari bijih dan toleran terhadap berbagai iklim yang ekstrim [14], fitomining nikel menggunakan B. coddii dapat mencapai 100 kg / ha [18]. Li dkk, melaporkan konsentrasi nikel dalam A. murale dan Alyssum corsicum mencapai 22.000 mg / kg dengan biomassa biomassa 20.000 kg / ha [19].
II. METODE
Penelitian ini akan dilakukan dalam empat tahapan, yaitu penyiapan substrat untuk pertumbuhan tanaman, pembibitan dan penanaman tanaman, pemanenan tanaman dan analisis kadar nikel dengan menggunakan Spektrofotometer serapan atom.
Tanah yang digunakan yaitu tanah yang diperoleh dari lahan bekas galian. Karakteristik fisika-kimia tanah ditunjukkan pada tabel 1. Pembuatan tanah yang terkontaminasi logam nikel terlebih dahulu ditentukan konsentrasi yang diharapkan. Tanaman yang digunakan yaitu Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa. Tanaman ditanam kedalam media tanah yang
mengandung nikel selanjutnya ditumbuhkan selama enam minggu. Pemanen tanaman dilakukan setiap minggu. Tanaman yang telah dipanen dicuci dengan aquades hingga bersih dan diangin-anginkan. Akar, batang dan daun yang telah bersih dipisahkan, kemudian
dikeringkan pada suhu 50˚C selama 24 jam.
Sebelum dianalisis, biomassa sampel kering (akar, batang dan daun) terlebih dahulu didekstruksi dengan HNO3 65% dan H2SO4 37%, filtrat yang diperoleh dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA). Untuk mengetahui kemampuan fitoekstraksi tanaman ditentukan dengan menghitung faktor translokasi logam di dalam tanaman.
….(1)
Potensial fitoekstraksi dihitung dari jumlah total logam yang terekstrak per hektar lahan per satu kali siklus fitoekstraksi [20]. Potensial fitoekstraksi dihitung sebagai berikut:
………...(2)
III. HASIL dan PEMBAHASAN
3.1 Hasil pengujian karakteristik Fisika-Kimia Tanah
Pada tahap awal penelitian terlebih dahulu dilakukan uji komposisi tanah berdasarkan karakteristik fisika-kimia tanah. Hal
ini bertujuan untuk mengetahui tingkat kesuburan tanah dan unsur-unsur hara essensial yang terkandung dalam tanah, karena ketersediaan unsur hara sangat berpengaruh pada proses penyerapan logam berat ke jaringan tanaman. Adapun hasil pengujian sampel tanah dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Komposisi sampel tanah berdasarkan parameter fisika kimia tanah
Parameter Kadar Parameter Kadar
Kadar air pH tanah (H2O)
karbon (C) nitrogen (N)
P2O5 K KTK
8,52 % 6,01
-0,24 % 15,68 ppm 0,07 cmol/Kg 32,24 cmol/Kg
Ca Mg Na Liat Debu
Pasir Kias tekstur
-45 % 35 % 20 % Liat
Tabel 1, menunjukkan bahwa hasil analisis parameter tekstur tanah sebagai media tanam tergolong tanah dengan terkstur cukup liat yaitu tinggi 45%. Nilai pH tanah digunakan sebagai indikator kesuburan kimiawi tanah, karena dapat menunjukkan ketersediaan hara dalam tanah tersebut. Ketersediaan unsur hara Mg dan Ca dalam tanah padapH 7,0 – 8,5, sedangkan untuk ketersediaan N pada pH 6,0 – 8,0 (Hanafiah, 2012). Dari hasil analisis tanah pada tabel 1. menunjukkan bahwa media tanah yang digunakan mempunyai pH rata-rata 6,01 sehingga tidak tersedianya unsur hara Mg dan Ca. Selain faktor pH tanah sebagai indikator ketersedian unsur hara nilai KTK media juga
mempunyai arti sangat penting dalam hubungannya dengan suplai unsur hara dan juga mempunyai pengaruh terhadap daya sangga media. Rendahnya kandungan unsur hara esensial K dalam tanah menunjukkan rendahnya tingkat kesuburan tanah.
Tabel 2. Hasil penelitian fitoekstraksi nikel menggunakan tanamanI. reptansPoir danB. rapa
Tanaman
Bagian tanaman
Waktu tanam
Konsentrasi nikel dalam tanah (ppm)
Akumulasi nikel (mg/Kg)
Faktor Translokasi Ipomea
reptans Poir
Akar 7 25 118.5 1
14 25 181.75 0.99
21 25 118.68 1.89
28 25 118.68 1.53
35 25 181.8 0.65
Batang 7 25 118.5
14 25 118.5
21 25 118.5
28 25 244.925
35 25 181.8
Daun 7 25 118.5
14 25 181.5
21 25 224.92
28 25 181.8
35 25 118.67
Brassica rapa
Akar 14 25 11.904 3.47
21 25 41.316 1.84
28 25 128.851 0.18
35 25 111.344 0.68
42 25 181.372 0.42
Batang 14 25 41.316
21 25 391.456
28 25 58.823
35 25 41.316
42 25 58.823
Daun 14 25 41.316
21 25 76.33
28 25 23.809
35 25 76.33
42 25 76.33
Ipomea reptans Poir
Akar 28 30 163.649 1.25
28 50 247.214 0.85
28 100 247.214 0.94
Batang 28 30 191.504
28 50 212.395
28 100 219.359
Daun 28 30 205.431
28 100 233.286 Brassica
rapa Akar 2121 3050 219.145199.367 0.961.25
21 75 92.563 2.15
Batang 21 30 163.765
21 50 195.411
21 75 140.031
Daun 21 30 211.234
21 50 250.791
21 75 199.367
Gambar 1. Distribusi nikel pada akar dan daun Ipomea reptans Poir dan Brassica rapapada variasi waktu
Gambar 2. Nilai faktor translokasi nikel oleh Ipomea reptans Poir dan Brassica rapapada variasi waktu
Gambar 3. Distribusi nikel pada akar dan daun Ipomea reptans Poir dan Brassica rapapada variasi konsentrasi
Tabel 2, menunjukkan banyaknya konsentrasi nikel yang diekstrak oleh Ipomea reptans Idan Brassica rapa dari tanah selama lima minggu masa tanam. Konsentrasi maksimum nikel yang terekstrak oleh Ipomea reptans adalah 545,45 mg/Kg biomassa kering (BK) tanaman pada waktu tanam minggu keempat (hari ke-28). Konsentrasi maksimum yang terekstrak pada minggu ketiga (hari ke-21) sebesar 509,103 mg/Kg berat kering biomassa.
Setelah dilakukan penentuan waktu dimana tanaman mampu mengekstrak nikel dalam jumlah besar, maka dilakukan serangkaian uji coba fitoekstraksi pada variasi konsentrasi nikel. Variasi konsentrasi nikel yang diigunakan untukIpomea reptans Poir yaitu 30, 50 dan 100 ppm. Variasi konsentrasi nikel yang diigunakan untukBrassica rapayaitu 30, 50 dan 75 ppm. Besarnya konsentrasi dan distribusi nikel yang pada setiap organ tanaman Ipomea reptans dan Brassica rapa disajikan pada tabel 2. Total konsentrasi nikel yang terekstrak oleh Ipomea reptans Poir pada masing-masing variasi konsentrasi yaitu 560.58 mg/Kg, 672.005 mg/Kg dan 699.86 mg/Kg (lampiran 2), yang hampir terdistribusi merata pada setiap bagian tanaman. Total konsentrasi nikel yang mampu diekstrak oleh tanaman Brassica rapa pada masing-masing variasi konsentrasi yaitu 594.145 mg/Kg, 645.659 mg/Kg dan 431.963 mg/Kg berat kering tanaman.
Tanaman hiperakumulator nikel ditentukan dengan melihat perbandingan
distribusi konsentrasi nikel pada organ akar dan daun tanaman. Distrbusi perbandingan konsentrasi nikel pada akar dan daun Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa masing-masing disajikan pada gambar 1 dan 3. Untuk melihat besarnya perbandingan konsentrasi nikel pada dau dan akar tanaman dihitung menggunakan persamaan 1, yaitu faktor translokasi nikel pada tanaman. Hasil perhitungan faktor translokasi nikel pada Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa disajikan pada gambar 2 dan 4, masing-masing berdasarkan variasi waktu tanam dan variasi konsentrasi substrat nikel. Nilai faktor translokasi nikel tertinggi pada variasi waktu tanam (gambar 2) masing-masing 1,89 dan 3,47 untuk Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa. Gambar 4, menunjukkan nilai factor translokasi nikel tertinggi pada variasi konsentrasi substrat nikel masing-masing 1,25 untukIpomea reptans Poir(30 ppm) dan 2,15 untukBrassica rapa(75 ppm).
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa berpotensi sebagai hiperakumulator nikel. Konsentrasi nikel yang diakumulasi olehIpomea reptans Poir dan Brassica rapa relatif tinggi sehingga berpotensi digunakan untuk fitomining pada lahan yang mengandung kadar nikel yang rendah. Meskipun demikian, dibandingkan dengan beberapa hiperakumulator nikel lainnya Ipomea reptans Poir dan Brassica rapa masih tergolong rendah sehingga perlu dilakukan pengembangan penelitian fitomining secara in situ menggunakan tanaman hiperakumulator.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Anderson, C.W.N., Brooks, R., Stewart, R., Simcock, R., Robinson, B., (1999), The Phytoremediation and Phytomining of Heavy Metals. Pacrim 99, Ball, Indonesia, pp. 127–135.
[2] Anderson, C.W.N., Stewart, R.B., Moreno, F.N., Wreesmann, C.T.J., Gardea-Torresdey, J.L., Robinson, B.H., Meech, J.A., (2003), Gold phytomining “Novel developments in a plant-based mining system” In: Proceedings of the Gold 2003 Conference: New Industrial Applications of Gold. World Gold Council and Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum. http://www.gold.org/discover/sci_indu/gold 2003/pdf/s36a1355p976.pdf.
[3] Baker, A.J.M., Brooks, R.R., (1989), Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metal elements: a review of their distribution, ecology, and phytochemistry.Biorecovery,1, pp. 81–126. [4] Barcelo, J., Vazquez, M.D., Madico, J., Poschenrieder, C., (1994), Hyperaccumulation of zinc and cadmium in Thlaspi caerulescens, In: Varnavas, S.P.
(Ed.) Environmental contamination CEP Consultants Ltd., Edinburgh, pp. 132–134. [5] Brooks, R.R., Lee, J., Reeves, R.D., Jaffre,
T., (1977), Detection of nickeliferous rocks by analysis of herbarium specimens of indicator plants. Journal Geochemical Exploration,7, pp. 49–57.
[6] Chaney, R.L., (1983), Plant uptake of inorganic waste, In: Parr, J.E. (Ed.), Land Treatment of Hazardous Waste, Noyes Data Corp., Park Ridge, IL, pp. 50–76.
[7] Chaney, R.L., Angle, J.S., Baker, A.J.M., Li, J.M., (1998), Method for phytomining of nickel, cobalt, and other metal from soil. US Patent No. 5, 711, 784.
[8] Jaffre, T., Brooks, R.R., Lee, J., Reeves, R.D., (1976), Sebertia acuminata: a nickelaccumulating plant from New Caledonia. Science 193, pp. 579–580. [9] Marschner, H., (1995), Mineral nutrition of
higher plants, 2nd ed. New York, Academic Press.
[10]Memon, A.R., Aktoprakligil, D., Ozdemir, A., Vertii, A., (2001), Heavy metal accumulation and detoxification mechanism in plants. Turk Journal of Botany,25, p. 111–121.
[11] Reeves, R.D., (2006), Hyperaccumulation of trace elements by plants. In: Morel, J.L., Echevarria, G., Goncharova, N. (Eds.), Phytoremediation of Metal-contaminated Soils, NATO Science Series: IV:Earth and Environmental Sciences, vol. 68. Springer, New York, pp. 25–52.
[12] Reeves, R.D., Baker, A.J.M., (2000), Metal-accumulating plants, in: I. Raskin, B.D. Ensley (Eds.), Phytoremediation of Toxic Metals: Using Plants to Clean Up the Environment, John Wiley and Sons, New York, NY, USA, pp. 193–221.
[13] Robinson, B., Fernandez, J.E., Madejon, P., Maranon, T., Murillo, J.M., Green, S., Clothier, B., (2003), Phytoextraction: an assessment of biogeochemical and economic viability.Plant and Soil,249, pp. 117–125. [14] Robinson, B.H., Brooks, R.R., Clothier,
phytoremediation. Annals of Botany, 84, pp. 689–694.
[15] Robinson, B.H., Brooks, R.R., Howes, A.W., Kirkman, J.H., Gregg, P.E.H., (1997), The potential of the high-biomass nickel hyperaccumulator Berkheya coddii for phytoremediation and phytomining, Journal Geochemistry Exploratio, 60, pp. 115–126.
[16] Cole, M.M., (1973), Geobotanical and biogeochemical investigations in the sclerophyllous woodland and shrub associations of the eastern goldfields of Western Australia with particular reference to the role of Hybanthus floribundus (Lindl) F Muell as a nickel indicator and accumulator plant. Journal of Applied Ecology,10, pp. 269–320.
[17] Severne, B.C., Brooks, R.R., (1972), A nickel-accumulating plant from Western Australia.Planta,103, pp. 91–94.
[18] Anderson, C.W.N., Brooks, R.R., Chiarucci, A., LaCoste, C.J., Leblanc, M., Robinson, B.H., Simcock, R., Stewart, R.B., (1999), Phytomining for nickel, thallium and gold,Journal of Geochemical Exploration67, pp.407–415.
[19] Li, Y.M., Chaney, R.L., Brewer, E.P., Angle, J.S., Nelkin, J., (2003), Phytoextraction of nickel and cobalt by hyperaccumulator Alyssum species grown on nickel contaminated soils, Environment Science and Technology, 37, pp. 1463– 1468.
[20] Kos, B., Grčman, H., Leštan, D., (2003),
Phytoextraction of lead, zinc and cadmium from soil by selected plants. Plant Soil Environment 49, 548–553.
Ucapan Terima Kasih
