236
Potensi
Azolla pinnata
Sebagai Fitoremediasi Tanah Tercemar Logam
Berat Timbal (Pb)
Potential Azolla pinnata as Heavy Metal of Lead (Pb) Contaminated Soil Phytoremediation
Koko Tampubolon* dan Yustina Sri Sulastri
Program Doktor Ilmu Pertanian, Fakultas Pertanian USU, Medan 20155 *Coressponding author : koko.tampubolon@gmail.com
ABSTRAK
Keberadaan logam berat timbal (Pb) pada lahan pertanian dapat mempengaruhi karakteristik lahan secara fisik, kimia dan biologi sehingga terjadi penurunan mutu
tanah. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pola pertumbuhan Azolla pinnata pada
tanah yang tercemar logam berat timbal. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ekologi dan Biologi Tanah Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara pada Juni sampai dengan Juli 2017. Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan tiga perlakuan (pemberian Pb 100 ppm, urea 100 ppm dan kontrol) dan dua ulangan. Parameter yang diukur adalah bobot basah dan perubahan pH tanah. Data yang diperoleh dianalisis dengan sidik ragam dan dilanjutkan uji DMRT pada taraf 5 % dengan program IBM SPSS Statistics 20. Pemberian 100 ppm logam berat Pb
memberikan pengaruh yang nyata terhadap bobot basah A. pinnata pada 6, 9 dan 12
Hari Setelah Aklimatisasi (HSA). Pertumbuhan A. pinnata pada pemberian logam berat
Pbsemakin meningkat sampai 12 HSA sebesar 35,80 g. Pemberian logam berat Pb 100
ppm dapat menyebabkan peningkatan pH tanah pada 14 HSA sebesar 5,17 (masam).
Kata kunci : F itoremediasi, Azolla pinnata, logam Berat Pb.
ABSTRACT
The presence of heavy metal lead (Pb) on agricultural land can affect the physical, chemical and biological characteristics of the land, so that there is a decrease in soil quality. This study aims to determine growth pattern Azolla pinnata on soil contaminated lead heavy metal. This research was conducted at Ecology and Biology Soil Laboratory, Faculty of Agriculture, University of Sumatera Utara from June to July 2017. This study used Completely Randomized Design with three treatments (Pb 100 ppm, urea 100 ppm and control) and two replications. The parameters measured were wet weight and soil pH change. The data obtained were analyzed by ANOVA and followed by DMRT test at 5% level with IBM SPSS Statistics 20 program. The giving of 100 ppm of Pb heavy metal gave a significant effect on wet weight of A. pinnata at 6, 9 and 12 Days After Acclimation (DAA). The growth of A. pinnata on the giving of Pb heavy metals increased to 12 DAA amount 35.80 g. The giving of heavy metal Pb 100 ppm may cause an increase in soil pH at 14 DAA amount 5.17 (acid).
237
Pendahuluan
Logam berat adalah unsur logam dengan berat molekul tinggi, berat jenisnya
lebih dari 5 g/cm3 (Clemens et al., 2002). Timbal (Pb) memiliki berat jenis 11,4 g/cm3.
Timbal merupakan salah satu logam berat yang berbahaya bagi kesehatan manusia dan
organisme lainnya. Kegiatan industri yang perpotensi sebagai sumber pencemaran Pb
misalnya industri baterai, bahan bakar, kabel, pipa serta industri kimia. Selain itu juga
sumber Pb dapat berasal dari sisa pembakaran pada kendaraan bermotor dan proses
penambangan. Semua sisa buangan yang mengandung Pb dapat masuk ke dalam
lingkungan perairan dan menimbulkan pencemaran (Herman, 2006).
Logam berat Pb di dalam badan perairan dapat meracuni dan mematikan
organisme yang ada di dalam perairan tersebut, sehingga dapat mengganggu
keseimbangan ekosistem. Logam berat Pb menyebabkan gangguan pada organ seperti
gangguan neurologi (syaraf), ginjal, sistem reproduksi, sistem hemopoitik serta sistem
syaraf pusat (Santi, 2001). Logam berat Pb yang di perairan (sungai) apabila masuk ke
dalam areal persawahan akan menyebabkan terakumulasinya logam tersebut di dalam
tanaman padi dan akan berakibat tercemarnya bahan pangan.
Untuk itu diperlukan upaya/teknologi remediasi logam berat, satunya adalah
fitoremediasi, yaitu penggunaan tumbuhan untuk menghilangkan polutan dari tanah atau
perairan yang terkontaminasi (Alam, 2009 dalam Triastuti, 2010). Fitoremediasi adalah
upaya penggunaan tanaman dan bagian-bagiannya untuk dekontaminasi limbah dan
masalah-masalah pencemaran lingkungan baik secara ex-situ menggunakan kolam
buatan atau reactor maupun in-situ (langsung di lapangan) pada tanah atau daerah yang
terkontaminasi limbah (Hardyanti dan Rahayu, 2007). Beberapa jenis tumbuhan air
mampu bekerja sebagai agens fitoremediasi, seperti azolla, kiambang, kangkung air,
eceng gondok serta tumbuhan mangrove.
Azolla adalah tumbuhan macrophyte yang mengapung dan tersebar secara
global. Azolla bisa ditemukan di permukaan padi sawah, danau, kolam, dan rawa, dan
dapat toleran berbagai kondisi lingkungan. Pada kondisi pertumbuhan yang kurang
optimal, azolla memiliki tingkat pertumbuhan dua kali lipat sekitar 2-4 hari. Produksi
biomassa yang cepat dalam waktu singkat sehingga azolla menjadi tumbuhan yang ideal
untuk digunakan dalam sistem fitoremediasi (Pabby et al., 2004; Scharpenseel dan
238
penelitian ini. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pola pertumbuhan Azolla
pinnata pada tanah yang tercemar logam berat timbal.
Bahan dan Metode
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Azolla pinnata dari koleksi
laboratorium, tanah ultisol kampus USU baru Kwala Bekala, timbal asetat/Pb(C2H3O2)2,
pupuk urea, air, dan pupuk majemuk Growmore 20 : 20 : 20. Alat yang digunakan
dalam percobaan ini adalah ember, timbangan, saringan, pH meter. Penelitian ini
dilaksanakan di Laboratorium Ekologi dan Biologi Tanah Fakultas Pertanian,
Universitas Sumatera Utara, Medan pada bulan Juni sampai dengan Juli 2017.
Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan tiga perlakuan
(kontrol, urea, dan logam timbal) serta dua ulangan. Penelitian ini dilakukan dengan 2
tahap (Persiapan dan Aklimatisasi).
Gambar 1. Tumbuhan Azolla pinnata
(Sumber : https://plants.ifas.ufl.edu/plant-directory/azolla-pinnata, 2017).
Ditimbang tanah Ultisol masing-masing 3 kg kemudian dimasukkan ke dalam
ember dan diberi air sebanyak 20 liter selama 3 hari setelah itu disaring. Diberikan
pupuk Growmore sebanyak 5 g pada masing-masing perlakuan dan dimasukkan Azolla
pinnata selama seminggu untuk aklimatisasi. Dibersihkan tanah yang ada pada ember
pada setiap perlakuan, kemudian diisi air 20 liter ke dalam ember tersebut. Diberi
perlakuan timbal asetat sebanyak 100 ppm, pupuk urea sebanyak 100 ppm. Dimasukkan
Azolla pinnata dalam masing-masing ember perlakuan. Ditimbang pertambahan bobot
basah Azolla pinnata setiap 3 Hari Setelah Aklimatisasi (HSA). Pengukuran pH tanah
dilakukan setiap 7 HSA. Data yang diperoleh dianalisis dengan sidik ragam dan
239
Hasil dan Pembahasan
Pengaruh Perlakuan Terhadap Bobot Basah Azolla pinnata
Dari hasil penelitian di laboratorium diketahui rataan bobot Azolla pinnata pada
setiap perlakuan dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 1. Rataan Bobot Basah Azolla pinnata (g)
Perlakuan Pengamatan ke- berbeda nyata menurut uji DMRT pada taraf 5%
Tabel 1 menunjukkan bahwa pemberian logam berat Pb 100 ppm secara
signifikan dapat meningkatkan rataan bobot basah Azolla pinnata sampai pengamatan
ke-IV (12 HSA) sebesar 35,80 g. Sedangkan pada pemberian urea dengan kontrol tidak
menunjukkan perbedaan secara signifikan terhadap rataan bobot basah Azolla pinnata.
Grafik rataan bobot basah Azolla pinnata hingga pengamatan ke-IV (12 HSA)
dengan perlakuan kontrol, Pb dan Urea dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik Bobot Basah Azolla pinnata
Gambar 1 menunjukkan bahwa pertumbuhan Azolla pinnata pada pemberian Pb
terus meningkat dari pengamatan I-IV, sedangkan pada perlakuan kontrol dan
pemberian urea pada pengamatan I-III meningkat, tetapi pada pengamatan IV
240
Pengaruh Perlakuan Terhadap Perubahan pH Tanah
Dari hasil pengukuran di laboratorium diperoleh pH tanah pada perlakuan
kontrol, Pb, urea yang diberi Azolla pinnata dapat dilihat pada tabel 2 di bawah ini :
Tabel 2. pH tanah
Tabel 2 menunjukkan bahwa pemberian logam berat Pb dan urea 100 ppm dapat
menyebabkan peningkatan pH tanah menjadi masam pada 14 HSA masing-masing 5,17
dan 5,99. Sedangkan pada perlakuan kontrol menunjukkan penurunan pH tanah menjadi
netral (6,63).
Grafik pH tanah pada 14 HSA dengan perlakuan kontrol, Pb dan Urea dapat
dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Grafik Perubahan pH Tanah
Gambar 2 menunjukkan perubahan pH tanah 14 HSA pada pemberian Pb dan
urea mengalami peningkatan pH dari pengukuran pH pada 7 HSA. Peningkatan pH
tanah yang paling tinggi terdapat pada pemberian Pb sehingga pH tanahnya tergolong
masam (5,17) sedangkan perubahan pH tanah pada perlakuan kontrol mengalami
241
Pembahasan
Pemberian 100 ppm logam berat Pb pada 3 HSA tidak memberikan pengaruh
yang nyata terhadap bobot basah Azolla pinnata. Pengaruhnya terlihat pada 6, 9 dan 12
HSA. Pertumbuhan Azolla pinnata pada pemberian logam berat Pbsemakin meningkat
sampai 12 HSA, sedangkan perlakuan kontrol dan urea mengalami peningkatan bobot
basah sampai 9 HSA dan mengalami penurunan bobot basah pada 12 HSA. Pemberian
logam berat Pb 100 ppm secara signifikan dapat meningkatkan rataan bobot basah
Azolla pinnata sampai pengamatan ke-IV (12 HSA) sebesar 35,80 g. Sedangkan pada
pemberian urea dengan kontrol tidak menunjukkan perbedaan secara signifikan
terhadap rataan bobot basah Azolla pinnata. Peningkatan bobot basah Azolla pinnata
pada 12 HSA berhubungan linier dengan peningkatan pH tanah. Dengan meningkatnya
H+ didalam tanah maka pH tanah semakin masam. Semakin masam tanah maka akan
meningkatkan serapan logam berat oleh tanaman. Dengan semakin tinggi logam berat
yang diserap maka terjadi penambahan berat basah dan kering tajuk tanaman
(Tampubolon et al. 2017). Pada pH asam, unsur yang terikat jaringan tumbuhan akan
semakin meningkat sedangkan apabila pH basa, unsur yang terserap jaringan tumbuhan
semakin sedikit menyebabkan metabolisme menjadi terganggu (Syahputra, 2005). Nilai
pH mempengaruhi proses biokimiawi misalnya proses penyerapan logam Pb akan
berakhir jika pH rendah yaitu kisaran 3-4 (Effendi, 2003).
Pemberian logam berat Pb dan urea 100 ppm dapat menyebabkan peningkatan
pH tanah menjadi masam pada 14 HSA masing-masing 5,17 dan 5,99. Menurut
Sulistyawati (2008) pada pH tinggi dapat menyebabkan reaksi antara Pb2+ dengan OH-,
sehingga membentuk endapan Pb(OH)2. Endapan ini dapat menghalangi proses adsorpsi
yang berlangsung. Sedangkan pada perlakuan kontrol menunjukkan penurunan pH
tanah menjadi netral (6,63). Hal ini dapat disebakan karena dengan melakukan
penggenangan maka dari pH yang masam akan meningkat mendekati pH netral ketika
digenangi. Penggenangan berpengaruh nyata terhadap pH tanah pada minggu awal
selama perlakuan penggenangan. Hal ini kemungkinan karena proses dekomposisi
bahan organik oleh mikrobia menghasilkan CO2 yang dengan air akan membentuk asam
karbonat. Asam karbonat yang terbentuk akan terdisosiasi menjadi HCO3– dan H+
242
Proses akumulasi logam berat pada tanaman herba dan tanaman berkayu secara
umum dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Model skema untuk tanaman herba (a) dan tanaman kayu (b) dalam
mengakumulasi logam berat (c dan d). (Sumber : Lou, et al., 2016)
Logam berat diserap oleh sel-sel epidermis akar, sebagian disimpan di akar, dan
kemudian dimasukkan ke dalam xylem melalui jalur simplas dan atau apoplas untuk
ditransport dari akar ke tajuk. Setelah transport xilem, logam berat ditranslokasikan dan
disimpan dalam sel daun dan didistribusikan kembali lagi melalui transport floem.
Logam berat diambil oleh sel-sel akar melalui transporters PM-located, seperti
NRAMPs, ZIPs, IRTs, ZNTs dan YSLs. Logam berat dalam sitosol dapat diangkut ke
vakuola, mitokondria, kloroplas dan badan golgi di dalam sel melalui pengangkut
CDFs, MTPs, HMAs dan ABCCs. Logam berat di vakuola dapat di remobilisasi oleh
243
mengembangkan beberapa strategi penyerapan dan detoksifikasi. Penyerapan logam
berat terjadi di dinding sel dengan mengikat suberin dan pektin, dan di dalam vakuola
dengan membentuk khelator logam berat. Selain itu, berbagai khelator seperti GSH,
MTs, asam organik dan asam amino juga tersedia untuk mengikat logam berat di sitosol
(Lou, et al., 2016).
Timbal terakumulasi di tanaman azolla secara apoplas dan simplas. Struktur
mikroskopis tanaman azolla terpapar logam berat timbal, menunjukkan bahwa
akumulasi diendapkan di dinding sel dan vakuola. Aktivitas enzim V-H+-ATPase pada
tanaman azolla tumbuh pada paparan timbal lebih tinggi dari pada kontrol (Benaroya, et
al., 2004).
Kesimpulan
Pemberian 100 ppm logam berat Pb memberikan pengaruh yang nyata terhadap
bobot basah Azolla pinnata pada 6, 9 dan 12 HSA. Pertumbuhan Azolla pinnata pada
pemberian logam berat Pb semakin meningkat sampai 12 HSA sebesar 35,80 g.
Pemberian logam berat Pb 100 ppm dapat menyebabkan peningkatan pH tanah menjadi
masam pada 14 HSA sebesar 5,17.
Daftar Pustaka
Benaroya, R. O., V. Tzin., E. Tel-Or., and E. Zamski. 2004. Lead accumulation in The
Aquatic Fern Azolla filiculoides. Plant Physiology and Biochemistry, 42 :
639-645
Clemens, S., M. G. Palmgren., and U. Kramer. 2002. A Long Way Ahead:
Understanding and Engineering Plant Metal Accumulation. Trends Plant Sci. 7 :
309-315.
Effendi, H. 2003. Telaah Kualitas Air. Kanisius. Yogyakarta.
Hardyanti, N dan S. S. Rahayu. 2007. Fitoremediasi Phospat Dengan Pemanfaatan
Enceng Gondok (Eichhornia crassipes) (Studi Kasus Pada Limbah Cair Industri
Kecil Laundry). Jurnal Presipitasi, vol. 2 (1) : 28-33
Herman, D. Z. 2006. Tinjauan terhadap Tailing Mengandung Unsur Pencemar Arsen (As), Merkuri (Hg), Timbal (Pb), dan Kadmium (Cd) dari Sisa Pengolahan Biji Logam, Jurnal Geologi Indonesia, vol. 1 (1) : 31-36.
https://plants.ifas.ufl.edu/plant-directory/azolla-pinnata, 2017. Azolla pinnata. Diakses
244
Luo, Z-B., J. He., A. Polle., and H. Rennenberg. 2016. Heavy Metal Accumulation and Signal Transduction in Herbaceous and Woody Plants : Paving the Way for
Enhancing Phytoremediation Efficiency. Biotechnology Advances, 40 : 1-18.
Pabby, A., Prasanna, R., and Singh, P.K. 2004. Biological Significance of Azolla and its
Utilisation in Agriculture. Prot. Indian Natl. Sci. Acad, 3 : 299-333.
Rachmawati, D. dan Retnaningrum, E. 2013. Pengaruh Tinggi dan Lama Penggenangan Terhadap Pertumbuhan Padi Kultivar Sintanur dan Dinamika Populasi Rhizobakteri Pemfiksasi Nitrogen Non Simbiosis. Bionatura-Jurnal Ilmu-ilmu Hayati dan Fisik, vol. 15 (2) : 117-125.
Santi, D. N. 2001. Pencemaran Udara oleh Timbal (Pb) serta Penanggulangannya, USU Digital Library, (diakses 10 September 2017).
Scharpenseel, H.W., and Knuth, K. 1985. Use and importance of Azolla-Anabaena in industrial countries. In: Azolla Utilisation. In: Proceedings of the Workshop
Azolla Use. Fuzhou, Fujian, China, 31 March–5 April, pp. 1690-1676.
Sulistyawati S. 2008. Modifikasi Tongkol Jagung sebagai Adsorben Logam Berat Pb (II). Skripsi. Fakultas MIPA IPB. Bogor
Syahputra, R. 2005. Fitoremediasi Logam Cu dan Zn dengan Tanaman Eceng Gondok (Eichhornia crassipes (Mart) Solms.). Jurnal Logika, vol. 2 (2). ISBN: 1410-2315. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Jurusan Kimia Universitas Islam Indonesua, Yogyakarta.
Tampubolon K, R. Gustianty., dan B. B. L. Ridwan. 2017. Potensi Fitoremediasi Logam Berat Cd2+ dan Hg2+ dari Baterai Bekas Menggunakan Tanaman Akar Wangi (Vetiverzizanioides). J Ilm MAKSITEK 2:91–97
Triastuti, Y. 2010. Fitoremediasi Tanah Tercemar Merkuri (Hg2+) Menggunakan
Tanaman Akar Wangi (Vetiver zizanioides) Pada Lahan Eks-TPA Keputih,
