Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011
KESEIMBANGAN NUTRIEN (NITROGEN DAN FOSFOR) DI WADUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA) MRICA
BANJARNEGARA TERKAIT DENGAN PERUBAHAN MUSIM.
Oleh :
Agatha Sih Piranti*, Sudarmadji**, Agus Maryono***, Suwarno Hadisusanto**** * Fak. Biologi Unsoed Purwokerto, ** Fak. Geografi UGM, Yogyakarta, *** Fak. Teknik UGM, Yogyakarta,
**** Fak. Biologi UGM, Yogyakarta
ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan pada periode Maret 2009 sampai dengan Februari 2010. Lokasi pengambilan sampel di sungai-sungai yang merupakan inlet dan outlet Waduk Mrica Variabel penelitian meliputi Total Nitrogen (TN) dan Total fosfat (TP), inflow dan outflow waduk. Untuk menganalisis keseimbangan massa (Mass Balance Analysis) dilakukan perhitungan dan estimasi inlet, outlet dan akumulasi TN dan TP di Waduk Mrica (Emmanuel, et al. 2009).Tujuan penelitian adalah 1). menghitung beban nutrien (TN dan TP load) baik yang masuk maupun yang keluar waduk, 2) mengkaji peran waduk mrica apakah sebagai sumber nutrien (as a source) atau sebagai penyimpan ( as a sink). Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa beban nutrien (TN dan TP) yang masuk ke waduk Mrica maupun yang keluar waduk pada musim penghujan lebih besar daripada musim kemarau. Pada musim penghujan waduk mrica mengalami defisit TN sebesar -1.62 ton/hari dan surplus TP sebesar + 0.49 ton/hari, sedangkan pada musim kemarau waduk mrica mengalami defisit TN sebesar -2.15 ton/hari dan surplus TP sebesar + 0.04 ton/hari, sehingga Waduk Mrica berperan sebagai sumber TN (a source of TN) sebesar – 1.89 ton/hari dan penyimpan TP (a sink of TP) di sedimen waduk sebesar 0.265 ton/hari.
ABSTRACT
The research was conducted during period of March 2009 until February 2010. Sampling sites were in rivers, as inlet and outlet of Mrica reservoir. The variables included Total Nitrogen (TN) and Total Phosphate (TP), the inflow and outflow of reservoirs. Mass Balance Analysis was carried out by calculation and estimation of nutrien load in inlet, outlet and accumulated in the Mrica reservoir (Emmanuel, et al. 2009). The research objectives were 1). to calculate the nutrient loads (TN and TP load) either incoming or outgoing reservoirs, 2) to examine the role of Mrica reservoirs whether as a source or as a sink of nutrients. This research could be concluded that the load of nutrients (TN and TP) that goes into or out from Mrica reservoir during rainy season was greater than dry season. During rainy season Mrica reservoir had a deficit TN of up to -1.62 tons/day and a surplus TP of up to + 0.49 tons/day, whereas during dry season had deficit TN of up to -2.15 tons/day and a surplus of TP up to + 0.04 tons/day. Therefore, Mrica reservoir serve as a source
Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011 of TN up to 1.89 tons/day and as a sink of TP up to 0.265 ton/day stored in sediment.
A. PENDAHULUAN
Peningkatan pemasukan nutrien (nitrogen dan fosfor) dapat menimbulkkan kondisi eutrofikasi yang ditandai dengan melimpahnya algae dan makrofita akuatik (Harper, 1992). Eutrofikasi dapat menimbulkan dampak ekologi yang sangat kompleks berupa hilangnya biodiversitas organisme bagi perairan karena hanya algae golongan tertentu (Cyanobacteria) yang mampu bertahan pada kondisi nutrien tinggi sehingga menghilangkan daya kompetisi algae lain sehingga memacu timbulnya perubahan ekosistem yang ditandai dengan melimpahnya spesies algae dan makrofita akuatik (OECD,1982).
Nutrien sebagai penyebab eutrofikasi di danau berasal dari berbagai sumber, yaitu : sumber titik (point source) dan sumber menyebar (non point source) baik berasal dari eksternal maupun internal (sedimen) danau dan waduk (Horne & Goldmann, 1994). Sumber titik (point source) berasal dari eksternal waduk dapat berupa air buangan industri maupun domestik serta saluran drainase. Sumber menyebar (non point source) berasal air runoff (limpasan) dari permukaan tanah wilayah pertanian dan dari daerah permukiman dan perkotaan. Sedimen danau dan waduk dapat berperan sebagai sumber nutrien (internal loading) khususnya fosfor bagi perairan tersebut. Emisi gas dari atmosfer dalam bentuk NH3 dan NOx dapat menambah konsentrasi nutrien perairan danau dan waduk melalui hujan (precipitation).
Proses masuknya nutrien (N dan P) dari DTA ke badan perairan dapat melalui dua cara (Mc Dowell, 2004) yaitu (1) penapisan air drainase lewat pelepasan hara tanaman terlarut dari tanah; dan (2) erosi permukaan tanah atau gerakan dari partikel tanah halus masuk ke sistem drainase. Oleh karena itu, kerusakan lingkungan yang disebabkan oleh masuknya bahan pencemar akibat aktivitas manusia di DAS akan mempengaruhi ekosistem waduk.
Dalam rangka mengatasi permasalahan eutrofikasi maka perlu diketahui darimana sumber dan besarnya nutrien di waduk yang meliputi keseimbangan
Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011
nutrien (nutrient balance) di waduk, sehingga dapat diketahui dari mana asal nutrien, apakah berasal dari eksternal atau internal dan berapa besarnya nutrien yang masuk dan yang keluar (Klapper, 1991) dan juga dapat untuk mengetahui peran waduk tersebut apakah sebagai sumber (as a source) atau penyimpan nutrien (as a sink). Berdasarkan latar belakang tersebut maka tujuan penelitian ini adalah 1). menghitung beban nutrien (TN dan TP load) baik yang masuk maupun yang keluar waduk berdasarkan musim, 2) mengkaji peran Waduk Mrica apakah sebagai sumber nutrien (as a source) atau sebagai penyimpan ( as a sink).
B. METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan pada periode Maret 2009 sampai dengan Februari 2010. Pengambilan sampel di sungai-sungai yang merupakan inlet Waduk Mrica (sungai Serayu, Mrawu dan Lumajang) dan outlet Waduk Mrica (power intake dan irigasi). Variabel penelitian meliputi Total Nitrogen (TN) dan Total fosfat (TP),
inflow dan outflow waduk. Keseimbangan nutrien (Nutrient Mass Balance) TN dan
TP di Waduk Mrica dianalisis dengan meakukan perhitungan dan estimasi beban nutrien (TN dan TP) di inlet, outlet dan akumulasinya di Waduk Mrica yang dibedakan berdasarkan musim kemarau da penghujan (Emmanuel, et al. 2009) sebagai berikut :
1). Inlet adalah data konsentrasi TP dan TN dari 3 sungai sebagai inlet Waduk Mrica dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
C0 = (Q1C1 + Q2C2+ ... QnCn)/ Q1+Q2 ... Qn) Keterangan:
C0 = Beban nutrien dari sungai-sungai yang masuk ke Waduk Mrica Q1, Q2 sampai Qn : debit air sungai (m3/detik)
C1, C2 sampai Cn = konsentasi TN dan TP (mg/l)
2). Outlet: beban TN dan TP yang diperoleh dari 3 lokasi sampling di outlet Waduk Mrica yaitu power intake, pintu saluran irigasi dan kegiatan flushing.
3). Akumulasi (defisit, surplus): perbandingan antara TN dan TP inlet dan outlet di Waduk Mrica.
Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011
C. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan perhitungan beban TN dan TP di Waduk Mrica selama periode Maret 2009 – Februari 2010 yang tercantum pada Lampiran 1 dan 2 ternyata jumlah beban nutrien (TN dan TP) yang masuk ke Waduk Mrica berbeda antara musim kemarau dan penghujan. Berdasarkan Lampiran 1 menunjukkan bahwa pada musim penghujan total input TN ke Waduk Mrica sebesar 36.57 ton/hari lebih kecil daripada total output sebesar 38.2 ton/hari yang keluar dari pintu power intake, pintu irigasi dan kegiatan flushing. Oleh karena itu, pada musim penghujan Waduk Mrica mengalami defisit TN sebesar – 1.62 ton atau sebesar 4.44 %.
Selama musim kemarau input TN ke waduk sebesar 17.07 ton/hari lebih kecil daripada total output yang keluar dari pintu power intake dan pintu irigasi sebesar 19.22 ton/hari sehingga terjadi defisit TN sebesar -2.15 ton atau -12.61 %. Meskipun pada saat tersebut Waduk Mrica mengalami defisit namun kebutuhan TN untuk proses metabolisme organisme waduk masih dapat tercukupi dari waduk itu sendiri (internal loading) misalnya dari curah hujan, aktifitas penduduk sekitar waduk, dan sisa pakan dari aktifitas budidaya ikan menggunakan karamba jaring apung (KJA) yang belum diperhitungkan dalam penelitian ini. Namun kegiatan budidaya ikan menggunakan KJA di waduk Mrica masih bersifat tradisional maka diasumsikan beban nutrien yang masuk ke waduk yang berasal dari kegiatan ini jumlahnya relatif sedikit.
Flushing atau pembuangan lumpur melalui pintu drawdon culvert dilakukan
ketika lumpur telah hampir menutupi pintu power intake yaitu ketika ketinggian lumpur telah mencapai > 187 m dpl. Selama periode penelitian (Maret 2009 – Februari 2010) telah dilakukan kegiatan flushing sebanyak 2 kali yaitu pada bulan April 2009 dan Desember 2009. Dari kegiatan flushing tersebut telah terbuang 2.31 ton TN dan 0.4 ton TP. Selama musim penghujan input TP dari DTA sebesar 4.52 ton/hari lebih besar dari total output (sebesar 4.03 ton) yang berasal dari pintu
power intake dan pintu irigasi dan kegiatan flushing sehingga terjadi surplus TP
Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011
1.77 ton dan total output yang berasal dari pintu power intake dan pintu irigasi sebesar 1.73 ton sehingga terjadi surplus TP sebesar +0.04 ton atau 2.02 % (Lampiran 2).
Berdasarkan perhitungan neraca nutrien (Tabel 1) terlihat bahwa Waduk Mrica mengalami defisit TN sebesar -1.89 ton/hari dan surplus TP sebesar +0.265 ton/hari. Surplus TP di Waduk Mrica menjadi residu yang melayang dan mengendap tersimpan dalam sedimen waduk. Akumulasi residu TP tersebut terlihat dari prosentase kandungan TP (sebagai senyawa P205) yang terikat dalam sedimen yang cukup tinggi sebesar 5.6 % dan TN sebesar 16.5 % (Waluyo, 2007). Oleh karena itu Waduk Mrica dapat dikatakan berperan sebagai penyimpan nutrien khususnya TP (as a sink) yang terendapkan di sedimen waduk (load) sebesar 0.265 ton/hari. Tabel 1. Neraca TN dan TP di Waduk Mrica Maret 2009 – Februari 2010
sumber
PENGHUJAN KEMARAU
TN TP TN TP
ton % ton % ton % ton %
input Sungai 36.57 100 4.52 100 17.07 100 1.77 100 output 1. Power intake 31.62 82.79 3.23 80.14 11.76 61.19 1.15 66.29 2. Irigasi 4.27 11.17 0.40 9.89 7.46 38.81 0.58 33.71 3. flushing 29/4/2009 1.42 3.71 0.29 7.29 - - - - 4. flushing 29/12/2010 0.89 2.34 0.11 2.68 - - - - Total output 38.20 100 4.03 100 19.22 100 1.73 100 surplus/defisit -1.62 -4.44 0.49 10.76 -2.15 -12.61 0.04 2.02
Rata-rata defisit TN -1.89 (ton/hari)
Rata-rata surplus TP +0.265 (ton/hari)
Sumber : Analisis data primer (2010)
D. KESIMPULAN
Beban nutrien (TN dan TP) yang masuk ke waduk Mrica maupun yang keluar waduk pada musim penghujan lebih besar daripada musim kemarau. Pada musim penghujan Waduk Mrica mengalami defisit TN sebesar -1.62 ton/hari dan
Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011
surplus TP sebesar + 0.49 ton/hari, sedangkan pada musim kemarau Waduk Mrica mengalami defisit TN -2.15 ton/hari dan surplus TP sebesar + 0.04 ton/hari. Berdasarkan rata-rata akumulasi nutrien pada musim penghujan dan kemarau maka Waduk Mrica berperan sebagai sumber TN (a source of TN) sebesar 1.89 ton/hari dan penyimpan TP (a sink of TP) di sedimen waduk sebesar 0.265 ton/hari.
A. SARAN
1. Nutrien yang terbawa aliran sungai akan terdeposisi di waduk Mrica. Oleh karena itu input nutrien dari DAS yang terbawa aliran sungai masuk ke waduk Mrica perlu dikendalikan. Pengendalian input nutrien DAS dapat dilakukan dengan cara konservasi lahan yang mempunyai laju erosi tinggi melalui penghijauan untuk mencegah erosi lahan yang memungkinkan membawa material yang nutrien N dan P ke waduk.
2. Dalam rangka mencegah dan mengelola eutrofikasi di Waduk Mrica perlu diterapkan kebijakan pembatasan penggunaan pupuk dan pembuangan limbah ke sungai kepada masyarakat di sekitar DAS.
3. Berkaitan dengan operasional waduk perlu dilakukan flushing sedimen secara rutin untuk mencegah terakumulasinya nutrien yang berasal dari internal (internal loading)
DAFTAR PUSTAKA
Emmanuel, P; Mwanusi, F and Kimwaga, R., 2007. Study of Nitrogen Transformation in Lake Victoria. http ://www. epa. gov. Tanggal akses 31 Maret 2009.
Harper, D., 1992. Eutrofication of Freshwater. Chapman & Hall. London. New York. Tokyo. Melbourne. Madras.
Horne, A.J. and Goldman, C.R., 1994. Lymnology. Second edition. McGraw Hill, Inc. New York.
Klapper, H., 1991. Control Of Eutrophication In Inland Waters. Ellis Horwood. New York. London
McDowell, R.W., and Wilcock, R.J., 2004. Particulate Phosphorus Transport within Flow of an Agricultural Catchment. J. Envirn. Qual. 33 : 2111 – 2121.
Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011
Organization for Economic Cooperation & Development (OECD), 1982.
Eutrophication of Water, Monitoring Assessment And Control. Paris.
Waluyo, G. 2007. Penelitian Kualitas Sedimen Waduk Mrica. Kerjasama PT. Indonesia Power – Laboratorium Lingkungan Unsoed. Purwokerto
7
Lampiran 1. Perhitungan nutrien load dan keseimbangan nutrien TN (nutrient balance) di Waduk Mrica
M US IM SAMPLING INPUT OUTPUT TOTAL OUT AKUMULASI
DTA POWER INTAKE IRIGASI FLUSHING
debit Kons TN TN IN Debit kons TN TN OUT 1 debit kons TN TN OUT 2
m3/dt mg/l ton/hari m3/dt mg/l ton/hari m3/dt mg/l ton/hari ton ton/hari ton/hari
PENG HUJ AN 27-Nov-09 120.13 4.55 47.26 78.21 3.895 26.32 10.00 3.44 2.97 29.29 17.96 26-Dec-09 71.25 4.32 26.60 55.88 3.695 17.84 10.00 4.071 3.52 21.36 5.24 17-Des -09 0.893 28-Jan-10 126.67 5.13 56.10 73.96 4.775 30.51 10.00 5.065 4.38 34.89 21.22 26-Feb-10 116.46 4.36 43.92 62.6 4.355 23.55 9.00 5.065 3.94 27.49 16.42 26-Mar-09 98.08 3.82 32.37 103.67 3.977 35.62 11.00 3.998 3.80 39.42 -7.05 29-Apr-09 74.79 3.70 23.91 67.38 3.900 22.70 11.00 3.590 3.41 26.12 -2.20 29-Apr -09 1.416 25-May-09 76.17 3.93 25.86 86.67 8.655 64.81 11.00 8.250 7.84 72.65 -46.79 Rata-rata 36.57 31.62 4.27 2.309 38.2 -1.62 KE MA R AU 25-Jun-09 39.79 5.83 20.05 28.92 7.750 19.36 11.00 10.858 10.32 29.68 -9.63 26-Jul-09 32.00 7.37 20.37 14.46 7.330 9.16 11.00 9.544 9.07 18.23 2.14 30-Aug-09 11.00 6.87 6.53 3.00 7.460 1.93 8.00 8.722 6.03 7.96 -1.43 18-Sep-09 18.50 7.09 11.33 11.08 8.118 7.77 8.00 8.615 5.95 13.73 -2.40 24-Oct-09 55.42 5.65 27.06 46.1 5.165 20.57 11.00 6.238 5.93 26.50 0.56 Rata-rata 17.07 11.76 9.80 7.46 19.22 -2.15
Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional “ Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Berbasis Kearifan Lokal, Purwokerto 23 Juli 2011
Lampiran 2. Perhitungan nutrien load dan keseimbangan nutrien TP (nutrient balance) di Waduk Mrica
M us im SAMPLING INPUT OUTPUT TOTAL OUT AKUMULASI
DTA POWER INTAKE IRIGASI FLUSHING
Debit Kons TP TP IN Debit kons TP OUT 1 Debit kons TP OUT 2
m3/dt mg/l ton/hari m3/dt mg/l ton/hari m3/dt mg/l ton/hari ton ton/hari ton/hari
P eng hu ja n 27-Nov-09 120.13 0.50 5.20 78.21 0.53 3.58 10.0 0.67 0.58 4.16 1.04 26-Dec-09 71.25 0.44 2.73 55.88 0.34 1.64 10.0 0.42 0.36 2.00 0.73 17-Des -09 0.108 28-Jan-10 126.67 0.49 5.37 73.96 0.33 2.10 10 0.29 0.25 2.35 3.03 26-Feb-10 116.46 0.49 4.88 62.6 0.44 2.38 9 0.29 0.23 2.61 2.28 26-Mar-09 98.08 0.71 6.05 103.67 0.48 4.30 11.0 0.43 0.41 4.71 1.34 29-Apr-09 74.79 0.61 3.96 67.38 0.45 2.63 11.0 0.35 0.33 2.96 1.00 29-Apr -09 0.294 25-May-09 76.17 0.52 3.43 86.67 0.80 5.98 11.0 0.67 0.64 6.61 -3.19 Rata-rata 4.52 3.23 0.40 0.402 4.03 0.49 K ema ra u 25-Jun-09 39.79 0.66 2.28 28.92 0.72 1.79 11 0.92 0.87 2.66 -0.38 26-Jul-09 32.00 0.62 1.71 14.46 0.69 0.86 11.0 0.71 0.67 1.54 0.18 30-Aug-09 11.00 0.66 0.63 3.00 0.58 0.15 8.0 0.61 0.42 0.57 0.05 18-Sep-09 18.50 0.69 1.10 11.08 0.68 0.65 8.0 0.64 0.45 1.09 0.01 24-Oct-09 55.42 0.65 3.11 46.1 0.58 2.30 11.0 0.54 0.51 2.81 0.30 Rata-rata 1.77 1.15 0.58 1.73 0.04
