Latar Belakang
Kepedulian terhadap keberadaan logam berat di lingkungan dan dampak-nya terhadap kesehatan berkenaan dengan reaktivitas, toksisitas dan mobilitasdampak-nya dalam sistem tanah (Selim & Amacher 1997). Kadar logam berat dalam tanah dapat mencapai tingkat yang menyebabkan fitotoksisitas dan gangguan fungsional terhadap komponen lingkungan lainnya, seperti mutu air tanah dan rantai makanan yang dipengaruhinya. Fenomena ini dapat terjadi secara alami melalui proses geogenik dan pedogenesis maupun akibat tindakan manusia atau melalui proses antropogenik (Alloway 1995a; Lacatusu 2000).
Logam berat didefinisikan sebagai unsur-unsur logam dengan kerapatan jenis >6 g.cm-3 (Lepp 1981). Sebagian logam berat merupakan hara esensial mikro bagi tanaman dan hewan, diantaranya tembaga (Cu) dan seng (Zn). Oleh karena itu, kadar yang berlebih ataupun kurang akan memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman maupun hewan. Logam berat lainnya, seperti arsenik (As), kadmium (Cd), nikel (Ni), raksa (Hg) dan plumbum (Pb) bukan merupakan hara esensial. Namun, bila berada dalam bentuk fisiko-kimia yang accessible, logam-logam tersebut dapat diserap oleh makhluk hidup tanpa memberikan peranan yang berarti dan bahkan dapat menyebabkan toksisitas (Alloway 1995b; Kabata-Pendias & Pendias 1995). Diantara logam-logam berat non-esensial, yang paling banyak mendapat perhatian berkenaan dengan derajat dampak pencemaran-nya terhadap kesehatan adalah Cd, Pb dan Hg (Fergusson 1991).
Sumber kontaminan utama logam berat di lingkungan adalah deposisi atmosferik dari sisa oksidasi bahan bakar minyak (BBM) serta aktivitas penam-bangan dan peleburan bijih logam. Selain itu, tanah dan sedimen juga dapat terkontaminasi logam berat yang berasal dari pemanfaatan biosolid (padatan hasil-samping proses pengolahan limbah cair perkotaan), limbah produk manufaktur, pelapis dan cat berbahan dasar logam, serta beberapa pestisida dan pupuk yang mengandung logam berat (Adriano 1986; Alloway 1995c).
Berkenaan dengan fenomena kontaminasi dan pencemaran logam berat dalam tanah, terminologi ”kontaminasi” merujuk pada kisaran kadar logam berat
dalam tanah yang belum atau tidak akan segera mengakibatkan dampak negatif terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman atau komponen lingkungan lainnya. Terminologi ”pencemaran” merujuk pada kisaran kadar logam berat dalam tanah yang telah mengakibatkan dampak negatif terhadap sebagian atau seluruh komponen lingkungan (Lacatusu 2000).
Dampak negatif pencemaran logam berat terhadap pertumbuhan tanaman maupun konsumen produknya ditentukan oleh kadar dan bentuk fisiko-kimianya dalam tanah (Chaney & Giordano 1977; Latterell et al. 1978). Kation-kation logam dalam tanah dijumpai dalam berbagai bentuk fisiko-kimia, yaitu: (1) seba-gai ion-ion sederhana atau terkompleks dalam larutan tanah, (2) sebaseba-gai ion-ion yang mudah dipertukarkan, (3) terikat pada bahan organik, (4) terjerat (occluded) atau terkopresipitasi dalam struktur kristal mineral oksida, karbonat atau fosfat dan mineral-mineral sekunder lainnya, atau (5) sebagai ion dalam kisi-kisi kristal mineral silikat dan mineral primer (Cottenie & Verloo 1984; McLaren & Crawford 1973; Soon & Bates 1982). Ketiga bentuk yang pertama dapat berkese-imbangan satu sama lain, dianggap mudah diserap tanaman dan dikenal sebagai fraksi aktif (Sudadi 1994). Secara berurutan, bentuk-bentuk tersebut menunjuk-kan penurunan derajat keterserapannya bagi tanaman (Soon & Bates 1982).
Kapasitas tanah meretensi, mengadsorpsi dan mengakumulasikan logam berat ditentukan oleh kadar liat, kadar air, potensial redoks, pH, kadar bahan organik dan kapasitas tukar kation [KTK] (Bohn et al. 1979; Lindsay 2001; Stevenson 1982). Kapasitas sangga tanah terhadap kation logam berat dapat ditingkatkan dengan meningkatkan pH, kadar bahan organik dan KTK. Penggu-naan kapur, bahan organik dan zeolit dilaporkan meningkatkan kapasitas sangga tanah lempung berpasir yang ditanami jagung terhadap Cd, Cu, Pb dan Zn yang diindikasikan dari meningkatnya nilai ketiga parameter tersebut dan menurunnya kadar fraksi aktif keempat logam yang diteliti (Sudadi et al. 1997).
Kapasitas tanaman dalam mengakumulasikan logam berat bergantung pada spesies, kultivar, bagian tanaman dan umur atau fase fisiologisnya. Sensitivitas tanaman terhadap logam berat juga ditentukan oleh jenis logam berat-nya (Alloway 1995b). Sebagian besar logam berat diakumulasikan tanaman di akar (Göthberg et al. 2004; Pichtel et al. 2001). Serapan logam berat oleh
tanaman dikotil umumnya lebih tinggi daripada monokotil dan jaringan vegetatif mengandung Cd dan Pb dalam kadar yang lebih tinggi daripada jaringan generatif (Sauerbeck 1991; Verloo 1993).
Salah satu mekanisme tanaman dalam menoleransi toksisitas logam berat adalah melalui fenomena selektivitas serapan ion dari media tumbuhnya (Kabata-Pendias & (Kabata-Pendias 2001). Dari sisi budidaya tanaman, ukuran keberhasilan upaya pengelolaan pencemaran logam berat dapat didasarkan pada terjadinya penurunan serapannya. Penurunan serapan tanaman terhadap logam berat berkenaan dengan tiga hal, yaitu: (1) akibat penurunan kadar fraksi aktif logam berat dalam media tumbuh, atau (2) peningkatan selektivitas tanaman dalam menyerap unsur dari media tumbuh, atau (3) kombinasi keduanya (Alloway 1995b).
Selain kawasan tercemar berat seperti yang berada di sekitar lokasi penam-bangan dan peleburan bijih logam, lahan pertanian di sekitar kawasan perkotaan dan industri juga rentan terhadap kontaminasi logam berat (Cairney 1995). Namun, kepedulian terhadap permasalahan ini dan upaya pengelolaannya di Indonesia, khususnya yang terjadi di tanah pertanian, masih belum memadai.
Kepedulian terhadap degradasi lahan pertanian di Indonesia masih ter-fokus pada persoalan defisiensi hara dan hilangnya massa tanah yang subur akibat erosi, banjir dan longsor. Oleh karena itu, upaya penegakan peraturan-perundang-an yperaturan-perundang-ang telah dperaturan-perundang-an sedperaturan-perundang-ang dilakukperaturan-perundang-an untuk menurunkperaturan-perundang-an tingkat pencemarperaturan-perundang-an logam berat dari sisi sumbernya, misalnya melalui aplikasi teknologi “produksi bersih” dan kebijakan “nir limbah”, harus diiringi dengan tindakan praktis untuk mengu-rangi dampaknya di lahan pertanian.
Metode remediasi yang diterapkan pada tanah tercemar logam berat umumnya memerlukan banyak tenaga kerja, mahal dan kurang ramah lingkungan. Metode-metode tersebut terutama berbasis teknik rekayasa sipil yang memerlukan pemindahan atau ekskavasi tanah yang tercemar (Vangronsveld & Cunningham 1998). Oleh karena itu, tersedianya metode alternatif yang lebih praktis, murah, ramah lingkungan dan memberikan perlindungan yang sama efektifnya terhadap lingkungan dan kesehatan perlu diupayakan.
Salah satu metode alternatif remediasi pencemaran tanah oleh logam berat adalah teknik “inaktivasi in situ”. Teknik ini merujuk pada penggunaan
bahan-bahan penyehat tanah (amelioran) untuk mengubah bentuk fisiko-kimia logam berat dalam tanah secara in situ sehingga menurunkan dampaknya terhadap ling-kungan dan kesehatan (Vangronsveld & Cunningham 1998).
Inaktivasi in situ juga merupakan teknik yang prospektif untuk diterapkan pada tanah pertanian dengan tujuan menurunkan serapan logam berat oleh tanam-an, sehingga menurunkan transfer atau pengalihannya ke rantai makanan berikut-nya. Amelioran yang diaplikasikan akan mengubah bentuk fase padatan logam berat dalam tanah yang sebelumnya terlarut dan sangat mudah larut atau fraksi aktif menjadi fraksi yang secara geokimia lebih stabil, sehingga keterserapan dan toksisitasnya terhadap tanaman menurun (Vangronsveld & Cunningham 1998). Oleh karena itu, amelioran yang diaplikasikan harus memiliki kapasitas yang tinggi untuk meningkatkan sorpsi tanah terhadap logam berat namun tidak berpengaruh negatif terhadap kesuburan fisik, kimia dan biologi tanah maupun ekosistem (Oste et al. 2002).
Aplikasi dan pengembangan teknik inaktivasi in situ menggunakan bera-gam amelioran terutama pada tanah tercemar oleh berabera-gam jenis lobera-gam berat secara simultan pada kategori berat merupakan ranah penelitian yang menarik minat banyak peneliti dan praktisi remediasi tanah tercemar di negara-negara maju sejak tahun 1990an hingga sekarang (Vangronsveld & Cunningham 1998). Namun, penelitian sejenis, khususnya pengujian penggunaan amelioran dan pupuk pada dosis rasional untuk budidaya komoditas pertanian dari segi efektivitasnya dalam menginaktivasi secara in situ pencemar logam berat dalam tanah belum banyak dilakukan di Indonesia. Di sisi lain, penelitian mengenai kontribusi amelioran, pupuk dan pestisida sebagai sumber kontaminan logam berat dalam tanah di sentra-sentra produksi pertanian telah banyak dilakukan di Indonesia. Oleh karena itu, penelitian ameliorasi dan pemupukan dari segi efektivitasnya sebagai inaktivator logam berat, seperti yang dilakukan dalam penelitian disertasi ini, harus didasarkan pada asumsi bahwa amelioran dan pupuk yang digunakan dipilih yang memiliki kadar logam berat serendah mungkin.
Berdasarkan latar belakang di atas, telah dilakukan serangkaian penelitian yang terdiri atas penelitian eksplorasi untuk mengevaluasi tingkat kontaminasi/ pencemaran Cd dan Pb pada tanah pertanian di kawasan perkotaan dan industri
Cileungsi, Kabupaten Bogor, Jawa Barat sebagai studi kasus dan dua percobaan rumah kaca untuk mengevaluasi efektivitas teknik inaktivasi in situ menggunakan amelioran kapur dan bahan organik serta pupuk NPK pada dosis rasional untuk budidaya tanaman hortikultura pada tanah yang dicemari Cd dan Pb.
Tujuan Penelitian
1. Mengeksplorasi kadar dan kecemaran atau tingkat kontaminasi/pencemar-an Cd dkontaminasi/pencemar-an Pb pada tkontaminasi/pencemar-anah pertkontaminasi/pencemar-anikontaminasi/pencemar-an lapiskontaminasi/pencemar-an permukakontaminasi/pencemar-an melalui studi kasus di kawasan perkotaan dan industri Cileungsi yang termasuk ke dalam wilayah Sub-sub-DAS Cileungsi Tengah, Kabupaten Bogor, Jawa Barat dengan mengevaluasi pengaruh faktor pedogenik dan antropogenik, termasuk faktor kedalaman tanah, posisi transek, tipe penggunaan lahan dan musim.
2. Mengevaluasi efektivitas ameliorasi kapur dan bahan organik serta pemupukan NPK pada dosis rasional untuk budidaya komoditas horti-kultura sebagai aplikasi teknik inaktivasi in situ melalui dua seri percobaan rumah kaca menggunakan tanah yang masing-masing diberi perlakuan Cd dan Pb hingga taraf tercemar dengan tomat sebagai tanaman uji. Evaluasi didasarkan pada hubungan dan pertautan antar: (1) sifat-sifat kimia tanah yang meliputi pHH2O 1:1, Corganik, NKjeldahl, PBray#1, K-, Ca- dan Mg-dapat
ditukar serta KTK, (2) kadar fraksi aktif dan pseudo-total Cd dan Pb dalam tanah, (3) kadar Cd dan Pb serta N, P, K, Ca, Mg dan S dalam tajuk tanaman, serta (5) bobot kering tajuk tanaman.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai rujukan dalam pengembangan rekomendasi ameliorasi dan pemupukan tanah untuk budidaya dan peningkatan produktivitas komoditas pertanian yang dalam waktu bersamaan dapat mengendalikan permasalahan yang berkenaan dengan kerentanan tanah pertanian di kawasan perkotaan dan industri terhadap pencemaran logam berat.
Susunan Disertasi
Disertasi ini terdiri atas 8 Bab dan Lampiran. Setelah Bab 1–Pendahu-luan, pada Bab 2–Tinjauan Pustaka diuraikan hasil telaah pustaka mengenai state of the arts fenomena pencemaran lingkungan oleh logam berat, khususnya Cd dan Pb, dan dampaknya terhadap kesehatan serta upaya remediasinya melalui aplikasi teknik inaktivasi in situ. Selanjutnya diuraikan Bab 3–Pendekatan dan Metode dan pada bab 4 sampai 6 disajikan hasil dari 3 penelitian dengan judul:
Bab 4 Kontaminasi/Pencemaran Kadmium dan Plumbum pada Tanah Pertanian di Kawasan Perkotaan dan Industri: Studi Kasus di Sub-sub-DAS
Cileungsi Tengah, Kabupaten Bogor, Jawa Barat.
Bab 5 Inaktivasi In Situ Pencemaran Kadmium pada Tanah Pertanian
Menggunakan Amelioran dan Pupuk pada Dosis Rasional untuk Budidaya Tanaman.
Bab 6 Remediasi Pencemaran Plumbum pada Tanah Pertanian: Efektivi-tas Inaktivasi In Situ Menggunakan Amelioran dan Pupuk pada Dosis Rasional untuk Budidaya Tanaman.
Selanjutnya pada Bab 7 dan 8 disajikan Pembahaan Umum serta Kesim-pulan dan Saran. Padabagian Lampiran disajikandata penelitian secara rinci dan pada akhir dari setiap bab disajikan Daftar Pustaka yang dirujuk.
Kebaruan
Kebaruan hasil penelitian disertasi ini meliputi:
1. Digunakannya prosedur eksplorasi kecemaran logam berat dalam tanah (prosedur Lacatusu 2000) yang telah mempertimbangkan sifat dasar tanah penentu kapasitas sorpsi terhadap logam berat, yaitu kadar liat dan bahan organik.
2. Prosedur eksplorasi Lacatusu (2000) lebih bersifat spesifik lokasi dan waktu, dan oleh karenanya, dapat dimanfaatkan sebagai langkah awal tindakan yang lebih bersifat preventif berkenaan dengan kejadian kon-taminasi/pencemaran logam berat dalam tanah.
3. Penggunaan prosedur eksplorasi Lacatusu (2000) dapat dijadikan solusi terhadap ketiadaan kriteria kecemaran logam berat dalam media tanah di Indonesia hingga saat ini.
4. Selain kadar liat dan bahan organik, hasil penelitian eksplorasi membukti-kan bahwa nilai pH juga merupamembukti-kan sifat dasar tanah yang berkontribusi signifikan terhadap kecemaran Pb, sehingga terbuka peluang ranah penelitian untuk memperbaiki prosedur Lacatusu (2000).
5. Hasil penelitian inaktivasi in situ memberikan fakta empiris mengenai efektivitas ameliorasi bahan organik dan dolomit serta pemupukan NPK pada dosis rasional untuk budidaya tanaman secara simultan dalam hal: (i) menginaktivasi secara in situ fraksi aktif Cd dan Pb tanah, (ii) meningkat-kan selektivitas serapan unsur sehingga menurunmeningkat-kan serapan tanaman terhadap Cd dan Pb, serta (iii) menurunkan kadar Cd dan Pb tanaman berkenaan dengan efek pengenceran akibat meningkatnya bobot kering biomassa tanaman.
Daftar Pustaka
Adriano DC. 1986. Trace Elements in the Terrestrial Environment. New York: Springer-Verlag.
Alloway BJ. 1995a. Introduction. Di dalam: Alloway BJ, editor. Heavy Metals in Soils. Ed ke-2. London: Blackie Acad Prof, hlm 3-10.
Alloway BJ. 1995b. Soil processes and the behaviour of metals. Di dalam: Alloway BJ, editor. Heavy Metals in Soils. Ed ke-2. London: Blackie Acad Prof, hlm 11-37.
Alloway BJ. 1995c. The origin of heavy metals in soils. Di dalam: Alloway BJ, editor. Heavy Metals in Soils. Ed ke-2. London: Blackie Acad Prof, hlm 38-57.
Bohn H, McNeal B, O’Connor G. 1979. Soil Chemistry. New York: J Wiley-Intersci Publ. J Wiley & Sons.
Cairney T. 1995. The Re-Use of Contaminated Land. A Handbook of Risk Assessment. Chichester: J Wiley.
Chaney RL, Giordano PM. 1977. Microelements as related to plant deficiencies and toxicities. Di dalam: Elliot LF, Stevenson FJ, editor. Soil for Manag-ement of Organic Wastes and Waste Waters. Madison: Soil Sci Soc Am, hlm 234-279.
Cottenie A, Verloo M. 1984. Analytical diagnosis of soil pollution with heavy metals. Fresenius Zeitschrift Anal Chem 317:389-393.
Göthberg A, Greger M, Holm K, Bengtsson B. 2004. Influence of nutrient levels on uptake and effects of mercury, cadmium, and lead in water spinach. J Environ Qual 33:1247-1255.
Kabata-Pendias A. 1995. Agricultural problem related to excessive trace metal contents of soil. Di dalam: Salomons W, Forstner U, Mader P, editor. Heavy Metals: Problems and Solutions. Berlin: Springer-Verlag, hlm 3-18.
Kabata-Pendias A, Pendias H. 2001. Trace Elements in Soils and Plants. Ed ke-3. Boca Raton: Lewis Publ CRC Pr.
Lacatusu R. 2000. Aprraising levels of soil contamination with heavy metals. Eur Soil Bureau Res Rep No. 4. Luxembourg: Official Publ Eur Comm. Latterel JJ, Dowdy RH, Larson WE. 1978. Correlation of extractable metals and
metal uptake of snap beans grown on soil amended with sewage sludge. J Environ Qual 7:435-440.
Lepp NW. 1981. Effect of Heavy Metal Pollution on Plant Function. London: Appl Sci Publ.
Lindsay WL. 2001. Chemical Equilibria in Soils. Caldwell, New Jersey: Black-burn Pr.
McLaren RG, Crawford DV. 1973. Studies on soil copper: I. The fractionation of copper in soil. J Soil Sci 24:172-181.
Oste LA, Lexmond TM, Riemsdijk WV. 2002. Metal immobilization in soils using synthetic zeolites. J Environ Qual 31:813-821.
Pichtel J, Kuroiwa K, Sawyerr HT. 2000. Distribution of Pb, Cd and Ba in soils and plants of two contaminated sites. Environ Pollut 110:171-178.
Sauerbeck DR. 1991. Plant, element and soil properties governing uptake and availability of heavy metals derived from sewage sludge. Water Air Soil Pollut 57-58:227-237.
Selim HM, Amacher MC. 1997. Reactivity and Transport of Heavy Metals in Soils. Boca Raton: Lewis Publ CRC Pr.
Soon YK, Bates TE. 1982. Chemical pools of cadmium, nickel, and zinc in polluted soils and some preliminary indication of their availability to plants. J Soil Sci 33:477-488.
Stevenson FG. 1982. Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reaction. New York: Wiley Intersci Publ J Wiley & Sons.
Sudadi U. 1994. Fractionation of Cu, Zn, and Pb in a sewage-sludge amended soil [MSc Thesis]. Ghent: International Training Center for Post Graduate Soil Scientist, Faculty of Science, University of Ghent, Belgium. Sudadi U, Hartono A, Indriyati LT. 1997. Penggunaan kotoran sapi, dolomit dan
zeolit pada tanah masam bertekstur lempung berpasir yang diberi perla-kuan logam berat pada takaran meracun: Perubahan sifat kimia tanah dan serapan hara jagung. Makalah Seminar Hasil-hasil Penelitian, Lembaga Penelitian, Institut Pertanian Bogor. Bogor, 15 Des 1997.
Vangronsveld J, Cunningham SD. 1998. Introduction to the concepts. Di dalam: Vangronsveld J, Cunningham SD, editor. Metal-Contaminated Soils: In Situ Inactivation and Phytorestoration. Berlin: Springer-Verlag, hlm 1-15.
Verloo M. 1993. Chemical aspect of soil pollution. ITC Soil Sci, Univ Ghent Publ Series 4:17-46.
