BIOAKUMULASI KROMIUM OLEH Perna viridis TELUK JAKARTA BERDASARKAN STUDI MENGGUNAKAN PERUNUT RADIOAKTIF 51 Cr

(1)

BIOAKUMULASI KROMIUM OLEH Perna viridis TELUK

JAKARTA BERDASARKAN STUDI MENGGUNAKAN

PERUNUT RADIOAKTIF

51

Cr

Heny Suseno

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif BATAN, Kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang 15310

ABSTRAK

BIOAKUMULASI KROMIUM OLEH Perna viridis TELUK JAKARTA BERDASARKAN STUDI MENGGUNAKAN PERUNUT RADIOAKTIF 51_{Cr. Telah dilakukan penelitian bioakumulasi kromium}

oleh Perna viridis dari Teluk Jakarta menggunakan perunut 51Cr. Penelitian bertujuan untuk memperoleh

bioindikator pencemaran kromium di Teluk Jakarta. Percobaan dilakukan melalui 3 tahapan, yaitu: pengambilan kromium dan pelepasan kromium oleh Perna viridis serta pemodelannya. Hasil penelitian menunjukkan Faktor Konsentrasi kromium dalam Perna viridis 148,36 sampai dengan 414,50, kecepatan pengambilan 14,836 sampai dengan 65,754 µg per hari dan kecepatan pelepasan kromium berkisar antara 9,04 sampai dengan 15,48 % perhari. Berdasarkan hasil eksperimen tersebut maka Perna viridis dapat digunakan sebagai bioindikator pencemaran kromium. Nilai Faktor Bioakumulasi Konsentrasi Perna viridis di bawah 500 sehingga tidak dapat digunakan sebagai instrumen untuk mengkaji resiko lingkungan. Hasil pemodelan menunjukkan Faktor Konsentrasi berkisaran antara 106 sampai dengan 367 dan penurunan kadar kromium sampai dengan 90 % tercapai setelah 14 hari proses pelepasan.

ABSTRACT

BIOACCUMULATION OF KHROMIUM BY Perna viridis FROM JAKARTA BAY BASE ON RADIOTRACER 51Cr STUDY. The research of bioaccumulation kromium of Perna viridis from Jakarta

Bay using 51Cr radiotracer have been done. The experiment was carried out by 3 steps such as: uptake,

depuration and modelling. The result of experiment shown that Perna viridis can be used as bioindicator of khromium because its capability to accumulate Cr. Its concentration factor , uptake rate dan depuration rate were 148.36 to 414.5, 14.836 to 65.754 µg per days and 9.04 to 15.48 % per days respectively. The value of BCF was under 500 so Perna viridis can not be used for environmental risk assesment. The result of modeling was finded the Concentration Factor were 106 to 367 and the its decreasing from Perna viridis tissue can be 90 % after 14 days of depuration.

PENDAHULUAN

imbah yang mengandung kromium berasal dari industri elektroplating, penyamakan kulit, metal printing dan lain-lain. Kromium berpotensi menyebabkan reaksi alergetik bahkan bersifat karsinogen. Kromium masuk ke Teluk Jakarta melalui 9 buah sungai sebesar 325 kg/jam[1]. Selama ini program pemantauan logam berat termasuk kromium di Teluk Jakarta hanya terbatas analisis pada berbagai kompartemen lingkungan. Penentuan Faktor Bioakumulasi baik untuk keperluan biomonitoring atau untuk pengkajian resiko hanya dilakukan dengan membandingkan konsentrasi kromium dalam biota dengan konsentrasi kromium dalam air laut. Data tersebut kurang akurat karena bioakumulasi merupakan proses dinamik yang melibatkan banyak variabel yang saling berhubungan. Potensi suatu polutan (termasuk kromium) terakumulasi dalam tubuh biota laut dan jejaring makanannya tergantung dari sifat kimiawi antara lain hydrophobicity,

lipophilicity dan dan faktor-faktor lingkungan seperti salinitas, suhu dan sebagainya. Disisi lain faktor biotik juga menentukan proses bioakumulasi, antara lain: cara makan, posisi dalam trofik, konsentrasi dalam lemak dan metabolisme dan bioavailability [2]_.

Hal penting dalam proses bioakumulasi adalah startegi akumulasi bersih (net accumulation strategy) yaitu proses pengambilan dan akumulasi juga disertai dengan proses pelepasan melalui sekresi[2]. Proses bioakumulasi logam berat yang bersumber dari air dan mengikuti kaidah net accumulation strategy ditunjukkan pada persamaan: t e w u t C k C k dt dC ₌ ₋

di mana Ct adalah konsentrasi pencemar dalam organisme pada waktu t, Cw adalah konsentrasi pencemar dalam lingkungan sekeliling, ku adalah

konstanta pengambilan (hari-1), ke adalah konstanta

(2)

83

pelepasan (hari-1). Penelitian pengambilan dan pelepasan logam berat versus waktu merupakan langkah awal untuk mengkaji prilaku akumulasi ion-ion logam tersebut dalam sistem akuatik. Eksperimen tersebut berguna sebagai dasar untuk menentukan parameter- parameter biokinetika dalam model kompartemen dan hipotesis awal yang berkaitan dengan akumulasi.

Kerang hijau (Perna. viridis) adalah salah satu jenis kerang dari golongan pelecypoda, hidup melekatkan diri pada benda-benda di dasar laut yang berpasir. Kerang hijau hidup tersebar di hampir seluruh wilayah pesisir Indonesia dan mempunyai kemampuan mengakumulasi logam berat termasuk kromium[4]_{. Berdasarkan cara} hidupnya dan penyebarannya maka hewan ini dapat dijadikatan bioindikator kromium.

Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari biokinetika kromium pada kerang hijau (Perna Viridis) yang akan digunakan sebagai bioindikator Cr dalam lingkungan pesisr. Disisi lain pengetahuan tentang kemampuan Perna viridis mengakumulasi kromium penting untuk diketahui karena hewan ini banyak dikonsumsi oleh masyarakat. Untuk memperoleh hasil penelitian yang akurat digunakan perunut radioaktif 51Cr yang memancarkan sinar gamma dengan energi 749 keV dan mudah diukur menggunakan spektrometer gamma. Keunggulan menggunakan teknik ini adalah sensitifitas pendeteksian dan pelaksanaan percobaan dapat dilakukan menggunakan biota dalam jumlah terbatas.

TATA KERJA

Bahan

Perunut radioaktif 51Cr dibuat oleh PRR BATAN, filter berukuran 0,25 µm, akuairum, akuarium masing-masing berkapasitas 75 liter dan 20 liter, air laut yang diambil dari Kepulauan Seribu, moluska laut (Perna Viridis) diambil dari Kepulauan Seribu

Alat

Spektrometer gamma dilengkapi detektor NaI diameter 10 cm tinggi 40 cm buatan Bicron Corp tipe HQ 490 seri 2M2/2 yang dihubungkan dengan MCA terintegrasi dalam sistem Inspector buatan Canberra terkoneksi dengan komputer, pH meter

Metode

Aklimatisasi

Aklimatisasi bertujuan untuk menghilangkan stres hewan percobaan dalam kondisi aquarium sehingga dapat digunakan dalam percobaan bioakumulasi. Perna viridis diambil secara langsung dari perairan dengan teknik penyelaman. Perna viridis sebanyak 75 ekor selanjutnya dibersihkan dari hewan lain yang menempel pada cangkangnya dan ditempatkan dalam akuarium berkapasitas 75 liter. Akuarium dilengkapi dengan filter penyaring dan pompa sirkulasi sehingga kualitas air dapat dipertahankan. Penggantian air dalam akuarium tersebut dilakukan setiap hari. Pemberian pakan berupa mikro alga (Isochrysis galbama) dilakukan 2 kali sehari. Seluruh proses aklimatisasi dilakukan dengan memelihara Perna viridis selama 2 minggu tanpa pemberian kontaminan

Proses bioakumulasi melalui jalur air laut

Setelah menjalani proses aklimatisasi, Perna viridis ditempatkan dalam aquarium yang berbeda. Setiap aquarium berukuran 20 liter ditempatkan masing-masing 15 ekor hewan percobaan. Masing-masing aquarium berisi air laut yang telah difiltrasi menggunakan filter 0,2 µm pada pH 8,2 (pH air laut normal) dan ditambahkan kontaminan simulasi sehingga mengandung 0,001 mg/l Cr6+ dan 1 kBq/l 51Cr. Air laut yang mengandung kontaminan tersebut diganti setiap hari untuk mempertahankan konsentrasinya. Pemberian pakan dilakukan 2 kali sehari. Secara periodik, dua hari sekali seluruh hewan percobaan

dianalisis aktivitas 51Cr menggunakan

spektrometer gamma untuk memperoleh data pengambilan kontaminan. Pemberian kontaminan dihentikan ketika aktivitas 51_{Cr dalam tubuh} hewan percobaan tidak mengalami kenaikan atau berada dalam keadaan tunak (steady state). Seluruh hewan percobaan dipindahkan ke media air laut yang tidak mengandung kontaminan untuk menjalani proses depurasi. Faktor Konsentrasi (FK) dihitung menggunakan persamaan:

air gram Bq tracer i Konsentras organisme gram Bq tracer i Konsentras FK / ) ( / ) ( =

Faktor konsentrasi keaadaan tunak (FKss) ditentukan dari FK 51Cr pada waktu t dimana tidak terjadi peningkatan FK radioisotop tersebut. Konstanta pengambilan (ku) diperoleh dari slope

grafik waktu (t) terhadap FK. Pemodelan bioakumulasi kromium dilakukan menggunakan data eksperimen yaitu : FKss, Ku, dan Ke untuk

(3)

)

1 (

ku.t ss t

FK

e

Fk

=

−

− Proses Depurasi

Setelah menjalani proses bioakumulasi, ketiga jenis hewan percobaan yang berasal dari eksperimen bioakumulasi melalui jalur air laut, makanan dan sedimen masing-masing ditempatkan dalam aquarium yang berisi media air laut bebas kontaminan dalam kondisi mengalir (debit 50 l/jam). Pemberian pakan dilakukan 2 kali sehari. Selama proses depurasi, secara periodik, dua hari sekali seluruh hewan percobaan dianalisis aktivitas 51Cr menggunakan spektrometer gamma untuk memperoleh data pelepasan kontaminan. Data depurasi dinyatakan dalam bentuk persen retensi 51Cr yang merupakan persen rasio antara aktivitas 51Cr setelah proses depurasi terhadap aktivitas 51Cr sebelum proses depurasi.

Konstanta pelepasan (ku,) diperoleh dari

slope grafik waktu (t) terhadap FK perunut tersebut. Retensi kontaminan dari masing-masing jalur dinyatakan dalam waktu paro biologi (t1/2b)

yang diperoleh dari persamaan :

e b

k t1/2 = ln2

Pemodelan proses depurasi kromium dilakukan menggunakan data eksperimen untuk selanjutnya dikonversikan pada persamaan:

t ku

t Aoe

A = − .

dimana At dan Ao berturut-turut adalah persen

retensi pada waktu t dan mula-mula.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kemampuan Perna viridis mengakumulasi kromium heksavalen terlarut dari lingkungan perairan bergantung pada faktor internal dan eksternal. Faktor internal adalah kapasitas akumulasi berupa sisi aktif membran sel yang dimiliki oleh Perna viridis yang berfungsi sebagai bioligan pengikat logam berat[6]. Faktor internal ini antara lain dipengaruhi oleh ukuran hewan. Disisi lain faktor eksternal adalah kondisi kimia fisik perairan yang meliputi pH, salinitas, kandungan partikulat, kandungan material organik terlarut dan sebagainya. Faktor eksternal ini menentukan

bioavailability Cr dalam berbagai bentuk

senyawaan yang akan berikatan pada sisi aktif membran sel Perna viridis untuk selanjutnya terakumulasi. Pada percobaan ini kandungan partikulat dan material organik dieliminasi dengan

memfiltrasi media air laut yang digunakan. Faktor eksternal lainnya diabaikan karena percobaan dibatasi hanya untuk perairan Teluk Jakarta dimana media air laut berasal dari lokasi tersebut.

Hasil percobaan bioakumulasi kromium menggunakan perunut 51Cr ditunjukkan pada Gambar 1. 0 100 200 300 400 500 1 2 5 6 8 10 12 14 Waktu (hari) Fa ktor K on sen tra si 4,2 cm 5,0 cm 5,6 cm 6,0 cm A 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 3 4 5 Waktu (hari) Re te ns i ( % ) 4,2 cm 5,0 cm 5,6cm 6,0 cm B

Gambar 1. Bioakumulasi 51Cr pada Perna viridis A. Proses pengambilan kromium

(sebagai 51Cr) dari jalur air laut B. Proses pelepasan kromium

(sebagai 51Cr)

Mengacu pada Gambar 1A, maka ukuran Perna viridis mempengaruhi proses pengambilan kromium. Kondisi seaty state dicapai setelah 12

(4)

85

hari terpajan oleh kromium yang terkandung dalam air laut. Kecepatan pengambilan (Ku) diperoleh

dari slope hari pertama sampai dengan hari ke 12. Mengacu pada Gambar 1B, maka dapat ditentukan kecepatan pelepasan (Ke) ang dihitung dari slope

retensi terhadap waktu. Nilai Faktor Bioakumulasi Konsentrasi (BCF) dihitung berdasarkan rasio Ke

terhadap Ku. Rekapitulasi hasil percobaan disajikan

pada Tabel 1.

Tabel 1. Rekapitulasi parameter biokinetika

kromium oleh Perna viridis

Ukuran Biota (cm) FKss Ku (hari-1₎ Ke (hari-1₎ BCF T1/2 (hari) + 4,2 cm 414,50 65,754 0,15481 424,7 4,48 + 5,0 cm 338,37 50,981 0,13638 373,8 5,082 + 5,6 cm 211,12 32,509 0,13835 235 5,01 + 6,0 cm 148,36 14,836 0,090388 164,14 7,67

Berdasarkan Tabel 1 maka Faktor Konsentrasi kromium dalam jaringan Perna viridis berkisar antara 148, 36 sampai dengan 414,5 kali dibandingkan konsentrasinya dalam air laut. Kecepatan pengambilan berkisar antara 14,836 samapi dengan 65,754 hari-1. Pada percobaan konsentrasi Cr dalam media air laut adalah 0,001 µg/ml dan perunut 51Cr yang digunakan sebesar 1 Bq/ml sehingga setiap 1 Bq perunut sebanding dengan 0,001 µg. Berdasarkan perbandingan tersebut maka Perna viridis mempunyai kemampuan mengakumulasi Cr dengan kecepatan 14,836 sampai dengan 65,754 µg per harin sampai denganh tercapainya kondisi steady state. Disisi lain kecepatan pelepasan kromium berkisar antara 0,090338 sampai dengan 0,15481 hari-1. Hal ini berati kecepatan pelepasan berkisar antara 9,04 sampai dengan 15,48% perhari Cr yang terakumulasi dalam jaringan Perna viridis. Waktu tinggal biologis kromium dalam jaringan Perna viridis sampai dengan konsentrasinya setengah dari konsentrasi mula-mula berkisar antara 4,48 sampai dengan 7,67 hari. Secara gari s besar dapat dinyatakan semakin kecil ukuran Perna viridis, maka nilai FKss, Ku dan Ke semakin besar dan

waktu tinggal semakin singkat.

Nilai Faktor Bioakumulasi Konsentrasi (BCF) kromium pada Perna viridis berkisar antara 164,14 sampai dengan 424,7. Nilai BCF ini sangat penting karena merupakan suatu kriteria yang dapat digunakan dalam mengidentifikasi bahaya dan pengkajian resiko (risk assesment). Faktor Bioakumulasi Konsentrasi digunakan untuk mengevaluasi bioakumulasi apakah terjadi biomagnesasi dan memberi peningkatan toksisitas kepada mahluk hidup pada tingkatan tropik rantai

makanan[7]. Bioakumulasi unsur esensial

merupakan mekanisme untuk mengatur konsentrasi unsur yang dibutuhkan pada mahluk hidup. Dalam klasifikasi bahaya, batasan Faktor Bioakumulasi Konsentrasi (BCF) dan Faktor Bioakumulasi (BF) ditentukan sekitar 500 sampai dengan 5000 untuk semua kontaminan termasuk logam berat[7]. Berdasarkan hasil percobaan maka Perna viridis tidak dapat digunakan untuk kajian resiko pencemaran kromium karena nilainya dibawah 500.

Dalam pemilihan bioindikator diperlukan pemodelan untuk memprediksi waktu yang tepat untuk mencuplik biota dan digunakan sebagai bioindikator kromium. Disisi lain pemodelan diperlukan untuk memperkirakan kapan kondisi perairan dinyatakan bebas dari pencemaran. Hasil pemodelan proses pengambilan kromium di Teluk Jakarta oleh Perna viridis ditunjukkan pada Gambar 3 sampai dengan 6.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Waktu (hari) Fa kt or Ko ns en tras i Model Experimen

Gambar 3. Model pengambilan kromium oleh

Perna viridis berukuran 4,2 cm

0 50 100 150 200 250 300 350 400 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Waktu (hari) Fa ktor K onse nt ra si Model Experimen

(5)

0 50 100 150 200 250 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Waktu (hari) Fa kt or K on sen tras i Model Experimen

Perna viridis berukuran 5,6 cm

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Waktu (hari) Fa kt or K onsent ra si Model Experimen

Perna viridis berukuran 6,0 cm Mengacu pada Gambar 3 sampai dengan 6, maka kondisi steady state dicapai setelah 14 hari. Faktor konsentrasi berkisaran antara 106 sampai dengan 367 untuk ukuran Perna viridis 4,2 sampai dengan 6,0 cm. Implementasi dari pemodelan ini adalah untuk mengetahui sumber dan kapan terjadinya pencemaran secara pasti. Hal ini sangat penting karena pada kasus pencemaran biasanya dimulai dari matinya beberapa jenis spesies biota laut yang sensitif terhadap krom. Ketika kasus tersebut terungkap dan menjadi isu publik, pihak pembuang limbah akan mengolah limbahnya sehingga tidak dapat dibuktikan pihak yang bertanggungjawab. Menggunakan cara konvensional hanya diperoleh data status dan konsentrasi kromium pada saat dilakukan analisis hasil pencuplikan contoh di lapangan. Menggunakan model biokinetika pengambilan kromium pembuktian kasus pencemaran kromium

adilakukan dengan cara menganalisis kandungan kromium dalam Perna viridis dan dibandingkan konsentrasinya pada perairan. Hasil perbandingan tersebut selanjutnya dinyatakan dalam nilai Faktor Konsentrasi dan direkapitulasi berdasarkan ukuran Perna viridis yang digunakan sebagai bioindikator. Setiap nilai Faktor Konsentrasi kromium Perna viridis dengan ukuran tertentu yang merupakan hasil pemantauan lingkungan diplotkan kedalam model pengambilan kromium. Berdasarkan plot tersebut maka kasus pencemaran dan awal terjadinya pencemaran dapat ditentukan dan ditelusuri pihak mana yang bertanggungjawab.

Untuk menyatakan perairan tersebut aman dari dampak pencemaran kromium, perlu dibuat model pelepasan kromium dari Perna viridis. Pemodelan ini juga dibutuhkan untuk menyatakan kondisi aman mengkonsumsi Perna viridis dari perairan yang tercemar tersebut. Model proses pelepasan tersebut ditunjukkan pada Gambar 7 sampai dengan 10. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Waktu (hari) Re te ns i(% ) Model Exper imen

Gambar 7. Model pelepasan kromium oleh Perna

viridis berukuran 4,2 cm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Waktu (hari) R et ensi( % ) Model Experimen

(6)

87 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Waktu (hari) R et ensi( % ) Model Experimen

viridis berukuran 5,6 cm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Waktu (hari) Ret ens i(% ) _Model Experimen

Gambar 10. Model pelepasan kromium oleh

Perna viridis berukuran 6,0 cm Berdasarkan Gambar 7 sampai dengan 10 maka penurunan kadar kromium dalam Perna viridis hingga 50% diperkirakan memakan waktu 4 sampai dengan 6 hari bergantung pada ukuran Perna viridis. Penurunan kadar kromium sampai dengan 90% tercapai setelah 14 hari proses pelepasan. Perna viridis yang berukuran lebih kecil melepas kromium lebih cepat dibandingkan dengan ukuran yang lebih besar. Implementasi dari pemodelan ini dibutuhkan untuk keamanan mengkonsumsi Perna viridis karena hewan ini merupakan salah satu makanan laut yang banyak dikonsumsi segala lapisan masyarakat. Setelah terhentinya kontaminasi kromium pada lingkungan pesisir tempat Perna viridis dibudidayakan, diperlukan waktu melepas kromium dari jaringan hewan tersebut. Menggunakan hasil pemodelan tersebut maka Perna viridis akan layak dikonsumsi kembali setelah 14 hari pencemaran kromium di lingkungan pesisir terhenti.

KESIMPULAN

1. Perna viridis dapat digunakan sebagai bioindikator pencemaran kromium berdasarkan kemampuannya mengakumulasi dengan nilai Faktor Konsentrasi 148,36 sampai dengan 414,50, kecepatan pengambilan 14,836 sampai dengan 65,754 µg per hari, kecepatan pelepasan kromium berkisar antara 9,04 sampai dengan 15,48 % perhari dan wktu tinggal dalam

jaringan Perna viridis sampai dengan

konsentrasinya setengah dari konsentrasi mula-mula berkisar antara 4,48 sampai dengan 7,67 hari.

2. Nilai Faktor Bioakumulasi Konsentrasi Perna viridis di bawah 500 sehingga tidak dapat digunakan sebagai instrumen untuk mengkaji resiko lingkungan.

3. Hasil pemodelan menunjukkan Faktor konsentrasi berkisaran antara 106 sampai dengan 367 dan Penurunan kadar kromium sampai dengan 90 % tercapai setelah 14 hari proses pelepasan.

DAFTAR PUSTAKA

1. UNEP (2005), “National Report of Indonesia on the Formulation of a Transboundary Diagnostic Analysis and Preliminary Framework of a Strategic Action Programme for the South China Sea, United Nations Environment Programme East Asian Seas Regional Coordinating Unit

2. Konasewich, D.E., P.M. Chapman, E. Gerencher, G. Vigers, and N. Treloar. (1982). Effects, pathways, processes, and transformation of Puget Sound contaminants of concern. NOAA technical memorandum OMPA-20. 357

3. Clason, H and Zauke, G,P, Bioaccumulation of trace metals in marine and estuarine amphipods: Evaluation and verification of toxicokinetic models, pre-print: Canadian Journal of Fisheries & Aquatic Sciences 57: 1410-1422 (2000)

4. SUSENO, H (2004), Influence of Body Size on Biokinetic of Cadmium in Indonesia’s Green Mussel (Perna Viridis), Proceeding on the Seminar on The Development of Marine Radioecology in Indonesia, P2PLR BATAN

(7)

5. FISHER, N (2003), Advantage and Problems in The Apllication of Radiotracer for Determining The Bioaccumulation of Contaminant in Aquatic Organism, RCM on Biomonitoring, IAEA, Monaco

6. FISHER, N (2002) “ Executive Summary “Ciesm Workshop Monographs 19, Metal and

Radionuclide Bioaccumulation in Marine Organism, halaman 7-25 Monaco

7. Defra (2005), Metals Environmental Risk Assessment Guidance, The UK Government Department for Environment Food and Rural Affairs