METODA PENGUMPULAN DAN ANALISIS DATA:
BIOLOGI AIR
(2 K)
Drs. Wisnu Wardhana, M.Si.
E-mail: wisnu-97@ui.edu
PUSAT PENELITIAN SUMBERDAYA MANUSIA DAN LINGKUNGAN UNIVERSITAS INDONESIA (PPSML – UI)
1. Parameter-parameter biologi air: Prinsip kerja dan teknik analisis.
2. Parameter-parameter
biologi perairan: Flora dan fauna.
1.. 2.. Mampu membedakan dan
memahami penggunaan
metodologi pengumpulan data dan metodologi analisis
databeserta QA/Qc-nya untuk parameter biologi perairan.
Silabus Pokok Bahasan
Tinjauan Instruksional Umum
(TIU)
METODA PENGUMPULAN DAN ANALISIS DATA BIOLOGI AIR (2 K)
Referensi:
Shugar, G.J., S.L. Bauman, D.A. Drum & J. Lauber. 2001. Environmental field testing and analysis ready
reference handbook.
Bartam, J. & R. Balance. 1996. Water quality monitoring.
Clesceri, L.S., A.E. Greenberg, & A.D. Eaton. 1996. Standard methods for the examination of water and
wastewater.
Schnoor, J.L. 1996. Environmental modeling fate and transport of pollutan in water, air, and soil.
Hutagalung, H.P., D. Setiapermana & S.H. Riyono. (eds.). 1997. Metode analisis air laut, sedimen dan
biota. Buku 2. Puslitbang Oseanologi – LIPI, Jakarta: x + 182 pp.
Hutagalung, H.P. & D. Setiapermana. (eds.). 1994. Metode analisis air laut, sedimen dan biota. Buku 1.. Puslitbang Oseanologi – LIPI, Jakarta: ii + 35 pp.
Wratten, S.D. Field and laboratory exercices in ecology. Edward Arnold, London.
Krebs, C.J. 1989. Ecological methodology. Harper & Row Publ. Inc., New York: xii + 654 pp. Elliot, J.M. 1971. Some methods for the statistical analysis of sample of samples od benthic
invertebrates. Scientific Pub. Freshwater Biol. Assoc.
Koesbiono. 1989. Metoda dan analisis biologi perairan. PPLH IPB.
US-EPA.1982. Handbook for sampling and sample preservation of water and wastewater. US-EPA, Cincinati.
Wilham, J.L.1975. Biological indicator of pollution.
Green, R.H. 1979. Sampling design and statistical methods for environmental biologist. John Willey & Sons, Canada.
BIOTA AKUATIK
Adalah kelompok biota, baik flora
atau fauna yang sebagian atau
seluruh hidupnya berada di dalam
perairan.
BERBAGAI BENTUK-KEHIDUPAN DI PERAIRAN
Umumnya biota perairan dapat dikelompokkan menjadi :
1. Neuston 2. Pleuston 3. Nekton 4. Plankton 5. Perifiton 6. Bentos 7. Demersal
KIMIA
MUSIM
BIOLOGI
FISIKA
INTERAKSI ANTARA FAKTOR
LINGKUNGAN PERAIRAN
PENGAMBILAN CONTOH BIOTA AKUATIK
KRITERIA PENENTUAN SAMPEL
1. Sampel yang dipilih dari populasi haruslah mempunyai peluang yang sama untuk dipilih sebagai sampel
2. Populasi harus memiliki keadaan lingkungan yang stabil
3. Perbandingan anggota populasi yang terdapat pada suatu habitat yang akan diambil
sampelnya harus konstan
1. Jenis biota harus sangat peka terhadap perubahan lingkungan dan responnya cepat
2. Mempunyai daur hidup yang kompleks sepanjang tahun dan apabila kondisi lingkungan melebihi
batas toleransinya akan mati 3. Bersifat sesil (bentik)
4. Tidak mudah/cepat bermigrasi
Berdasarkan batasan tersebut kelompok biota akuatik yang baik digunakan sebagai indikator
adalah
Plankton
danBentos
.PEMILAHAN SAMPEL SEBAGAI
INDIKATOR CEMARAN
1. Lokasi , pemilihan lokasi harus
mempertimbangkan sumber cemaran 2. Waktu, bergantung pada dinamika
biota akuatik
3. Penggunaan alat yang tepat
4. Cara/metode sampling yang tepat
PENGAMBILAN SAMPEL BIOTA
AKUATIK
1. Probability sampling, cara sampling dengan teori probabilitas sehingga dapat diketahui besar bias dalam pengambilan sampel
2. Subyective, cara pengambilan sampel berdasarkan kebijakasanaan pribadi dan bersifat slektif
3. Convenient sampling, cara pengambilan
sampel pada anggota populasi yang mudah diperoleh
1. Cruissing
2. Metoda transek 3. Metoda kuadrat
4. Metoda titik/stasiun
METODA PENGAMBILAN
SAMPEL BIOTA AKUATIK
1. Plankton: jala plankton, Kemmerer water sampler, Van dorn water sampler, mikroskop, Sedwick
counting cell, talam Bogorov, Obyek glass & kaca penutp
2. Bentos: Grab sampler (Eickman grab, Petersen grab, dll), Suber squre foot sampler, bingkai kuadrat,
mikroskop, lup, sive net, pinset
3. Perifiton: kaca obyek, plat kuadrat, mikrokop 4. Nekton: jala, kail dll
5. Tali transek, kuadrat dll
Eckman-grab Petersen-grab
1. Larutan formalin 4 –10% 2. Alkohol 70%
3. Lugol
1. Jumlah jenis per unit sampling
2. Kelimpahan/kepadatan per satuan volume atau luas
3. Keragaman jenis atau genus 4. Kualitatif (ada atau tidak)
ANALISIS SAMPEL
Dilakukan dengan membandingkan nilai-nilai struktur komunitas dengan besaran kriteria tingkat cemaran yang telah ditetapkan dalam bentuk kategori.
Ditentukan oleh:
1. Jumlah takson yang berbeda
Untuk jeniskeanekaragaman spesifik Untuk genus keanekaragaman generik 2. Regularitas (keseragaman): penyebaran
individu dalam suatu kategori sistematik (misalnya jenis)
KEANEKARAGAMAN
(Biodiversity)
Menerangkan keanekaragaman; variabilitas & keunikan gen; spesies & ekosistem.
Pelbagai variasi bentuk, penampilan, jumlah & sifat yang terlihat pada berbagai tingkatan
persekutuan mahluk, yaitu tingkatan ekosistem, jenis & genetik
Seluruh spesies, genus & ekosistem dalam suatu area.
Keanekaragaman Jumlah jenis Terpisah ( kekayaan jenis) Bersama (indeks heterogenitas) Indeks Shannon-Wienner Indeks Simpson Indeks Brilloiun Keseragaman Penggambaran
PENGUKURAN KEANEKARAGAMAN JENIS
Paling sederhana jumlah jenis
Syarat: harus jenis penghuni tetap (bukan imigran sementara atau kebetulan)
Kelemahan:
1. Sukar menentukan jenis tetap atau kebetulan
2. Tidak dapat melihat adanya corak kepadatan jenis
D =
∑ (ni/N)
2C = 1 – D
dengan C = indeks keanekaragaman jenis; ni = jumlah individu jenis ke I; N = jumlah total individu
Catatan: pada ekosistem alamiah yang tidak mendapat subsidi energi yang besar memiliki indeks C antara 0,6 – 0,8
Nilai “α” menjadi 0 jika semua individu berasal dari satu populasi atau jenis dan dalam beberapa hal tergantung dari besarnya contoh, terutama jila N <
eN
S
a
log
1
−
=
II. Indeks Keanekaragaman jenis Margalef
dengan α = indeks keanekaragaman; S = jumlah jenis; N = jumlah total individu
H = jumlah informasi dalam contoh (bits/ind) atau
indeks keragaman jenis; pi = ni/N jumlah jenis ke i per jumlah total seluruh jenis
i i i i
p
p
H
log
1Σ
=−
=
Pernyataan matematis yang menggambarkan sejumlah informasi tentang kekayaan jenis & jumlah ind./jenis
Catatan: Tidak tercemar > 3 Tercemar berat < 1 Tercemar ringan 1,1 – 2,9
Tingkat Cemaran Perairan H’
1. Indeks Shannon-Wiener hanya digunakan untuk contoh acak yang diambil dari suatu komunitas besar yang jumlah total dari jenis diketahui
2. Menggabung dua komponen keragaman: (1) jumlah jenis dan (2) ekuitabilitas
(pemerataan)
Makin banyak jenis makin besar keragamannya dan makin rata penyebaran individu antara
INDEKS BIOTIK
1. Merupakan nilai dalam bentuk skoring (1-10) yang dibuat atas dasar tingkat toleransi biota atau kelompok biota terhadap
cemaran.
2. Juga memperhitungkan keragaman organisma dengan mempertimbangkan kelompok-kelompok tertentu dalam kaitannya dengan tingkat pencemaran.
3. Nilai indeks dari suatu lokasi dapat diketahui dengan
menghitung nilai skoring dari semua kelompok biota yang ada dalam unit sampling.
4. Diadopsi dari negara-negara maju
8 Gastropoda (limpet air tawar), Odonata (kini-kini),
10 Crustaceae (udang galah), Ephemeroptera (larva lalat sehari
penggali), Plecoptera (larva lalat batu)
6 Bivalvia (kijing), Crustaceae (udang air tawar); Ephemeroptera
(larva lalat sehari perenang), Odonata (larva sibar-sibar),
7 Trichoptera (larva pita-pita berumah),
4 Platyhelminthes (cacing pipih), Arachnida (tugau air),
5 Diptera (larva lalat hitam), Coleoptera (kalajengking air,
kumbang air), Trichoptera (larva pita-pita tak berumah), Hemiptera (kepik perenang punggung, ulir-ulir,)
1 Oligochaeta (cacing)
2 Chironomidae (larva nyamuk)
3 Hirudinea (lintah), Gastropoda (siput), Bivalvia (kerang),
Gamaridae (kutu babi air), Syrphidae (belatung ekor tikus)
Skor Kelompok Organisma
Berdasarkan tabel 1, nilai indeks biotik dapat diperoleh dengan cara merata-ratakan seluruh jumlah nilai skoring dari masing-masing kelompok biota yang diperoleh. Nilai indeks akan berkisar antara 0 -- 10 dan sangat bervariasi bergantung pada musim. Semakin tinggi nilai yang diperoleh akan
semakin rendah tingkat cemaran yang ada. Sebagai cacatan, bahwa nilai indeks yang terdapat pada tabel tersebut hanya dapat digunakan untuk perairan sungai dan tidak dapat
dibandingkan dengan tipe perairan lain. Namun demikian nilai tersebut dapat digunakan sebagai pembanding antar berbagai lokasi dalam satu tipe perairan sungai.
Plecoptera (Perlidae, Peleodidae); Ephemeroptera (Leptophlebiidae, Pseudocloeon, Ecdyonuridae, Caebidae); Trichoptera (Hydropschydae,
Psychomyidae); Odonanta (Gomphidae,
Plarycnematidae, Agriidae, Aeshnidae); Coleoptera (Elminthidae)
2. Tercemar ringan
Trichoptera (Sericosmatidae, Lepidosmatidae, Glossosomatidae); Planaria
1. Tidak tercemar
Hirudinea (Glossiphonidae, Hirudidae); Hemiptera 4. Tercemar
Mollusca (Pulmonata, Bivalvia); Crustacea
(Gammaridae); Odonanta (Libellulidae, Cordulidae) 3. Tercemar sedang
Tidak terdapat makrozoobentos. Besar kemungkinan dijumpai lapisan bakteri yang sangat toleran terhadap limbah organik (Sphaerotilus) di permukaan
6. Sangat tercemar
Oligochaeta (ubificidae); Diptera (Chironomus thummi-plumosus); Syrphidae
5. Tercemar agak berat
Makrozoobentos Indikator Tingkat Cemaran
Tabel 2. Makroinvertebrata indikator untuk menilai kualitas air
Kualitas air sungai dapat dinilai berdasarkan tabel 2 dengan ketentuan sebagai berikut (Trihadiningrum & Tjondronegoro, 1998):
1. Air sungai akan tergolong tidak tercemar, jika dan hanya jika terdapat Trichoptera (Sericosmatidae, Lepidosmatidae, Glossosomatidae) dan Planaria, tanpa
kehadiran jenis indikator yang terdapat pada kelas 2 - 6.
2. Air sungai tergolong agak tercemar, tercemar ringan, tercemar, tercemar agak berat dan sangat tercemar, bila terdapat salah satu atau campuran jenis
makroinvertebrata indikator yang terdapat dalam kelompok kelas masing-masing. 3. Apabila makroinvertebrata terdiri atas campuran antara indikator dari kelas-kelas
yang berlainan, maka berlaku ketentuan berikut:
a. Air sungai dikategorikan sebagai agak tercemar apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 1 & 2, atau dari kelas 1, 2, & 3.
b. Air sungai dikategorikan tercemar ringan apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 2 & 3, atau dari kelas 2, 3, & 4.
c. Air sungai dikategorikan sebagai tercemar apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 3 & 4, atau dari kelas 3, 4, & 5.
d. Air sungai dikategorikan sebagai sangat tercemar apabila terdapat campuran organisma indikator dari kelas 4 & 5.
INDEKS SAPROBIK
I. Pendekatan kualitatif
Didasarkan pada kelompok biota yang dominan saja
Banyak digunakan untuk menetukan tingkat pencemaran suatu perairan
Tabel 1. Kaitan antara kelompok biota perairan dengan tingkat cemaran
Sangat berat Polisaprobik Ringat Oligosaprobik Sedang β - mesosaprobik Berat α - mesosaprobik
Tingkat Cemaran Perairan Kelompok Biota Perairan
II. Pendekatan kuantitatif
A. Indeks saprobik menurut Pantle & Buck
S = ∑ (s.h)/h
dengan: S = indeks saprobik; s = tingkat saprobitas berdasarkan Lieberman (1 untuk kelompok biota oligosaprobik; 2 untuk kelompok biota β - mesosaprobik; 3 untuk kelompok biota α - mesosaprobik; dan 4 untuk kelompok biota
polisaprobik); h = frekuensi keberadaan biota yang dijumpai (1 untuk biota yang jarang dijumpai; 2 untuk biota yang sering dijumpai dan 3 untuk biota yang
sangat berlimpah)
Sedikit atau tidak tercemar (oligosaprobik) 1,0 – 1,5
Tercemar bahan organik sangat berat (polisaprobik) 3,55 – 4,0
Tercemar bahan organik berat (α - mesosaprobik) 2,55 – 3,5
Tercemar bahan organik sedang (β - mesosaprobik) 1,55 – 2,5
Tingkat Cemaran Perairan Kisaran nilai S
1. Penetapan frekuensi keberadaan jenis biota bersifat dugaan (subyektif)
2. Nilai “S” akan berbeda pada tergantung interpretasi masing-masing peneliti
3. Diperlukan keahlian dalam mengidentifikasi biota sampai tingkat jenis
4. Daftar kelompok biota yang dibuat oleh Lieberman berasal dari daerah temperate yang kondisi
ekosistemnya berbeda dengan daerah tropis
B. Indeks saprobik menurut Dresscher & Mark C + 3D – B – 3A
X = ---A + B + C + D
dengan: X = indeks saprobik; A = jumlah jenis kelompok Ciliata; B = jumlah jenis kelompok Euglenophyta; C = jumlah jenis kelompok Chlorococcales & Diatomae; D = Jumlah jenis kelopok Pridineae, Chrysophyceae, dan Conjugatae.
Tebel 3. Hubungan nilai indeks saprobik (X) dengan kualitas perairan secara biologis (-0,5) – (0) β - mesosaprobik Sedang Senyawa organik & (-1,5) – (-1) Meso/polisaprobik Agak tinggi (-2) – (-1,5) Poli/mesosaprobik organik (-3) – (-2) Polisaprobik Sangat tinggi Banyak senyawa (0,5) – (1) β - mesosaprobik Ringan/rendah (0) – (0,5) anorganik (-1) – (-0,5) mesosaprobik (2) – (3) oligosaprobik anorganik (1,5) – (2) Oligo/β -mesosaprobik Sangat ringan Sedikit senyawa organik & (1) - - (1,5) Indeks Saprobik Fase Saprobik Derajat Cemaran Bahan Pencemar
