I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangAir merupakan komponen yang penting bagi manusia dan makhluk hidup lainnya. Air diperlukan untuk proses hidup dalam tubuh manusia, tumbuhan, dan hewan. Sebagian tubuh manusia, tumbuhan dan hewan terdiri dari air. Disamping itu air juga diperlukan untuk berbagai keperluan untuk berbagai keperluan rumah tangga, pengairan, pertanian, industri, rekreasi, dan lain-lain. Kebutuhan akan air bersih menjadi tema penting di berbagai belahan dunia. Apalagi kebutuhan air bersih untuk minum dan mengolah bahan makanan kian mengundang perhatian lebih ketimbang kebutuhan air bersih untuk mandi dan cuci. Artinya keperluan akan air bersih memiliki standar sesuai peruntukannya. Air dikatakan bersih secara fisik setidaknya jika terlihat jernih, tidak berwarna, tawar, dan tidak berbau. Secara kimiawi air yang kualitasnya baik adalah yang memiliki pH netral dan tidak mengandung bahan berbahaya dan beracun (B3) dan ion-ion logam, serta bahan organik. Sedangkan bersih secara biologis dalam arti tidak mengandung mikroorganisme seperti bakteri baik yang patogen atau menyebabkan penyakit atau yang apatogen.
Pencemaran adalah suatu penyimpangan dari keadaan normalnya. Jadi pencemaran air tanah adalah suatu keadaan air tersebut telah mengalami penyimpangan dari keadaan normal. Keadaan normal air tergantung pada faktor penentu, yaitu kegunaan air itu sendiri dan asal sumber air. Pencemar air dikelompokkan dalam, pencemar bahan buangan organik, pencemar bahan buangan an organik, dan bahan buangan zat kimia. (Harmayani 2007). Pencemaran air berhubungan dengan masalah limbah yang tergantung pada sifat-sifat kontaminan yang memerlukan oksigen, memacu pertumbuhan algae, penyakit dan zat toksik. Pencemaran terhadap sumber daya air dapat terjadi secara langsung dari saluran pembuangan atau buangan industri dan secara tidak langsung melalui pencemaran air dan limpasan dari daerah pertanian dan perkotaan (non-point sources). Menurut Effendi (2003), bahan pencemar memasuki sungai dapat melalui atmosfer, tanah, limpasan pertanian, limbah domestik dan perkotaan, pembuangan limbah industri, dan lain-lain. Pencemaran perairan saat ini menjadi salah satu perhatian utama persoalan lingkungan, dan menimbulkan permasalahan yang cukup serius yaitu terjadinya penurunan kualitas air yang disebabkan oleh kegiatan antropogenik. Usaha kegiatan pembangunan dengan motif peningkatan pembangunan dan ekonomi sering menjadi alasan utama. Kerusakan
lingkungan terutama perairan banyak disumbangkan oleh usaha-usaha seperti pertambangan, pertanian, perkebunan, industri dan kegiatan domestik yang menghasilkan limbah dan buangan industri yang mengandung bahan- bahan organik, logam berat, pestisida dan bahan mikro polutan lainnya.
Keberadaan logam berat tersebut telah diketahui dapat memberikan dampak negatif bagi kesehatan manusia dan kehidupan biota akuatik membentuk senyawa toksik dan mengganggu sistem metabolisme makhluk hidup (Shakla dan Srivastava 1992). Berbagai logam berat yang sering terdapat dalam pencemaran air antara lain raksa (Hg), timbal (Pb), cadmium (Cd), krom (Cr), arsen (As), nikel (Ni), dan seng (Zn). (Whitton 1984). Berbagai kasus pencemaran logam berat di perairan seperti kasus
tailing logam berat di Newmont - Minahasa dan pencemaran oleh tailing tambang Freeport, Papua.
Di bidang pertanian, penggunaan pestisida telah dirasakan manfaatnya untuk meningkatkan produksi. Sebab dengan bantuan pestisida, petani meyakini dapat terhindar dari kerugian akibat serangan jasad pengganggu tanaman yang terdiri dari kelompok hama, penyakit maupun gulma. Keyakinan tersebut, cenderung memicu pengunaan pestisida dari waktu ke waktu meningkat dengan pesat yang menyebabkan kebutuhan akan pestisida bertambah banyak, baik jumlah maupun jenisnya. Secara ekonomi penggunaan pestisida relatif menguntungkan, tetapi dibalik manfaat dan keuntungannya dampak yang ditimbulkan cukup besar terhadap kesehatan manusia serta kualitas lingkungan. Selain itu penggunaan pestisida yang berlebihan dan terus menerus dapat mengakibatkan resistensi hama, terbunuhnya musuh alami sehingga pada akhirnya justru meningkatkan populasi jasad penganggu tanaman tersebut.
Keberadaan logam berat dan pestisida dalam perairan menjadi salah satu parameter penurunan kualitas air, karena bersifat toksik pada biota seperti ikan, tumbuhan air, binatang dan manusia yang menggunakannya. Polutan tersebut juga akan mempengaruhi mikroorganisme lainnya seperti ganggang mikro. Polutan yang masuk kedalam perairan dapat mengakibatkan kematian berbagai organisme. Meskipun demikian beberapa jenis ganggang mikro mampu melakukan metabolisme terhadap polutan tersebut dan menjadikannya sumber nutrien / mineral.
Karena kepekaan ganggang mikro terhadap berbagai jenis polutan, ganggang mikro dapat dimanfaatkan sebagai bioindikator dalam menilai kualitas lingkungan. Pemanfaatan ganggang mikro sebagai bioindikator dikarenakan faktor sebagai berikut yaitu: kemudahan menyebar, ukuran renik sehingga peka terhadap perubahan di
sekitarnya, waktu hidup yang pendek, keberadaannya di berbagai ekosistem perairan, kemampuannya menumpuk logam-logam serta relatif mudah diidentifikasi (Whitton 1984).
Pengukuran logam-logam berat yang diserap ataupun dijerap oleh organisme bioindikator lebih menggambarkan tingkat pencemaran lingkungan yang terjadi dibandingkan dengan pengukuran konsentrasi logam dalam sampel air atau sedimen. Secara umum, keuntungan pemanfaatan ganggang mikro sebagai bioindikator adalah :
a. Ganggang mempunyai kemampuan yang cukup tinggi dalam mengabsorpsi logam berat karena di dalam ganggang terdapat gugus fungsional yang dapat melakukan pengikatan dengan ion logam. Gugus fungsional tersebut terutama adalah gugus karboksil, hidroksil, amina, sulfudril, imadazol, sulfat dan sulfonat yang terdapat dalam dinding sel dalam sitoplasma,
b. Kepekaan terhadap logam berat dan senyawa-senyawa pencemar perairan lainnya,
c. Populasinya mudah dikuantifikasi sehingga bisa menggambarkan dampak pencemaran secara kuantitatif,
d. Perubahan morfologis yang terjadi juga mudah diamati.
Selain sebagai bioindikator, ganggang mikro di sisi lainnya dapat juga digunakan sebagai agen bioremediasi karena memiliki beberapa keunggulan sebagai berikut:
a. Bahan bakunya mudah didapat dan tersedia dalam jumlah banyak, b. Biaya operasional yang rendah,
c. Sludge yang dihasilkan sangat minim, d. Tidak perlu nutrisi tambahan.
Ganggang mikro merupakan salah satu komponen biota yang berada dalam perairan baik tawar maupun laut memiliki banyak potensi yang belum terkuak. Ganggang mikromerupakanmakhluk hidup yang digolongkan sebagai tumbuhan tingkat rendah yang berklorofil dan membentuk koloni serta strukturnya jauh lebih sederhana, seperti tidak mempunyai akar, daun, dan batang. Sel ganggang mikro tumbuh dan tersebar di dalam air dan mempunyai akses yang efisien untuk mengasimilasi air, nutrien seperti nitrogen, fosfor, kalium, dan karbon dioksida termasuk polutan yang ada.
Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, karena kepekaan ganggang mikro terhadap perubahan lingkungan dan memiliki laju pertumbuhan yang tinggi, membuat ganggang mikro dapat digunakan untuk mengukur pencemaran logam berat dalam
lingkungan air tawar dan laut (Maeda dan Sakaguchi 1990; Haritonidis dan Malea 1999).
Beberapa spesies ganggang hijau seperti Enteromorpha atau Cladophora telah dimanfaatkan untuk mengukur tingkat kontaminasi perairan oleh logam berat di beberapa negara seperti Kroasia (Chmielewska dan Medved 2001), Italia (Storelli et al.
2001), dan Polandia (Zbikowski et al. 2007). Beberapa studi juga telah dilakukan di Saudi Arabia dengan mengukur tingkat akumulasi logam berat dalam ganggang hijau, coklat dan merah yang hidup di perairan pantai Laut Merah Saudi ( El-Naggar dan Al-Amoudi 1989). Studi lain (Al-Homaidan 2007) menggunakan ganggang hijau
Chaetomorpha aerea, Enteromorpha clathrata dan Ulva lactuca untuk mengukur tingkat pencemaran logam besi (Fe), nikel (Ni), tembaga (Cu) seng (Zn), kadmium (Cd) dan timbal (Pb) pada tiga lokasi di pantai Teluk Arab. Studi lain mengukur tingkat kandungan Nikel (Ni) dari 12 spesies ganggang hijau, coklat dan merah yang dikoleksi dari pantai Teluk Arab di Dammam (Al-Homaidan 2008).
Indonesia sebagai negara yang mempunyai wilayah perairan yang luas, memiliki kekayaan hayati yang berlimpah termasuk ganggang mikro. Ekplorasi dan ekploitasi ganggang mikro menjadi sesuatu yang menarik dan menjanjikan. Dalam berbagai penelitian ganggang mikro mempunyai potensi sebagai bahan bakar nabati (BBN) baik sebagai bioetanol maupun biodiesel. Selain itu ganggang mikro ternyata berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai agen bioremediasi dan bioindikator.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan beberapa ganggang mikro perairan air tawar sebagai bioindikator pencemaran logam berat (Hg, Cd, As dan Pb) dan pestisida. Diharapkan hasil yang diperoleh dapat menjadi sumbangsih pengembangan pemanfaatan ganggang mikro sebagai bioindikator untuk lingkungan perairan.
1.2 Rumusan Masalah
Perkembangan industri yang demikian pesat dewasa ini selain memberikan dampak positif juga memberikan dampak negatif dan hampir seluruh bahan kimia yang mencemari lingkungan adalah hasil dari aktivitas manusia. Dampak positif kegiatan berupa perluasan lapangan pekerjaan dan pemenuhan kebutuhan hidup manusia, sedangkan dampak negatif yang muncul adalah penurunan kualitas lingkungan akibat buangan limbah (pencemaran) yang melampaui ambang batas, serta dapat menurunkan kesehatan masyarakat dikarenakan pergeseran keseimbangan tatanan lingkungan dari bentuk asal ke bentuk baru yang cenderung menimbulkan pencemaran lingkungan.
Berkaitan dengan pencemaran terhadap wilayah perairan, limbah yang dihasilkan dari industri sangat bervariasi tergantung dari jenis dan ukuran industri, pengawasan pada proses industri, derajat penggunaan air, dan derajat pengolahan air limbah yang ada. Menurut Palar (1994), pada limbah industri seringkali terdapat bahan pencemar yang sangat membahayakan seperti logam berat. Dampak negatif dari terpapar logam berat bisa berupa: terganggunya proses fisiologis, kecacatan, hingga menyebabkan kematian (Luoma dan Carter 1991). Dalam perspektif yang lebih luas, adanya kematian dari biota tersebut dapat secara langsung berpengaruh pada menurunnya keanekaragaman biota dan integritas biologi perairan. Sensitifitas dari masing-masing organisme dalam merespon bahan polutan toksik mempunyai potensi untuk dikembangkan sebagai indikator biologi perairan guna mendeteksi adanya stress yang ditimbulkan oleh kontaminasi logam dan polutan lainnya (Meregalliet al.2004).
Logam berat yang masuk ke dalam perairan akan mencemari laut. Selain mencemari air, logam berat juga akan mengendap di dasar perairan yang mempunyai waktu tinggal (residence time) sampai ribuan tahun dan logam berat akan terkonsentrasi ke dalam tubuh makhluk hidup dengan proses bioakumulasi dan biomagnifikasi melalui beberapa jalan yaitu: melalui saluran pernapasan, saluran makanan dan kulit (Darmono 2001).
Selain logam berat, residu pestisida salah satu polutan yang cukup signifikan dalam menyumbangkan dampak negatif bagi lingkungan. Pestisida merupakan racun yang dibuat oleh manusia untuk membunuh organisme pengganggu tanaman, termasuk serangga (Soemirat 2003). Penggunaan pestisida di Indonesia cukup tinggi mengingat Indonesia adalah negara agraris yang mengandalkan sektor pertanian. Penggunaan pestisida bermanfaat untuk meningkatkan produksi pertanian dengan melindungi tanaman dan hasil tanaman, ternak maupun ikan, dari kerugian yang ditimbulkan oleh berbagai jasad pengganggu. Dengan menggunakan pestisida, petani yakin dapat terhindar dari kerugian akibat serangan jasad pengganggu tanaman yang terdiri dari kelompok hama, penyakit maupun gulma (Girsang 2009).
Secara umum peningkatan konsentrasi logam berat dan pestisida tersebut berkaitan dengan adanya perkembangan industri, pertanian dan pemukiman yang berakibat pada peningkatan aktivitas antropogenik. Penilaian kualitas lingkungan ataupun pencemaran lingkungan dengan hanya mengukur baik kandungan logam berat maupun pestisida di lingkungan kurang menggambarkan kondisi yang sesungguhnya terjadi di organisme penerima. Berkaitan dengan hal tersebut maka perlu dikembangkan
metode penilaian kualitas lingkungan lainnya dengan menggunakan organisme sebagai bioindikator. Ganggang mikro sangat potensial untuk dapat dimanfaatkan sebagai bioindikator dalam menilai kualitas lingkungan. Berkaitan dengan hal tersebut permasalahan yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah :
a. Seberapa tinggi tingkat kepekaan ganggang mikro terhadap berbagai jenis logam berat dan pestisida?
b. Seberapa besar kemampuan berbagai jenis ganggang mikro air tawar dalam menyerap pencemar / polutan logam berat (Hg, Pb, As dan Cd) dan pestisida?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah di atas, penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk :
a. Mengukur kepekaan ganggang mikro terhadap logam berat dan pestisida pada lingkungan perairan yang tercemar.
b. Mengetahui kemampuan beberapa ganggang mikro perairan tawar sebagai bioindikator yang dapat dimanfaatkan dalam monitoring dan evaluasi kondisi lingkungan perairan.
1.4 Kerangka Pemikiran
Pencemaran air permukaan telah menjadi permasalah utama bagi lingkungan, pencemaran tersebut telah merusak ekosistem perairan. Masuknya bahan organik dan anorganik kedalam ekosistem (sungai, danau, situ dan laut serta air tanah) mengakibatkan penurunan kualitas perairan / badan air yang akan dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan manusia serta mahluk hidup lainnya.
Berbagai upaya dilakukan untuk menurunkan tingkat pencemaran perairan, mulai dari pemantauan kualitas air hingga pengolahan limbah cair yang berasal dari kegiatan industri, pertanian, pertambangan serta aktivitas domestik. Upaya pemantauan tingkat pencemaran perairan didasarkan penentuan bahan / senyawa pencemar yang masuk, antara lain ; bahan organik, logam-logam berat, pestisida serta senyawa lainnya. Kualitas air dipantau dengan melihat sifat-sifat fisika dan kimia serta material biologi. Pemantauan parameter fisika dan kimia pada dasarnya hanya menggambarkan kondisi lingkungan secara kuantitatif dan bersifat parsial dan tidak menggambarkan kondisi kualitas lingkungan secara menyeluruh. Di sisi lain parameter fisika dan kimia
membutuhkan suatu perlakuan dan instrument khusus untuk dilakukan analisis. Hal lain yang tidak menguntungkan bagi lingkungan karena parameter fisika / kimia hanya dapat dipantau dan diidentifikasi setelah terjadi pencemaran. Berdasarkan lama waktu yang dibutuhkan dalam menganalisis parameter kimia/fisika, sangat bervariasi.
Parameter biologi merupakan alternatif dalam pemantauan pencemaran perairan, dengan mengamati keberadaan biota / organisme yang berada di lingkungan tersebut, dapat diperkirakan apakah lingkungan tersebut telah mengalami kerusakan/ pencemaran. Misalnya dengan memperhatikan pertumbuhan beberapa spesies tanaman air serta mikrobaE. coli. Keberadaan spesies tersebut dapat memberikan indikasi bahwa perairan tersebut tidak dapat digunakan untuk keperluan masak atau sebagai sumber air minum. Ganggang mikro merupakan mikroorganisme berukuran renik yang dapat menyebabkan pencemaran perairan (kasus blomming) yang menyebabkan kematian ikan serta beberapa biota akuatik lainnya.
Di sisi lainnya, ganggang mikro peka terhadap berbagai agen pencemar perairan. Semakin tinggi konsentrasi beberapa pencemar tertentu maka pertumbuhan ganggang mikro tertekan dan populasi menurun. Dengan demikian ganggang mikro dapat juga digunakan sebagai bioindikator kualitas lingkungan.
Ganggang mikro merupakan kelompok tumbuhan berukuran renik, baik sel tunggal maupun koloni yang hidup di seluruh wilayah perairan air tawar dan laut. Ganggang mikro lazim disebut fitoplankton. Sistem reproduksi utama ganggang mikro secara vegetatif (asexual), walaupun beberapa spesies bereproduksi secara seksual. Seperti halnya tumbuhan tingkat tinggi, ganggang mikro mempunyai kemampuan melakukan fotosintesa dengan bantuan cahaya matahari merubah karbondioksida menjadi hidrokarbon dan melepaskan oksigen dalam air dan merupakan dasar mata rantai pada siklus makanan di perairan baik laut maupun tawar dimana fitoplankton merupakan pakan alami bagi zooplankton dan ikan – ikan kecil.
Ganggang mikro digunakan sebagai bioindikator karena keberadaannya yang cukup tersebar pada berbagai perairan (perairan tawar maupun laut), serta pertumbuhannya yang relatif cepat dan tingkat kepekaan terhadap perubahan lingkungan yang sensitif terhadap masuknya berbagai polutan di perairan. Pemilihan atau penentuan jenis ganggang mikro yang akan digunakan sebagai bioindikator penting dilakukan, karena ganggang mikro tersebut harus sesuai dengan tujuan maupun target akhir yaitu mampu sebagai bioindikator logam berat (Hg, Cd, As dan Pb) dan pestisida (insektisida dan herbisida) di perairan dengan beberapa pertimbangan bahwa ganggang
mikro yang terpilih memiliki kriteria-kriteria sebagai berikut: (1) laju pertumbuhan yang cukup tinggi, (2) kepekaannya yang tinggi terhadap logam berat (Hg, Cd, As dan Pb) dan pestisida.
Penelitian ini dilakukan sebagai tindak lanjut pemanfaatan ganggang mikro air tawar sebagai salah satu indikator ekosistem lingkungan perairan akibat masuknya berbagai bahan pencemar, sebagai dampak pesatnya pertumbuhan ekonomi dan industri yang menimbulkan efek samping seperti pembuangan logam berat sebagai sisa proses kimia dari industri, limbah rumah tangga dan pemakaian pestisida dari pertanian ke lingkungan.
Berdasarkan data dariUnited State Environmetal Agency(EPA 1973), logam berat yang merupakan polutan perairan yang berbahaya diantaranya adalah antimon (Sb), arsenik (As), berilium (Be), kadmium (Cd), kromium (Cr), tembaga (Cu), timbal (Pb), merkuri (Hg), nikel (Ni), selenium (Se), kobalt (Co), dan seng (Zn). Logam berat ini berbahaya karena tidak dapat didegradasi oleh tubuh, memiliki sifat toksisitas (racun) pada mahluk hidup walaupun pada konsentrasi yang rendah, dan dapat terakumulasi dalam jangka waktu tertentu.
Diharapkan dengan menggali potensi ganggang mikro yang banyak terdapat di berbagai lingkungan perairan, akan memperkaya pengetahuan serta menggali potensi ganggang mikro selain sebagai sumber pakan bagi rantai makanan dan sumber energi alternatif dan terbarukan. Gambar 1. merupakan kerangka pemikiran dari penelitian sensitivitas berbagai ganggang mikro perairan air tawar terhadap beberapa pencemar logam berat dan pestisida.
Gambar 1. Kerangka pemikiran penelitian 1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat antara lain sebagai berikut :
1. Memberikan sumbangan pengetahuan tentang kepekaan beberapa ganggang mikro terhadap logam berat tertentu ( Hg, As, Cd dan Pb) serta beberapa pestisida.
2. Memberikan kontribusi ilmu pengetahuan tentang jenis ganggang mikro yang memiliki kemampuan menyerap logam berat dan pestisida pada perairan yang tercemar.
1.6 Novelty(Kebaruan)
Dalam penelitian ini diperoleh sumbangan kebaruan ilmu pengetahuan (novelty) yaitu :
1. Ditemukannya strain ganggang mikro indigeneous sebagai bioindikator terhadap polutan logam berat dan pestisida yang masuk ke lingkungan perairan.
2. Pemanfaatan bioindikator ganggang mikro dalam memantau tingkat pencemaran perairan secara cepat, akurat dan ekonomis.
