3. METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian direncanakan dilaksanakan pada bulan Februari-Maret 2011. Pengambilan sampel dilakukan di daerah hutan lindung yang merupakan hasil reklamasi mangrove Muara Angke, Jakarta (Gambar 8).
Gambar 8 Lokasi penelitian.
3.2. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dibagi menjadi 2 bagian, yaitu alat dan bahan yang digunakan di lapangan dan di laboratorium (Tabel 4 dan Tabel 5)
3.3. Prosedur Penelitian 3.3.1. Studi Pendahuluan
Studi pendahuluan dilakukan untuk mengetahui kondisi lapangan. Kondisi lapangan yang diamati mencakup kondisi mangrove, substrat, dan liang bioturbasi. Kseluruhan pengamatan tersebut dilakukan secara visual, kecuali bentuk liang bioturbasi yang juga dilakukan pengukuran awal. Hasil studi pendahuluan akan digunakan dalam menentukan lokasi sampling dan rancangan alat yang akan digunakan.
Tabel 4 Alat dan bahan yang digunakan di lapangan
No Nama Alat Spesifikasi Fungsi
1 Porewater profiler p = 30 cm, d = 2,5 inchi Memperoleh sampel porewater 2 Ring sampler d = 4,8 cm, t = 5 cm Mengambil sampel sedimen 3 Pipe ring d = 2,5 inchi, p = 10 cm Cetakan resin cast
4 Syringe 50 ml Mengambil sampel porewater
5 Cubtainer 250 ml Tempat sampel porewater
6 GPS GPS GARMIN Menentukan posisi stasiun
7 Cool box Marina cooler Menyimpan sampel
8 DO meter Lovibond OXI200 Mengukur DO sampel air
9 pH meter Jenway Mengukur pH sampel air
10 Refraktometer Atago Hand Refractometer 0-28 ‰
Mengukur salinitas 11 Kamera Digital camera Sony 10 MP Dokumentasi
12 Plastik klip - Menyimpan sampel sedimen
13 Es batu - Preservasi sampel air
14 Polyester resin - Mencetak liang bioturbasi
15 Sekop - Menggali sedimen
Tabel 5 Alat dan bahan yang digunakan di laboratorium
No Nama Alat Spesifikasi Fungsi
1 Spektrofotometer HACH DR-2000 Menganalisa nutrien
2 Gelas beaker - Wadah sampel analisis
3 Vacuum pump - Menyaring sampel air
4 Kertas saring Whatman GF/C d = 47 mm Menyaring sampel air 5 Nitrate reagen NitraVer® 5, Powder
Pillows Cat. 14034-99
Analisis nitrat 6 Nitrite Reagent NitriVer® 3, Powder
Pillows Cat. 14065-99
Analisis nitrit 7 Nessler Reagent Cat. 21194-49 Analisis ammonia 8 Mineral stabilizer Cat. 23766-26 Analisis ammonia 9 Polyvinyl alcohol
dispersing agent
Cat. 23765-66 Analisis ammonia 10 Phosphate Reagent PhosVer® 3, Powder
Pillows Cat. 212599
Analisis phosphat
3.3.2. Desain Penelitian
Penelitian dilakukan di daerah mangrove reklamasi, kawasan hutan lindung Muara Angke. Sampling dilakukan pada lokasi yang mengalami bioturbasi dan lokasi tanpa bioturbasi, sebagai substasiun. Kondisi bioturbasi yang diperhitungkan dalam sampling adalah bioturbasi yang dilakukan organisme meliang yang diasumsikan sebagai pelaku bioturbasi yang dominan menyebabkan terjadinya regenerasi. Aktifitas crawling yang dilakukan mikrobentik sebagai bentuk bioturbasi tidak diperhitungkan dalam pengambilan sampling. Pada tiap substasiun, diambil masing-masing 3 titik untuk daerah yang mengalami bioturbasi dan tanpa bioturbasi.
Sampling dilakukan dengan melakukan penanaman porewater profiler dan
pipe ring selama 3 hari agar kondisi porewater dalam profiler menjadi homogen
sekaligus untuk memperoleh jumlah sampel yang dibutuhkan. Setelah 3 hari, dilakukan pengambilan sampel porewater, dilanjutkan dengan pengambilan hasil cetakan pada pipe ring, dan terakhir adalah sampel sedimen menggunakan sekop dan ring sampler. Sampel air yang telah diambil dimasukkan dalam 2
cubtainer, yaitu cubtainer pertama untuk pengukuran DO dan pH secara insitu
dan cubtainer kedua untuk disaring kemudian dianalisa nutrien (ammonia, nitrit, nitrat, dan fosfat) di laboratorium, sedangkan sedimen yang tercetak di pipe ring maupun ring sampler dibiarkan tetap berada dalam cetakan dan langsung dibawa ke laboratorium untuk dianalisa. Sedimen pada pipe ring digunakan untuk memperoleh cetakan morfologi liang bioturbasi, sedangkan sedimen pada ring
sampler digunakan untuk memperoleh kondisi porositas dan permeabilitas
sedimen. Sedimen yang diambil menggunakan sekop langsung dimasukkan dalam plastik klip untuk dianalisa tekstur sedimen di laboratorium.
3.3.3. Rancangan Alat
Tahap ini dilakukan untuk merancang dan membuat porewater profiler.
Porewater profiler dirancang agar mudah ditanam dan dikeluarkan dari sedimen,
memiliki kemampuan dalam memperoleh porewater dalam jumlah yang cukup dan mampu menggambarkan profil vertikal nutrien pada setiap kedalaman sedimen. Profiler diadopsi dari prinsip kerja porewater peeper pada Buffle dan De Vitre (1994) yang kemudian dimodifikasi (Gambar 9). Profiler yang dibuat terdiri dari profiler bertingkat dan profiler tunggal, dimana keduanya terbuat dari bahan yang sama, yaitu pipa dengan diameter 2,5 inchi. Profiler bertingkat merupakan suatu rangkaian profiler yang tersusun memanjang dan bersekat setiap 5 cm, yaitu pada kedalaman 5, 10, dan 15 cm, serta memiliki panjang total 30 cm. Profiler tunggal merupakan profiler yang berfungsi hanya pada 1 kedalaman saja, yaitu untuk kedalaman 2,5 cm, 7,5 cm, dan 12,5 cm.
3.3.4. Teknik Sampling a. Porewater
Pada kedua lokasi titik sampling (bioturbasi maupun non bioturbasi), pengambilan sampel dilakukan dengan metode penanaman yang sama. Sampel
Gambar 9 Rancangan porewater profiler yang digunakan dalam pengambilan sampel porewater, (a). Bertingkat, (b). Tunggal.
sampel diambil dengan menggunakan bantuan syringe. Sampel kemudian dimasukkan dalam 2 cubtainer untuk dilakukan pengukuran insitu (pH dan DO) dan dimasukkan dalam cool box serta langsung dibawa ke laboratorium untuk dianalisa nutriennya. Sampel selama perjalanan dari lapangan menuju laboratorium diberi preservasi menggunakan es batu untuk mencegah terjadinya perubahan kimiawi dalam sampel air. Sampel air yang diperoleh disaring terlebih dahulu sebelum dilakukan analisa nutrien, yaitu amonium, nitrat, nitrit, dan fosfat.
b. Sedimen
Sampel sedimen yang diambil adalah sampel sedimen terganggu dan tidak terganggu menurut prosedur pengambilan sampel sedimen Balai Penelitian Tanah (2009). Pengambilan sampel ini menggunakan bantuan sekop dan ring
sampler. Sampel yang diperoleh menggunakan sekop adalah sampel sedimen
terganggu yang digunakan dalam analisa teksturnya, sedangkan sampel pada
(a)
(b)
Selang keluar
Sekat pipa Per 5 cm
Lubang air masuk
7 cm
7 cm 6,35 cm 6,35 cm
ring sampler adalah sampel tidak terganggu yang digunakan dalam analisa
porositas dan permeabilitas sedimen. Sampel yang diambil menggunakan sekop merupakan sampel sedimen terganggu yang akan dianalisa teksturnya. Sedimen mula-mula digali hingga kedalaman 0-20 cm kemudian diambil dengan menggunakan sekop dan langsung dimasukkan dalam kantong plastik yang telah diberi label. Sampel yang diambil dengan ring sampler merupakan sampel sedimen utuh yang diperoleh dengan menekan dari tinggi ring sampler ke dalam sedimen, kemudian ring yang lain ditumpangkan di atas ring pertama tadi. Kedua ring tersebut ditekan menggunakan bantuan kayu hingga ± 1 cm tinggi
ring kedua masuk ke dalam substrat. Kedua ring tersebut kemudian diangkat
menggunakan bantuan sekop dan dipisahkan. Kelebihan sedimen pada permukaan ring pertama dipotong menggunakan pisau/cutter dengan arah sejajar permukaan ring dan ditutup pada kedua sisinya. Setiap ring diberi label dan langsung dimasukkan dalam peti untuk dianalisa porositas dan permeabilitasnya di laboratorium.
c. Morfologi Bioturbasi
Perolehan struktur morfologi bioturbasi menggunakan metode resin casting menurut Atkinson dan Chapman (1984) in Nickell dan Atkinson (1995). Metode tersebut menggunakan campuran resin polyester dengan katalis peroksida yang berfungsi sebagai pengeras resin sebanyak 2 % dari volume. Pengambilan sampel liang bioturbasi ini dilakukan dengan memasang pipa yang berdiameter 3 inchi dan tinggi 10 cm. Campuran resin kemudian disuntikkan pada lubang bioturbasi dan dibiarkan selama 48 jam. Cetakan resin (resin cast) tersebut kemudian digali dan dibawa ke laboratorium untuk dikeluarkan dari pipa, didokumentasikan dan diukur dimensinya.
3.4. Perolehan Data 3.4.1. Sedimen
a. Ukuran dan Jenis Butir Sedimen
Ukuran butir dan jenis sedimen ditentukan dengan menggunakan persentase berat kering dari tiap ukuran ayakan yang diperoleh. Hasil penghitungan persentase kemudian digunakan untuk menentukan jenis sedimen dengan bantuan segitiga Shepard. Persamaan yang digunakan dalam menentukan berat fraksi adalah (Sanders, 1978) :
b. Porositas Sedimen
Nilai porositas sedimen dihitung berdasarkan hasil pengukuran volume air pada sedimen basah dan volume butir sedimen. Volume air dalam sedimen diperoleh dengan melakukan pencucian garam dari sedimen, kemudian dilakukan pengeringan. Berat kering kemudian dikurangkan dengan berat basah sedimen. Porositas dihitung dengan persamaan (Buchanan, 1984) :
dimana = porositas, = volume
c. Permeabilitas Sedimen
Permeabilitas merupakan rata-rata air yang melewati core sedimen, dihitung dengan menggunakan persamaan (Buchanan, 1984) :
dimana = permeabilitas , = volume air yang dikumpulkan , = panjang core , = tinggi muka air , = diameter core , = waktu
3.4.2. Morfologi Bioturbasi
Karakteristik morfologi bioturbasi diperoleh dengan melakukan pengukuran fisik pada cetakan liang bioturbasi menggunakan metode Li et al. (2008). Ukuran-ukuran pada liang dibedakan menjadi SD (surface diameter yaitu lebar lubang permukaan liang bioturbasi), AW (arm width yaitu diameter shaft dalam), DO (distance opening yaitu jarak antara lubang permukaan satu dengan yang lain), UD (U-depth yaitu kedalaman yang diukur dari lubang permukaan hingga batas percabangan liang yang terbentuk di dalam sedimen), CS (central shaft yaitu kedalaman liang yang diukur dari batas percabangan hingga ujung bawah liang), dan TD (total depth yaitu kedalaman liang secara keseluruhan). UD, CS, dan TD merupakan jarak yang didasarkan pada kedalaman liang dalam sedimen, bukan panjang liang itu sendiri (Li et al., 2008).
.
Gambar 10 Pengukuran morfologi fisik liang bioturbasi (Li et al., 2008).
3.5. Analisis Data
3.5.1. Karakteristik Bioturbasi dan Profil Nutrien
Karakteristik bioturbasi meliputi bentuk, panjang, diameter liang, dan total panjang liang. Karakteristik tersebut diperoleh dari hasil dokumentasi yang kemudian dilakukan pengukuran langsung pada cetakan resin. Hasil pengukuran dianalisis secara deskriptif. Analisis deskriptif ini juga dilakukan pada konsentrasi nutrien hasil analisa di laboratorium (amonium, nitrat, nitrit, dan fosfat). Konsentrasi nutrien yangdiperoleh digunakan langsung dalam pembuatan profil distribusi vertikal dalam sedimen. Hal ini dilakukan untuk mengetahui perubahan nutrien pada sedimen maupun kolom air, pada daerah yang mengalami bioturbasi maupun non bioturbasi. Hasil profil nutrien pada kedua daerah tersebut kemudian dibandingkan.
3.5.2. Regenerasi (Fluks) Nutrien
Regenerasi atau fluks nutrien hasil bioturbasi dianalisis dengan menggunakan bantuan box model pada program QUAL2K version 2.11. Skematik sistem box model yang berlaku pada program QUAL2K ditunjukkan pada Gambar 11. Fluks nutrien yang dihitung pada program QUAL2K diasumsikan sebagai fluks yang terjadi pada tiap-tiap box yang mewakili daerah antara 2 kedalaman sedimen (kedalaman atas dan bawah), sehingga dari 7 lapisan kedalaman akan diperoleh 6 buah box model. Setiap box model mewakili kondisi sedimen dan porewater pada daerah antara 2 kedalaman (Gambar 12).
Gambar 11 Skematik model QUAL2K untuk perhitungan fluks nutrien (Chapra et
al., 2008). Kotak merah menunjukkan parameter yang tidak
digunakan dalam penelitian. (Ket : na = konsentrasi NH4 di kolom air; o = konsentrasi oksigen; nn = konsentrasi NO3 di kolom air; pi = konsentrasi PO4 di kolom air).
Gambar 12 Sistem box model QUAL2K yang mewakili kondisi sedimen dan
porewater pada daerah di antara 2 kedalaman.
Masing-masing fluks yang dihasilkan merupakan aliran nutrien yang terjadi pada tiap box, baik ke dalam maupun ke luar. Nutrien yang mengalami simulasi pada program QUAL2K meliputi NH4+, NO3-, dan PO43-. Hal ini karena ketiga nutrien tersebut merupakan hasil utama dari proses mineralisasi, sedangkan NO2- dianggap sebagai ion perantara sehingga fluksnya tidak diperhitungkan. Data parameter yang digunakan dalam program merupakan data primer dan data sekunder. Data primer merupakan hasil pengukuran, baik secara insitu (meliputi DO, temperatur) dan hasil analisis laboratorium (konsentrasi nutrien dan porositas). Data sekunder yang digunakan merupakan data hasil penelitian
Sistem box model
H1
H2
sebelumnya yang telah dipublikasi (koefisien bioturbasi dan kelimpahan klorofil dari fitoplankton). Beberapa parameter yang digunakan dalam menjalankan program QUAL2K untuk memperoleh fluks pada setiap box dapat dilihat pada Lampiran 3 dan 4.
3.5.3. Analisis Sensitivitas QUAL2K
Analisis sensitivitas merupakan suatu cara untuk mengetahui pengaruh yang terjadi pada solusi optimal yang dihasilkan oleh suatu metode jika parameter diubah nilainya. Analisis sensitivitas akan memberikan gambaran yang dapat memperkirakan bagaimana suatu solusi memiliki konsistensi meskipun terjadi perubahan pada parameter-parameter yang mempengaruhinya. Pada penggunaan model QUAL2K juga perlu dilakukan analisa sensitivitas untuk mengetahui kestabilan solusi yang diberikan terhadap fluks nutrien pada proses diagenesis akibat bioturbasi. Analisis sensitivitas dilakukan pada fluks NH4+ yang timbul akibat adanya aktifitas bioturbasi. Hal ini dilakukan karena pada liang bioturbasi yang memiliki kondisi oksik, reaksi redoks pada nitrogen bermula dari perubahan NH4+ menjadi NO2- dan NO3-, sehingga sensitivitas pada NH4+ akan mempengaruhi NO2- dan NO3- yang terbentuk.
Analisis sensitivitas ini dilakukan dengan melakukan penambahan dan pengurangan pada nilai DO (± 50%), porositas (± 5%), masing-masing konsentrasi NH4+, NO3-, dan PO43- (± 50%), dan kelimpahan klorofil pada fitoplankton (± 25%) pada sedimen bioturbasi. Misalnya parameter DO pada kedalaman sedimen 0-2,5 cm pada titik sampling B1. Nilai DO awal (hasil pengukuran lapangan) adalah sebesar 3,425 mg l-1. Pada analisis sensitivitas, dilakukan penambahan DO sebesar 50%, sehingga input DO yang dilakukan pada model adalah sebesar 5,138 mg l-1, begitu pula dengan sensitivitas pada pengurangannya, yaitu input DO sebesar 1,713 mg l-1. Penambahan dan pengurangan input nilai tersebut juga belaku bagi parameter-parameter yang lain, namun dengan persentase yang berbeda. Tingkat persentase penambahan dan pengurangan tersebut disesuaikan dengan perubahan yang terjadi pada hasil analisis sensitivitas. Hal tersebut karena nilai masing-masing penambahan dan pengurangan dilakukan untuk mengetahui titik awal kesensitivan sekaligus tingkat konsistensi hasil pemodelan, sehingga model yang dihasilkan diharapkan dapat digunakan untuk memprediksi bagaimana fluks yang diakibatkan oleh kemungkinan-kemungkinan perubahan yang terjadi di alam.
3.6. Asumsi Model QUAL2K
Model QUAL2K merupakan salah satu metode penyederhanaan yang digunakan dalam analisis, sehingga diperoleh solusi regenerasi nutrien yang mampu mendekati kejadian sebenarnya di alam. Oleh karena itu, pada pelaksanaan model ini digunakan beberapa asumsi :
1. Sistem model adalah box model
2. Pelaku bioturbasi adalah organisme meliang secara global.
3. Sumber nutrien yang terdapat di sedimen merupakan hasil pengendapan fitoplankton dan masing-masing nutrien dari kolom air ke dalam sedimen. 4. Fluks yang terjadi merupakan pengembalian bahan organik terlarut dari
box model menuju kolom air atau pun pengambilan bahan organik terlarut dari kolom air masuk ke dalam box model.
5. Fluks yang menunjukkan arah positif menunjukkan terjadinya aliran nutrien dari dalam box model menuju ke kolom air, dan arah negatif menunjukkan terjadinya aliran nutrien dari kolom air menuju box model. 6. Jenis, ukuran butir dan komposisi sedimen diasumsikan homogen pada
setiap box kedalaman.
7. Koefisien bioturbasi yang digunakan adalah homogen pada setiap box kedalaman dan setiap titik sampling
