Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Penggunaan Ipomoea aquatica Forsk. untuk Fitoremediasi Limbah Rumah Tangga Wahyu Lestari Jurusan Biologi FMIPA Universitas Riau, Kampus Bina Widya Alamat email:
[email protected] Abstrak. Tanaman air secara umum memiliki kemampuan menetralisir komponen tertentu sehingga sangat bermanfaat dalam proses pengolahan limbah cair. Tujuan penelitian untuk mengetahui seberapa besar kemampuan fitoremediasi menggunakan tanaman Ipomoea aquatica Forsk. terhadap peningkatan kualitas limbah rumah tangga dan mengetahui tingkat akumulasi Pb dan Cd di tanaman. Limbah cair rumah tangga dikumpulkan dari beberapa sumber pemukiman. Penelitian menggunakan rancangan acak lengkap dengan empat perlakuan, yaitu pengenceran 100% (tanpa pengenceran), pengenceran 75, 50 dan 25%. Parameter meliputi kualitas fisik dan kimia limbah serta kandungan Pb dan Cd dalam limbah dan tanaman. Untuk mengetahui efek fitoremediasi terhadap kualitas limbah rumah tangga dan kandungan logam digunakan analisis sidik ragam dan uji lanjut dengan uji BNT taraf 5%. Fitoremediasi oleh I. aquatica Forsk. mampu menurunkan suhu limbah pada pengenceran 50 dan 25% serta meningkatkan pH dan oksigen terlarut. Akumulasi Pb dan Cd pada masing-masing organ berbeda-beda. Kemampuan akumulasi Pb dan Cd tertinggi berturut-turut adalah pada organ akar, daun dan batang. Tanaman I. aquatica Forsk. sangat memungkinkan untuk dimanfaatkan pada proses fitoremediasi, namun tidak memungkinkan untuk dikonsumsi. Kata Kunci: Limbah cair rumah tangga, Ipomoea aquatica Forsk., akumulasi Pb dan Cd, fitoremediasi.
PENDAHULUAN Perluasan areal pemukiman akibat kepadatan penduduk yang tinggi menyebabkan peningkatan aktivitas manusia di rumah tangga. Hal ini berdampak pada semakin besarnya volume limbah dalam bentuk apapun yang dihasilkan dari waktu ke waktu yang tentunya menimbulkan dampak negatif terhadap kelestarian lingkungan. Teknologi pengolahan limbah cair rumah tangga di berbagai tempat di tanah air masih banyak belum terjangkau. Selain biaya yang mahal dan penerapannya yang sulit, masih kuatnya pemikiran dan anggapan sebagian besar masyarakat bahwa pembuangan limbah rumah tangga secara langsung ke lingkungan tidak akan menimbulkan dampak yang serius. Salah satu upaya pemanfaatan sumberdaya alam yang diketahui memiliki kaitan erat dengan
proses pengolahan limbah rumah tangga adalah memanfaatkan jenis tanaman air yang banyak tumbuh pada saluran buangan limbah di sekitar pemukiman. Menurut Yusuf, tanaman air memiliki kemampuan secara umum untuk menetralisir komponenkomponen tertentu di dalam perairan dan hal ini sangat bermanfaat dalam proses pengolahan limbah cair. Penggunaan tanaman air dalam proses pengolahan limbah cair menyebabkan terjadinya proses pertukaran dan penyerapan ion. Karenanya dalam kondisi ini tanaman akan berperan dalam menstabilkan beberapa faktor fisik dan kimia perairan. Ipomoea aquatica Forsk. (kangkung air) merupakan tanaman air yang banyak tumbuh pada saluran buangan limbah cair sekitar pemukiman. Tanaman ini memiliki daya adaptasi yang cukup luas karena dapat
Semirata 2013 FMIPA Unila |441
Wahyu Lestari Penggunaan Ipomoea aquatica Forsk. untuk Fitoremediasi Limbah Rumah Tangga
hidup pada berbagai kondisi iklim dan di berbagai habitat. I. aquatica termasuk salah satu tanaman yang mudah menyerap logam berat dari media tumbuhnya. Dalam kehidupan sehari-hari di rumah tangga tanaman ini banyak dikonsumsi. I. aquatica dapat tumbuh dengan baik pada perairan yang tidak terlalu dalam ataupun selokan. Sejauh ini masih banyak masyarakat yang memanfaatkan sayuran yang tumbuh di selokan untuk dikonsumsi, padahal selokan merupakan buangan limbah cair rumah tangga. I. aquatica yang tumbuh di lingkungan tercemar kemungkinan akan mengandung logam pencemar. I. aquatica adalah tanaman yang potensial mengakumulasi cadmium (Cd) dibanding tembaga (Pb), tetapi tidak efektif mengakumulasi arsen (Ar). Penyerapan Pb dan Cd oleh tanaman pangan perlu mendapatkan perhatian karena kedua logam berpotensi untuk meracuni jika dikonsumsi. I. aquatica, merupakan salah satu dari banyak spesies tanaman yang digunakan untuk menguji kemampuan fitoremediasi karena tanaman ini mampu mengakumulasi logam berat seperti Zn, Cu dan Pb pada konsentrasi tinggi. I. aquatica adalah tanaman sayuran penting karena banyak mengandung sumber nutrien dan dibudidayakan secara luas terutama di negara Asia serta dimanfaatkan untuk fitoremediasi, juga berperan dalam pengaturan kualitas air. Remediasi limbah cair rumah tangga perlu diupayakan. Kemampuan I. aquatica perlu diketahui untuk remediasi limbah cair sehingga dapat dijadikan sebagai agen fitoremediasi pada limbah cair dari buangan rumah tangga. Penelitian dilakukan untuk mengetahui fitoremediasi I. aquatica terhadap peningkatan kualitas limbah rumah tangga dan mengetahui tingkat akumulasi Pb dan Cd pada tanaman. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi kepada masyarakat tentang adanya kandungan logam pada I. aquatica 442| Semirata 2013 FMIPA Unila
yang sering dikonsumsi dari selokan, walaupun tanaman ini diketahui dapat menstabilkan sifat fisik dan kimia limbah. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan untuk menguji kemampuan tanaman I. aquatica dalam mengakumulasi logam Pb dan Cd sehingga dapat meningkatkan kualitas limbah cair rumah tangga Penelitian dilaksanakan pada bulan Desember 2012 hingga Januari 2013 di lokasi perumahan jalan Garuda Sakti, Panam Pekanbaru. Bahan yang digunakan adalah tanaman I. aquatica dan limbah cair rumah tangga. Limbah cair dikumpulkan dari beberapa sumber pemukiman. Limbah cair dimasukkan dalam wadah penampung lalu dicampur rata dan di analisis sifat fisika dan kimianya. Pemberian limbah pada tanaman percobaan dilakukan menurut rancangan acak lengkap. Perlakuan adalah limbah yang diencerkan dengan konsentrasi 25, 50, 75 dan 100% (tanpa pengenceran). Masingmasing konsentrasi kemudian di analisis kembali sifat fisik dan kimianya. Sebelum perlakuan, anakan I. aquatica yang berasal dari perkecambahan biji dipelihara pada media tumbuh air selama dua minggu. Tanaman yang telah diadaptasikan lalu ditumbuhkan dalam wadah berisi limbah cair sesuai perlakuan. Tanaman dipelihara dalam media limbah cair selama satu bulan. Sampel limbah cair selanjutnya di analisis kembali untuk mengetahui kualitas fisik dan kimianya. Kualitas fisik yang diukur meliputi suhu dan kekeruhan, sedang kualitas kimia meliputi pH dan O2 terlarut (DO). Analisis kandungan Pb dan Cd pada sampel tanaman dilakukan dengan metode spektrofotometri serapan atom. Persiapan sampel tanaman yang akan di analisis dilakukan dengan menghancurkan 1 g bagian tanaman, kemudian ditambahkan 10 ml HNO3 dan dipanaskan pada suhu 90°C selama 20
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
menit. Selanjutnya suhu dinaikkan hingga 150°C selama 1 jam. Sampel didinginkan dan disaring, selanjutnya ditambahkan aquades hingga volume mencapai 25 ml. Data yang diperoleh di analisis secara statistik menggunakan Anova dan diuji lanjut dengan BNT taraf 5%. HASIL DAN PEMBAHASAN Secara umum penggunaan tanaman I. aquatica mampu merubah kualitas fisik dan kimia limbah cair rumah tangga (Tabel 1). Pengukuran suhu awal limbah cair sebelum perlakuan adalah 29oC. Suhu pada akhir pengamatan bervariasi mulai dari 25 hingga 27oC. Suhu perairan yang memungkinkan berlangsungnya kehidupan normal didalamnya baik hewan ataupun tumbuhan, berkisar antara 22-25oC. Penurunan kekeruhan terjadi sangat signifikan. Penggunaan tanaman I. aquatica mampu menurunkan tingkat kekeruhan mulai dari 52,11% (47,67 NTU) hingga 78,02% (21,72 NTU) pada pengenceran limbah cair 25%. Namun demikian bila suatu perairan tingkat kekeruhannya lebih dari 20 NTU, perairan ini masih dinyatakan berbahaya bagi kehidupan biota di dalamnya. Kondisi ini akan mengganggu aktivitas serta metabolisme biota yang berlangsung di dalam perairan. Peningkatan pH limbah cair pada akhir pengamatan terjadi untuk semua perlakuan pengenceran. Hal ini menunjukkan bahwa, tanaman I. aquatica memiliki potensi untuk meningkatkan pH pada limbah cair rumah tangga. Perlakuan pengenceran limbah cair 25% dapat meningkatkan pH menjadi 7,4. Kisaran pH perairan 6-9 masih merupakan kisaran pH normal bagi kehidupan biota dalam suatu perairan. Hal ini disebabkan karena berbagai proses kimia dan mikrobiologi yang menghasilkan senyawa berbahaya bagi kehidupan biota serta kelestarian lingkungan tidak terjadi. Faktor
pH perlu dikaji dalam fitoremediasi karena berpengaruh dengan kelarutan unsur hara yang menyebabkan adanya pertumbuhan bagi tanaman. Adanya perubahan pH pada berbagai media berhubungan erat dengan penyerapan nutrisi bagi pertumbuhan tanaman. Pengambilan atau penyerapan nutrisi yang optimal terjadi pada kisaran pH tertentu. pH yang sesuai untuk pertumbuhan tanaman berkisar antara 5,06,5. Bila terlalu rendah (<4,5) atau terlalu tinggi (>7,0) dapat menghambat atau menghentikan pertumbuhan suatu tanaman. Konsentrasi O2 terlarut pada awal penelitian tidak berbeda untuk setiap perlakuan pengenceran. Penggunaan tanaman mampu meningkatkan O2 terlarut dari limbah cair agar limbah memenuhi syarat untuk dilepas ke lingkungan. Perairan dengan kadar O2 terlarut 3-5 mg/l telah memenuhi syarat untuk dilepas ke lingkungan karena pada kondisi ini proses anaerob dalam perairan dapat dicegah sehingga kehidupan organisme di dalamnya dapat berlangsung. Oksigen terlarut merupakan kebutuhan dasar untuk kehidupan tanaman dalam air. Kehidupan tanaman dalam air tergantung dari kemampuan air untuk mempertahankan konsentrasi O2 minimal yang dibutuhkan untuk kehidupan. Konsentrasi O2 terlarut minimal untuk kehidupan biota tidak boleh kurang dari 6 ppm. Konsentrasi O2 terlarut dalam keadaan jenuh bervariasi tergantung dari suhu dan tekanan atmosfir. Konsentrasi O2 terlarut maksimum pada tekanan 1 atm pada suhu 24-28oC berkisar antara 8,5-9,9 ppm. Konsentrasi O2 terlarut yang terlalu rendah dan terlalu tinggi akan mengganggu biota di perairan. Berdasar hasil penelitian jelas terlihat bahwa I. aquatica memiliki kemampuan adaptasi yang tinggi terhadap faktor fisik dan kimia limbah karena mampu tumbuh pada kisaran suhu, kekeruhan dan pH tinggi serta O2 terlarut yang rendah.
Semirata 2013 FMIPA Unila |443
Wahyu Lestari Penggunaan Ipomoea aquatica Forsk. untuk Fitoremediasi Limbah Rumah Tangga
Tabel 1. Hasil pengukuran kualitas fisika dan kimia limbah cair rumah tangga
Pengenceran (%) 100 75 50 25
Kualitas Fisik Suhu ( C) Kekeruhan (NTU) Awal Akhir Awal Akhir 29 27 99.53 47.67 29 26 99.38 42.39 29 25 98.89 33.04 29 25 98.82 21.72 o
Akumulasi Pb (Gambar 1) pada tiap organ untuk setiap perlakuan pengenceran tidak berbeda nyata, namun kemampuan akar mengakumulai Pb lebih tinggi diikuti oleh daun dan batang. Semakin rendah konsentrasi limbah semakin tinggi penyerapan Pb oleh tumbuhan. Akumulasi Pb pada organ batang lebih sedikit dibanding daun, hal ini disebabkan karena mobilitas Pb dari akar ke daun berlangsung cepat. I. aquatica merupakan tanaman yang dimanfaatkan untuk dikonsumsi oleh sebagian besar masyarakat. Adaptasinya sangat tinggi karena dapat hidup pada berbagai kondisi fisik dan kimia limbah yang hampir belum memenuhi syarat bagi pertumbuhan tanaman normal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan Pb pada organ akar berkisar antara 5,027,14 µg/g, batang 2,05-3,38 µg/g dan daun 4,30-5,96 µg/g. Batas rekomendasi untuk kandungan Pb yang ditetapkan oleh WHO terhadap bahan makanan yang dikonsumsi manusia adalah 0,1-0,2 mg/kg. Bagian organ yang dimanfaatkan untuk dikonsumsi adalah batang dan terutama daun. Jika dilihat kandungan Pb pada semua bagian organ tanaman melebihi batas rekomendasi kandungan Pb pada bahan makanan. I. aquatica berpotensi digunakan sebagai fitoremediator logam Pb namun dengan kemampuan tersebut tanaman ini menjadi tidak layak untuk dikonsumsi karena 444| Semirata 2013 FMIPA Unila
Awal 6.80 6.80 6.80 6.80
Kualitas Kimia pH DO (mg/l) Akhir Awal Akhir 7.10 1.45 1.70 7.10 1.47 1.89 7.10 1.52 2.44 7.10 1.55 3.25
kandungan Pbnya melebihi batas rekomendasi. Hasil analisis Pb pada tanaman kangkung darat (Ipomoea reptans) yang di jual di pasaran oleh Kohar et al, juga mendapatkan bahwa kadar Pb pada bagian daun lebih tinggi dibanding batang, hal ini menurut Salisbury dan Rossndisebabkan karena setelah diserap oleh akar, maka Pb di transfer ke daun untuk diasimilasi lebih lanjut. Pb dan Cd dalam tanaman menghambat fotosintesis, pertumbuhan, mempengaruhi keseimbangan air dan nutrisi mineral, menyebabkan klorosis di daun, nekrosis dan absisi. WHO menyatakan di atas konsentrasi maksimum, logam ini dapat memberikan efek berbahaya terhadap kesehatan manusia. Toksisitas Pb mempengaruhi terhadap sistem syaraf pusat, ginjal dan tulang. Akumulasi Cd dapat merusak hati dan ginjal serta organorgan yang berhubungan dengan sistem saraf pusat, sistem imun, tulang dan dapat menyebabkan kanker. Akumulasi logam Cd (Gambar 2) di tanaman lebih tinggi dari pada Pb. Hal ini disebabkan karena mobilitas Cd di tanaman lebih tinggi dari pada Pb. Tingginya kandungan Pb dan Cd pada semua bagian organ tanaman memungkinkan untuk memanfaatkan tanaman ini sebagai upaya remediasi perairan yang tercemar. Cd bersifat lebih mobil sehingga lebih mudah diserap tanaman dibanding Pb.
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Gambar 2. Kandungan Cd pada organ tanaman I. aquatica.
Gambar 1. Kandungan Pb pada organ tanaman I. Aquatica
Kandungan logam baik Pb maupun Cd secara umum lebih banyak terakumulasi di akar dibanding daun dan batang. Menurut Cheng, penyerapan logam berat oleh tanaman dari dalam tanah sangat dominan terakumulasi di akar yang kemudian ditransport ke bagian lain pada tanaman. Umumnya kandungan logam berat pada bagian tanaman yang berada di bawah permukaan tanah lebih tinggi dari pada bagian tanaman di atas permukaan tanah. Kandungan logam berat (Cu, Cd, Pb dan Zn) pada I. aquatica terutama terakumulasi di akar dan kandungannya berkurang di daun dan batang. Kemampuan tanaman menyerap logam berat dalam perairan disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya konsentrasi logam di perairan, jenis logam, jenis tanaman, lama pemaparan, suhu dan pH.
Jenis logam berat jika jumlahnya berlebih akan menyebabkan pencemaran. Semua tanaman yang tumbuh di lingkungan yang tercemar, akan mengakumulasi logam-logam pada semua bagian akar, batang, daun dan buah. Akumulasi dan distribusi logam berat pada tanaman sangat bergantung pada faktor lingkungan, jenis tanaman, jenis logam, pH, kapasitas tukar kation, DO, suhu dan sekresi oleh akar. Pola akumulasi logam berat digambarkan sebagai berikut; akar > daun > shoot (batang) > buah dan akar lateral > akar primer, daun tua > daun muda. Jenis tumbuhan secara genetik sangat beragam dalam kemampuannya untuk toleran atau tidak terhadap unsur-unsur tidak esensial seperti Ag, Al, Cd, Hg dan Pb dalam jumlah yang meracuni. Pada jenis tertentu unsur tersebut tertimbun di akar dan hanya sedikit yang dibawa ke tajuk. Akar dan tajuk pada jenis tertentu mengandung unsur tersebut lebih tinggi dibanding jenis lain. Faktor yang mengendalikan akumulasi Pb dan Cd di tanaman adalah konsentrasi dan jenis logam di larutan tanah, pergerakan logam dari tanah ke permukaan akar, transport logam dari permukaan akar ke dalam akar dan translokasinya dari akar ke tajuk tanaman. KESIMPULAN I. aquatica memiliki potensi dalam meningkatkan faktor fisik dan kimia limbah cair. Kandungan logam Pb dan Cd berbedabeda pada setiap organ tanaman. Kandungan logam tertinggi terdapat pada organ akar diikuti daun dan batang. Akumulasi Cd lebih tinggi dibanding Pb pada semua organ tanaman. Penelitian lebih lanjut disarankan untuk menggunakan tanaman lain yang berpotensi fitoremediasi guna mengatasi masalah pencemaran lingkungan.
Semirata 2013 FMIPA Unila |445
Wahyu Lestari Penggunaan Ipomoea aquatica Forsk. untuk Fitoremediasi Limbah Rumah Tangga
Applied Technology in Environmental Sanitation, Vol.1, No.2, p.139 - 142. DAFTAR PUSTAKA G. Yusuf. (2008). Bioremediasi Limbah Rumah Tangga Dengan Sistem Simulasi Tanaman Air. Jurnal Bumi Lestari, Vol.8, No 2, Agustus 2008 p.136 - 144. I. Kohar, P. H. Hardjo, M. Jonatan, O. Agustanti. (2004). Studi Kandungan Logam Pb dalam Batang dan Daun Kangkung (Ipomoea reptans) yang Direbus dengan Penambahan NaCl dan Asam Asetat. Makara Sains, Vol.8, No.3, Desember 2004 p.85 - 88. Prasetyorini dan S. Wardatun. (2011). Analisis Kandungan Timbal, Tembaga dan Arsen pada Daun Kangkung (Ipomoea aquatica) yang Dijual di Tempat yang Berbeda dengan Metode Spektrofotometri Serapan Atom. Ekologia, Vol.11, No.2, Oktober 2011 p.31-35. S. Ghosh. (2010). Wetland Macrophytes as Toxic Metal Accumulators. International Journal of Environmental Sciences, Vol.1, No.4, p.523 - 528. B. J. Alloway. (1995). Heavy Metals in Soils. Second Edition. Blackie Academic & Professional. An Imprint of Chapman & Hall. Glasgow. J. I. Kumar, H. Nirmal, R. N. Soni, I. Kumar, I. Bhatt. (2008). Macrophytes in Phytoremediation of Heavy Metal Contaminated Water and Sediments in Pariyej Community Reserve, Gujarat, India. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Vol. 8, p.193 - 200. R. S. Visitacion, J. De Jesus, G. S. Su and E. Ragragio. (2011). Germination and Seedling Growth Responses of Water Spinach (Ipomoea aquatica) and Spinach (Spinacia Oleraceae) at Varying Lead Concentrations. Journal of
446| Semirata 2013 FMIPA Unila
M. C. Baysa, R. R. S. Anuncio, M. L. G. Chiombon, J. P. R. D. Cruz and J. R. O. Ramelb. (2006). Lead and Cadmium Contents in Ipomoea aquatica Forsk. Grown in Laguna de Bay. Phillippine Journal of Science, Vol.135, No 2, December 2006 p.139 - 143. Sugiharto. (2003). Dasar-Dasar Pengolahan Air Limbah. Universitas Indonesia. Jakarta. S. P. Estuningsih, Juswardi, S. Muliandani. (2011). Fitoremediasi Limbah Cair Minyak Bumi dengan Menggunakan Neptunia oleracea Lour. Prosiding Seminar Nasional Bidang Ilmu MIPA (SEMIRATA BKS-PTN B), Banjarmasin, 9-10 Mei 2011 p.296 - 305. ISBN 978-60298-9161-4. S. Fardiaz. (2011). Polusi Air dan Udara. Cetakan ke-14. Penerbit Kanisius. Yogyakarta. ISBN 979-413-770-7. Darmono. (2008). Lingkungan Hidup dan Pencemaran, Hubungannya dengan Toksikologi Senyawa Logam. UI-Press. Jakarta. ISBN 979-456-217-3. F. B. Salisbury dan C. W. Ross. (1992). Plant Physiology. Fourth Edition. Wadsworth Publishing Company. Belmont. California. S. Cheng. (2003). Heavy metals in Plants and Phytoremediation. Review Articles Heavy Metal Pollution in China. Environ. Sci & Pollut Res, Vol.1, No.5 p.335 - 340. S. Cheng, W. Grosse, F. Karrenbrock. (2002). Efficiency of Constructed Wetlands in Decontamination of Water Polluted by Heavy Metals. Ecological Engineering, Vol.18, No.3 p.317-325.
