PENDAHULUAN
Peningkatan populasi penduduk bumi memicu perkembangan industri di berbagai belahan dunia. Pencemaran lingkungan merupakan salah satu dampak kegiatan industri. Pada setiap kegiatan industri pasti dihasilkan produk samping yang menjadi limbah. Limbah industri pada akhirnya akan dibuang ke lingkungan. Walaupun telah diolah, limbah yang mungkin masih mengandung bahan berbahaya yang dapat memberikan dampak buruk bagi organisme dan lingkungannya (Marcussen, et.al, 2008).
Salah satu bahan berbahaya yang terkandung dalam limbah adalah logam. Di alam, logam terdapat dalam mineral. Logam dapat digunakan sebagai bahan baku industri. Tidak hanya langsung dilebur pada proses produksi, logam juga dapat direaksikan dengan bahan lainnya. Salah satu unsur logam yang berbahaya bagi lingkungan adalah logam timbal (Pb).
Logam timbal dapat larut dalam air dan terakumulasi di dalam tanah sehingga dapat diserap oleh tanaman. Pencemaran lingkungan oleh limbah yang mengandung logam timbal dapat menyebabkan tanaman konsumsi yang tumbuh di sekitar lokasi tersebut menjadi mengandung logam timbal (Kohar, et.al, 2004). Akumulasi logam timbal dalam tanaman dapat menyebabkan gagal panen (Nugraha, 2012). Kesehatan manusia dan hewan dapat terganggu jika mengonsumsi bahan makanan mengandung logam timbal. Pada konsentrasi tertentu, logam timbal dapat menurunkan fungsi syaraf, organ pencernaan, bahkan menyebabkan kematian (Lang, et al., 2008).
Logam timbal merupakan logam berat. Menurut PP Nomor 18 tahun 1999 jo PP 85 tahun 1999 tentang Pengelolaan Limbah B3, logam timbal yang dihasilkan beberapa jenis industri dikategorikan sebagai limbah bahan berbahaya dan beracun (B3), misalnya limbah industri tekstil. Pada industri tekstil, logam timbal biasanya digunakan pada proses pewarnaan, pencucian, serta sebagai bahan anti jamur (Tuzen, et.al., 2008)
Terdapat suatu kawasan industri tekstil di Kabupaten Cimahi. Lahan pertanian warga berada di antara bangunan pabrik dan gudang penyimpanan. Selain padi, lahan pertanian ditanami jagung dan sayuran lainnya, di antaranya adalah kangkung. Air sungai yang mengaliri lahan pertanian berwarna hitam pekat dan berbau. Saluran irigasi di daerah ini telah bercampur dengan limbah pabrik di sekitarnya. Diduga tanaman di lahan pertanian telah tercemar. Pada penelitian ini dilakukan kajian sifat toksik logam timbal terhadap salah satu tanaman sayur yang banyak ditemukan di lokasi studi, yaitu kangkung darat.
Dilakukan kuantifikasi akumulasi logam timbal oleh kangkung darat untuk dapat mengetahui sejauh mana logam timbal mempengaruhi pertumbuhan kangkung darat. Selain timbal, faktor lingkungan lain dapat mempengaruhi pertumbuhan kangkung darat. Oleh karena itu, dilakukan pula pengamatan pengaruh pemupukan dan keberadaan logam kromium terhadap proses akumulasi logam timbal dalam kangkung darat. Beberapa parameter yang dianalisa pada penelitian ini, meliputi waktu panen, konsentrasi timbal, konsentrasi kromium, faktor biokonsentrasi, faktor translokasi, laju akumulasi timbal dan morfologi kangkung darat saat pengambilan sampel (panjang akar, tinggi batang, serta lebar dan panjang daun).
METODOLOGI
Penelitian dilakukan di Laboratorium Air, Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung sedangkan penanaman tanaman dilakukan di greenhouse lantai 7 Gedung PAU, Institut Teknologi Bandung. Bagan alir metodologi penelitian diperlihatkan pada Gambar 1. Penelitian ini diawali dengan karakterisasi awal sampel tanah dan tanaman kangkung darat yang berasal dari lahan pertanian sekitar kawasan industri Leuwigajah, Kecamatan Cimahi Selatan. Pengambilan sampel dilakukan secara random dan komposit sesuai dengan prosedur EPA/600/R-92/128. Hasil karakterisasi awal dijadikan sebagai dasar rancangan penelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Kadar logam Pb hasil karakterisasi awal sampel tanah dijadikan sebagai acuan rancangan penanaman. Pada penelitian ini, digunakan metode Rancangan Acak Kelompok (RAK). Media tanam divariasikan menjadi empat, yaitu:
- a. media tanam dengan penambahan timbal (variasi A),
- b. media tanam dengan penambahan timbal dan pupuk (variasi B),
- c. media tanam dengan penambahan timbal dan kromium (variasi C), serta
- d. media tanam dengan penambahan timbal, kromium dan pupuk (variasi D).
Sebagai pembanding, dibuat kontrol, yakni media tanam tanpa diberi perlakuan. Setiap variasi media tanam dibuat dua replika. Logam timbal dan kromium masing-masing berasal dari larutan baku Pb(NO3)2 dan K2Cr2O7 sedangkan pupuk yang digunakan adalah pupuk urea.
Kangkung darat yang digunakan berasal dari bibit. Pada penelitian ini digunakan tanah Lembang sebagai media tanam kangkung darat. Sebelum digunakan, kadar logam timbal dan kromium media tanam dianalisa terlebih dahulu agar dapat dibuat media tanam berkarakteristik menyerupai tanah di lokasi studi. Penanaman pada media tanam dengan variasi perlakuan dilakukan setelah satu minggu penyemaian bibit kangkung darat.
Ekstraksi tanah dan kangkung darat dilakukan setiap 5 hari. Ekstraksi dilakukan dengan metode destruksi basah menggunakan larutan HNO3 pekat dan H2O2 30% dengan perbandingan 6:2. Digunakan metode spektrofotometri serapan atom untuk menganalisa kadar timbal dan kromium pada masing-masing sampel. Satuan konsentrasi yang digunakan pada penelitian ini adalah mg kg-1 .
Selain kadar timbal dan kromium, parameter lain yang diamati pada penelitian ini adalah pH tanah, panjang akar, tinggi batang, serta lebar dan panjang daun. Faktor biokonsentrasi dan faktor translokasi dihitung untuk mengetahui kemampuan tanaman kangkung darat dalam mengakumulasi logam dan menyalurkan logam ke bagian-bagian tubuhnya. Selain faktor biokonsentrasi dan faktor translokasi, dihitung laju penyerapan logam timbal oleh kangkung darat. Persamaan-persamaan yang digunakan pada penelitian ini diuraikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Persamaan yang digunakan dalam penelitian (Liong, 2010)
| No | Parameter | Persamaan | ||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Faktor Biokonsentrasi | 𝑅𝑎𝑡𝑎𝑎𝑛 [𝑃𝑏]𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑗𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑛𝑎𝑚𝑎𝑛 (𝑚𝑔⁄𝑘𝑔) [𝑃𝑏]𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑡𝑎𝑚𝑏𝑎ℎ𝑘𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ (𝑚𝑔⁄𝑘𝑔) | ||
| 2 | Faktor Translokasi | [𝑃𝑏]𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑑𝑎𝑢𝑛 (𝑚𝑔⁄𝑘𝑔) [𝑃𝑏]𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑎𝑘𝑎𝑟 (𝑚𝑔⁄𝑘𝑔) | ||
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Karakterisasi Awal Sampel Tanah
Hasil karakterisasi awal sampel tanah dan kangkung darat diuraikan pada Tabel 2 di mana sampel tanah pertanian mengandung ± 649 mg kg-1 ppm timbal dan ± 28 mg kg-1 kromium. Menurut Dewi (2009), kadar timbal di dalam tanah yang belum terpolusi adalah 2-300 mg kg-1 sehingga dapat dikatakan bahwa sampel tanah telah terpolusi timbal. Menurut Kohar (2004), asupan timbal dengan dosis melebihi 2 ppm/hari dapat mengganggu pertumbuhan kangkung darat. Berdasarkan hasil analisa, kangkung darat yang berasal dari lokasi studi masih dikategorikan beresiko untuk dikonsumsi karena kadar timbal melebihi baku mutu kadar timbal dalam sayuran sesuai SNI 7387:2009, yakni 0,5 mg kg-1 .
Tabel 2. Hasil Karakterisasi awal sampel tanah dan kangkung darat Leuwigajah, Kabupaten Cimahi Selatan
| No | Nama Sampel | pH | Pb (mg/kg) | Cr (mg/kg) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Titik 1 | 5,9 | 709,64 | 24,15 |
| 2 | Titik 2 | 6,3 | 594,67 | 22,97 |
| 3 | Titik 3 | 6 | 620,45 | 22,32 |
| 4 | Akar | - | 62,22 | - |
| 5 | Batang | - | 54,89 | - |
| 6 | Daun | - | 63,11 | - |
Pertumbuhan Tanaman Kangkung Darat
Hingga hari ke-15, tanaman kangkung darat semua variasi memiliki pola pertumbuhan yang sama dengan tanaman kontrol. Setelah hari ke-20, tanaman kangkung darat dengan media tanam yang diberi perlakuan tumbuh lebih lambat dibanding tanaman kontrol. Gambar 2 menunjukkan grafik pertumbuhan tanaman kangkung darat. Kangkung darat variasi A mengalami penurunan tinggi batang dan lebar daun pada hari ke-15. Penurunan dapat terjadi akibat pengaruh timbal yang tercampur pada media tanam.
Gambar 2. Pertumbuhan jaringan tanaman kangkung darat
Akumulasi Timbal pada Kangkung Darat
Gambar 3 menunjukkan akumulasi timbal pada jaringan tanaman kangkung darat. Tanaman kontrol dan semua variasi kangkung darat memperlihatkan kecenderungan yang sama, yakni lebih mengakumulasi timbal di jaringan akar. Berdasarkan Gambar 3(b), dapat terlihat bahwa pada hari ke-15, akumulasi timbal pada kangkung darat variasi A dan variasi C lebih banyak terjadi di bagian batang.
Gambar 3. Tingkat akumulasi Pb pada jaringan tanaman kangkung darat
Pada awal masa pertumbuhannya, tanaman kontrol menyerap timbal paling banyak daripada kangkung darat variasi lainnya. Selain tidak ada interaksi antar unsur-unsur dalam tanah yang dapat memperlambat pengambilan substansi ke dalam tubuh tanaman, kondisi fisik media tanam juga mempengaruhi proses penyerapan logam oleh tanaman. Salah satu parameter yang mempengaruhi proses penyerapan unsur kimia oleh tanaman dari dalam tanah adalah pH (Connel, 1995).
Pada minggu pertama penanaman, media tanam tanaman kontrol memiliki pH terendah dibandingkan media tanam variasi lainnya. Logam pada umumnya larut baik pada pH rendah.
Oleh karena itu, timbal sangat mudah diserap oleh tanaman kontrol pada masa awal pertumbuhan. Kondisi pH tanah selama masa penanaman diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Kondisi pH tanah selama masa pertumbuhan kangkung darat
Pengaruh Timbal terhadap Pertumbuhan Kangkung Darat
Perbedaan ukuran jaringan tanaman kontrol dan tanaman dengan media tanam yang diberi penambahan Pb ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5(a) menunjukkan bahwa penambahan Pb menurunkan pertumbuhan batang dan daun kangkung darat. Dalam kurun waktu 2 minggu, tinggi batang dan panjang daun kangkung darat variasi A lebih rendah dibandingkan tanaman kontrol. Walaupun pertumbuhan semua jaringan tanamannya menurun pada minggu pertama, penambahan urea pada media tanam variasi B dapat meningkatkan kembali pertumbuhan kangkung darat. Hal ini terlihat pada Gambar 5(b) di mana setelah hari ke-10, panjang akar dan tinggi batang kangkung darat kembali tumbuh seperti tanaman kontrol.
Gambar 5. Pengaruh Pb terhadap pertumbuhan kangkung darat
Pengaruh Kromium terhadap Akumulasi Timbal pada Kangkung Darat
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Zeng et.al (2008), terbukti bahwa keberadaan logam berat lain di dalam tanah, yaitu Cr dan Cd, memberikan efek terhadap akumulasi timbal di dalam tanaman. Keberadaan ion \(Pb^{2+}\) dan \(Cr_2O_7^{2-}\) di dalam tanah dapat membentuk suatu kesetimbangan logam (Vogel, 1979). Dalam suasana asam, reaksi antara ion \(Pb^{2+}\) dan \(Cr_2O_7^{2-}\) dapat menghasilkan endapan kuning \(PbCrO_4\) yang dapat melarut kembali menjadi ion-ion \(Pb^{2+}\) dan \(Cr_2O_7^{2-}\). Oleh karena itu, penambahan urea dalam media tanam variasi D menjadikan pH tanah menurun sehingga Pb dan Cr tidak diakumulasi di bagian akar melainkan disalurkan ke bagian daun.
Reaksi antara ion Pb<sup>2+</sup> dan Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub><sup>2-</sup> diperlihatkan pada Persamaan 1. Selain melarutkan kembali PbCrO<sub>4</sub>, penambahan pupuk menurunkan akumulasi kromium dalam jaringan tanaman kangkung darat. Penurunan akumulasi kromium akibat penambahan pupuk ditunjukkan pada Gambar 6, di mana terjadi penurunan kadar Cr dalam jaringan tanaman sedangkan akumulasi Pb kembali meningkat. Pb dapat kembali larut karena timbal memiliki kelarutan yang lebih besar dari kromium (Zhao et al., 2009)
\[2PbCrO_4 \downarrow + 2H^+ \rightleftharpoons 2Pb^{2+} + Cr_2O_7^{2-} + 2H_2O\] \[PbCrO_4 \downarrow + 4OH^- \rightleftharpoons [Pb(OH)_4]^{2-} + CrO_4^{2-} \qquad (Persamaan 1)\]
(b) Variasi B Gambar 6. Pengaruh Cr terhadap akumulasi Pb
Sifat Toksik Logam pada Kangkung Darat
Logam berat dapat menimbulkan resiko pada kesehatan makhluk hidup. Tidak hanya pada manusia, tetapi juga pada hewan dan tumbuhan. Logam timbal pada manusia dapat menyebabkan gangguan sistem syaraf, kelumpuhan bahkan kematian (Mulyani, 2012). Beberapa penelitian telah membuktikan bahwa akumulasi timbal di dalam tanaman dapat mengganggu pertumbuhan tanaman tersebut. Timbal pada tanaman dapat menyebabkan kekerdilan dan klorosis (Sharma, 2005).
Pada penelitian ini, pengaruh timbal pada kangkung darat mulai terlihat pada hari ke-10 setelah penanaman pada variasi media tanam. Pengaruh timbal pada kangkung darat terlihat pada bentuk daun kangkung darat Variasi C. Anomali terlihat pada bentuk daun. Bentuk daun kangkung darat pada umumnya sempit dan memanjang. Salah satu daun kangkung variasi C berbentuk lebih bulat dan pada tepian daun bagian bawah terdapat warna noda kuning. Noda kuning diperkirakan adalah PbCrO4 hasil interaksi Pb dan Cr yang terakumulasi di bagian daun.
Faktor Biokonsentrasi dan Faktor Translokasi Timbal pada Kangkung Darat
Tabel 3. menunjukaan nilai faktor biokonsentrasi logam timbal pada kangkung darat setelah berumur 25 hari. Berdasarkan data yang diperoleh, kangkung darat semua variasi memiliki faktor biokonsentrasi di bawah 1 yang mengindikasikan bahwa timbal lebih banyak diakumulasi di jaringan tanaman dari pada di tanah. Faktor biokonsentrasi paling besar adalah variasi D yang dapat mengindikasikan bahwa kangkung darat variasi D mengakumulasi Pb paling sedikit dalam jaringan tanamannya. Perubahan nilai faktor biokonsentrasi berdasarkan waktu ditunjukkan pada Gambar 7.
Tabel 3. Faktor biokonsentrasi Pb pada kangkung darat
| No | Variasi | Rataan Pb dalam Jaringan Tanaman (mg/kg) | Pb dalam Media Tanam (mg/kg) | Faktor Biokonsentrasi |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Variasi A | 231,07 | 727,78 | 0,32 |
| 2 | Variasi B | 241,86 | 739,64 | 0,33 |
| 3 | Variasi C | 245,21 | 727,91 | 0,34 |
| 4 | Variasi D | 236,29 | 661,88 | 0,36 |
Gambar 7. Nilai Faktor Biokonsentrasi Pb pada Kangkung Darat
Tabel 4 menunjukkan nilai faktor translokasi logam timbal pada kangkung darat. Berdasarkan data yang diperoleh, kangkung darat variasi A, C dan D memiliki faktor translokasi > 1 yang mengindikasikan bahwa timbal lebih banyak dialokasikan ke bagian daun dibandingkan ke bagian akar. Hal ini sesuai dengan hasil pengukuran di mana kangkung darat variasi A dan C lebih banyak mengakumulasi Pb di bagian batang. Kangkung darat variasi B memiliki faktor translokasi < 1 yang mengindikasikan bahwa timbal lebih banyak teralokasi di bagian akar.
Tabel 4. Faktor Translokasi Pb pada Kangkung Darat
| No | Variasi | Pb dalam daun (mg/kg) | Pb dalam akar (mg/kg) | Faktor Translokasi |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Variasi A | 77,55 | 78,45 | 1,01 |
| 2 | Variasi B | 81,13 | 82,11 | 0,99 |
| 3 | Variasi C | 77,87 | 78,17 | 1,06 |
| 4 | Variasi D | 79,87 | 78,25 | 1,03 |
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil karakterisasi awal, sampel tanah lahan pertanian di sekitar kawasan industri Leuwigajah, Kecamatan Cimahi Selatan telah tercemar logam timbal. Konsentrasi terukur sampel tanah adalah ± 649 mg kg-1 ppm timbal dan ± 28 mg kg-1 kromium. Pencemaan tanah di wilayah studi terjadi akibat akumulasi timbal yang berasal dari air sungai.
Selama 2 minggu pertama masa pertumbuhan, kangkung darat semua variasi memiliki kemiripan pola pertumbuhan dengan tanaman kontrol. Pengaruh penambahan logam ke dalam media tanam teramati setelah hari ke-20, di mana pertumbuhan kangkung darat semua variasi nampak lebih lambat dibandingkan tanaman kontrol. Pengaruh penambahan logam dalam media tanam juga terlihat pada perbedaan bentuk daun serta terbentuknya noda kuning pada ujung daun tanaman kangkung darat.
Adanya kromium dalam media tanam terbukti menurunkan akumulasi timbal dalam jaringan tanaman kangkung. Walaupun terjadi penurunan tingkat akumulasi timbal pada media tanam yang mengandung kromium, penambahan urea dapat menurunkan akumulasi kromium.
Perhitungan faktor biokonsentrasi menunjukkan bahwa semua variasi kangkung darat lebih banyak mengakumulasi timbal di jaringan tanaman. Kangkung darat variasi D memiliki faktor biokonsentrasi paling tinggi. Penambahan pupuk pada media tanam dapat menurunkan proses transportasi timbal ke bagian daun. Hal ini dibuktikan dengan kangkung darat variasi B yang memiliki faktor translokasi < 1 di mana timbal lebih banyak terakumulasi di bagian akar dari pada di bagian daun.