© 2001  Budi Nugroho                                                                                                                        Posted 7 December  2001   [rudyct] 

Makalah Falsafah Sains (PPs 702)   

Program Pasca Sarjana / S3

Institut Pertanian Bogor

December 2001

 

Dosen:

Prof Dr Ir Rudy C Tarumingkeng (Penanggung Jawab

 

 

EKOLOGI   MIKROBA

PADA  TANAH  TERKONTAMINASI  LOGAM  BERAT

 

 

 

 

 

 

 

Oleh  :

 

Budi Nugroho   

P02600002

E-mail: nug60@yahoo.com

 

 

 

 

 

 

 

PENDAHULUAN

 

           Logam berat adalah komponen alamiah  lingkungan yang mendapatkan perhatian   berlebih akibat ditambahkan ke dalam tanah dalam jumlah yang semakin meningkat dan bahaya yang mungkin ditimbulkan.    Bagaimanapun  logam berat tersebut berbahaya terutama apabila deserap oleh tanaman, hewan atau manusia dalam jumlah besar. Namun demikian beberapa logam berat merupakan unsur esensial bagi tanaman atau hewan

           Istilah logam berat   menunjuk pada logam yang mempunyai berat jenis lebih tinggi dari 5 atau 6 g/cm3.  Namun pada kenyataannya dalam pengertian logam berat ini, dimasukkan pula unsur-unsur metaloid yang mempunyai sifat berbahaya seperti logam berat sehingga jumlah seluruhnya mencapai lebih kurang 40 jenis.   Beberapa  logam berat yang beracun tersebut adalah As, Cd. Cr, Cu, Pb, Hg, Ni,  dan Zn.  (Wild, 1995)

           Pada akhir-akhir ini bahaya yang ditimbulkan oleh logam berat merupakan isu lingkungan yang sangat menonjol.  Berbagai limbah berbahaya saat ini dihasilkan dalam kegiatan manusia,  dan menimbulkan masalah pada penanganannya.  Hal ini terutama karena bentuk limbah  bermacam-macam dan mempunyai kadar yang beragam pula.   Bentuk limbah padat menimbulkan pengaruh relatif lokal, tetapi apabila bentuk limbah limbah cair atau  yang dapat menguap  pengaruhnya lebih luas,  dan lebih  susah dicegah kontaminasinya.   

           Pada dasarnya alam mempunyai mekanisme untuk mengurangi pengaruh negatif penumpukan logam berat  terhadap ekosistem. Namun demikian sering terjadi penumpukan logam berat yang melebihi kemampuan alam untuk memprosesnya. Hal tersebut dapat menimbulkan bahaya secara beruntun, mengingat saling ketergantungan yang terjadi antara komponen-komponen ekosistem.

Tulisan ini mencoba untuk mengupas pengaruh logam berat tersebut terhadap  mikroba dengan   seluruh pengaruh  ekologis  yang terkait.

 

 

SUMBER-SUMBER LOGAM BERAT

 

           Secara alamiah  logam berat dikandung oleh berbagai mineral dalam berbagai batuan penyusun kerak bumi.  Mineral tersebut umumnya adalah mineral kelam yang banyak ditemukan pada batuan basa atau ultra basa.  Berbagai mineral yang mengandung   logam berat tersebut disajikan pada Tabel 1.

           Berdasarkan kenyataan alamiah seperti dikemukakan di atas, maka  di bumi ditemukan pula daerah-daerah yang mempunyai tanah dengan kandungan logam berat cukup tinggi dengan semua implikasi lingkungannya. Tentu saja tanah-tanah tersebut adalah tanah-tanah yang berbahan induk batuan basa atau ultra basa.  Proses alamiah lain yang mungkin menyebarkan logam berat adalah proses volkanik.

Manusia adalah makluk yang paling  bertanggung jawap terhadap peningkatan mobilisasi, perpindahan dan akumulasi logam berat di lingkungan. Melalui berbagai kegiatan industri misalnya, logam berat  masuk ke atmosfer, tanah dan perairan melebihi kemampuan alamiah untuk memprosesnya. Bahan-bahan demikian dikenal sebagai bahan Xenobiotik atau Antropogenik. Logam berat tersebut masuk ke ekosistem tanah dalam bentuk organik maupun inorganik. Beberapa sumber polutan   logam berat yaitu kadnium (Cd)  disajikan pada Tabel 2.

 

Tabel  1.  Beberapa  Mineral yang Mengandung Logam Berat (Mitchell, 1964)

 

No.

Mana Mineral

Unsur Utama

Unsur Minor

1.

Olivin

Mg, Fe, Si

Ni, Co, Mn, Li, Zn, Cu, Mo

2.

Hornblende

Mg, Fe, Ca, Al, Si

Ni, Co, Mn, Sc, Li, V, Zn, Cu, Ga

3.

Augit

Ca, Mg, Al, Si

Ni, Co, Mn, Sc, Li, V, Zn, Pb, Cu, Ga

4.

Biotit

K, Mg, Fe, Al, Si

Rb, Ba, Ni, Co, Sc, Li, Mn, V, Zn, Cu, Ga

5.

Anorthit

Ca, Al, Si

Sr, Cu, Ga, Mn

6.

Andesin

Ca, Na, Al, Si

Sr, Cu, Ga, Mn

7.

Oligoklas

Na, Ca, Al, Si

Cu, Ga

8.

Garnet

Ca, Mg, Fe, Al, Si
Mn, Cr, Ga

9.

Ortoklas
K, Al, Si

Rb, Ba, Sr, Cu, Ga

10.

Ilmenit

Fe, Ti

Co, Ni, Cr, V

11.

Magnetit
Fe

Zn, Co, Ni, Cr, V

 

 

 

Tabel  2.  Sumber Polutan Kadnium (Cd)   (Babich dan Stotzky, 1978)

 

Atmosfer

Tanah

Perairan

Penambangan dan Pengo-lahan  bahan Tambang

Endapan dari atmosfer

Endapan dari atmosfer

Peleburan

Debu

Debu

Galvanisasi

Air limbah tambang

Air limbah tambang

Pabrik pewarna

Pupuk limbah lumpur

Air buangan prosesing limbah

Pabrik baterai

Pupuk Superfosfat

Limbah cair industri

Electroplating

Pestisida

Limbah cair dari TPA

Industri amalgamasi

 

 

Industri pupuk

 

 

Pembakaran bahan bakar fosil

 

 

Pemakaian ban mobil

 

 

Penggunaan pestisida

 

 

Pembakaran

 

 

Industri Baja

 

 

Asap rokok

 

 

Proses pelapukan

 

 

 

           Berdasarkan tabel di atas terlihat bahwa kegiatan pertanian berpeluang memberikan  andil terhadap polusi logam berat.  Berbagai bahan untuk kegiatan pertanian mengandung logam berat.  Sebagai contoh bahan tersebut adalah fungisida,  herbisida, insektisida,  pupuk fosfat, penggunaan bahan bakar fosil dalam usaha pertanian dsb.

 

 

SIFAT  KIMIA  LOGAM  BERAT  DAN  IMPLIKASI  LINGKUNGANNYA

 

           Berbagai reaksi terjadi terhadap logam berat setelah bahan tersebut mencapai tanah atau lingkungan lainnya.  Reaksi tersebut  dapat terjadi  dengan senyawa inorganik atau senyawa organik.  Berbagai kemungkinan reaksi yang terjadi terhadap logam berat di dalam tanah adalah  (Babich dan Stotzky, 1978) 

1.                  Membentuk senyawa larut, komples dari berbagai macam molekul;

2.                  Presipitasi atau kopresipitasi

3.                  Terinkorporasi kedalam struktur mineral;

4.                  Terakumulasi atau terfiksasi  ke dalam bahan biologi;

5.                  Dikompleks dengan agen pengkhelat;

6.                  Diadsobsi dalam mineral liat atau koloid organik.

           Berbagai faktor lingkungan berpengaruh terhadap  logam berat.  Faktor-faktor tersebut adalah : kemasaman tanah,  bahan organik,  suhu, tekstur, mineral liat, kadar unsur lain Cu, Cd, Mg, Pb, Zn, Mg dsb.

Tingkat ketersediaan logam berat tergantung pada pH lingkungan.    Menurut Babich dan Stotzki, (1978)  pada pH dibawah 8 Cd misalnya terdapat terutama dalam bentuk bebas, Cd+2 dan Cd (OH)+ mulai terbentu pada pH 7 – 7.5, sedangkan Cd (OH)2  mulai terbentuk pada pH 9.0. Klein dan Trayer (1995) mengemukakan bahwa pH adalah faktor penting yang menentukkan tranformasi logam.  Penurunan pH secara umum meningkatkan ketersediaan logam berat kecuali Mo dan Se.

           Pengaruh bahan organik terhadap logam berat berkaitan dengan pembentukan senyawa kompleks antara bahan organik dengan logam tersebut. Stabilitas khelat organik dengan beragam kation bervalensi dua mengikuti urutan :  Pb > Cu > Ni > Co > Zn > Cd > Fe > Mn. Kekuatan ikatan ini akan mempengaruhi kelarutan logam berat yang selanjutnya mempengaruhi mikroba tanah. (Babich dan Stotzki, 1978).

           Makin halus tekstur makin tinggi kekuatan   untuk mengikat logam berat. Oleh karena itu tanah yang bertekstur liat mempunyai kemampuan untuk mengikat logam berat lebih tinggi dari tanah berpasir.  Jenis mineral liat juga berpengaruh terhadap pengikatan logam berat oleh tanah.  Umumnya kemampuan mengikat logam berat vermikulit >  illit > montmorillonit > kaolinit (Babich dan Stotzki, 1978).  

           Logam berat mungkin diabsorbsi dan diakumulasikan dalam jaringan hidup.  Kemampuan beberapa logam berat dalam berikatan dengan asam amino mengikuti arutan sebagai berikut : Hg > Cu > Ni > Pb > Co > Cd.  Cadnium misalnya menunjukkan afinitas terhadap porfirin, purine, systein, histidin dsb. . (Babich dan Stotzki, 1978).

           Logam berat juga diakumulasikan dalam biota.  Urutan afinitas plankton terhadap logam bervalensi dua adalah : Zn > Pb > Cu > Mn > Co > Ni > dan Cd, sedangkan ganggang  adalah Pb > Mn > Zn > Cu , Cd > Co > Ni. (Babich dan Stotzki, 1978).

           Organisme yang pertama terpengaruh akibat penambahan polutan logam berat ke tanah  atau habitat lainya adalah  organisme dan tanaman yang tumbuh di tanah atau habitat tersebut.  Dalam ekosistem alam terdapat interaksi antar organisme baik  hubungan tersebut interaksi positif maupun interaksi negatif yang menggambarkan   bentuk-bentuk transfer energi antar populasi dalam komunitas tersebut.  Dengan demikian pengaruh logam berat tersebut  pada akhirnya akan mencapai hirarki rantai makanan tertinggi yaitu manusia.  Kasus yang sangat terkenal dari  keracunan logam berat (Hg) terhadap manusia adalah yang terjadi di Teluk Minamata, Jepang.

 

 

 

PENGARUH  LOGAM  BERAT  TERHADAP  MIKROBA  TANAH

 

Ketahanan mikroba tanah terhadap logam berat berbeda-beda tergantung pada mekanisme yang dipunyai mikroba untuk menyesuaikan diri terhadap polusi dan tergantung pada kondisi lingkungan tempat organisme tersebut tumbuh.  Beberapa urutan tingkat meracun logam berat terhadap organisme tanah disajikan pada Tabel  3.

 

Tabel   3.  Urutan  Tingkat Meracun Logam Berat terhadap Mikroba Tanah (Babich dan Stotzki, 1978)

 

No.

Organisme

Spesies

Urutan Tingkat Meracun

1.

Fungi

-

 Cu > Cd > Pb > Zn

2.

Kamir

Hansenula anomala

Ag > Hg > Co > Ni > Cd

 

 

Sacharomyces  cerevisiae

Cd > Ag > Hg > Cu > Ni

3

Bakteri

Escherichia  coli

Hg > Cd > Al > Pb > Co > Fe

4.

Ganggang

Dunaliella viridis

Hg > Cu > Ni > Cd > Pb

 

 

Porphyridium  marinum

Hg > Cu > Cd > Pb

 

 

Tetraselmis pseudonana

Hg > Cd > Cu > Pb

5.

Lichen

-

Co > Zn = Ni > Cu > Pb > Fe

 

          

Tabel di atas menunjukkan bahwa ketahanan mikroba terhadap logam berat bervariasi dalam kelompok organisme, genus maupun spesies di dalam genus yang sama.  Pengaruh logam berat terhadap mikroba tersebut terlihat pada beberapa tahap dalam daur kehidupannya.  Pada fungi pengaruh tersebut terlihat pada tahap pembentukan miselium, pembentukan badan buah maupun pada proses perkecambahan  spora.  Pada kamir (yeast)   dapat berupa meningkatnya kegiatan lipolitik, meningkatnya respirasi akibat berkurangnya penghambatan oleh sistein. Pada bakteri pengaruh tersebut dapat terlihat pada  penurunan dan perpanjangan laju pertumbuhan, penundaan perkembang-biakan dsb. (Babich dan Stotzki, 1978;  Klein dan Trayer, 1995)

           Pengaruh  logam berat terhadap mikroba dalam lingkungan hidupnya dapat terekspresi dalam berbagai bentuk antara lain :  perubahan populasi mikroorganisme pada satu komunitas,  menurunnya karbon mikroba,    meningkatnya respirasi tanah, munculnya mikroba resisten, dan lain sebagainya.  Pengaruh terhadap mikroba tersebut di atas selanjunya akan memberikan pengaruh terhadap lingkungan hidupnya seperti menurunnya “Turn Over”, menumpuknya sampah di tanah,  menurunya laju penyediaan hara dari bahan organik, berkembangnya patogen dsb.

 

Perubahan Populasi Mikroba.

          

           Penambahah  bahan mengandung logam berat seperti limbah lumpur (sewage sludge) ke dalam tanah mengubah populasi  mikroba.  Frostegard, Tunlip dan Baath. (1995) mengukur pengaruh Zn terhadap populasi mikroba dengan  analisis fosfolipida dengan ekstraksi asam lemak (Phospholipid Fatty Acid = PLFA) dan diolah dengan analisis komponen utama (PCA = principal component analysis) mendapatkan bahwa terjadi peningkatan relatif biomas fungi dan aktinomisetes  dan penurunan biomas bakteri.  Hasil percobaan  Fließbach,  Martens dan Reber (1994) dengan metode inhibitor selektif mengasilkan data seperti  disajikan pada Tabel  4.

 

Tabel 4.  Kontribusi  Bakteri dan Fungi  pada Dekomposisi Senyawa yang diberi Inhibitor Sikloheksamid dan Streptomisin.

 

Dosis Lumpur Limbah

Bakteri (%)

Fungi (%)
Tanah Pertanian

 

 

Tanpa limbah

22.0

78.0

100 m3, logam rendah

15.4

84.6

100 m3, logam tinggi

17.1

82.9

300 m3, logam rendah