Kata Kunci: bioavailabilitas, logam berat, mobilitas, sayuran, spesiasi, tingkat aman konsumsi

Transkripsi

1 ABSTRAK SPESIASI DAN BIOAVAILABILATAS LOGAM BERAT DALAM TANAH DAN AKUMULASINYA DALAM SAYURAN SEBAGAI DASAR PENENTUAN TINGKAT AMAN KONSUMSI Sayuran merupakan sumber serat alami dan mengandung mineral, vitamin, karbohidrat, dan protein sehingga sangat penting dalam diet. Sebagian besar sayuran telah dilaporkan terkontaminasi logam berat terutama yang dihasilkan dari tanah tercemar akibat aplikasi agrokimia dan aktivitas manusia lainnya. Konsentrasi, jenis, bioavailabilitas, dan mobilitas logam berat dalam tanah menjadi faktor pengendali terakumulasinya di dalam sayuran. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan tingkat aman konsumsi sayuran yang dihasilkan dari sentra produksi sayuran Candikuning, Bedugul berdasarkan spesiasi, bioavailabilitas, mobilitas logam berat dalam tanah serta logam berat total dalam tanah dan sayuran. Metode ekstraksi bertahap (sequential extraction method) dan metode digesti (digestion method) digunakan untuk memfraksinasi dan mengekstraksi logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn untuk penentuan spesiasi dan logam total. Analisis kandungan logam berat diukur menggunakan AAS-Nyala (flame-atomic Absorption Spectrometer). Tanah untuk budidaya tomat, selada, prei, kentang, dan wortel di daerah Candikuning, Bedugul tidak tercemar oleh Pb, Cr, dan Zn, tetapi tercemar oleh Cu dan Cd. Kandungan logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn total dalam berbagai tanah sayuran tersebut berturut-turut pada kisaran 27,95 ± 0,91 102,25 ± 1,31 mg/kg, 112,76 ± 2,49 179,66 ± 3,18 mg/kg, 4,59 ± 0,38 16,20 ± 0,25 mg/kg, 5,51 ± 0,84 36,47 ± 0,92 mg/kg, dan 110,29 ± 9,36 238,50 ± 13,56 mg/kg untuk tanah sebelum penanaman dan 18,33 ± 0,81 63,05 ± 1,60 mg/kg, 81,19 ± 2,30 140,06 ± 1,89 mg/kg, 4,59 ± 0,38 10,32 ± 0,32 mg/kg, 3,52 ± 0,65 18,07 ± 1,25 mg/kg, dan 84,83 ± 6,54 69,23 ± 6,77 mg/kg untuk tanah saat panen sayuran. Kandungan logam berat total dalam tanah sebelum penanaman lebih tinggi daripada saat panen sayuran. Logam berat tersebut dominan sebagai spesies terikat pada bahan organik dan berpotensi bioavailable, kecuali Zn. Bioavailabilitas dan mobilitas berbeda antar logam berat dan logam yang paling bioavailable adalah Pb dan Cr, sedangkan yang paling kurang bioavailable adalah Cu. Semakin tinggi kandungan logam total dalam tanah, semakin banyak logam tersebut yang bioavailable, kecuali Cu. Begitu juga, semakin banyak logam yang bioavailable, semakin tinggi akumulasinya dalam tanaman, kecuali Zn dan Cu. Edible part sayuran tomat, selada, prei, kentang, dan wortel mengakumulasi Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn berturut-turut pada kisaran 0,43 ± 0,01 19,64 ± 0,04 mg/kg, 6,56 ± 0,15 17,47 ± 0,02 mg/kg, 0,09 ± 0,01 0,46 ± 0,00 mg/kg, 0,54 ± 0,01 1,72 ± 0,01 mg/kg, dan 14,16 ± 0,30 82,08 ± 0,11 mg/kg. Kandungan logam Pb, Cd, dan Cr dalam edible part sayuran tersebut melebihi batas maksimum yang ditetapkan oleh FAO/WHO, sedangkan Cu dan Zn masih jauh di bawah batas maksimum yang diperbolehkan. Tingkat aman konsumsi sayuran relatif tinggi dengan nilai HRI total <1, kecuali selada yang sangat berisiko terhadap kesehatan (HRI total >1) akibat pengaruh akumulasi logam Pb, sehingga tidak aman untuk dikonsumsi. Kata Kunci: bioavailabilitas, logam berat, mobilitas, sayuran, spesiasi, tingkat aman konsumsi viii

2 ABSTRACTS SPECIATION AND BIOAVAILABILITY OF HEAVY METALS IN SOILS AND THEIR ACCUMULATION IN VEGETABLES AS A BASIC IN DETERMINING THE CONSUMPTION SAVE LEVELS Vegetables are a source of natural fibers and contain minerals, vitamins, carbohydrates, and protein, so that they play an important role in fulfilling the human dietary needs. Most vegetables have been reported to be contaminated by heavy metals, especially the vegetables produced from polluted soils or from the soils that are frequently treated with agrochemicals. Concentrations, types, bioavailability, and mobility of heavy metals in the soils are the factors controlling the accumulation of the metals in the edible part of vegetables. This study aimed to determine the safe level consumption of vegetables produced from the vegetable production center of Candikuning, Bedugul based on the speciation, bioavailability, and mobility of heavy metals in soils, as well as the total concentrations in the soils and in various selected vegetables. Sequential extraction and digestion methods were applied for fractionation and extraction of Pb, Cu, Cd, Cr, and Zn from the soils for determining the species of the metals as well as the total metals. The analysis of the metals was performed by the use of flame-aas (Atomic Absorption Spectrometer). The soils for cultivating tomatoes, lettuce, leek, potatoes, and carrots in Candikuning area of Bedugul were not polluted by Pb, Cr, and Zn, but they were polluted by Cu and Cd. The total of Pb, Cu, Cd, Cr, and Zn contained in the soils before vegetables planting were found in the ranged of 27.95± ±1.31 mg/kg, ± ±3.18 mg/kg, 4.59± ±0.25 mg/kg, 5.51± ±0.92 mg/kg, and ± ±13.56 mg/kg, respectively, whereas at the time of vegetables harvesting were in the range of 18.33± ±1.60 mg/kg, 81.19± ±1.89 mg/kg, 4.59± ±0.32 mg/kg, 3.52± ±1.25 mg/kg, and 84.83± ±6.77 mg/kg, respectively. The total heavy metals contents found were higher in the soil before planting than those in the soils at the harvesting time. Generally, the heavy metals in the soils were dominated by the species bound to organic matter which was potentially bioavailable, except Zn. Bioavailability and mobility of single metal was different. Pb and Cr were found to be the most bioavailable metals, while Cu was the least. With the exception of Cu, the higher the concentration of heavy metal in the soil, the more the metal bioavailable was. Likewise, the more the bioavailable metal, the higher the accumulation in plant was, except for Zn and Cu. The edible part of tomatoes, lettuce, leek, potatoes, and carrots accumulated Pb, Cu, Cd, Cr, and Zn in the range of 0.43± ±0.04 mg/kg, 6.56± ±0.02 mg/kg, 0.09± ±0.00 mg/kg, 0.54± ±0.01 mg/kg, and 14.16± ±0.11 mg/kg, respectively. All metals except Cu and Zn in the edible parts of the vegetables exceeded the maximum limit recommended by FAO/WHO. The consumption safe level of vegetables was relatively high with the value of HRI total < 1, except for lettuce was the most unsafe (HRI total > 1) and very risky to health resulted from the effect of Pb accumulation. Keywords: bioavailability, heavy metals, mobility, safe level, speciation, vegetables. ix

3 RINGKASAN SPESIASI DAN BIOAVAILABILATAS LOGAM BERAT DALAM TANAH DAN AKUMULASINYA DALAM SAYURAN SEBAGAI DASAR PENENTUAN TINGKAT AMAN KONSUMSI Sayuran merupakan sumber serat alami dan mengandung mineral, vitamin, karbohidrat, dan protein sehingga sangat penting dalam diet. Sebagian besar sayuran dilaporkan telah tercemar bahan-bahan kimia berbahaya yang berasal dari pencemaran lingkungan, sehingga keamanan konsumsi sayuran perlu mandapat perhatian agar tidak membahayakan kesehatan manusia. Logam berat merupakan salah satu racun yang sering mengkontaminasi sayuran yang dihasilkan baik dari pertanian yang tercemar maupun pertanian yang mengaplikasikan agrokimia. Konsentrasi, jenis, bioavailabilitas, dan mobilitas logam berat dalam tanah menjadi faktor kendali terjadinya akumulasi logam berat dalam tanaman seperti sayuran. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan tingkat aman konsumsi sayuran yang dihasilkan dari sentra produksi sayuran Candikuning, Bedugul berdasarkan spesiasi, bioavailabilitas, mobilitas logam berat dalam tanah serta logam berat total dalam tanah dan sayuran. Penentuan spesiasi, bioavailabilitas, dan mobilitas logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn digunakan metode ekstraksi bertahap (sequential extraction method), sedangakan penentuan logam total digunakan metode digesti (digestion method) dengan reverse aqua regia yaitu campuran asam klorida dan asam nitrat (1:3) dalam ultrasonic bath (60 o C, 45 menit) dan dilanjutkan dengan pemanasan di atas hotplate (140 o C, 45 menit). Analisis kandungan logam berat dilakukan dengan pengukuran pada AASnyala (flame-atomic Absorption Spectrometer) Merk Shimadzu AA Tanah untuk budidaya tomat, selada, prei, kentang, dan wortel dari tanah pertanian Candikuning, Bedugul tidak tercemar oleh Pb, Cr, dan Zn, tetapi agak tercemar oleh Cu dan tercemar hingga sangat tercemar oleh logam Cd. Kandungan logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn total dalam berbagai tanah sayuran tersebut berturutturut pada kisaran 27,95 ± 0,91 102,25 ± 1,31 mg/kg, 112,76 ± 2,49 179,66 ± 3,18 mg/kg, 4,59 ± 0,38 16,20 ± 0,25 mg/kg, 5,51 ± 0,84 36,47 ± 0,92 mg/kg, dan 110,29 ± 9,36 238,50 ± 13,56 mg/kg untuk tanah sebelum penanaman dan 18,33 ± 0,81 63,05 ± 1,60 mg/kg, 81,19 ± 2,30 140,06 ± 1,89 mg/kg, 4,59 ± 0,38 10,32 ± 0,32 mg/kg, 3,52 ± 0,65 18,07 ± 1,25 mg/kg, dan 84,83 ± 6,54 169,23 ± 6,77 mg/kg untuk tanah saat panen sayuran. Kandungan logam berat total dalam tanah sebelum penanaman lebih tinggi daripada saat panen sayuran. Secara umum, logam berat dalam tanah tersebut dominan terikat pada bahan organik sebagai spesies oxidisable dan berpotensi bioavailable, kecuali Zn. Bioavailabilitas dan mobilitas berbeda antar logam berat dan logam yang paling bioavailable adalah Pb dan Cr (27 dan 29%), sedangkan yang paling bioavailable adalah Cu (20%). Semakin tinggi kandungan logam total dalam tanah, semakin banyak logam tersebut yang bioavailable, kecuali Cu. Begitu juga, semakin banyak logam yang bioavailable, semakin tinggi akumulasinya dalam tanaman, kecuali Zn dan Cu. Edible part sayuran tomat, selada, prei, kentang, dan wortel mengakumulasi Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn berturut-turut 0,43 ± 0,01 19,64 ± 0,04, mg/kg, 6,56 ± 0,15 17,47 ± 0,02 mg/kg, 0,09 ± 0,01 0,46 ± 0,00 mg/kg, 0,54 ± 0,01 1,72 ± 0,01 mg/kg, dan 14,16 ± 0,30 82,08 ± 0,11 mg/kg. Kandungan logam Pb, Cd, dan Cr dalam edible part sayuran tersebut melebihi batas maksimum yang ditetapkan oleh x

4 FAO/WHO, sedangkan Cu dan Zn masih jauh di bawah batas maksimum yang diperbolehkan. Tingkat aman konsumsi sayuran relatif tinggi dengan nilai HRI total <1, kecuali selada yang sangat berisiko terhadap kesehatan (HRI total >1) akibat pengaruh akumulasi logam Pb, sehingga tidak aman untuk dikonsumsi. xi

5 DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM... PRASYARAT GELAR LEMBAR PERSETUJUAN PENETAPAN PANITIA PENGUJI HALAMAN SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT... UCAPAN TERIMAKASIH ABSTRAK... ABSTRACT. RINGKASAN.. DAFTAR ISI DAFTAR TABEL.... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN, DAN ISTILAH.... DAFTAR LAMPIRAN i ii iii iv v vi viii ix x xii xvi xvii xix xxi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Tujuan Umum Tujuan Khusus Manfaat Penelitian Manfaat Akademik Manfaat Praktis BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pencemaran Tanah pertanian Logam Berat Logam Berat Timbal (Pb) Logam Berat Kadmium (Cd) Logam Berat Tembaga (Cu) Logam Berat Kromium (Cr) Logam Berat Seng (Zn) Bioavailabilitas dan Spesiasi Logam Berat Bioavailabilitas Logam Dalam Tanah Spesiasi Logam Berat Dalam Tanah Sayuran Tomat (Lycopersicum Esculentum Mill) Wortel (Daucus corata L) Kentang (Solanum tuberosum, L) Selada (Lactuca sativa L.) Prei atau Bawang Daun (Allium fistulosum L.) 47 xii

6 2.5 Metode Digesti (Digestion method) Logam Berat Tingkat Aman Konsumsi Sayuran Asupan Logam Perhari (DIM, daily intake of metals) Indeks Risiko Kesehatan (HRI, health risk index) BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN Kerangka Berpikir Konsep Penelitian Hipotesis BAB IV METODE PENELITIAN Rancangan Penelitian Lokasi dan Waktu Penelitian Lokasi Pengambilan Sampel dan Tempat Penelitian Waktu Pelaksanaan Penelitian Ruang Lingkup Penelitian Penentuan Sumber Data Populasi dan Sampel Kriteria Sampel Besar Sampel Besar sampel tanah Besar sampel Sayur Teknik Pengambilan sampel Variabel Penelitian Identifikasi dan Klasifikasi Variabel Definisi Operasional Variable Bahan Penelitian Bahan Sampel Bahan Kimia Instrumen Penelitian Prosedur Penelitian Observasi Pendahuluan Tahap Persiapan Penelitian Pengambilan Sampel Pengambilan sampel tanah I Pengambilan sampel tanah II Pengambilan sampel tanaman sayuran Pengumpulan data pendukung Perlakuan Sampel Penyiapan Sampel Analisis logam total pada tanah dan xiii

7 sayuran Ekstraksi bertahap (sequential extraction) Penentuan Konsentrasi Logam Pb, Cd, Cu, Cr, dan Zn Dengan AAS Analisis Data.. 80 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Fisiko-Kimia Tanah dan Kandungan Logam Berat Total dalam Berbagai Tanah Sayuran Candikuning, Bedugul Karakteristik Fisiko-kimia Tanah Kandungan Logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn Total dalam Tanah Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran Perbedaan Kandungan Logam Total Sebelum penanaman dan Saat Panen Sayuran Spesiasi Logam Berat dalam Berbagai Tanah Sayuran Sebelum dan Saat Panen Sayuran Spesiasi Logam Berat dalam Tanah Sebelum Penanaman Sayuran Spesiasi Logam Berat dalam Tanah Saat Panen Sayuran Bioavailabilitas Logam Berat dalam Berbagai Tanah Sayuran Bioavailabilitas logam Pb dalam tanah sayuran Bioavailabilitas logam Cu dalam tanah sayuran Bioavailabilitas logam Cd dalam tanah sayuran Bioavailabilitas logam Cr dalam tanah sayuran Bioavailabilitas logam Zn dalam tanah sayuran Mobilitas Logam Berat Dalam Berbagai Tanah Sayuran Hubungan Antara Bioavailabilitas Logam Berat Dengan Logam Total Dalam Tanah dan Tanaman Sayuran Hubungan antara bioavailabilitas logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dengan logam total dalam tanah sayuran Hubungan antara bioavailabilitas logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dengan logam total dalam tanaman sayuran Kandungan Logam Berat Dalam Edible Part Berbagai Jenis Sayur Hasil Pertanian di Daerah Candikuning, Bedugul Tingkat Aman dan Batas Maksimum Konsumsi Sayuran yang Dihasilkan Dari Sentra Produksi Sayuran Candikuning, Bedugul Tingkat Aman Konsumsi Sayuran xiv

8 5.7.2 Batas Maksimum Konsumsi Sayuran (g/hari) Berdasarkan Berat Badan Pembahasan Umum 158 Kebaruan (Novelty) Hasil Penelitian. 162 BAB VI SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN- LAMPIRAN. 176 xv

9 DAFTAR TABEL Halaman 2.1 Kandungan Logam Berat Dalam Pupuk Anorganik dan Organik Kandungan Logam Berat Total Dalam Beberapa Jenis Sayuran Hasil Pertanian Sentra Produksi Sayuran Wilayah Candikuning, Bedugul Kandungan Zat Gizi Buah Tomat Masak Tiap 100 g Komposisi Kimia Wortel Tiap 100 g Bahan Komposisi Kimia Umbi Kentang Tiap 100 g Bahan Kandungan Kimia Selada Tiap 100 g Bahan Kandungan Kimia Bawang Daun/Prei Tiap 100 g Bahan Daftar Larutan Pengekstrak yang Digunakan pada Setiap Tahap Dalam Ekstraksi Bertahap dan Fase Tanah yang Terekstraksi Karakteristik Fisiko-kimia Tanah Pertanian Sebelum dan Saat Panen Sayur Pesen Perolehan Kembali Logam Berat dalam SRM (AGAL-10) Kandungan Logam Berat Total dalam Berbagai Tanah Sayuran Kandungan Rata-rata Logam Berat dalam Pupuk, Pestisida, dan Air Irigasi Kandungan Logam Berat Total (mg/kg) dalam Seluruh Bagian Tanaman Sayuran dan Selisih Konsentrasi Logam Berat dalam Tanah Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran Deskripsi dan Kekuatan Ikatan Logam Berat Dalam Fase Tanah Setiap Fraksi Spesiasi Logam Berat dalam Tanah Sebelum Penanaman Sayuran Signifikansi Korelasi Logam Berat Total dan Logam Bioavailable Signifikansi Korelasi Logam Berat Dalam Sayuran dan Logam Bioavailable Kandungan Logam Berat Dalam Edible Part Berbagai Jenis Sayuran Pola Penyebaran dan Akumulasi Logam Berat dalam Tanah dan Sayuran Nilai HRI Orang Dewasa dan Anak-anak terhadap Akumulasi Logam Berat Dalam Edible Part Berbagai Jenis Sayuran 155 xvi

10 DAFTAR GAMBAR Halaman 3.1 Skema Kerangka Berpikir Konsep penelitian Diagram Alir Aktivitas Penelitian Laboratorium Skema Tahapan Penelitian Peta Lokasi Pengambilan Sampel Teknik Pengambilan Sampel Tanah Lahan Sayur Linieritas dan Koefisien Regresi Analisis Logam Berat Dalam SRM AGAL-10) a Kandungan Logam Berat Pb Dalam Tanah Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran b Kandungan Logam Berat Cu Dalam Tanah Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran c Kandungan Logam Berat Cd Dalam Tanah Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran d Kandungan Logam Berat Cr Dalam Tanah Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran e Kandungan Logam Berat Zn Dalam Tanah Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran Fraksinasi Logam Berat Dalam Tanah Sebelum Penanaman Sayuran Spesiasi Logam Berat Dalam Berbagai FaseTanah Sebelum Penanaman Sayuran Spesiasi Logam Berat Dalam Tanah Saat Panen Sayuran Bioavailabilitas Logam Pb Dalam Berbagai Tanah Sayuran Bioavailabilitas Logam Cu Dalam Berbagai Tanah Sayuran Bioavailabilitas Logam Cd Dalam Berbagai Tanah Sayuran Bioavailabilitas Logam Cr Dalam Berbagai Tanah Sayuran Bioavailabilitas Logam Zn Dalam Berbagai Tanah Sayuran Bioavailabilitas Logam Berat Dalam Berbagai Tanah Sayuran Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran Potensi Bioavailabilitas Logam Berat Dalam Berbagai Tanah Sayuran Sebelum Penanaman dan Saat Panen Sayuran Mekanisme Pembentukan Kompleks Logam-organik Antara Ion Logam Dengan Gugus Fungsi pada Zat-zat Humat Mobilitas Logam Berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn Dalam Berbagai Tanah Sayuran Hubungan Antara Logam Total Dengan Bioavailabilitas Logam Berat xvii

11 Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn Dalam Berbagai Tanah Sayuran Hubungan Antara Logam Total Dalam Tanaman Sayuran Dengan Bioavailabilitas Logam Berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn Dalam Berbagai Tanah Sayuran Kandungan Logam Pb Dalam Ebible Part Berbagai Sayuran yang Dihasilkan Dari Sentra Produksi Sayuran Candikuning, Bedugul Kandungan Logam Cu dan Zn Dalam Ebible Part Berbagai Sayuran yang Dihasilkan Dari Sentra Produksi Sayuran Candikuning, Bedugul Kandungan Logam Cd dan Cr Dalam Ebible Part Berbagai Sayuran yang Dihasilkan Dari Sentra Produksi Sayuran Candikuning, Bedugul Batas Maksimum Konsumsi Sayuran Menurut Berat Badan xviii

12 DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG SINGKATAN AAS : Atomic Absorption Spectrophotometer Bio : Bioavailable BMR : Batas Maksimum Residu BPOM : Badan Pengawas Obat dan Makanan C : Carbon (Karbon) Dfi : Daily food intake DIM : Daily Intake Metals dpl : di atas permukaan laut EDTA : Ethilen Diamine Tetra Acetate EFLE : Easily, Freely, Leachable, and Exchangeable F1-F4 : Fraksi 1-Fraksi 4 FAO : Food Association Organozation FRG : Federal Republic of Germany g : gram GLC : Greater London Council HCl : Hydrogen chloride Ha : Hektar Ho : Hipotesis nol HRI : Health Risk Index IB : Indeks Bioavailabilitas ICRP : International Commission on Radiological Protection K : Kalium KA : Kadar Air KB : Kejenuhan Basa kg : kilogram KTK : Kapasitas Penukar Kation KU : Kering udara Lb : Lempung berpasir Llb : Lempung liat berpasir m : meter mg : milligram mg/h : miligram per hari mm : milimeter N : Nitrogen NB : Non Bioavailabel NOEL : No Effect Limits P : Posfor xix

13 PB : Potensial Bioavailabel PDAM : Perusahaan Daerah Air Minum PVC : PolyVinil Chloride SB : Sertamerta Bioavailabel SD : Standar Deviasi SEPA : The State Environmental Protection Administration SRM : Standard Reference Material T : Tanah TpD : Tanah pertanian di berbagai belahan Dunia UK : United Kingdom USA : United State of America WHO : World Health Organzation Lambang µ untuk menyatakan satuan mikro < menunjukkan nilai di sebelah kiri lebih rendah daripada nilai sebelah kanan > menunjukkan nilai di sebelah kiri lebih tinggi daripada nilai sebelah kanan menunjukkan nilai di kiri lebih rendah atau sama dengan nilai di kanan menunjukkan nilai di kiri dan di kanan setara ± menunjukkan nilai lebih kurang xx

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Tahapan Penelitian Lampiran 2 Skema Preparasi sampel Lampiran 3 Analisis Logam Total Dalam Tanah Lampiran 4 Skema digesti sampel tanah dan/atau sayur Lampiran 5 Ekstraksi Bertahap (sequential extraction) Lampiran 6 Skema Ekstraksi bertahap (sequential extraction) Lampiran 7 Analisis Logam Berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn Lampiran 7a Analisis Keragaman Kandungan Logam Berat Antar Petak dan Antar Lahan Lampiran 7b Analisis Keragaman Kandungan Logam Berat Antar Lahan. 192 Lampiran 8 Kandungan Logam Berat dalam Berbagai Pupuk Anorganik dan Pestisida Sintetis Serta Air Irigasi Lampiran 8a Bahan Agrokimia dan Frekuensi Penggunaannya pada Setiap Jenis Tanaman Selama Produksi Sayuran Lampiran 9 Spesiasi Logam Berat Dalam Tanah Sayuran. 198 Lampiran 10 Kandungan Logam Berat dalam Bagian Tanaman Berbagai Sayuran Lampiran 11 Perbedaan Bioavailabilitas Logam Berat dalam Berbagai Tanah Sayuran Sebelum Penanaman Lampiran 12 Perbedaan Mobilitas Logam Berat dalam Berbagai Tanah Sayuran 204 Lampiran 13 Hubungan Logam Berat Total dalam Tanah dengan Logam Bioavailable Lampiran 14 Hubungan Logam Berat dalam Tanaman Sayuran dengan Logam Bioavailable Lampiran 15 Kandungan Logam Berat Dalam Edible Part Berbagai Jenis Sayuran dan Uji Anovanya Lampiran 16 Indeks Risiko Kesehatan (HRI, Health Risk Index) xxi

15 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sayuran merupakan sumber serat alami dan mengandung mineral, vitamin, karbohidrat, dan protein. Kandungan tersebut yang menjadikan sayuran mempunyai peran penting dalam melengkapi kebutuhan gizi dan diet di masyarakat. Melihat pentingnya peran sayuran dalam diet, maka perlu mandapat perhatian agar sayuran yang dikonsumsi tidak membahayakan kesehatan manusia terutama akibat dari kontaminasi cemaran bahan-bahan kimia berbahaya yang umumnya berasal dari tanah pertanian atau perkebunan yang tercemar. Kawasan Bedugul, meliputi Desa Pancasari dan Candikuning, merupakan daerah penghasil sayur-sayuran yang cukup besar di Bali dan sayuran yang diproduksi di wilayah ini diharapkan mampu memenuhi kebutuhan baik industri pariwisata maupun pasar tradisional dan modern. Dengan semakin meningkatnya kebutuhan sayuran tersebut, maka para petani berusaha meningkatkan produksinya secara kuantitatif dengan aplikasi agrokimia (pupuk anorganik dan pestisida sintetis) secara terus menerus dan intensif tanpa memperhatikan dampaknya terhadap kualitas tanah dan produknya serta kesehatan masyarakat yang mengkonsumsi produksi sayuran tersebut. Peningkatan penggunaan pupuk anorganik dan pestisida sintetis dapat menyebabkan tanah dan tanaman tercemar oleh zat-zat kimia, termasuk logam berat seperti As, Pb, Cd, Cu, Co, Cr, Mo, Sr, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Hg, Ba, Sc, dan Zn, namun beberapa dari unsur-unsur tersebut seperti Cu, Co, Zn, Mn, dan Fe 1

16 2 dalam konsentrasi rendah adalah sebagai unsur hara mikro (Alloway, 1990; Gimeno-Garcia, et al., 1996; Taylor and Percival, 2001; Curtis and Smith, 2002; He et al., 2005; Papafilippaki et al., 2007; Karyadi, 2008). Cemaran yang terdapat pada air irigasi, tanah, dan udara seperti gas buangan dari industri dan kendaraan bermotor serta limbah yang dimanfaatkan sebagai pupuk merupakan sumber lain yang juga memberi kontribusi pada terkontaminasinya tanaman produksi pertanian. Tanaman budidaya seperti sayuran yang diirigasi dengan air limbah secara terus menerus dapat meningkatkan kandungan logam berat dalam edible partnya (Khan et al., 2007; Arora et al., 2008). Tanaman selada yang diberi pupuk anorganik (NPK) dan tanpa pupuk organik mengalami peningkatan kandungan Pb dari 0,110 ppm menjadi 0,140 ppm pada daunnya dan dari 0,120 ppm menjadi 0,248 ppm pada akarnya (Hayati, 2010). Astawan (2008) menemukakan bahwa, sayuran yang ditanam di tepi jalan raya terakumulasi oleh cemaran Pb cukup tinggi yaitu rata-rata 28,78 mg/kg dan ini jauh di atas batas aman yang diijinkan Direktorat Jendral Pengawas Obat dan Makanan (2 mg/kg). Tanaman yang tumbuh pada lingkungan yang tercemar akan mengakumulasi logam berat relatif tinggi sehingga menyebabkan risiko yang serius terhadap kesehatan manusia jika mengkonsumsinya (Alloway, 1990; Voutsa et al., 1996). Okoronkwo et al. (2005) melaporkan bahwa konsentrasi rata-rata logam Pb pada akar dan daun singkong yang dihasilkan dari tanah dengan timbunan limbah berturut-turut 111,75 dan 76,63 mg/kg dan ini menunjukkan bahwa bagian akar dan daun singkong dapat mengakumulasi Pb sangat tinggi. Begitu juga, sayuran yang tumbuh pada tanah tercemar dari

17 3 berbagai sumber, mengandung logam Cd dalam edible part sayuran kubis, wortel, selada, dan lobak berturut-turut: 15,7; 8,71; 18,04; dan 5,51 mg/kg (Alloway et al. (1990)). Temuan ini dapat menyarankan bahwa edible part dari sayuran yang berasosiasi dengan akar dan daun mampu mengakumulasi logam Cd relatif tinggi. Tanaman sayuran yang ditanam pada tanah tercemar seperti tanah dekat peleburan logam dan tanah pertanian yang dialiri air limbah sebagai irigasi, cendrung mengandung logam berat relatif tinggi karena adanya emisi dan distribusi logamlogam berat ke dalam tanah pertanian tersebut (Kachenko and Singh, 2004; Cui et al., 2004; Behbahaninia and Mirbagheri, 2008). Hindersah et al. (2004) juga melaporkan bahwa tanaman tomat yang ditanam pada lahan dengan campuran lumpur limbah domestik menunjukkan adanya hubungan yang positif antara akumulasi logam Pb dan Cd dalam buah tomat dengan dosis lumpur yang diaplikasikan pada lahan tanaman tomat tersebut. Dengan demikian, dosis input yang mengandung logam berat dapat mempengaruhi akumulasi logam tersebut dalam tanaman. Logam-logam berat di lingkungan daerah pertanian merupakan ancaman bagi kesehatan manusia dan hewan mengingat sifatnya yang persisten atau bertahan dan bioakumulatif (Yap et al., 2009). Logam berat yang berada dalam tanah pertanian berpotensi untuk diserap oleh tanaman yang tumbuh pada tanah tersebut dan terakumulasi dalam bagian-bagian tanaman seperti buah, daun, batang, dan akar sesuai dengan daya akumulasi masing-masing bagian tanaman tersebut. Akumulasi logam Pb pada tanaman kangkung lebih tinggi terdapat pada bagian akarnya dibandingkan dengan bagian lainnya (Kohar et al., 2005).

18 4 Alloway (1995) menyatakan bahwa konsentrasi, jenis, dan mobilitas logam dalam tanah menjadi faktor pengendali terakumulasinya logam-logam tersebut di dalam tanaman. Tanaman seperti sayuran yang tercemar logam berat melebihi batas toleransi dapat menyebabkan keracunan bila dikonsumsi oleh manusia maupun hewan (Widowati, 2011). Keracunan akibat mengkonsumsi sayuran yang tercemar, merupakan isu yang sangat penting sehingga menyita perhatian para peneliti terhadap risiko-risiko yang berkaitan dengan konsumsi sayur-sayuran yang terkontaminasi oleh pestisida, logam berat, dan atau toksin (Khan et al., 2009). Informasi di atas dapat digunakan sebagai acuan dalam mewaspadai sayuran yang dihasilkan dari pertanian/perkebunan di kawasan Bedugul, terutama di sentra produksi sayuran Candikuning. Sayuran yang dihasilkan tersebut ada kecendrungan terakumulasi logam-logam berat, karena menurut keterangan ketua kelompok tani di wilayah tersebut, pupuk anorganik (seperti pupuk KCl, super fosfat, dan lain-lain) dan pestisida (seperti fungisida dan insektisida) sintetis selalu diaplikasikan selama proses produksi. Adanya cemaran pestisida, logam berat, nitrat, nitrit, dan sulfat dalam danau seperti hasil penelitian Arthana (2007) dan Manuaba (2009) terhadap air Danau Buyan, mengindikasikan bahwa cemaran tersebut sebagian besar berasal dari residu agrokimia yang hanyut dari tanah pertanian dan tertampung dalam danau tersebut. Cemaran ini juga mengindikasikan bahwa petani sayuran yang ada di daerah tersebut sudah biasa atau lumrah mengaplikasikan bahan agrokimia selama proses produksi.

19 5 Dalam studi awal didapatkan bahwa kandungan logam berat Pb, Cu, Cr, dan Zn dalam bagian tanaman yang dikonsumsi (edible parts) dari sepuluh jenis sayuran yang dihasilkan di sentra produksi sayuran Candikuning, Bedugul relatif tinggi yaitu berturut-turut dengan kisaran 4,34-150,15 mg/kg, 11,11-347,54 mg/kg, tidak terdeteksi (ND)-152,82 mg/kg, dan 5,12-90,69 mg/kg. Secara umum, kandungan Pb dan Cr dalam edible parts seluruh jenis sayuran melebihi batas maksimum yang diperbolehkan menurut FAO/WHO (Food Association Organozation/World Health Organzation) yaitu 0,3 mg/kg untuk Pb dan 0,05 mg/kg untuk Cr, dengan perkecualian bahwa Cr dalam sayuran kentang dan seledri (tidak terdeteksi). Kandungan Cu hanya dalam sayuran kubis (150,15 mg/kg) dan sawi (76,70 mg/kg) yang melebihi batas maksimum (40 mg/kg) yang diperbolehkan (Codex, 2001). Dari laporan hasil penelitian pendahuluan tersebut dapat diprediksi bahwa tanah pertanian tersebut sudah tercemar terutama oleh logam Pb dan Cr (Siaka et al., 2014). Aman dan tidaknya mengkonsumsi sayuran yang terkontaminasi logam berat, dapat ditentukan dari nilai Health Risk Index-nya (HRI) atau indeks risiko kesehatan. Jika nilai HRI < 1, sayuran tersebut aman untuk dikonsumsi, tapi jika HRI > 1, konsumsi sayuran sangat berisiko terhadap kesehatan (IRIS, 2003). HRI tersebut dapat dihitung dengan membagi nilai Daily Intake of Metals (DIM) atau asupan logam per hari dengan nilai reference oral dose (RfD) atau referensi dosis oral, sedangkan nilai DIM merupakan hasil kali dari konsentrasi logam berat dalam sayuran, faktor konversi (berat sayuran segar ke berat kering), dan asupan sayuran setiap hari (daily intake of vegetables) per berat badan (IRIS, 2003).

20 6 Pengaruh toksik yang disebabkan oleh kelebihan konsentrasi logam berat dalam tubuh manusia dapat menyebabkan anemia, kerusakan ginjal, mandul, keterbelakangan mental, tulang rapuh, kanker (paru-paru, prostat, ginjal), dan bahkan menyebabkan kematian. (Radojević and Bashkin, 1999). Penyerapan logam berat oleh tanaman sangat bergantung pada spesies (bentuk-bentuk logam dalam tanah) dan bioavailabilitas (ketersediaan untuk biota) logam berat tersebut di dalam tanah. Logam dalam bentuk ion atau molekul ion dan yang mempunyai mobilitas tinggi di dalam tanah akan sangat bioavailable (dapat tersedia). Logam berat yang ada dalam tanah tidak semuanya bersifat bioavailable karena tidak semua logam berada dalam bentuk ion atau sebagian berada dalam bentuk-bentuk terikat pada komponen tanah. Bioavailabilitas logam dipengaruhi oleh ph, redoks, dan alkalinitas tanah (Delft Hydraulics Laboratory, 1984). Mobilitas logam berat semakin tinggi pada tanah yang phnya semakin rendah (semakin bersifat asam), sehingga dapat menyebabkan bioavailabilitas logam berat dalam tanah meningkat yang mengakibatkan logam tersebut terakumulasi cukup tinggi pada tanaman seperti sayuran daun yang tumbuh pada tanah tersebut (Kachenko and Singh, 2004; Takáč et al., 2009). Pada dasarnya, logam-logam berat dalam tanah berada dalam bentuk karbonat atau sulfida seperti besi-sulfida/mn-sulfida atau dalam bahan organik (sisa-sisa jasad organisme), dan ada juga yang terikat dalam mineral seperti silikat. Bentuk-bentuk seperti ini dapat bersifat bioavailable dan nonbioavailable (resistant). Logam-logam yang berada dalam bentuk berbeda memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda pula (Tessier and Campbell, 1988),

21 7 sehingga ada yang bioavailable (bentuk ion), berpotensi bioavailable (bentuk yang reducible dan oxidizable), dan yang non-bioavailable (logam yang terperangkap/terikat dalam silikat atau mineral primer yang sangat stabil). Perbedaan konsentrasi logam berat dalam tanah sebelum penanaman dan saat panen sayuran dapat digunakan sebagai acuan untuk memprediksi adanya logam berat tersebut yang terakumulasi dalam tanaman sayuran. Akan tetapi, kandungan logam berat total saja tidak dapat memberikan informasi yang memadai tentang potensi bioavailabilitas logam tersebut, sehingga tidak dapat menjelaskan seberapa banyak logam berat tersebut yang terserap oleh sayuran. Dengan demikian, spesiasi terhadap keberadaan logam-logam tersebut dalam tanah diperlukan sebelum memahami interaksinya, baik dengan komponen biotik atau abiotik, dalam lingkungan. Untuk tujuan ini, pengetahuan tentang partisi (pemisahan) logam-logam tersebut akan sangat bermanfaat untuk mengetahui spesies dan ketersediaannya untuk tanaman (biological availability) (Tessier and Campbell, 1988). Beberapa peneliti menyarankan agar menggunakan teknik ekstraksi kimia secara bertahap (sequential chemical extraction technique) untuk menspesiasi logam-logam yang berada dalam berbagai fase kimia di dalam tanah (Tessier et al., 1979; Salomons and FÖrstner, 1980; Florence, 1982; Batley, 1987; Gunn et al., 1988; Hanna, 1992; Noller, 1994; Aydinalp, 2009). Hasil yang diperoleh selanjutnya diinterpretasikan untuk menyediakan informasi tentang mobilitas dan bioavailabilitas logam berat tersebut. Berdasarkan laporan dan informasi di atas, dipandang perlu untuk melakukan penelitian mengenai analisis kandungan logam Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn

22 8 pada sayur-sayuran yang dihasilkan dari sentra produksi sayuran Candikuning, Bedugul untuk mengetahui tingkat aman konsumsi sayuran tersebut. Begitu juga, perlu diteliti konsentrasi logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn total yang ada dalam tanah pertanian tersebut, serta menentukan fase kimia (spesies-spesies) logam berat tersebut untuk menentukan mobilitasnya sehingga dapat diketahui bioavailabilitasnya terhadap berbagai jenis sayuran yang dibudidayakan di tanah pertanian Candikuning. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, dapat diajukan rumusan permasalahan sebagai berikut: 1. Bagaimanakah kandungan logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn total dalam tanah sebelum penanaman dan saat panen sayuran pada tanah pertanian Candikuning, Bedugul? 2. Bagaimanakah spesiasi, bioavailabilitas, dan mobilitas logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam tanah pertanian Candikuning, Bedugul? 3. Bagaimanakah hubungan antara bioavailabilitas logam berat (Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn) baik dengan logam total dalam tanah maupun akumulasinya dalam berbagai jenis sayuran yang dihasilkan dari tanah pertanian Candikuning, Bedugul? 4. Bagaimanakah kandungan logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam berbagai jenis sayuran yang dihasilkan dari tanah pertanian Candikuning, Bedugul?

23 9 5. Bagaimanakah tingkat aman konsumsi sayuran berdasarkan akumulasi logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam edible part berbagai jenis sayuran yang dihasilkan dari tanah pertanian Candikuning, Bedugul? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan Umum Tujuan penelitian ini secara umum adalah untuk menentukan tingkat aman konsumsi sayuran berdasarkan hasil analisis dari spesiasi dan bioavailabilitas logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam tanah pertanian dan kandungan logam berat tersebut dalam berbagai jenis sayuran yang dihasilkan dari tanah pertanian di sentra produksi sayuran Candikuning, Bedugul Tujuan Khusus Adapun tujuan khusus penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengevaluasi kandungan logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn total dalam tanah sebelum penanaman dan saat panen sayuran pada tanah pertanian Candikuning, Bedugul. 2. Untuk mengidentifikasi spesies, bioavailabilitas, dan mobilitas logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam tanah pertanian Candikuning, Bedugul. 3. Untuk menganalisis hubungan antara bioavailabilitas logam berat (Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn) baik dengan logam total dalam tanah maupun

24 10 akumulasinya dalam berbagai jenis sayuran yang dihasilkan dari tanah pertanian Candikuning, Bedugul. 4. Untuk mengevaluasi kandungan logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam berbagai jenis sayuran yang dihasilkan dari tanah pertanian Candikuning, Bedugul. 5. Untuk menganalisis tingkat aman konsumsi sayuran berdasarkan akumulasi logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam edible part berbagai jenis sayuran yang dihasilkan dari tanah pertanian Candikuning, Bedugul. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat Akademik Manfaat penelitian yang diharapkan dari pandangan akademik adalah: 1. Sebagai sumber informasi dalam pengembangan ilmu pengetahuan khususnya mengenai spesiasi, mobilitas, dan bioavailabilitas logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dalam tanah pertanian di Daerah Candikuning, Bedugul. 2. Memperkaya khasanah Ilmu Pengetahuan tentang hubungan bioavailabilitas logam berat Pb, Cu, Cd, Cr, dan Zn dengan logam berat total baik dalam tanah maupun dalam berbagai jenis sayuran. 3. Sumber data tingkat aman konsumsi sayuran dapat digunakan sebagai acuan dalam menetapkan tingkat aman konsumsi sayuran yang diproduksi baik di Bali maupun Indonesia Manfaat Praktis

25 11 Manfaat praktis dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Informasi dan pengetahuan mengenai spesiasi, bioavailabilitas, dan mobilitas logam berat dalam tanah bermanfaat sebagai dasar kebijakan untuk pengembangan pertanian sayur-sayuran di wilayah Candikuning, Bedugul. 2. Data kandungan logam berat dalam tanah pertanian dan sayuran yang dihasilkannya, dapat disosialisasikan kepada masyarakat khususnya petani di kawasan Bedugul, agar mereka mengurangi penggunaan agrokimia dalam memproduksi sayuran. 3. Data kandungan logam berat dalam bagian tanaman yang dikonsumsi (edible part) dari sayuran dapat digunakan untuk menentukan tingkat aman konsumsi sayuran tersebut.