11 3. METODE PENELITIAN 3. 1. Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Danau Lido, Bogor, Jawa Barat. Danau Lido berada pada koordinat 106 48 26-106 48 50 BT dan 6 44 30-6 44 58 LS (Gambar 3). Danau Lido terletak di Desa Watesjaya, Kecamatan Cigombong, Kabupaten Bogor. Danau ini adalah danau buatan yang mendapat masukan air dari beberapa aliran sungai, seperti Cileteuh, Ciketing, Pereng, dan rembesan-rembesan dari areal perkebunan Pondok Gedeh. Kegiatan penelitian dibagi dalam dua tahap, yaitu kegiatan di lapangan dan kegiatan di laboratorium. Kegiatan pengamatan lapang dan pengambilan contoh dilakukan pada tanggal 27-29 Mei 2011. Analisis kualitas air dilakukan di Laboratorium Produktivitas Lingkungan, Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Gambar 3. Peta lokasi Danau Lido 3.2. Pelaksanaan Penelitian 3.2.1. Penentuan stasiun Lokasi pengambilan contoh berada pada outlet yang berdekatan dengan KJA. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kandungan oksigen terlarut yang berada di
12 sekitar KJA. Adanya kegiatan KJA mempengaruhi ketersediaan oksigen terlarut di perairan terkait dengan aktivitas respirasi oleh mikroorganisme maupun makroorganisme dan pemanfaatan oksigen untuk proses dekomposisi. Adapun titik lokasi pengambilan contoh yang diamati berada pada koordinat 106 48 42,9 BT dan 06 44 30,4 LS (Gambar 4). Gambar 4. Peta lokasi pengambilan air contoh 3.2.2. Penelitian pendahuluan Kegiatan dalam penelitian pendahuluan meliputi pengukuran kandungan DO secara vertikal dengan interval kedalaman 1 meter hingga mencapai kedalaman maksimum untuk mendapatkan pola penyebaran oksigen terlarut. Kandungan DO air contoh yang diambil dengan Van Dorn Water Sampler langsung diukur menggunakan DO meter dan metode titrasi Winkler. Kemudian diukur pula tingkat kekeruhan, kecerahan dan intensitas cahaya di Danau Lido. Pengukuran DO pada penelitian pendahuluan dilakukan pada tanggal 16 April 2011 dengan pengukuran di waktu pagi, siang dan sore (Gambar 5). Di samping itu tingkat kekeruhan, kecerahan, dan intensitas cahaya di Danau Lido juga dilakukan secara in situ. Hasil pengukuran tingkat kekeruhan digunakan dalam penentuan kedalaman kompensasi dengan menggunakan metode Beer-Lambert, yang menyatakan bahwa jika tingkat kekeruhan di suatu perairan tidak terlalu tinggi, maka digunakan konstanta 1,7 untuk
13 perhitungan kedalaman kompensasi (Beer-Lambert 1983 in www.lifescience.napier.ac.uk 2011). Kedalaman (m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 3 6 9 12 15 Keterangan : Konsentrasi DO (mg/l) Pagi Sore Siang Kedalaman (m) 0 1 2 3 4 5 6 Konsentrasi DO (mg/l) 0 3 6 9 12 15 7 7 a 8 b 8 c 9 9 Pagi Sore Siang a. Pengukuran DO dengan metode titrasi Winkler b. Pengukuran DO dengan alat DO meter c. Pengukuran suhu perairan Gambar 5. Distribusi DO dan Suhu pada pengamatan tanggal 16 April 2011 Kedalaman (m) 0 1 2 3 4 5 6 Suhu ( o C) 24 25 26 27 28 29 Pagi Siang Sore Berdasarkan hasil yang diperoleh pada penelitian pendahuluan ditentukan kedalaman yang dapat mewakili kebutuhan penelitian utama, yaitu 0 m sebagai lapisan permukaan, dikarenakan memiliki konsentrasi oksigen terlarut tertinggi, 0,6 m mewakili kolom perairan, 1,6-3,15 m mewakili kedalaman Secchi dan 4,25 m mewakili kedalaman kompensasi. Di kedalaman 0,6 m diambil sebagai kedalaman yang mewakili kolom perairan dikarenakan di kedalaman tersebut cenderung memiliki konsentrasi oksigen terlarut yang seragam antara permukaan hingga kedalaman 1 meter. Kedalaman 1,6 dan 3,15 m diambil sebagai kedalaman yang mewakili lapisan Secchi dikarenakan bahwa berdasarkan hasil pengukuran kedalaman Secchi pada penelitian pendahuluan pertama adalah di kedalaman 3,15 m dan pada penelitian pendahuluan kedua adalah di kedalaman 1,6 m. Kemudian kedalaman 4,25 m merupakan kedalaman yang mewakili kedalaman kompensasi yang diperoleh berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan model Beer- Lambert atau rumus penentuan kedalaman kompensasi.
14 3.2.2.1. Kedalaman kompensasi Intensitas cahaya matahari berkurang dengan bertambahnya kedalaman. Hubungan tersebut dijabarkan dalam bentuk kurva sebagaimana yang tampak pada Gambar 6. Pola keberadaan cahaya di kolom perairan digambarkan dengan menggunakan persamaan eksponensial (Beer-Lambert 1983 in www.lifescience.napier.ac.uk 2011). adalah sebagai berikut. Persamaan eksponensial yang dimaksud = 0 Persamaan kadang-kadang juga ditulis sebagai 0 0 = 0 = = ln 0,01 = 4,6 = Penentuan kedalaman kompensasi dapat ditentukan dengan pendekatan kedalaman Secchi. Nilai 1,7 adalah nilai konstanta untuk menentukan koefisien peredupan yang sesuai untuk perairan yang tingkat kekeruhannya kecil. Dikarenakan nilai kekeruhan di Danau Lido sangat kecil, yaitu sebesar 2 NTU maka diambil konstanta sebesar 1,7. Keterangan: k D Z s E z E 0 Z c = 1,7 = 4,6 = Koefisien peredupan cahaya matahari = Kedalaman Secchi = radiasi pada kedalaman tertentu = radiasi di permukaan = kedalaman kompensasi dalam meter
15 Gambar 6. Penurunan eksponensial cahaya menurut kedalaman (Beer-Lambert 1983 in www.lifescience.napier.ac.uk 2011) 3.2.3. Penelitian utama Berdasarkan hasil penelitian pendahuluan, bahwa kedalaman yang diamati pada penelitian utama ini adalah 0 m, 0,6 m, 1,6 m, 3,15 m, dan 4,25 m. Parameter yang diukur pada penelitian ini adalah DO sebagai parameter utama, produktivitas primer dengan menggunakan metode botol gelap dan terang serta parameter penunjang yang mempengaruhi ketersediaan DO, yaitu kecerahan, suhu, ph, klorofil-a, dan kelimpahan fitoplankton. 3.2.4. Alat dan bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam pengambilan contoh dan pengamatan dapat dilihat pada Tabel 2: Tabel 2. Alat dan bahan untuk melakukan pengamatan (APHA 2005). Parameter Unit Metode/Alat Keterangan Fisika Suhu C Termometer In situ Kekeruhan NTU Turbidity meter Laboratorium Kecerahan m Secchi disk In situ Kimia ph - Electrometric/pH meter In situ DO mg/l Titrasi winkler In situ Biologi Fitoplankton Ind/l Mikroskop, SRC Ex situ Klorofil-a mg/m 3 Spektofotometrik Laboratorium Produktivitas primer g/l Botol terang gelap In situ
16 3.3. Pengumpulan dan Pengolahan Data 3.3.1. Keberadaan oksigen Oksigen terlarut merupakan parameter utama dalam penelitian ini. Pengukuran oksigen terlarut juga digunakan untuk menduga besarnya produksi oksigen yang berasal dari proses fotosintesis dan besarnya pemanfaatan oksigen untuk respirasi dan dekomposisi mikroorganisme. Pengambilan air sampel untuk analisis oksigen terlarut dilakukan menggunakan Van Dorn Water Sampler. Pengukuran terhadap DO dilakukan pada setiap kedalaman yang telah ditentukan dan setiap inkubasi. Pengukuran fotosintesis dan respirasi dilakukan pada setiap kedalaman menggunakan 4 botol, 1 botol gelap dan 2 botol terang, serta 1 botol inisial. Botol gelap dan botol terang diinkubasi selama 4 jam. Waktu inkubasi selama 4 jam diharapkan dapat mewakili waktu pengamatan baik pada siang hari ataupun pada malam hari. Hal ini akan diperoleh untuk pengamatan pada malam hari sebanyak tiga kali amatan dan pada malam hari tiga amatan pula. Kandungan oksigen terlarut pada botol inisial langsung diukur sehingga menggambarkan oksigen saat itu. Pada botol terang terjadi proses fotosintesis, respirasi, dan dekomposisi, sedangkan pada botol gelap terjadi respirasi dan dekomposisi. Pengamatan terhadap besarnya tingkat fotosintesis hanya dilakukan pada siang hari, sedangkan besarnya tingkat respirasi dan dekomposisi dilakukan sepanjang hari selama 24 jam. 3.3.2. Keberadaan fitoplankton Untuk mengetahui keberadaan fitoplankton, air contoh diambil dengan menggunakan Van Dorn Water Sampler pada interval kedalaman tertentu hingga mencapai kedalaman kompensasi. Kemudian air contoh disaring dengan menggunakan plankton net dan kemudian dituang ke dalam botol polyetilen 100 ml. Contoh plankton diawetkan dengan larutan Lugol 1% hingga berwarna cokelat seperti air teh. Identifikasi dilakukan di Laboratorium Biomikro Bagian Produktivitas dan Lingkungan Perairan, Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor dengan menggunakan mikroskop binokuler model Olympus CH-2 perbesaran 10 x 10 untuk menghitung kelimpahan. Kemudian contoh diamati dengan menggunakan Sedgwick Rafter Counting Chamber (SRC).
17 3.3.3. Kualitas air penunjang a. Parameter fisika a.1. Suhu Suhu diukur dengan menggunakan termometer. Pengukuran suhu dilakukan setiap kedalaman dan setiap waktu inkubasi. a.2. Kecerahan Kecerahan diukur dengan menggunakan Secchi disk sebanyak satu kali dalam 24 jam, yaitu ketika cahaya optimum antara pukul 09.00-15.00. Pengukuran kecerahan dilakukan pada saat matahari tidak tertutup awan. b. Parameter kimia b.1. ph Pengambilan air contoh untuk analisis ph menggunakan Van Dorn Water Sampler. Pengukuran ph dilakukan dengan menggunakan ph stik pada setiap kedalaman dan setiap waktu inkubasi. c. Parameter biologi c.1. Klorofil-a Pengambilan air contoh dilakukan dengan menggunakan Van Dorn Water Sampler pada interval kedalaman yang telah ditentukan. Air contoh dimasukkan ke dalam botol Polyetilen 1 liter yang kemudian diteteskan dengan larutan MgCO 3 sebanyak 1 ml sebelum air contoh disaring. Botol Polyetilen dilapisi dengan plastik hitam agar tidak terjadi proses fotosintesis. Analisis klorofil-a dilakukan di Laboratorium Fisika-Kimia Perairan Bagian Produktivitas Lingkungan Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. 3.4. Analisis Data 3.4.1. Analisis tipe distribusi vertikal oksigen terlarut Penentuan tipe distribusi vertikal oksigen terlarut dilakukan berdasarkan data oksigen terlarut yang didapat. Hasil pengukuran oksigen terlarut kemudian dibandingkan dengan distribusi vertikal oksigen terlarut menurut Goldman dan Horne (1983).
18 3.4.2. Penentuan persen saturasi oksigen Konsentrasi oksigen jenuh (saturasi) akan tercapai jika konsentrasi oksigen yang terlarut di perairan sama dengan konsentrasi oksigen terlarut secara teoritis (Tabel 1). Konsentrasi oksigen tidak jenuh terjadi jika konsentrasi oksigen yang terlarut kurang dari konsentrasi oksigen secara teori (Jeffries dan Mills 1996). Selanjutnya, ketika kondisi oksigen di perairan sudah mencapai titik jenuh yang dipengaruhi oleh suhu, tekanan, dan konsentrasi ion, maka perlu dilakukan perhitungan persen saturasi. Kejenuhan oksigen di perairan dinyatakan dengan persen saturasi (Wetzel dan Likens 1991). % saturasi = DO DO t x100% (Wetzel dan Likens 1991). Keterangan: DO DOt : Konsentrasi oksigen terlarut (mg/l) : Konsentrasi oksigen terlarut secara teori (mg/l) 3.4.3. Analisis besarnya laju fotosintesis dan respirasi Nilai fotosintesis dapat memberikan gambaran seberapa besar sumbangan oksigen (NPP) yang dihasilkan fitoplankton terhadap perairan danau, sedangkan nilai respirasi dan dekomposisi menggambarkan seberapa besar pemanfaatan oksigen oleh mikroorganisme (plankton dan bakteri). Perbedaan konsentrasi oksigen pada botol terang dan inisial menunjukkan besarnya penambahan oksigen. Sebaliknya perbedaan kandungan oksigen pada botol inisial dan botol gelap menunjukkan besarnya pemanfaatan oksigen. sebagai berikut (Wetzel dan Likens 1991). = Keterangan: NPP R GPP L D I t = = : Net Primary Productivity (mgo 2 /l/jam) : Respirasi dan dekomposisi (mgo 2 /l/jam) : Gross Primary Productivity (mgo 2 /l/jam) : konsentrasi oksigen dalam botol terang (mgo 2 /l) : konsentrasi oksigen pada botol gelap (mgo 2 /l) : konsentrasi oksigen pada botol inisial (mgo 2 /l) : lama inkubasi (jam) Hal tersebut dapat dirumuskan (Wetzel dan Likens 1991).
19 3.4.4. Analisis dugaan besarnya pasokan oksigen dari aliran air dan difusi dari udara serta pemanfaatan oksigen terlarut untuk proses ekologis Sumber oksigen dalam perairan selain berasal dari fotosintesis, juga berasal dari difusi udara dan bawaan aliran air (inflow). Begitu pula dengan pemanfaatan oksigen dalam perairan selain oleh mikroorganisme air (plankton dan bakteri), juga dimanfaatkan atau dikonsumsi oleh makroorganisme dalam air. Oleh karena itu, perlu pendugaan untuk mengetahui besarnya masukan oksigen selain dari hasil fotosintesis dan besarnya konsumsi oksigen selain oleh plankton dan bakteri. Penentuan keduanya diperoleh dari selisih antara DO aktual t 1 (oksigen terlarut pada saat pengamatan) dan DO sisa (besarnya cadangan oksigen pada waktu sebelumnya (t 0 ) setelah ditambah besarnya produksi oksigen dari fotosintesis dan dikurangi besarnya pemakaian untuk respirasi mikroorganisme selama inkubasi). Pendekatan yang dilakukan sebagai berikut (Boyd 1982). DO aktual t 1 = DO aktual t 0 + F (t1- t0) + D (t1- t0) R1 (t1- t0) R2 (t1- t0) DO aktual t 1 = (DO aktual t 0 + F (t1- t0) + R1 (t1- t0) ) + D (t1- t0) R2 (t1- t0) DO sisa DO aktual t 1 DO sisa = D (t1- t0) R2 (t1- t0) Keterangan : DO aktual t 1 : DO pada saat pengamatan DO aktual t 0 : DO pada pengamatan sebelumnya F (t1- t0) : besarnya produksi O 2 dari fotosintesis t 0 - t 1 D (t1- t0) : besarnya produksi O 2 selain dari fotosintesis dari t 0 - t 1 R1 (t1- t0) : besarnya konsumsi O 2 untuk respirasi mikroorganisme dan dekomposisi bahan organik dari t 0 - t 1 R2 (t1- t0) : besarnya konsumsi O 2 untuk respirasi ikan dan proses yang tidak terukur dalam botol gelap dari t 0 - t 1 DO sisa : sisa DO pada saat t 1 setelah pada t 0 mendapat pasokan dari fotosintesis dan dikurangi respirasi dan dekomposisi D (t1- t0) R2 (t1- t0) : dugaan besarnya sumbangan oksigen selain yang berasal dari proses fotosintesis dan konsumsi oksigen selain yang terukur dalam botol gelap. Apabila DO aktual t 1 lebih besar dari DO sisa (ditunjukkan oleh selisih DO aktual dan DO sisa yang menghasilkan nilai positif), maka masukan oksigen lebih dominan dari luar perairan, seperti difusi dari udara, reaerasi oksigen karena adanya turbulensi massa air, dan masukan oksigen yang dibawa oleh massa air inflow (Boyd 1982).
20 Apabila DO aktual t 1 kurang dari DO sisa (ditunjukkan oleh selisih DO aktual dan DO sisa yang menghasilkan nilai negatif), maka konsumsi oksigen oleh ikan atau proses lain yang membutuhkan oksigen selain yang terukur dalam botol gelap, lebih dominan dibandingkan masukan oksigen dari luar perairan. Konsumsi oksigen lainnya (oleh dasar perairan) tidak diperhitungkan (Boyd 1982). digunakan untuk setiap kedalaman yang diamati. 3.4.5. Analisis ketersediaan oksigen terlarut di perairan Perhitungan Setelah dilakukan pengukuran kandungan oksigen terlarut dan perhitungan fotosintesis dan respirasi, akan dapat dilihat ketersediaan oksigen terlarut dalam perairan. Apabila konsentrasi oksigen pada waktu sebelumnya (cadangan oksigen) ditambah hasil fotosintesis lebih besar dari konsumsi oksigen untuk respirasi dan dekomposisi atau DO sisa lebih dari 0 mg/l, maka dalam perairan tidak terjadi defisit oksigen. Apabila fotosintesis sama dengan respirasi, maka produksi oksigen sebanding dengan pemakaian oksigen. Selanjutnya apabila konsentrasi oksigen pada waktu sebelumnya (cadangan oksigen) ditambah hasil fotosintesis kurang dari respirasi dan dekomposisi, sehingga DO sisa kurang dari 0 mg/l, maka dalam perairan terjadi defisit oksigen. 3.4.6. Analisis hubungan DO dengan parameter biologi Klorofil-a dan kelimpahan fitoplankton digunakan sebagai penunjang parameter utama yang merupakan penghasil oksigen yang berasal dari proses fotosintesis. Selanjutnya dilihat pengaruh dari masing-masing parameter terhadap keberadaan oksigen dengan menggunakan analisis regresi dengan persamaan sebagai berikut: 1. Keterkaitan DO dengan klorofil-a y = ax 2 + bx +c Keterangan: y = Parameter utama (DO aktual, NPP, GPP) x = Klorofil-a. 2. Keterkaitan DO dengan kelimpahan fitoplankton y = a ln (x) + b Keterangan: y = Parameter utama (DO aktual, NPP, GPP) x = Kelimpahan fitoplankton.