10 3. METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Riset Plankton, Bagian Produktivitas dan Lingkungan Perairan, Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, IPB. Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap, yaitu penelitian pendahuluan pada bulan Juli-Agustus 2011 dan penelitian utama pada bulan September-Oktober 2011. Analisis Fisika-Kimia dan Biologi dilakukan di Laboratorium Fisika-Kimia Perairan dan Laboratorium Bio-Mikro I, Bagian Produktivitas dan Lingkungan Perairan Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, IPB. 3.2. Alat dan Bahan Alat yang yang digunakan dalam penelitian ini adalah akuarium dengan sistem kanal (Gambar 3) yang terdiri dari akuarium tanpa sekat berukuran 30 x 30 x 30 cm 3 dan akuarium berkanal berukuran 15 x 30 x 75 cm 3, serangkaian perlengkapan untuk resirkulasi, serta peralatan yang digunakan untuk pengambilan contoh air dan substrat. Cara kerja sistem ini adalah sebagai berikut: Air yang mengandung limbah dari akuarium tanpa sekat diresirkulasikan menuju akuarium berkanal yang telah diisi dengan tumbuhan air Mayaca fluviatilis. Air tersebut kemudian mengalir melewati kanal-kanal sampai outlet yang pada akhirnya diteruskan kembali menuju akuarium tanpa sekat. aliran air a inlet b outlet Gambar 3. Skema akuarium dengan sistem kanal (a) akuarium berkanal (b) akuarium tanpa sekat
11 Selain penerapan sistem kanal dan kegiatan pengambilan contoh air, dilakukan juga pengukuran terhadap parameter-parameter kualitas air yang terdiri dari parameter biologi (bobot basah M. fluviatilis), fisika (suhu), dan parameter kimia (ph, COD, DO, nitrat, nitrit, amonia, dan ortofosfat). Metode dan alat yang digunakan untuk mengukur parameter kualitas air disajikan pada Tabel 2. Gambar alat dan bahan yang digunakan selama penelitian disajikan pada Lampiran 1. Tabel 2. Metode dan alat untuk mengukur parameter kualitas air Parameter Unit Metode Alat ukur Biomassa Timbangan digital (Adam Gram Timbangan Mayaca PW 254 ketelitian 0.0001) Suhu o C Probe elektroda Termometer digital (Lutron DO-5510 ketelitian 0,1) DO mg/l Probe elektroda DO meter (Lutron DO-5510 ketelitian 0,1) ph - ph meter (Thermo Sc Probe elektroda Orion 3 star ketelitian 0,1) COD mg/l Heat of dilution procedure* Titrimetrik Nitrit mg/l Indophenol* Spektrofotometer Nitrat mg/l Brucine* Spektrofotometer Amonia mg/l Phenate* Spektrofotometer Ortofosfat mg/l Molybdate Ascorbic Acid* Spektrofotometer *Sumber: Eaton et al. (2005) 3.3. Penelitian Pendahuluan Penelitian pendahuluan meliputi pengambilan sedimen, penentuan konsentrasi limbah, dan penentuan tumbuhan air yang akan dimanfaatkan untuk penelitian utama. Pengambilan sedimen dilakukan di Desa Kertajaya, Kecamatan Ciranjang, Cianjur, di bagian hulu Waduk Cirata, tepatnya di areal padat karamba jaring apung. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan sedimen dengan kandungan N dan P yang tinggi. Tingginya kandungan N dan P tersebut dipengaruhi oleh pakan yang diberikan pembudidaya ikan di kawasan KJA. Karakteristik dari sedimen yang diperoleh adalah lumpur basah berwarna hitam dan memiliki bau yang kurang sedap. Kemudian sedimen yang diambil dengan menggunakan Van-Veen Grab tersebut dikeringkan dan dihaluskan agar homogen. Tahapan selanjutnya adalah penentuan konsentrasi limbah sedimen Waduk Cirata berdasarkan nilai COD. Konsentrasi limbah yang akan digunakan dalam penelitian ini ditentukan berdasarkan tingkat pencemaran (ringan, sedang, dan berat).
12 Konsentrasi limbah dengan kriteria tercemar sedang digunakan sebagai perlakuan pada penelitian pendahuluan untuk menentukan tumbuhan air yang akan digunakan pada penelitian utama. Berdasarkan hasil pengujian kualitas air dari 150 gram sedimen Waduk Cirata yang dilarutkan dalam 35 liter air baku dan diberi aerasi selama 3 hari, didapatkan nilai COD sebesar 27,5 mg/l. Nilai COD tersebut termasuk dalam kriteria tercemar ringan berdasarkan PP NO.82 tahun 2001 (Tabel 1). Kadar COD sebesar 27,5 mg/l dijadikan dasar dalam penentuan komposisi sedimen yang akan dipakai pada penelitian utama. Komposisi sedimen yang dipakai untuk perlakuan di penelitian utama, masing-masing adalah 150 gram (tercemar ringan), 300 gram (tercemar sedang), dan 700 gram (tercemar berat), dalam 35 liter air baku. Nilai konsentrasi COD masing-masing perlakuan untuk penelitian utama dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai konsentrasi COD masing-masing perlakuan dalam penelitian utama Parameter Kadar COD (mg/l) Perlakuan A (Sedimen 150 gram) Perlakuan B (Sedimen 300 gram) Perlakuan C (Sedimen 700 gram) 27,5 55,05 128,45 Pada tahap selanjutnya dilakukan studi kemampuan adaptasi tumbuhan air terhadap konsentrasi limbah dengan kriteria tercemar sedang. Pemilihan tumbuhan air didasarkan pada informasi dari petani di Gunung Bunder, Kecamatan Pamijahan, Bogor. Berdasarkan informasi tersebut, diketahui bahwa dari 180 jenis tumbuhan air yang dibudidayakan, terdapat tiga jenis tumbuhan air yang memiliki daya tahan dan pertumbuhan paling baik dibandingkan tumbuhan air lainnya. Ketiga jenis tumbuhan air tersebut adalah Cabomba sp., Egeria densa, dan Mayaca fluviatilis (Gambar 4). a. Mayaca fluviatilis b. Cabomba sp. c. Egeria densa Gambar 4. Tumbuhan air uji pada penelitian pendahuluan
13 Ketiga jenis tumbuhan air tersebut kemudian diujikan pada limbah dengan konsentrasi tercemar sedang selama 21 hari. Berdasarkan hasil percobaan, tumbuhan air yang memiliki kemampuan adaptasi dan pertumbuhan yang paling optimal adalah Mayaca fluviatilis. Hal ini ditunjukkan oleh waktu penggandaan (doubling time) M. fluviatilis yang paling cepat bila dibandingkan dengan Cabomba sp. dan Egeria densa (Lampiran 2). 3.4. Penelitian Utama Rancangan penelitian yang digunakan pada penelitian utama terdiri dari tiga perlakuan berbeda, dengan masing-masing perlakuan terdiri dari tiga ulangan. Ketiga perlakuan tersebut didasarkan kriteria pencemaran perairan yang berbeda yakni tercemar ringan, sedang, dan berat. Penelitian utama ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pertama adalah kegiatan sebelum menggunakan akuarium kanal dan tanpa M. fluviatilis. Tahap kedua adalah kegiatan setelah menggunakan akuarium kanal dan aplikasi M. fluviatlis. Teknis pelaksanaan pada tahap pertama diawali dengan membungkus sedimen menggunakan kain kasa (Gambar 5). Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya pengendapan yang akan mengganggu proses resirkulasi air pada saat penelitian berlangsung. Sedimen yang telah dibungkus dimasukkan ke dalam akuarium tanpa sekat sesuai dengan perlakuan yang diinginkan (150, 300, dan 700 gram) dan dibiarkan selama 3 hari tanpa aplikasi akuarium kanal dan M. fluviatilis. Gambar 5. Sedimen yang telah dibungkus Pada tahap kedua diterapkan aplikasi akuarium kanal dan M. fluviatilis secara seragam di setiap perlakuan. Pada awal perlakuan bobot basah total M. fluviatilis yang ditumbuhkan di setiap akuarium kanal adalah sebesar 9 gram. Hal tersebut didasarkan
14 pada informasi mengenai doubling time dari penelitian pendahuluan dan penyesuaian kapasitas dari dimensi akuarium kanal yang digunakan. Pengambilan contoh air dilakukan setiap tiga hari selama 21 hari pengamatan, yaitu pada awal perlakuan (T 0 ), hari ke-3 (T 3 ), hari ke-6 (T 6 ), hari ke-9 (T 9 ), hari ke-12 (T 12 ), hari ke-15 (T 15 ), hari ke-18 (T 18 ), dan hari ke-21 (T 21 ). Pada awalnya sedimen yang telah disiapkan tersebut dimasukkan ke dalam media penelitian tanpa adanya sistem kanal dan tumbuhan air tiga hari sebelum T 0 (T -3 ). Penerapan sistem kanal dilakukan setelah pengambilan contoh air pertama pada hari ke-0 (T 0 ), sedangkan untuk pengisian kanal oleh tumbuhan air dilakukan pada hari ke-3 (T 3 ). Proses ini bertujuan agar terjadi penguraian bahan organik sehingga nutrien di dalam air sudah dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan air. 3.5. Analisis Data 3.5.1. Analisis pertumbuhan Mayaca fluviatilis Laju pertumbuhan adalah laju pertumbuhan berat basah tumbuhan seluruhnya dengan dasar satuan berat per luasan petak. Dalam menentukan doubling time atau waktu penggandaan biomassa tanaman air digunakan rumus relative growth rate/rgr (Mitchell 1974). Tujuan penentuan doubling time adalah untuk membantu menyetarakan biomassa dengan luas penutupan tumbuhan air yang akan digunakan serta membantu menentukan lama waktu pengamatan. Keterangan : RGR (Relative Growth Rate) : pertumbuhan spesifik harian (gram/hari) X t : biomassa setelah waktu ke-t X 0 : biomassa awal t : waktu pengamatan ke- DT (Doubling time) : waktu penggandaan biomassa (hari) 3.5.2. Persentase perubahan konsentrasi limbah Tingkat penurunan nilai konsentrasi limbah dinyatakan dalam persen. Nilai persentase tersebut ditentukan dengan menggunakan rumus berikut (Sukirno 1985). perubahan a b a 100
15 Keterangan : a = nilai tiap parameter dari karakteristik limbah sebelum perlakuan b = nilai tiap parameter dari karakteristik limbah sesudah perlakuan 3.5.3. Analisis statistik 3.5.3.1. Rancangan acak kelompok (RAK) Analisis statistika terhadap parameter kualitas air dilakukan untuk menguji kemampuan bioremediasi Mayaca fluviatilis terhadap ketiga perlakuan tingkat pencemaran yang berbeda. Analisis tersebut didasarkan pada percobaan menggunakan rancangan acak kelompok (RAK). Keterangan : Model Observasi : Y ij = µ + ԏ i + ß j + ԑ ij Y ij : nilai pengamatan perlakuan tingkat pencemaran dan kelompok waktu pengamatan µ : rata-rata umum populasi : pengaruh aditif dari perlakuan tingkat pencemaran ke-i ԏ i ß j ԑ ij : pengaruh aditif dari kelompok pengamatan ke-j : galat percobaan dari pengaruh perlakuan tingkat pencemaran ke-i dan kelompok waktu pengamatan ke-j Hipotesis yang dapat diuji dari rancangan acak kelompok (RAK) adalah pengaruh perlakuan dan pengaruh kelompok. Bentuk hipotesisnya dapat ditulis sebagai berikut. Pengaruh perlakuan setiap tingkat pencemaran: H 0 H 1 : tidak ada ԏ i (perlakuan tingkat pencemaran) yang memberikan hasil berbeda nyata dari seluruh perlakuan. : minimal ada satu ԏ i (perlakuan tingkat pencemaran) yang memberikan hasil berbeda nyata dari seluruh perlakuan. Pengaruh kelompok waktu pengamatan: H 0 H 1 : tidak ada ß j (kelompok pengamatan) yang memberikan hasil berbeda nyata dari seluruh perlakuan. : minimal ada satu ß j (kelompok pengamatan) yang memberikan hasil berbeda nyata dari seluruh perlakuan. Kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan hipotesis tersebut adalah apabila F hitung <F tabel, maka gagal tolak Ho, yang artinya tidak ada perbedaan yang nyata pada nilai parameter kualitas air dari ketiga perlakuan yang diukur. Jika F hitung > F tabel, maka tolak Ho, yang berarti ada perbedaan yang nyata nilai parameter kualitas air dari ketiga perlakuan. Pengaruh perlakuan tingkat pencemaran dan kelompok waktu pengamatan
16 terhadap bioremediasi limbah organik oleh M. fluviatilis dapat dilihat dengan melakukan uji F pada taraf nyata tertentu menggunakan analisis sidik ragam. Tabel analisis sidik ragam rancangan acak kelompok disajikan pada Tabel 4. Tabel 4. Analisis sidik ragam rancangan acak kelompok Sumber Keragaman db JK KT F hitung F tabel Perlakuan i-1 JKP KTP KTP/KTS Fα(dbp, dbs) Kelompok j-1 JKK KTK KTK/KTS Fα(dbk, dbs) Sisa (ij-1)-(i-1)- (j-1) JKS KTS Total ij-1 JKT 3.5.3.2. Uji beda nyata terkecil (BNT) Uji BNT merupakan prosedur pengujian perbedaan di antara rata-rata perlakuan yang paling sederhana dan paling umum digunakan. Uji BNT digunakan untuk menguji perlakuan secara berpasang-pasangan dengan atribut yang diperlukan, yaitu nilai kuadrat tengah galat (KTG), taraf nyata, derajat bebas (db) galat, dan tabel t, untuk menentukan nilai kritis uji perbandingan. Jika masing-masing perlakuan memiliki ulangan yang sama, maka untuk semua pasangan perlakuan hanya memerlukan satu nilai BNT sebagai pembanding. Kriteria pengambilan keputusan dari hasil pengujian adalah jika beda absolut dari dua perlakuan lebih besar dari BNT ( Y i -Y i > BNT), maka dapat disimpulkan bahwa kedua perlakuan tersebut berbeda nyata pada taraf α. Formula untuk uji BNT adalah: LSD = t ( α/2, dbs) x ( ) Ketrangan: n : jumlah ulangan t α/2 : tabel BNT KTS : kuadrat tengah sisa