Potensi Hidromakrofita Lokal Untuk Peningkatan Kualitas Air Irigasi

## Tercemar Residu Pupuk NPK Dengan Sistem Batch Culture
Khairunnas Ivansyah 1) , Catur Retnaningdyah 2)
1)dan 2) Laboratorium Ekologi dan Diversitas Hewan, Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya, Malang
Alamat korespondensi: 1) ivan.syah91@gmail.com dan 2) catur@ub.ac.id

## ABSTRAK
Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  potensi hidromakrofita  lokal (M.  vaginalis, L.  hyssopifolia, dan L.  adscendens) dalam  mereduksi  residu  pupuk  NPK.  Penelitian  dilakukan secara ex-situ di  rumah  kaca melalui fitoremediasi sistem batch culture. Media air irigasi yang digunakan tiap perlakuan sebanyak 30 L dan ditambahkan  tanah sawah 10  kg serta diberi  pengayaan  pupuk  NPK  sebanyak  50  mg.L -1 .  Pengukuran  faktor fisiko-kimia  dilakukan  pada  hari  ke- 0, 1,  5, dan  10  meliputi nitrat,  ammonium, dan fosfat terlarut. Perbedaan kualitas air antar perlakuan diketahui melalui analisis data menggunakan uji ANOVA atau uji Brown-Forsythe. Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  hidromakrofita  yang digunakan  memiliki  kemampuan  yang  sama  dalam mereduksi residu pupuk NPK. Hidromakrofita mampu mereduksi lebih dari 95% konsentrasi nitrat pada hari ke- 10 inkubasi, lebih  dari  95%  konsentrasi fosfat  terlarut pada  hari  pertama  inkubasi,  dan lebih  dari  80% konsentrasi ammonium pada hari ke-10 inkubasi.
Kata kunci: batch culture, fitoremediasi, hidromakrofita

## ABSTRACT
The  aim of  this  research is to determine  the  potency of  local  hydromacrophytes (M.  vaginalis, L. hyssopifolia, and L. adscendens) in reducing NPK fertilizer residues. The Research was carried out ex-situ in the glass house through batch culture phytoremediation system. Phytoremediation medium of each treatment consist of 30 L irrigation water, 10 kg of rice field soil and 50 mg.L -1 NPK fertilizer. Measurement of physico-chemical factors  performed  on  day 0, 1 st ,  5 th , and 10 th after  incubation  i.e nitrate,  ammonium, and  dissolved  phosphate. The  difference of water  quality  among  treatments was analyzed using  ANOVA  or  Brown-Forsythe test.  The result showed that the hydromacrophytes which are used have the same ability to reduce NPK fertilizer residues. Hydromacrophytes were able to reduce nitrate concentrations more than 95% on 10 th day after incubation, more than  95%  of dissolved phosphate concentration on  the  first  day after incubation, and  more  than  80%  of ammonium concentration on 10 th after incubation.
Key words: batch culture, hydromacrophytes, phytoremediation

## PENDAHULUAN
Peningkatan  kebutuhan  pangan  pokok beras  menuntut  intensifikasi  pertanian  melalui pengaturan  air  irigasi,  penggunaan  pupuk  dan pestisida sintetik [1,2]. Air irigasi sebagian besar wilayah  Indonesia masih  mengandalkan  sumber air permukaan  seperti  air  sungai yang secara umum  sudah  tercemar  akibat  aktivitas manusia. Dewasa  ini  di  Indonesia,  banyak  petani menggunakan  pupuk  sintetik,  salah  satunya pupuk  NPK.  Pupuk  NPK  memiliki  kandungan unsur  hara  yang  berimbang  dan  Pemerintah
Indonesia telah memberikan subsidi untuk Pupuk NPK  [3].  Banyak  petani  menggunakan  pupuk sintetik dalam  konsentrasi  cukup  tinggi  pada lahan  sawahnya.  Hanya  sebesar  20-40%  dari komposisi  N  yang  diberikan  dapat  diserap  oleh tanaman  [2]. Dengan  demikian, penggunaan pupuk  tersebut dapat menyebabkan  banyak nitrogen  terlepas  menuju  aliran  air,  masuk  ke dalam  tanah,  atau  volatilisasi  [4].  Masuknya N dan P  dalam  suatu  lingkungan  tertentu  harus dibatasi  karena  dapat  menyebabkan  masalah ekonomis  dan  ekologis seperti eutrofikasi pada perairan waduk [5].
Usaha  untuk  memperbaiki  kualitas perairan  irigasi  perlu  dilakukan. Fitoremediasi merupakan  cara  inovatif  untuk  mengurangi pencemar  yang  ada  di  perairan  dan  tanah  tanpa
memerlukan biaya yang banyak [6].
Hidromakrofita  dapat menyerap  nutrien  pada badan  air dari  partikel  teruspensi dengan  cara memperlambat  laju  aliran  air.  Hidromakrofita memiliki  kespesifikan  dalam  menyerap  nutrien, sehingga  seleksi  hidromakrofita  yang  digunakan untuk fitoremediasi perlu dilakukan [7].
Tujuan  dari penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui potensi hidromakrofita  lokal yaitu Monochoria  vaginalis,  Ludwigia  hyssopifolia, Ludwigia  adscendens,  dan  polikultur  ketiganya dalam mereduksi residu pupuk NPK yang ada di air irigasi melalui sistem batch culture.

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan secara ex situ di Rumah Kaca, Jurusan Biologi, FMIPA, Universitas Brawijaya. Analisis parameter fisiko- kimia air dilakukan di Laboratorium Ekologi dan Diversitas Hewan dan Laboratorium Mikrobiologi, Jurusan Biologi, FMIPA,
Universitas  Brawijaya,  Malang.  Air  yang digunakan untuk  penelitian berasal  dari  saluran irigasi  di  Kecamatan  Kepanjen,  Kabupaten Malang.  Penelitian  ini bersifat  eksperimen dengan Rancangan Acak Lengkap Faktorial, 2 faktor 4x4.  Sebagai  faktor  pertama  adalah perlakuan  jenis hidromakrofita  (Monochoria vaginalis,  Ludwigia  hyssopifolia dan Ludwigia adscendens, Polikultur, dan tanpa hidromakrofita sebagai  kontrol)  dan  faktor  kedua  adalah variasi lama  waktu  inkubasi (hari  ke- 0,  1,  5,  dan  10). Replikasi tiap perlakuan sebanyak tiga kali pada waktu yang sama.

## Persiapan Media Fitoremediasi
Penelitian ini menggunakan sistem batch culture,  yaitu  hidromakrofita ditumbuhkan  di dalam  sebuah  wadah berupa bak  dengan diameter 50 cm dan tinggi 30 cm. Ke dalam bak dimasukkan  10  kg  tanah sawah dan  30  liter  air irigasi sebagai media pertumbuhan hidromakrofita.  Masing-masing  bak  diberi  label
perlakuan  yang  susunannya  telah  dilakukan pengacakan menggunakan tabel bilangan acak.
Penentuan  Potensi  Hidromakrofita untuk Mereduksi Residu Pupuk Sintetik
Potensi  hidromakrofita  untuk  mereduksi residu yang  berasal  dari  pupuk NPK  dilakukan dengan  cara  menanam  hidromakrofita  kedalam bak  perlakuan.  Hidromakrofita  terlebih  dahulu ditimbang,  sehingga  jumlah  yang  diperoleh adalah  sebanyak  25%  dari  luas  permukaan  bak. Kemudian  dilakukan  proses  aklimatisasi  di dalam bak sampai hidromakrofita tumbuh stabil. Setelah  proses  aklimatisasi  selesai,  selanjutnya air perlakuan yang berasal dari air irigasi wilayah Kepanjen  Malang diberi  pengayaan pupuk  NPK sebesar  50  mg.L -1 .  Konsentrasi  pupuk  tersebut merupakan  konversi  setengah  dari  pemberian pupuk oleh petani sebesar 50 kg.ha -1 .
Potensi  hidromakrofita  dapat  diketahui dengan  melakukan  pengukuran  faktor  fisiko- kimia air yang terdapat pada masing-masing bak, meliputi  nitrat, ammonium,  dan  fosfat  terlarut. Pengukuran tersebut dilakukan  pada  hari  ke- 0, 1,  5,  dan  10 setelah inkubasi  yang  merupakan waktu efektif proses fitoremediasi.
Perbedaan  kualitas  air antar  perlakuan diketahui  melalui  uji  ANOVA (jika  varian homogen)  atau uji  Brown-Forsythe (jika  varian tidak  homogen) pada  tiap  parameter yang diamati antar perlakuan jenis hidromakrofita dan antar waktu  inkubasi  dilanjutkan  dengan  uji Tukey  HSD atau Games-Howell dengan  α 0,05 yang  dilakukan  menggunakan  program SPSS  16 for  Windows. Hidromakrofita  yang  mampu menurunkan  kadar  pencemar,  tercermin  dari penurunan  nilai  parameter  kualitas  air  secara signifikan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  uji  ANOVA terhadap semua parameter kualitas  fisiko-kimia air yang  diamati antar  perlakuan jenis  hidromakrofita  yang digunakan  untuk  proses fitoremediasi tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan, sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  hidromakrofita yang  digunakan  memiliki  kemampuan  yang
sama  untuk  mereduksi  residu  pupuk  NPK. Dengan demikian, analisis data difokuskan untuk membahas  potensi hidromakrofita  antar  waktu pengamatan yang dibandingkan antara perlakuan pemberian hidromakrofita dengan kontrol.
Gambar 1. Rata-rata konsentrasi nitrat tiap waktu inkubasi pada perlakuan remediasi menggunakan hidromakrofita  dibanding- kan dengan kontrol
Keterangan: Notasi yang sama pada masing-masing perlakuan menunjukkan  tidak  ada  beda  berdasarkan  uji Brown-Forsythe  yang  dilanjutkan  dengan  uji Games-Howel.
Konsentrasi  nitrat  pada hari  ke-0  adalah 7,8 mg.L -1 . Hidromakrofita  yang  dipakai  untuk perlakuan mampu  mereduksi  kadar  nitrat menjadi 1,96 mg.L -1 setelah inkubasi selama satu hari (Gambar 1). Pada hari ke-5 setelah inkubasi, konsentrasi nitrat berkurang hingga mencapai 0,5 mg.L -1 dan  pada  hari  ke-10  konsentrasi  nitrat teramati  sebesar  0,1  mg.L -1 .  Hal  tersebut menunjukkan bahwa hidromakrofita yang digunakan  mampu  mereduksi  kadar  nitrat dalam air  yang  merupakan  residu  dari  pupuk  NPK dengan sangat signifikan.
Konsentrasi  nitrat  pada kontrol juga mengalami  kecenderungan penurunan selama waktu  inkubasi.  Konsentrasi  nitrat  pada  hari pertama  inkubasi  sebesar  7,4  mg.L -1 ,  terus berkurang hingga mencapai 2,6 mg.L -1 pada hari ke-10  inkubasi (Gambar  1). Namun  demikian, penurunan  konsentrasi  nitrat  antar  waktu inkubasi  tersebut  tidak  berbeda  signifikan berdasarkan uji statistik yang dilakukan. Menurunnya  konsentrasi  nitrat pada kontrol dapat terjadi karena aktivitas bakteri pendegradasi nitrat di dalam air. Mikroorganisme dapat memanfaatkan nitrat-nitrogen untuk sintesis  sel  mikroba,  merubah  nitrogen  dan mengurangi  kandungan  nitrogen  di  lingkungan [8].  Contoh  strain  bakteri  pendegradasi  nitrat
adalah Pseudomonas sp.  BS2201,  BS2203,  dan Brevibacillus sp. BS2202 [9].
Gambar  2.  Rata-rata  konsentrasi  ammonium tiap waktu inkubasi pada perlakuan remediasi menggunakan  hidromakrofita  dibanding- kan dengan kontrol
Keterangan: Notasi yang sama pada masing-masing perlakuan menunjukkan  tidak  ada  beda  berdasarkan uji ANOVA  (hidromakrofita)  dan  uji  Brown- Forsythe (kontrol).
Hidromakrofita  yang  digunakan  untuk perlakuan juga mampu mereduksi kadar ammonium secara signifikan. Konsentrasi ammonium  pada  pengamatan  hari  ke-0  adalah sebesar  0,1  mg.L -1 .  Pengamatan  pada  perlakuan remediasi mengunakan  hidromakrofita hari pertama  inkubasi menunjukkan  konsentrasi ammonium  berkurang  signifikan  hingga  sebesar 0,05  mg.L -1 . Pada  hari  ke-5  hingga  hari  ke-10 inkubasi  konsentrasi  ammonium  cenderung berkurang  akan  tetapi  tidak  berbeda  signifikan berdasarkan uji statistik (Gambar 2).
Konsentrasi ammnonium pada penelitian ini lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi  nitrat.  Hal  ini dapat  disebabkan karena  nitrat merupakan  ion  yang  paling  mudah larut dalam air, sehingga dapat ditemukan dalam konsentrasi  yang  tinggi  di  dalam  air.  Berbeda dengan ammonium yang secara alamiah memiliki  kecenderungan untuk  berada  di  dalam tanah [10].
Konsentrasi  ammonium pada kontrol terlihat  mengalami  peningkatan  pada  hari pertama inkubasi dibandingkan hari ke-0, hingga 0,5  mg.L -1 .  Setelah itu, konsentrasi  ammonium menunjukkan  kecenderungan  penurunan  hingga hari ke-20 sebesar 0,02 mg.L -1 , akan tetapi tidak berbeda signifikan antar waktu inkubasi
Hari ke- Hari ke-
berdasarkan uji statistik. Konsentrasi ammonium yang  meningkat  pada  hari  pertama  disebabkan karena  tidak adanya  hidromakrofita yang memanfaatkan  nitrogen  dalam  air,  sehingga unsur N teramonifikasi dan berada dalam bentuk ammonium  (NH 4 ).  Adanya  tanaman  mampu memicu  terjadinya  proses  nitrifikasi,  dimana ammonium  diubah  menjadi  nitrat  (NO 3 )  untuk kebutuhan  nutrisi  N  bagi  tanaman [11].
Berkurangnya  konsentrasi  ammonium  hingga hari  ke-20  dapat  disebabkan  karena  aktivitas mikroorganisme yang memanfaatkan ammonium untuk proses metabolismenya.
Gambar 3. Rata-rata  konsentrasi fosfat  terlarut  tiap waktu  inkubasi  pada  perlakuan  remediasi menggunakan  hidromakrofita  dibanding- kan dengan kontrol
Keterangan:  Notasi  yang  sama pada  masing-masing perlakuan menunjukkan  tidak  ada  beda berdasarkan uji Brown-Forsythe yang dilanjutkan dengan uji Games-Howell
Hidromakrofita  yang  digunakan  untuk perlakuan  juga  mampu  mereduksi  residu  fosfat terlarut dari  pupuk  NPK . Konsentrasi  fosfat terlarut  pada  hari  ke-0 sebesar  0,4  mg.L -1 .
Perlakuan remediasi menggunakan hidromakrofita
mampu  menurunkan  kadar  fosfat  terlarut  sejak hari  pertama inkubasi dengan sangat  signifikan menjadi 0,01  mg.L -1 . Hari  ke-5  hingga  ke-10 inkubasi  konsentrasi  fosfat  terlarut  cenderung mengalami  peningkatan  kembali akan  tetapi  tidak berbeda  signifikan  berdasarkan  uji  statistik (Gambar 3).
Konsentrasi  fosfat  terlarut pada  kontrol mengalami penurunan mulai hari ke-0 hingga hari ke-5 inkubasi, akan tetapi tidak berbeda signifikan berdasarkan  uji  statistik. Pada  hari  ke-10 inkubasi terdapat  peningkatan  konsentrasi  fosfat  terlarut meskipun tidak signifikan.  Penurunan konsentrasi fosfat  terlarut  tersebut  dapat  disebabkan  karena aktivitas  bakteri  yang  mampu  memanfaatkan fosfat  terlarut  sebagai  sumber  nutrien  dan  energi. Spesies  Bakteri Bacillus sp.  RS-1, Pseudomonas sp.  YLW-7,  dan Enterobacter sp.  KLW-2 adalah contoh bakteri yang mampu menurunkan konsentrasi fosfat terlarut [12]. Efektivitas hidromakrofita untuk
menurunkan  residu pupuk  NPK  dapat  dilihat  dari peningkatan persentase  penurunan konsentrasi  N dan  P antar  waktu  inkubasi (Tabel  1).  Persentase penurunan konsentrasi nitrat selama masa inkubasi selalu mengalami peningkatan tiap waktu pengamatan  dan  persentase  penurunan  paling tinggi  terjadi  pada  hari  ke-10 inkubasi yaitu lebih dari 95%. Persentase penurunan tertinggi konsentrasi fosfat terlarut terjadi pada hari pertama inkubasi sebesar  lebih  dari  95%,  sedangkan persentase penurunan tertinggi konsentrasi ammonium  terjadi  pada  hari  ke-10  inkubasi sebesar  lebih  dari  80%. Persentase  penurunan konsentrasi  ammonium  teramati  tidak  terlalu tinggi.
Tabel 1. Persentase penurunan konsentrasi nitrat, fosfat terlarut, dan ammonium antar waktu inkubasi
Perlakuan Rata-rata penurunan (%) kadar Nitrat Fosfat Terlarut Ammonium Hari 1 Hari 5 Hari 10 Hari 1 Hari 5 Hari 10 Hari 1 Hari 5 Hari 10 Ludwigia hyssopifolia dan Ludwigia adscendens Monochoria vaginalis Polikultur Kontrol 81,57 73,87 69,42 5,16 95,25 87,89 97,26 42,87 97,66 98,03 96,67 66,07 95,81 97,52 97,52 80,68 95,56 90,94 96,67 84,87 86,92 92,91 92,92 50,43 57,52 9,29 73,45 -469,9 59,29 61,50 65,49 -233,6 64,60 83,19 52,51 79,20 Hari ke-
Hal  tersebut  disebabkan  karena  hidromakrofita tidak memanfaatkan ammonium dalam konsentrasi  yang  banyak. Tanaman  lebih cenderung memanfaatkan  unsur N dalam bentuk nitrat  (NO 3 )  daripada  dalam  bentuk  ammonium (NH 4 ).  Nitrat  memiliki  ion negatif,  dimana  saat tanaman menyerap ion K + , Ca + , dan kation yang lain, penyerapan nitrat akan lebih menyeimbangkan  ion  dalam  tanaman daripada penyerapan ammonium [11].

## KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,  dapat  disimpulkan  bahwa, M. vaginalis, L.  hyssopifolia,  dan L.  adscendens memiliki kemampuan yang sama untuk mereduksi residu Pupuk NPK. Konsentrasi nitrat dan ammonium tereduksi dengan maksimal pada hari  ke-10  inkubasi (sebesar  95%  untuk  nitrat dan  80%  untuk  ammonium),  sedangkan fosfat terlarut tereduksi sebesar 95% pada hari pertama inkubasi .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian  ini  didukung  oleh Direktorat Jenderal  Pendidikan  Tinggi (DIKTI) melalui Program  Hibah  Bersaing  Institusi  (PHBI) tahun 2012 dengan  peneliti Dr.  Catur  Retnaningdyah, M. Si. Dan  Dr.  Endang  Arisoesilaningsih. Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Purnomo,  S.  Si, Hamdani Dwi  Prasetyo,  dan Zidny Furaidah  yang  telah  membantu  selama proses penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Shah,  M.,  M.  A.  Atta,  M.  W.  Akbar, W. Nouman,  T.  U.  Jan.  2011.  Impact  of Irrigation  on  the  Cropping  Pattern  on  the Command  Area  of  Chashma  Right Bank Canal  (CRBC),  In  Dikhan. IJRB.  3(4):881- 887.
[2] Vlek, P. L. G. dan B. H. Byrens. 1986. The ef ﬁcacy  and  loss  of  fertilizer  N  in  lowland rice. Fertilizer Research. 9:131 – 147.
[3] Zaini, Z. 2013. Pupuk dan Permasalahannya. http://pangan.litbang.deptan.go.id.  Tanggal
Akses 31 Mei 2013.
[4] Das,  P.,  J.  H.  Sa, K.  H.  Kim,  E.  C.  Jeon. 2008.  Effect  of  fertilizer  application  on ammonia  emission  and  concentration  levels of  ammonium,  nitrate,  and  nitrite  ions  in  a rice ﬁeld. Environ  Monit  Assess.  154:275 – 282.
[5] Retnaningdyah, C., Suharjono, A. Soegianto,  B.  Irawan.  2010. Blooming Stimulation  of Microcystis in  Sutami Reservoir  Using  Nutrients  Nitrate  and Phosphate  in  Different  ratio. J  Trop  Life Science. 1(1):42-46.
[6] Environmental Protection Agency  (EPA). 2000.  Introduction  of  Phytoremediation. National Risk Management Research Laboratory,  U.S.  Environmental Protection Agency. Cincinnati. Ohio.
[7] Srivastava, J.,  A.  Gupta,  H. Chandra.  2008. Managing  water  quality  with  aquatic macrophytes. Rev  Environ  Sci  Biotechnol. 7:255-266.
[8] Tang, S., Q. Yang, H. Shang, T. Sun. 2010. Removal  of  Nitrate  by Autosulfurotrophic
Denitrifying Bacteria: Optimization, Kinetics  and  Thermodynamics  Study. FEB. 19(12b):3193-3198.
[9] Grishchenkov, V. G., R. T. Townsend, T. J. McDonald,  R.  L.  Autenrieth,  J.  S.  Bonner, A.  M.  Boronin.  2000.  Degradation  of petroleum  hydrocarbons  by  facultative anaerobic  bacteria  under  aerobic  and anaerobic conditions. Process Biochemistry. 35:889-896.
[10] Brown,  L.  C.  dan  J.  W.  Johnson.  1991. Nitrogen  and  Hydrologic  Cycle. Ohio  State University Extension Fact Sheet. Ohio.
[11] Boudsocq,  S.,  A.  Niboyet.,  J.  C.  Lata,  X. Raynaud,  N.  Loeuille,  J.  Mathieu,  M. Blouin,  L.  Abbadie,  S.  Barot.  2012.  Plant Preference of Ammonium versus Nitrate: A
Neglected Determinant of Ecosystem Functioning?. Am. Nat. 180(1):60-69.
[12] Krishnaswamy,  U.,  M.  Muthuchamy.,  L. Perumalsamy.  2011.  Biological  removal  of phosphate  from  synthetic  wastewater  using bacterial  consortium. Iranian  Journal  of Biotechnology. 9(1):37-49.