7

BAB II

PERTANIAN DAN LINGKUNGAN

2.1. Pendahuluan

Setelah Perang Dunia II revolusi penggunaan bahan kimia dalam bidang

pertanian berkembang secara pesat dan intensif. Akibatnya muncullah masalah yang

mengganggu kesehatan dan pencemaran terhadap lingkungan. Penggunaan pestisida

BHC pada tanaman hijauan (makanan ternak) telah mengakibatkan terkontaminasinya

tanaman rumputan yang berakibat buruk terhadap kualitas susu sapi yang

terjadi sekitar tahun 1969 di Jepang. Demikian pula dengan DDT telah menyebabkan

munculnya serangga (lalat rumah) menjadi kebal sehingga untuk membasminya

diperlukan peningkatan dosis yang akan menjadi berbahaya bagi manusia. Dengan

kasus-kasus serupa itu, maka muncullah kemudian isu lingkungan yang bersentral pada

sebuah buku berjudul "Silent Spring" yang ditulis oleh Rachel Carson (1962). Buku

tersebut memberikan peringatan tentang dampak bahan kimia dalam pertanian

terhadap lingkungan dan ekosistem.

Di Indonesia kesadaran akan kesehatan lingkungan memang agak terlambat

dibandingkan negara-negara lainnya. Hal ini tidak mengherankan mengingat

pembangunan industri secara besar-besaran baru terjadi dalam tahun 70-an yakni

masa orde baru. Sektor inilah yang kemudian diketahui telah menyebabkan berbagai

masalah pencemaran lingkungan yang memprihatinkan, baik berupa polutan udara

(gas, debu, kebisingan), air (limbah kimia berbahaya), maupun darat (sisa buangan

seperti plastik, logam, sampah, dan sebagainya). Untuk membandingkan sampai

sejauhmana suatu pencemaran dapat terjadi akibat aktifitas ekonomi manusia, maka

dapat kiranya dibandingkan dengan negara industri yang sudah maju (Tabel 2.1).

Akibat berkembangnya perkotaan dengan munculnya berbagai sektor industri

berdampak pula pada dinamika sosial kemasyarakatan, yakni terjadinya urbanisasi

penduduk dari desa ke perkotaan. Hal ini memunculkan masalah baru yang

menyebabkan semakin peliknya masalah lingkungan, yakni meningkatkan limbah

domestik yang potensinya semakin besar mengingat kurangnya kesadaran penduduk

akan lingkungan dan kurangnya fasilitas serta teknologi lingkungan. Disamping

itu patologi sosial yang merupakan ekses dari perubahan pola hidup masyarakat dari

8

agraris ke industri juga menjadi menarik sebagai kajian bila dilihat sebagai polutan

lingkungan sosial.

Tabel 2.1. Jumlah limbah yang dihasilkan oleh beberapa negara akibat aktifitas ekonomi pada tahun 2010 (kali 1.000 ton) (Anonim, 2012b)

Mengingat demikian luasnya permasalah lingkungan, maka perlu adanya

kebijakan makro yang bersifat integrasi dari berbagai sudut kepentingan agar supaya

masalah lingkungan tidak semakin rumit.

2.2. Desa sebagai model lingkungan

Mengingat bahwa pada topik pembicaraan ini adalah lingkungan dalam

bidang pertanian dalam arti luas, maka suatu kawasan yang dianggap proporsional

terhadap masalah tersebut adalah desa. Dalam kawasan ini terdapat beberapa

variabel yang perlu mendapatkan perhatian dan perlu dimonitoring dengan

saksama yakni: keadaan cuaca, topografi, vegetasi, jenis dan kesuburan tanah,

penduduk, penggunaan tanah, kualitas air, sumber energi, tata letak, sosial ekonomi,

budaya, dan sebagainya. Dengan demikian segala bentuk aktifitas manusia

(pembangunan) yang akan diintroduksi dalam suatu kawasan hendaknya

9

mendapatkan analisis secara mendalam terhadap permasalahan yang akan timbul

nantinya. Contoh klasik adalah masuknya teknologi pertanian dalam bentuk paket

teknologi usahatani (sistem irigasi, bercocok tanam, pengendalian hama-penyakit,

varietas unggul dan pengolahan tanah) di pedesaan yang dimulai pada tahun 60-an

telah merubah kondisi suatu kawasan dari kondisi alaminya. Introduksi bibit unggul

varietas padi PB5 dan PB8 pada tahun 70-an telah menyebabkan munculnya penyakit

kresek (Xanthomonas oryzae). Penggunaan berbagai jenis pestisida pada tanaman

padi dan palawija telah mampu memunculkan jenis biotipe hama baru (wereng) yang

resisten, sehingga terbitnya Inpres Presiden untuk menarik 50 jenis pestisida dari

pasaran. Penggunaan pupuk kimiawi (buatan) telah menyebabkan mundurnya

kesuburan tanah karena munculnya akumulasi bahan kimia yang tidak terurai. Demikian

seterusnya terhadap kualitas reservoir air seperti: sungai, sumur dan danau yang

tercemar limbah buangan aktifitas pertanian. Untuk mengatasi hal tersebut saat

ini manusia mulai menyadari arti pentingnya kembali ke alam (back to nature).

Filosofis ini menyebabkan orang mulai berfikir bagaimana caranya agar supaya alam

mampu menetralisir dirinya terhadap pencemar yang ada. Disisi lain manusia menyadari

bahwa dirinya adalah bagian dari alam sehingga ia harus hidup berdampingan dengan

cacing, serangga, batu, air, ternak, hujan, dan sebagainya tanpa memotong siklus alam

yang ada. Konsep inilah yang sebenarnya telah berkembang dalam masyarakat

pertanian tradisional. Dalam Tabel 2.2 disajikan pergeseran perkembangan pengelolaan

pertanian dari yang sifatnya merusak alam ke arah berdampingan dengan alam.

Sehingga apabila hal ini diringkas, maka pengelolaan pertanian hendaknya

berdasarkan kepada masalah sebagai berikut:

1) Tanah pertanian hendaknya bukan hanya dijadikan tempat untuk menghasilkan

makanan tetapi juga sebagai tempat hidup manusia dan suatu tempat untuk

mengekspresikan suatu mekanisme pengendalian sumber alam seperti air dan

udara, dan suatu mekanisme konservasi sumber tanah dan lingkungan, seperti

perlindungan terhadap erosi tanah, disintegrasi tanah dan banjir, melalui

pengelolaan produktivitas yang sesuai.

2) Pengelolaan yang tak sesuai pada tanah pertanian akan memacu terjadinya

disintegrasi alam. Dengan dasar itu maka untuk masa depan hendaknya

pertanian diarahkan kepada masalah:

10

Klarifikasi daur materi pada tanah pertanian, hubungan antara klimat dan

daur air, evaluasi mekanisme konsernasi lingkungan, peranan pertanian dalam

lingkungan global, dsb.

Menekan penggunaan pupuk buatan dan bahan kimia dalam lahan pertanian

ke tingkat minimum.

Mengembangkan teknologi pertanian berkelanjutan untuk memantapkan

harmonisasinya dengan lingkungan global.

Penggunaan energi dan biomas lokal yang dapat diperoleh dari sumber energi

bersih seperti matahari, angin, air dsb.

Penggunaan daur materi pertanian secara maksimum.

Tabel 2.2. Perkembangan teknologi pertanian yang berdampingan dengan keharmonisan lingkungan global (Anonim, 1991).

Pola pertanian Sasaran Kejadian

1. Pertanian merusak lingkungan

a. Utamakan pertanian. b. Eksplotasi tanah c. Pada tanah tak cocok

Erosi, polusi air, kerusakan hutan, padang pasir

2. Kembali ke pertanian tradisional

a. Penggunaan lahan yang cocok b. Berdasar daur bahan

Padi dan ternak, rasionalisasi agroforestry, daur ulang limbah urban

3. Promosi teknologi konservasi lingkungan

Konservasi air, konservasi pencegah banjir, pencegah erosi, kesehatan, dan istirahat, pengisian lereng

Pendekatan ekosistem secara integratif

4. Pertanian harmonis dengan lingkungan

a. Daur materi b. Harmonis dengan ekosistem alamiah

Pemanfaatan P dalam tanah, pemanfaatan limbah rumah dan ternak, tumpang sari, PH, agroforestry

Dalam menuju pada konsep di atas, sekarang telah dilakukan beberapa langkah

positif dengan sedikit sentuhan teknologi yang diharapkan mampu memacu tingkat

produktivitas pertaniannya. Konsep yang akhir-akhir ini berkembang pesat adalah yang

disebut dengan bioteknologi. Secara definitif bioteknologi adalah sebagai suatu usaha

dengan memanfaatkan organisme hidup atau bagiannya untuk membuat atau

modifikasi produk, meningkatkan produksi tanaman atau ternak (dalam bidang

pertanian) atau untuk mengembangkan mikroba untuk tujuan khusus. Spektrumnya

11

sangat luas menyangkut produksi pangan, fermentasi, antibiotika, enzim, alkohol,

kultivasi sel, pengendalian limbah, pemurnian minyak, pemupukan, dan sebagainya.

Tingkat perkembangannya dikenal ada empat tahapan yakni:

a. Biotek fermentasi;

b. Biotek produksi asam-asam organik dan biomas (asam sitrat, alkohol);

c. Biotek bahan kimia dalam kondisi steril (antibiotika);

d. Biotek mutahir (molekuler, rekayasa gen, dan lain-lain).

Di Indonesia baru pada tingkat pertama dan kedua, sedangkan yang berikutnya

baru dalam tahap teoritis atau dalam lembaga penelitian. Dilihat dari aplikasinya dalam

bidang pertanian dapat dibedakan atas tiga bagian, yakni:

1. Aplikasi mikroba, ialah dengan memanfaatkan mikroba untuk meningkatkan

efisiensi produksi pertanian.

2. Aplikasi seluler, termasuk didalamnya biotek kultur jaringan dan sel dalam

rangka perbaikan bahan tanaman.

3. Aplikasi molukuler dalam rangka identifikasi dan karakter plasma nutfah tingkat

molekuler, termasuk di dalamnya rekayasa genetik (DNA/RNA).

Secara teoritis konsep ini dapat diterapkan dalam bidang pertanian untuk

meningkatkan produktifitas sebagaimana terlihat pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2.

Pada Gambar 2.1 terdapat tiga pilar utama untuk meningkatkan efisiensi pertanian

melalui biotek, yakni: breeding tanaman, proteksi tanaman dan kultivasi tanaman.

Beberapa contoh dari konsepsi tersebut dikemukakan dalam bab berikutnya. Pada

Gambar 2.2 dikemukakan mengenai alur perbanyakan tanaman dengan menggunakan

bioteknologi.

Gambar 2.1. Peranan bioteknologi melalui tiga jalur dalam meningkatkan efisiensi produksi tanaman.

12

Gambar 2.2. Empat cara biotek untuk perbanyakan tanaman: perbanyakan cepat, kloning sel, haploid dan rekayasa genetik.

Aplikasi dari konsepsi yang dikemukakan pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2.

tersebut di atas dapat dikemukakan pada beberapa contoh nyata yang saat ini telah

berkembang dengan pesat dalam bidang pertanian, antara lain:

Konsep PHT (Pengendalian Hama Terpadu).

Konsep ini sebenarnya berkembang dari dasar pemikiran epidemiologi, yakni di

alam terjadi keseimbangan antara tiga unsur utama: tanaman inang,

hama/patogen, dan lingkungan (biotis dan non biotis). Tidak akan terjadi outbreak

hama/ penyakit selama keseimbangan terjadi. Dengan gangguan teknologi manusia

maka seringkali salah satu unsur terganggu (misalnya penggunaan pestisida yang

menyebabkan predator mati) maka muncullah ourbreak. Konsep PHT memberikan

pengertian kapan seseorang melakukan tindakan pengendalian dan kapan tidak

(khususnya bahan kimia), sehingga alam dibiarkan apa adanya. Penggunaan musuh

alami (predator, patogen, parasit) sangat besar manfaatnya dalam operasionalisasi

konsep tersebut. Musuh alami bukan hanya jenis burung-burungan atau khewan lainnya

(laba-laba, tabuhan, jangkrik, kepinding, dsb.), namun juga pemanfaatan jasad renik

seperti jamur, bakteri dan virus. Penggunaan BT suatu nama perdagangan untuk bakteri

13

Bacillus thuringiensis ternyata efektif dalam mengendalikan larva Plutella maculipenis

perusak tanaman kubis. Bacillus popilliae dan B. lentimorbus telah digunakan secara

luas untuk mengendalikan hama kumbang jepang (Popillia japonica) di Amerika Utara.

Larva hama kuwangwung (Oryctes rhinoceros) pada daun kelapa dapat diparasitir jamur

Metarrhizium anisopliae; jenis jamur lain untuk mengendalikan hama serangga antara

lain Aspergillus, Septoria, Beauveria, Spicaria, dan Isaria. Virus Nuclear Polyhedrosis

dapat digunakan untuk mengendalikan ulat grayak sedangkan Virus Granulosis dapat

menyerang larva ngengat dan kupu-kupu. Di Amerika malah telah dikomersialkan jenis

tanaman jagung dan kapas pembawa gen BT (sebagai transgenik plants) yang tahan

terhadap hama lepidoptera, karena kemampuannya menghasilkan kristal protein

tertentu yang bersifat toksik bagi hama serangga tersebut. Biotek dapat juga dilakukan

pada patogen tanaman seperti: pengendalian penyakit layu pada tomat oleh jamur

Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici dapat ditekan dengan menyelup akar yang sakit

dalam cairan mengandung jamur Cephalosporium sp.; penyakit rebah semai pada

jagung oleh jamur Fusarium roseum dapat dikendalikan dengan menyelimuti biji

sebelum ditanam dengan larutan bakteri Bacillus subtilis atau jamur Chaetomium

globosum; pemberian spora jamur Peniophora gigantae dalam bentuk cair pada

potongan batang pinus dapat mengurangi serangan Fomus annosus yang menyerang

akar.

Bioteknologi Mikoriza dan Rhizobium

Untuk meningkatkan produksi pertanian, khususnya pada lahan kurang

subur pilihan cenderung menggunakan pupuk buatan kimiawi karena reaksinya cepat.

Akhir-akhir ini kondisi ini mulai diragukan kelanjutannya karena dampak sampingannya.

Pilihan mulai menengok pada rekayasa pemanfaatan mikroba untuk

menciptakan kesuburan alamiah. Mikoriza yang merupakan bentuk asosiasi antara

jamur tanah dan akar tanaman ternyata sangat membantu dalam peningkatan

kesuburan tanah karena kemampuannya membantu tanaman dalam menyerap unsur

hara, khususnya fosfor pada tanah yang bermasalah fosfor. Dari hasil penelitian

Sastrahidayat (2010), ternyata hampir semua jenis tanaman yang diinokulasi mikoriza

menunjukkan respon yang tinggi pada pertumbuhan dan produksinya. Dari beberapa

jenis yang diuji peningkatan produksi sebagai berikut: jagung (22-90 %), padi gogo (22-

35 %), bawang merah (37-104 %), cabai besar (12-27 %), kacang panjang (22-35 %).

14

Pada jenis endomikoriza jamur tersebut sangat efektif bila dibiakan pada rumput bahia

(Puspalum notatum), sehingga untuk peternakan hal ini sangat baik sekali dalam

meningkatkan pakan ternak. Sampai saat ini penulis telah berhasil membiakan pupuk

hayati mikoriza ini dan dapat dipaket dalam berbagai bentuk seperti tablet, granuler,

campuran, dan kapsul sehingga mudah dalam penyimpanan dan transportasi. Perlu

kiranya hal ini dicobakan pada tanah-tanah pertanian khususnya di Jawa yang selama ini

dipupuk berat dengan pupuk kimia super posfat (SP) ditambang kembali dengan pupuk

mikoriza karena banyak yang terjerap oleh tanah sehingga tak tersedia bagi tanaman.

Demikian pula bintil akar tanaman legum, ternyata merupakan bentuk asosiasi

antara bakteri tanah Rhizobium dengan sel akar tanaman, sangat membantu dalam

fiksasi nitrogen dari udara bebas. Saat ini jenis jasad tersebut telah mampu

diisolasi dan dikembangkan sehingga didapat paket teknologi berupa "pupuk hayati"

yang tidak menyebabkan pencamaran lingkungan. Dengan biotek moderen ternyata dari

Rhizobium dapat diisolasi adanya gen untuk fiksasi (gen nif) dan gen untuk nodulasi (gen

nod), kemudian diciri dan ditransfer dalam tanaman untuk mendapatkan tanaman

transgenik yang mampu memfiksasi N alami secara mandiri.

Selain jazad renik, tanaman seperti blue green algae dan azolla dapat

dimanfaatkan sebagai pupuk alamiah karena kemampuannya memfiksasi N dari udara

disamping menambah unsur lainnya. Perbanyakan dan pencarian jenis yang efektif

relatif lebih mudah dibandingkan jasad renik sehingga untuk skala komersial

memungkinkan untuk dikembangkan.

Kultur jaringan

Bioteknologi yang tidak kalah pentingnya adalah kultur jaringan, yakni suatu

cara memperbanyak tanaman in vitro dengan menggunakan sebagian jaringan

tanaman sebagai bahan perbanyakan, baik yang berupa sel tunggal, jaringan atau organ

dalam kondisi bebas hama dan penyakit serta pengaruh mikroba lainnya. Cara ini pada

dasarnya adalah perbanyakan secara vegetatif sehingga akan didapat keseragaman bibit

tanaman yang nantinya siap disebarkan di lapangan dengan hasil yang relatif seragam

pula, karena tidak terjadi persilangan genetika induk (misal: anggrek, pisang). Terdapat

lima macam kultur jaringan yang telah berkembang yaitu: kultur kalus; kultur meristem

dan pucuk; kultur anther, polen dan ovul; kultur sel dan protoplast; dan kultur embrio

15

(Gambar 2.2). Dalam tulisan ini tidak diuraikan lebih jauh mengenai teknisnya dan bagi

yang berminat dapat dipelajari dari pustaka yang ada.

Teknologi mengurangi pencemaran lingkungan secara langsung

Dalam hubungannya dengan pertanian dan peternakan, maka efek dari aktivitas

tersebut di atas yang secara langsung menerima pencemaran adalah reservoir air dan

tanah. Berbagai teknik lingkungan untuk menetralisir pencemaran tersebut saat ini

telah berkembang pesat pula, yang antara lain:

1. Bioteknologi

2. Metode anaerobik

3. Metode fisik

4. Metode membran

5. Metode oksidatif

6. Metode campuran antara biologi, membran dan oksidatif

7. Teknologi daur ulang

Mengingat luasnya teknologi yang dikembangkan, dalam buku ini penulis

hanya menekankan pada teknologi pertama, yakni bioteknologi. Di atas telah

disebutkan beberapa contoh pemanfaatan biotek dalam bidang pertanian, disini akan

dibicarakan manfaat bioteknologi dalam mengatasi pencemarannya secara langsung.

o Biotek dalam pencemaran cair

Sungai, danau atau reservoir lainnya secara alamiah menampung limpahan air

dari daerah pengairan yang luas dan secara langsung atau tidak langsung juga

menampung buangan air dari industri dan rumah tangga. Rendahnya kandungan

oksigen (D.O.) dan atau tingginya konsentrasi bakteri merupakan titik kritis masalah

polusi air sungai. Secara alamiah pada dasarnya sungai dapat mengatasi problemnya

sendiri melalui potensi sumber air dan arus air. Pada arus dengan

turbulensi tinggi dan suhu air rendah populusi mikrobanya dominan sehingga

mempunyai kapasitas asimilasi tinggi pada BOD, namun "microbial die off rate" dan

"resident times" nya rendah. Sebaliknya pada arus yang lambat menyebabkan D.O.

rendah, khususnya terjadi apabila suhu air tinggi, sehingga penyerapan oksigen oleh air

rendah, namun "microbial die off rates" dan "resident times" nya tinggi.

16

Maka sebagai indikator kualitas air sungai tersebut dapatlah dilihat dari

beberapa faktor, yakni: D.O., populasi mikroba, nutrisi (kebanyakan nitrogen dan

fosfor), polusi bahan kimia. Pencemaran air dengan menggunakan teknologi biologi

dapat dilakukan dengan menggunakan tanaman tingkat tinggi atau mikroba.

a) Penggunaan gulma air (hyacintha)

Hyacintha merupakan tanaman air yang dapat digunakan untuk menyaring

kotoran yang terbawa air disamping dapat digunakan untuk bahan gas organik, sumber

makanan ternak, dan pupuk. Dari percobaan terbukti bahwa untuk permukaan air seluas

satu hektar maka tumbuhan tersebut dapat tumbuh seberat sampai 40 ton. Dengan

cara ini akan mampu menekan biaya pengolahan limbah lebih rendah dibandingkan

cara kimiawi, karena tanaman tersebut mampu pula menyerap logam berat yang

berbahaya, seperti: cadmium, air raksa, nekel, timah serta perak dan zat-zat racun

yang larut dalam air. Kandungan bahan-bahan tersebut dalam tanaman bisa mencapai

4.000 - 20.000 kali dibandingkan dalam air. Beberapa jenis yang dapat digunakan antara

lain: Phragmites communis, Scirpus lacustris, Lemna spp., Spirodela spp., hydrilla,

Ceratophyllum demersun. Tanaman azolla dapat juga digunakan untuk mengangkat N

dan P dari air sehingga dapat digunakan untuk pemupukan, antara lain: Eichhornia,

Lemna, Spirodela, Nasturtium, Ipomoea.

b) Penggunaan mikroba

Berbagai jenis mikroba sebenarnya sudah tersedia di alam untuk menetralisir

polusi air, namun apabila tingkat pencemarannya di atas batas kemampuannya maka

jasad tersebut akan mati juga. Bakteri mempunyai peranan dominan

dalam netralisasi tersebut di samping jasad bersel satu lainnya seperti: Vorticella,

Zoothamium, Epistylis, Opercularia, Aspidisca, Tritigmostoma, Litonotus,

Oxytricha, Colpidium, Uronema, Glaucoma, dan sebagainya (Gambar 2.3).

Dengan demikian jasad tersebut dapat disebut sebagai "pemakan

sampah". Bakteri dapat melakukan pekerjaaannya dengan baik asalkan didapat cukup

oksigen dari udara dalam air tersebut (aerobic). Prinsip inilah yang digunakan dalam

kolam pemroses limbah dengan menggunakan alat pengaduk (kipas) agar terjadi

golakan pada air sehingga mampu mengikat oksigen dari udara. Maka dengan

adanya oksigen dan bahan makanan berupa kotoran (khususnya bahan organik) tadi,

17

bakteri dapat berkembang biak, sehingga kontinyuitas degradasi bahan organik berjalan

lancar.

Gambar 2.3. Beberapa contoh spesies mikroba yang dapat digunakan dalam proses dekomposisi bahan organik dalam air (Hitsumono, 1993).

Untuk mendapatkan jenis bakteri yang lebih efektif dalam proses degradasi

tersebut diperlukan pencarian strain yang kemudian dikembangkan dilaboratorium

untuk diperbanyak dan dipaket dalam bentuk bioteknologi. Dibeberapa industri hal ini

telah dilakukan, namun mengingat hal ini menyangkut paten umumnya strain tersebut

dirahasiakan.

Perlakuan biologi pada aliran air dapat dilakukan dengan berbagai cara atau

metode yang saat ini dapat diakses dari internet atau pustaka lainnya. Prinsip utama

bagi penggunaan setiap metode tersebut, adalah aliran air harus dalam kondisi baik;

hal ini digunakan agar memungkinkan perlakuan: pH, suhu air (dipertahankan lebih

rendah dari 40oC), gerakan air, ketersediaan nutrisi (khususnya N dan P). Beberapa

water treatment yang biasanya dilakukan untuk penguarai limbah antara lain:

Activated sludge method

Perlakuan cara ini pada dasarnya menyediakan kolam precipitasi dan kolam

aerasi dengan alur seperti terlihat di bawah, sementara prosesnya disajikan pada

Gambar 2.4.

18

Dalam alur tersebut bahan aliran dicampur dengan actevated sludge dan

udara. Mikroba yang ada dalam sludge dirangsang menggunakan oksigen untuk

dekomposisi bahan organik. Larutan yang memadat hendaknya dibuang dahulu

karena dapat menyebabkan akumulasi sludge oleh daya putaran yang akan

menyebabkan menggumpalnya mikroba yang masih aktif.

Gambar 2.4. Ilustrasi activated sludge method (Hitsumono, 1993).

Salah satu mikroba yang sering digunakan adalah Zoogloea ramigera, sejenis

jamur yang diambil dari suatu kotoran berlendir; jasad ini mempunyai daya

koagulasi yang tinggi. Kelemahan sistem ini adalah terjadinya kemunduran rasio

kerapatan dan tekanan sludge, sehingga menyebabkan menurunnya efisiensi pada

penjernihan ke dua. Hal ini disebut sebagai "bulking", kejadian tersebut nampaknya ada

hubungannya dengan asosiasi sludge dengan perbanyakan jamur berfilamen

(Sphaerotilus sp.). Penyebab bulking tersebut antara lain: (1) tingginya kandungan BOD;

(2) ekses karbohidrat dan; (3) kekurangan nutrisi.

Oxygen aeration system actevated sludge process

Dalam proses ini oksigen diinjeksikan ke kolam jadi bukan menggunakan

udara bebas, agar supaya terjadi aktivitas metabolit mikroba (Gambar 2.5).

Karatekristik metode ini adalah:

Kestabilan perlakuan.- Memudahkan dalam operasi dan kualitas air stabil

karena adanya injeksi oksigen ke muatan aliran. Tingginya DO ratio mencegah

perbanyakan jamur berfilamen.

Membutuhkan ruang yang kecil.- Tingginya DO ratio menyebabkan tingginya

kerapatan sludge. Setiap area perlakuan mempunyai efisiensi tinggi

dibandingakan cara pertama.

19

Daya larut sludge.- Sludge mempunyai daya larut tinggi sehingga mudah diberi

air kembali. Ekses sludge yang dihasilkan 30-50 persen lebih rendah dibanding

cara pertama.

Tidak menimbulkan bau karena tertutup.

Peralatan mahal.- Hal ini karena menggunakan generator oksigen yang mahal.

Gambar 2.5. Ilustrasi oxygen aeration system actevated sludge process (Hitsumono, 1993).

Deep shaft process

Satu shaft diameternya 1 sampai 6 meter dan 50 sampai 150 meter panjang

total saluran yang terbenam dalam tanah sebagai kolam aerasi (Gambar 2.6).

Karakteristik cara ini adalah:

Membutuhkan ruangan yang sempit karena terbenam

Sedikit membutuhkan volume udara yang diinjeksikan

Ratio DO tinggi menyebabkan kerapatan aliran tinggi

Hal serupa dapat pula dilakukan dalam industri peternakan, apabila urine ternak

menjadi masalah utama bila dibuang langsung ke dalam tanah atau badan air. Urine

pada dasarnya mengandung amoniak dengan konsentrasi tinggi, secara alamiah

amoniak tersebut akan diurai oleh bakteri Nitrosomonas menjadi nitrat, kemudian oleh

bakteri Nitrosobacter dirubah menjadi nitrit, dan dari sini kembali menjadi

nitrogen bebas ke udara. NO3 adalah sumber nitrogen bagi tanaman yang

dapat diserap, sedangkan NO2 mempunyai efek racun bagi tanaman, adapun N

dapat diikat kembali dengan bantuan bakteri Rhizobium dalam bintil akar tanaman

20

leguminose. Atas dasar uraian di atas maka pemanfaatan bioteknologi kedua jenis

bakteri tersebut nampaknya mempunyai harapan cerah untuk mendapatkan pupuk

alami bagi tanaman.

Gambar 2.6. Ilustrasi deep shaft process (Hitsumono, 1993).

o Biotek dalam pencemaran padatan (solid waste)

Aktivitas manusia dalam bidang pertanian demikian berkembang pesat sehingga

meluas keberbagai komoditas yang produksinya bervariasi untuk setiap kawasan dengan

totalnya jutaan ton seperti data FAO dalam Gambar 2.7 (Gustavsson et.al, 2011).

Gambar 2.7. Volume produksi komoditas pertanian dunia per wilayah (x juta ton). (Gustavsson et.al. 2011).

Hal tersebut tentu akan memberikan dampak lingkungan karena semakin

besarnya limbah di dunia yang harus didaur ulang di alam. Apabila tidak dapat didaur

kembali maka akan menjadi pencemar lingkungan serius baik berupa padatan, cair atau

gas. Seperti terlihat dalam Tabel 2.3, limbah kotoran ternak dapat mencapai 20

persen dari limbah industri di negara maju (Jepang), sementara Tabel 2.4

menggambarkan jumlah limbah dari sektor pertanian dunia saja.

21

Tabel 2.3. Sumber limbah di Jepang (Hitsumoto, 1993)

Jenis limbah Unit: 103 ton/tahun

Jumlah limbah yang dihasilkan (%)

Limbah domestic (total, 1987) Limbah industri (total, 1985): - sludge - kotoran ternak - demolit - slag - logam - kayu - abu - asam dan alkali - potongan gelas dan keramik - oli - lain-lain

39,590 312,271 112,821 62,462 48,948 41,649 8,877 8,058 6,224 4,320 3,910 3,672

11,330

100 100 36 20 16 13 3 3 2 1 1 1 4

Tabel 2.4. Beberapa jenis limbah pertanian di dunia (ton/th)

Jenis limbah Dunia Afrika Amerika Selatan Asia

1. Jerami 2. Tebu 3. Cassava 4. Bit gula 5. Pisang 6. Jeruk 7. Kopi

1.710 116 106 482

8 12 5

111 9

42 4 1 1 2

96 28 33 5 4 3 3

607 46 30 36 2 3 -

Sumber: Van der Wal dalam Kasmidjo dan Hardiman, 1981.

Untuk mengatasi limbah tersebut dapat dimanfaatkan mikroba yang dipaket

dalam biotek; Tabel 2.5. memberikan informasi mengenai beberapa jenis mikroba yang

dapat dimanfaatkan.

Di samping itu, akhir-akhir ini telah ditemukan jenis bakteri thermofilik yang

mampu merombak sampah untuk makanan hewan karena mengandung protein.

Bakteri tersebut mampu hidup pada suhu tinggi mencapai 250-350 oC, dan dapat

merombak selulose biomas, serta dapat dibiakan dalam kultur murni di laboratorium.

Dengan revolusi biotek ini maka akan memecahkan masalah limbah padat, termasuk

kotoran ternak dengan biaya relatif murah dibanding cara lain.

22

Tabel 2.5. Beberapa jenis mikroba yang dapat digunakan untuk membuat protein sel tunggal atau biomasa mikroba (Anonim, 1978)

Jenis mikroba Bahan baku

Saccharomyces cerevisiae Candida utilis Kluyveromyces fragilis Rhizopus oligosporus

a. melase b. bahan yang mengandung sisa gula c. limbah kertas a. limbah pati/kertas b. karbon a. limbah keju b. limbah ikan c. limbah daging a. dedak b. limbah kelapa

Menurut Deacon (1997) mikroba dapat dibagi dalam beberapa kategori yang

luas (tidak persis benar) berdasarkan kebutuhan suhunya untuk hidup, yakni:

Psychrophiles (cold-loving) dapat tumbuh pada suhu 0oC, bahkan beberapa

anggotanya bisa mencapai suhu -10oC; namun limit suhu tertinggi sekitar 25oC.

Mesophiles tumbuh dalam suhu yang sedang sekitar 20oC (atau lebih rendah)

sampai 45oC.

Thermophiles suka panas, dengan suhu optimum untuk tumbuh adalah 50o

atau lebih, maximum bisa mencapai 70oC atau lebih, dan minimum sekitar 20oC.

Hyperthermophiles mempunyai suhu optimum di atas 75oC dengan demikian

dapat hidup pada suhu lebih tinggi lagi. Suatu contoh mikroba yang dapat hidup

pada suhu ekstrim adalah genus Pyrodictium, yang ditemukan dalam panas

cincin geothermal. Suhu minimumnya 82o, optimum 105o dan pertumbuhan

maximum 110oC.

Perlu ditekankan kembali bahwa pembagian ini hanya merupakan perkiraan

sementara. Karena terdapat kriteria lainnya bagi klasifikasi prokaryotes dan eukaryotes.

Suhu tertinggi yang menjadi limit bagi pertumbuhan setiap organisme eukariotes

thermophilic adalah sekitar 62-65oC. Sedangkan limit tertinggi bagi photosynthetic

eukaryote adalah sekitar 57oC, misal untuk alga merah Cyanidium caldarium, yang

tumbuh disekitar sumber air panas dengan suhu optimum 45oC. Sebaliknya untuk

beberapa anggota unicellular Cyanobacteria dapat tumbuh mencapai suhu 75oC, dan

23

beberapa anggota non-photosynthetic prokaryotes dapat tumbuh pada suhu 100oC

atau lebih.

Di bawah ini dikemukakan dua tipe thermophilik, yakni: mikroba yang hidup

dalam daerah geothermal dan yang hidup dalam bahan yang mengalami proses

pemanasan atau "self-heating" seperti kompos. Banyak anggota dari prokaryotes dapat

hidup di lingkungan yang sangat extrim disebut archaea, yakni suatu grup yang dapat

dibedakan dengan jelas dari bakteri dan eukaryota. Memang terdapat perbedaan

pendapat tentang hal tersebut namun hal ini dikarenakan masih dilakukannya pencarian

dan pengenalan, yang umumnya mengalami kesulitan akibat persoalan

menumbuhkannya dalam kondisi laboratorium yang jelas berbeda dengan kondisi

alaminya. Anggota genus Sulfolobus (archaea) adalah salah satunya yang paling baik

dipelajari pada anggota hyperthermophilik. Umumnya ditemukan pada lingkungan

geothermal, dengan suhu maximum untuk tumbuh adalah sekitar 85-90o, optimum 80o

dan minimum 60oC. Didapat juga anggotanya yang hidup pada pH rendah dengan

optimumnya pH 2-3, sehingga sering juga disebut dengan istilah thermoacidophiles.

Sulfolobus species mendapatkan energinya dengan cara mengoxidasi bubuk sulphur

sekitar sumber air panas, menghasilkan asam belerang sehingga pH menjadi rendah.

Studi mengenai lingkungan ekstrim saat ini menjadi bahan pertimbangan

penting bagi pengembangan bioteknologi. Sebagai contoh dua spesies thermophilic,

yakni Thermus aquaticus dan Thermococcus litoralis yang digunakan sebagai sumber

enzyme DNA polymerase, untuk polymerase chain reaction (PCR) dalam cetak padanan

DNA, dan sebagainya. Enzymes yang dihasilkan oleh organisme tersebut relatif stabil

pada suhu tinggi, yang hal ini sangat diperlukan untuk proses PCR yang melibatkan siklus

panas untuk memecah ikatan hydrogen dalam DNA dan meninggalkan single strands

yang dapat dikopi berulang. Thermophilik lainnya adalah Bacillus stearothermophilus

(suhu maximum 75oC) telah dapat ditumbuhkan secara komersial untuk pembuatan

enzymes yang digunakan dalam pembersihan 'biological' tepung.