Fitoremediasi

Penggunaan logam berat dan senyawa organik secara intensif di dalam industri telah menimbulkan kontaminasi di tanah dan air. Metode-metode remediasi berbasis fisika dan kimia telah dikembangkan dan diterapkan untuk mengatasi pencemaran. Dalam dua dekade terakhir penelitian, pengembangan dan penerapan metode remediasi berbasis tumbuhan mendapat perhatian luas di Amerika, Australia, dan Eropa.

Metode remediasi yang dikenal sebagai fitoremediasi ini mengandalkan pada peranan tumbuhan untuk menyerap, mendegradasi, mentransformasi dan mengimobilisasi bahan pencemar, baik itu logam berat maupun senyawa organik. Mengingat akan kekayaan hayati tumbuhan Indonesia yang besar serta ditunjang oleh iklim yang hangat sepanjang tahun, tentunya sumbangan tumbuhan untuk mengendalikan pencemaran perlu dikaji dan akhirnya diterapkan bila teknologinya ternyata menguntungkan. Berdasar pada bahan-bahan yang dipublikasi, makalah ini mencoba menguraikan dasar-dasar fitoremediasi, mekanisme bekerjanya tumbuhan dalam menyerap logam berat, serta contoh penerapan fitoremediasi.

Tindakan pemulihan (remediasi) perlu dilakukan agar lahan yang tercemar dapat digunakan kembali untuk berbagai kegiatan secara aman. Di samping metode remediasi yang biasa digunakan yang berbasis pada rekayasa fisik dan kimia, pada satu atau dua dasawarsa terakhir ini perhatian peneliti dan perusahaan komersial serta industri terhadap penggunaan tumbuhan sebagai agensia pembersih lingkungan tercemar telah meningkat.

Sesungguhnya ide mengenai penggunaan tumbuhan sebagai agensia pembersih lingkungan bukan hal yang baru. Sejak lama kita telah mengenal manfaat tumbuhan sebagai "pengusir zat beracun dari udara" sehingga adanya tumbuhan dianggap sebagai penyegar udara di sekitarnya. Dengan makin dipahaminya fisiologi dan genetika tumbuhan, maka pemanfaatan tumbuhan sebagai agensia pembersih lingkungan dapat makin diperluas cakupannya dan diperhitungkan manfaatnya dari segi rekayasa serta nilai ekonominya.

Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan logam berbahaya, pestisida, dan senyawa organik tertentu di dalam tanah dan air, terutama di kota besar dan kawasan industri, telah melampaui ambang batas dan cenderung menuju ke tingkat membahayakan. Oleh karena itu, dipacu oleh akibat kebocoran reaktor nuklir di Chernobyl – Rusia pada tahun 1986, beberapa peneliti Amerika dan Ukraina telah melakukan penelitian terhadap kemampuan tanaman jenis Indian mustard untuk meminimalkan kandungan unsur cesium dan stronsium dalam tanah yang telah terpapar oleh senyawa radioaktif. Sedangkan di Iowa – AS, para peneliti mencoba pohon poplar untuk menurunkan kandungan senyawa pestisida jenis atrazine yang terpapar di dalam tanah dan air tanah.
Penghilangan senyawa atrazine serta unsur radioaktif sangat penting karena kedua jenis senyawa itu merupakan senyawa karsinogenik. Beberapa tahun yang lampau beberapa peneliti Indonesia juga melakukan penelitian dan pengukuran daya penurun kandungan logam berat dan unsur radioaktif dengan menggunakan tanaman enceng gondok.Tiga penelitian di atas adalah contoh pengolahan limbah berbahaya menggunakan teknologi fitoremediasi.

FITOREMEDIASI

Berawal pada pertengahan tahun 1990-an, seorang Professor Agronomi dari Universitas Purdue menanam rumput sejenis St. Augustine dan rye (gandum hitam) di lahan pertanian terkontaminasi minyak bumi. Perusahaan minyak telah melakukan pembersihan tetapi banyak kontaminan bersifat karsinogen yang disebut polynuclear aromatic hidrokarbon (PAHs) yang tertinggal di dalam tanah. Inilah pertama kalinya teknik fitoremediasi digunakan dalam membersihkan sisa-sisa minyak pada lahan pertanian. Teknik ini berhasil dengan baik. Dua tahun kemudian 75% kontaminan berhasil dibersihkan.

Fitoremediasi merupakan suatu sistem remediasi yang menarik namun masih merupakan teknologi yang sedang berada dalam tahap awal perkembangannya. Kemajuan dalam pemahaman berbagai disiplin ilmu, terutama dalam fisiologi tumbuhan dan genetika akan mendorong perkembangan teknologi ini secara lebih cepat. Sebagai suatu teknologi yang sedang berkembang, fitoremediasi telah menarik banyak pihak termasuk peneliti dan pengusaha. Di Indonesia masalah pencemaran terus dihadapi sesuai dengan kemajuan industri sehingga usaha remediasi serta pencegahan pencemaran perlu diperhatikan. Fitoremediasi diharapkan dapat memberikan sumbangan yang nyata dan praktis bagi usaha mempertahankan dan memperbaiki kualitas lingkungan di Indonesia.

Fitoremediasi adalah penggunaan tanaman dan mikroorganisma terkait, untuk mendegradasi, menyerap atau membuat kontaminan pada tanah dan/atau air tanah menjadi tidak berbahaya. Pada dasarnya fitoremediasi memanfaatkan inisiatif manusia untuk mempercepat proses peluruhan secara alamiah sebuah area yang terkontaminasi, dan dengan demikian merupakan penghubung antara sebuah teknologi buatan manusia dengan proses alamiah. Oleh karena fitoremediasi tergantung pada hubungan yang sinergis, dan alamiah antara tanaman, mikroorganisma dan lingkungannya, maka dia tidak membutuhkan teknologi yang sangat intensif, atau drastis, seperti pengerukan tanah. Dalam hal ini intervensi manusia masih diperbolehkan, hanya sebatas untuk menciptakan sebuah komunitas tanaman dan mikroba yang sesuai pada area tertentu, sebagai contoh penggunaan tehnik agronomi, seperti pengolahan lahan dan pemupukan, untuk mempercepat proses peluruhan secara alamiah atau proses pengendapannya.

Pemanfaatan tumbuhan untuk remediasi lingkungan sangat ditentukan oleh pemahaman tentang penyerapan logam serta penyerapan dan atau degradasi senyawa organik oleh tumbuhan. Pada dasawarsa terakhir terjadi akumulasi yang cepat tentang pengetahuan mengenai aspek-aspek fisiologi tersebut. Karakteristik penting dari tumbuhan sebagai fitoremediasi:

1. Tumbuhan harus bersifat hipertoleran agar dapat mengakumulasi sejumlah    besar logam berat di dalam batang serta daun.

2.   Tumbuhan harus mampu menyerap logam berat dari dalam larutan tanah dengan laju penyerapan yang tinggi.

3.   Tumbuhan harus mempunyai kemampuan untuk mentranslokasi logam berat yang diserap akar ke bagian batang serta daun.

Selain mempunyai kemampuan menyerap logam berat, tumbuhan mampu menyerap dan mendegradasi zat organik serta hara. Kemampuan ini telah dimanfaatkan dalam pengendalian serta pemulihan lingkungan yang tercemar. Di dalam aplikasi di lapangan sering berbagai jenis tumbuhan dipadukan mengingat keunggulan yang dipunyai oleh tiap jenis. Contoh aplikasi yang telah dilakukan di lapangan meliputi reduksi berbagai senyawa organik seperti atrazin, chlordane, chlorinated solvent, nitrobenzena, trinitrotoluena (TNT), trinitroetilena, pentakhlorofenol, dan phenanthrene; serta senyawa anorganik seperti nitrat dan amonium. Sebagian besar dari aplikasi ini adalah operasi skala penuh di lapangan.

Proses dalam Fitoremediasi

Terdapat beberapa proses yang berkaitan dengan fitoremediasi. Proses - proses tersebut antara lain yakni :
1. Fitoekstrasksi yaitu proses tumbuhan menarik zat kontaminan dari media     sehingga berakumulasi di sekitar akar tumbuhan, proses ini juga disebut hiperaccumulation.
2. Rhizofiltrasi (Rhizo = akar) adalah proses adsorbs atau pengendapan zat-zat kontaminan pada akar (menempel pada akar).
3. Fitostabilisasi yaitu penempelan zat-zat kontaminan tertentu pada akar yang tidak mungkin terserap ke dalam batang tumbuhan. Zat-zat tersebut menempel erat (stabil) pada akar sehingga tidak akan dibawa oleh aliran air dalam media.
4. Rhizodegradasi/fitostimulasi (enhanced rhizosphere biodegradation) yaitu penguraian zat-zat kontaminan dengan aktivitas mikroba yang berada di sekitar akar tumbuhan. Misalnya ragi, fungi dan bakteri.
5. Fitodegradasi (phytotransformation) yaitu proses yang dilakukan tumbuhan untuk menguraikan zat kontaminan yang mempunyai rantai molekul yang kompleks menjadi bahan yang tidak berbahaya dengan susunan molekul yang lebih sederhana yang dapat berguna bagi pertumbuhan tanaman itu sendiri. Proses ini dapat berlangsung pada daun, batang, akar atau di luar di sekitar perakaran dengan bantuan enzim berupa bahan kimia yang mempercepat proses degradasi.
6. Fitovolatilisasi yaitu proses menarik dan transpirasi zat-zat kontaminan oleh tumbuhan dalam bentuk yang telah menjadi larutan terurai sebagai bahan yang tidak berbahaya lagi utnuk selanjutnya diuapkan ke atmosfer.

Keuntungan Fitoremediasi

Beberapa keuntungan fitoremediasi diantaranya, yaitu potensial untuk diaplikasikan, aman untuk digunakan, dampak negatif relatif kecil, memberikan efek positif yang multiguna, biaya operasi relatif murah, mampu mereduksi volume kontaminan, serta memberikan keuntungan langsung bagi kesehatan masyarakat. Adapun keterbatasan fitoremediasi adalah terutama yang berhubungan dengan batasan konsentrasi kontaminan yang dapat ditolerir oleh tumbuhan, masalah kebocoran kontaminan yang sangat larut dalam air dan lamanya waktu yang diperlukan pada fitoremediasi tanah yang tercemar

Jenis Tanaman untuk Fitoremediasi

Fitoremediasi dapat digunakan untuk membersihkan logam, pestisida, pelarut minyak mentah, PAH, dan limbah cair yang dihasilkan oleh sebuah tempat penampungan sampah. Berdasarkan etimologinya, fitoremediasi berasal dari bahasa Yunani/greek, phyton yang berarti tumbuhan/ tanaman (plant) dan remediation berasal dari kata latin remediare (to remedy) yaitu berarti memperbaiki, atau menyembuhkan atau membersihkan sesuatu.

Beberapa pedoman untuk memilih jenis tanaman yang dapat digunakan dalam fitoremediasi adalah mampu mengikat air dalam jumlah besar, cepat tumbuh pada semua musim dan terus-menerus tumbuh pada musim - musim awal penanaman, mudah ditumbuhkan, kedalaman dan distribusi rhizosfer sesuai dengan daerah yang tercemar, mampu bertahan pada kondisi kering dan basah, tanaman atau rhizosfer mempunyai enzim degradatif yang tepat dan mampu melakukan bioakumulasi bahan pencemar. Metode fitoremediasi sangat efektif digunakan di lapangan dalam skala besar (luas) dengan biaya yang relatif murah. Keberhasilannya sangat tergantung pada jenis polutan, jenis tanaman dan rekayasa lingkungan serta lamanya waktu dalam proses tersebut. Belakangan konsep fitoremediasi tersebut telah diaplikasikan untuk penanganan masalah pencemaran tanah. Salah satu diantaranya yakni penanganan masalah lumpur minyak bumi (sludge oil) dengan Fitoremediasi menggunakan tanaman Jarak Pagar (Jatropha curcas L).

Fitoremediasi telah terbukti secara efektif memperbaiki dan mengembalikan kondisi tanah dan air tanah yang terkontaminasi dengan bahan organik maupun anorganik. Barbagai macam tanaman, termasuk canola (Brassica napus L.), oat (Avena sativa) dan barley (Hordeum vulgare) mempunyai toleransi dan dapat menyerap logam seperti selenium, tembaga, cadmium dan seng Sejenis rumput Alamo (Panicum virginatum) dapat menyerap bahan radioaktif Cesium-137 (¹³⁷Cs) dan Strontium-90 (⁹⁰Sr) yang sering tumpah pada tempat uji-coba senjata ataupun akibat kerusakan reaktor nuklir.

Boron termasuk unsur yang bisa diserap dengan baik oleh beberapa spesies tanaman, misalnya, bunga matahari (Helianthus annuus). Tanaman bunga matahari bukan hanya mampu mentranslokasikan Boron, tetapi juga menyerap timah (Pb) sangat tinggi. Tanaman palma-palma-an dan juga Thlaspi sp umumnya adalah hiperakumulator Cl, Mg, dan juga K yang bagus. Tanaman Halophytes adalah akumulator sodium (Na) yang baik contohnya, misalnya, Hordeum vulgare. Tanaman yang mampu menyerap logam dan juga metaloid umumnya berada dalam spesies Brassicaceae, Asteraceae dan Pteridaceae, dan lain-lain.

Zink (Zn) dan Kadmium (Cd) oleh Thlaspi caerulescens (mampu menyerap 20.000 ppm Zn dan di atas 300 ppm Cd). Nikel (Ni) dapat oleh Alyssum sp dan Berkheya sp ataupun Sebertia acuminata mampu menyerap nikel (Ni) hingga lebih dari 2 persen dari biomassa keringnya, sehingga proyek pengembangan pertambangan nikel dengan metode fitoremediasi sedang dikembangkan besar-besaran (termasuk satu proyek besar di Indonesia yang sedang berlangsung). Unsur Sulfate oleh Brassicacea sp. Emas (Au) oleh Brassica sp, proyek fitomining (menambang emas melalui tanaman) untuk emas terbesar adalah di New Zealand.

Selenium (Se) oleh Brassica juncea hingga lebih dari 1.000 ppm. Arsenik (As) oleh Pteris vittata dan Pityrogramma calomelanos yang mampu menyerap lebih dari 10.000 ppm As di pucuk tanaman. Mercuri (Hg) oleh Pteris vittata dan transgenik Nicotiana tabacum dan Liriodendron tulipifera. Thallium oleh Brassica oleracea acephala dan Iberi intermediate. Senyawa organik (petroleum hydrocarbons, PCBs, PAHs, TCE juga TNT) misal oleh Thlaspi caerulescens, Alyssum murale, Oryza sativa, dan lain-lain. Unsur Dioxin oleh genus Curcubita (misalnya pumpkin dan zuchini).

Tanaman sengon (Paraserianthes falcataria L. Nielsen) yang mampu menyerap kandungan minyak sampai 51,23% dan kandungan logam berat Cd, Cr, Pb, Cu, Zn dan Ni.masing-masing sebesar 30,2%, 2,5%, 32,6%, 71,9%, 62,8% dan 47,09%. Tumbuhan mengapung (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms dan Pistia stratiotes L.), dua jenis tumbuhan tenggelam (Hydrilla verticillata (L.f.) Royle dan Vallisneria spiralis Auct. Non L.) dan dua jenis tumbuhan mencuat (Typha angustifolia L. dan Cyperus papyrus L.) berpotensi sebagai agen fitoremediasi dalam menurunkan konsentrasi besi sehingga dapat memperbaiki kualitas air sumur, agar air dapat digunakan oleh masyarakat.

Keunggulan dan Kelemahan Fitoremediasi

Fitoremediasi memiliki beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan metode konvensional lain untuk menanggulangi masalah pencemaran, seperti :

(a)  Biaya operasional relatif murah

(b)  Tanaman bisa dengan mudah dikontrol pertumbuhannya.

(c) Kemungkinan penggunaan kembali polutan yang bernilai seperti emas (Phytomining).

 (d)  Merupakan cara remediasi yang paling aman bagi lingkungan karena memanfaatkan tumbuhan.

 (e)  Memelihara keadaan alami lingkungan

Walaupun memiliki beberapa kelebihan, ternyata fitoremediasi juga memiliki beberapa kelemahan. Salah satu kelemahannya adalah kemungkinan akibat yang timbul bila tanaman yang telah menyerap polutan tersebut dikonsumsi oleh hewan dan serangga. Dampak negatif yang dikhawatirkan adalah terjadinya keracunan bahkan kematian pada hewan dan serangga tau terjadinya akumulasi logam pada predator-predator jika mengosumsi tanaman yang telah digunakan dalam proses fitoremediasi.

Sampai saat ini, para peneliti masih mengaji mekanisme yang terjadi dalam proses pengolahan logam secara fitoremediasi. Beberapa mekanisme yang diusulkan, tetapi belum dimengerti secara mendalam, antara lain pembentukan khelat logam dalam sistem intraselular atau ekstraselular, terjadinya senyawa logam yang mudah mengendap, dan munculnya akumulasi dan translokasi logam dalam sistem vaskular tanaman. Selain penelitian mekanisme dalam proses di atas, para peneliti juga masih terus mencari, menyeleksi, dan mengidentifikasi sejumlah tanaman dari seluruh belahan bumi yang potensial untuk digunakan proses fitoremediasi.

 Penelitian dibutuhkan sebelum aplikasi di lapangan untuk menghindari dampak negatif yang mungkin timbul.  Ada empat informasi penting yang dicari dalam penelitian. Pertama, kemampuan daya akumulasi berbagai jenis tanaman untuk berbagai jenis logam dan konsentrasi, sifat kimia dan fisika tanah, dan sifat fisiologi tanaman. Kedua, spesifikasi transpor dan akumulasi logam. Ketiga, mekanisme akumulasi dan hiper-akumulasi ditinjau secara fisiologi, biokimia, dan molekular. Keempat, kesesuaian sistem biologi dan evolusi pada akumulasi logam.

Bagaimanapun juga, teknologi fitoremediasi sebagai metode biokonsentrasi bahan limbah berbahaya dalam tanah dan air merupakan bidang penelitian yang sangat menarik. Bidang ini juga memberikan jawaban pertanyaan mendasar tentang sistem biokimia, nutrisi, dan fisiologi tanaman serta mekanisme akumulasi, resistensi , dan pembersihan bahan berbahaya. Semua pengetahuan di atas sangat berguna untuk aplikasi di bidang agroindustri dan lingkungan. Fitoremediasi, walaupun sekarang masih dalam tahap pengembangan, diharapkan akan menjadi teknologi pembersih lingkungan yang tangguh di era mendatang, sehingga program penghijauan dan pembersihan bumi kita akan segara tercapai.