"Disolved Organic Matter and Paericulates Organic Matter"

Disolved Organic Matter and Particulates Organic Matter

A.    Latar Belakang

Indonesia telah dikenal luas sebagai negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km. Didalam lautan terdapat  bermacam-macam mahluk hidup baik berupa tumbuhan air maupun hewan air. Air adalah suatu zat pelarut yang bersifat sangat berdayaguna, yang mampu melarutkan zat-zat lain dalam jumlah yang lebih besar dari zat cairnya. Sifat ini dapat dilihat dari banyaknya unsur-unsur pokok yang terdapat di dalam air laut. Selain itu air laut juga mengandung sejumlah besar gas-gas udara yang terlarut. Semua gas-gas yang ada di atmosfir dapat dijumpai di dalam air laut walaupun jumlah terdapat dalam jumlah yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan yang ada di atmosfirKualitas air laut dikatakan baik atau buruk tergantung pada produktivitasnya. Kondisi ini ditentukan oleh keberadaan mikro nutrien anorganik khususnya nitrogen dan fosfat. Material organik terlarut tidak hanya sebagai sumber energi tetapi juga sumber senyawa organik esensial yang tidak dapat disintesa oleh organisme tersebut. Banyak zat-zat dikeluarkan oleh kehidupan air laut sebagai ectocrines  yang mempercepat atau memperlambat pertumbuhan. Prakash dan Rashid (1968) dalam Riley dan Chester (1975) menyatakan bahwa pertumbuhan didukung oleh banyaknya humic acid yang secara ekologi penting dalam perairan pantai. Jumlah bahan organik terlarut dalam air laut biasanya melebihi rata-rata bahan organik tidak terlarut. Hanya berkisar 1/5 bahan organik tidak terlarut terdiri dari sel hidup. Semua bahan organik ini dihasilkan oleh organisme hidup melalui proses metabolisme dan hasil pembusukan.

Bahan organik terlarut total atau Total Organik Matter (TOM) menggambarkan kandungan bahan organik total suatu perairan yang terdiri dari bahan organik terlarut, tersuspensi (particulate) dan koloid. Bahan organik merupakan bahan bersifat kompleks dan dinamis yang berasal dari sisa tanaman dan hewan yang terdapat di dalam tanah yang mengalami perombakan. Bahan ini terus-menerus mengalami perubahan bentuk karena dipengaruhi oleh faktor fisika, kimia dan biologi. Dekomposisi bahan organik di pengaruhi oleh beberapa faktor antara lain susunan residu, suhu, pH, dan ketersediaan zat hara dan oksigen (Miswar, 2002).

Secara umum, berdasarkan ukurannya, bahan organik terdapat dalam dua kelompok utama, yaitu bahan organik dalam bentuk partikel (Particulate Organic Matter) POM, dan bahan organik terlarut (Dissolved Organic Matter) DOM. POM adalah bahan organik yang berbentuk partikel yang tertahan/tertinggal pada saringan berukuran 0.5 μm, termasuk ke dalamnya adalah karbon organik partikel (POC), nitrogen organik partikel (PON), dan fosfat organik partikel (POP). DOM adalah bahan organik yang lolos pada saringan berukuran 0.5 μm, yang meliputi karbon organik terlarut (DOC), nitrogen organik terlarut (DON), dan fosfat organik terlarut (DOP). Gabungan dari POM dan DOM disebut dengan Bahan Organik Total (Total Organic Matter, TOM). (Libes 1971). Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk mempelajari tentang bahan organik terlarut dan bahan organik partikel yang ada diperairan yang mencakup daur bahan organik, sumber bahan organik, dan pengelompokan bahan organik.

B. Pengertian Bahan Organik

Bahan atau materi organik adalah semua senyawa yang mengandung karbon termasuk substansi yang dihasilkan dari proses hidup (kayu, kapas, wol), minyak bumi, gas alam (metan), cairan pelarut/pembersih, fiber sintetik dan plastik. (Manahan, 2001).

            Karbon merupakan bahan dasar dari semua bahan organik. Selain itu, karbon ditemukan sebagai gas karbondioksida dan sebagai karbonat. Karbon juga terdapat pada bahan bakar fosil (batu bara, gas alam, dan minyak). Tumbuhan hijau menangkap karbondioksida (CO2) dan mereduksinya menjadi senyawa organik. (Manahan, 2001).

Jumlah oksigen (dalam mg/l atau ppm) yang digunakan mikroorganisme untuk menguraikan bahan organik yang degradable (dapat terurai) biasanya menjadi tolak ukur terjadinya pencemaran atau beban bahan organik di perairan. Kriteria ini dikenal sebagai Biochemical Oxygen Demand (BOD). Sebuah indeks jumlah oksigen yang digunakan organisme untuk metabolisme makanannya baik secara biologi maupun melalui proses kimiawi. Walaupun ada yang menterjemahkan BOD sebagai Biological Oxygen Demand akan tetapi sebenarnya  proses yang terjadi bukan hanya proses biologi tapi juga proses kimiawi. Jumlah BOD yang tinggi menunjukkan banyaknya bahan organik. Bila air memiliki BOD rendah secara umum  berarti jumlah limbah bahan organiknya rendah sepanjang limbahnya adalah limbah yang degradable . (Manahan, 2001).

C. Daur Bahan Organik

Daur bahan organik atau disingkat daur organik di laut sama dengan daur organik di lingkungan air tawar dan di darat. Karbon (C) bersama-sama dengan unsur hara lainnya seperti  posfor (P) dan nitrogen (N) melalui proses fotosintesis menghasilkan jaringan tumbuh-tumbuhan yang menjadi makanan hewan. Keduanya akan menghasilkan zat organik dan jika mereka mati dan membusuk maka akan dihasilkan bahan mentah untuk memulai daur bahan organik lagi. Unsur hara nitrogen (N) tidak mempunyai hubungan tetap dengan unsurk hara posfor (P), tetapi bersama-sama dengan karbon (C), N dan P, merupakan unsur-unsur utama dalam produksi zat organik. Walaupun hara C terdapat dalam  jumlah yang banyak, tetapi kedua unsur hara N dan P menjadi faktor pembatas dalam daur bahan organik di laut. (Anonim, 2009).

Gambar 1. Daur bahan organik

D. Sumber Bahan organik

Bahan organik terlarut dari daratan diangkut ke laut melalui angin dan sungai. Bahan organik terlarut yang berasal dari air sungai, bisa mencapai 20 mgC/l, terutama berasal dari pelepasan humic material dan hasil penguraian dari buah – buahan yang jatuh di tanah. Penambahan bahan organik secara perantara alami dalam bentuk sewage (kotoran) dan buangan industri. Sebagian besar sudah siap dioksidasi dan segera membusuk karena bakteri dalam air laut. Namun dalam  batasan badan air, seperti estuarin, kebutuhan oksigen secara biologi terpenuhi dikarenakan kondisi anoksik tersedia.(Anonim,2009).

Gambar 2. Sumber bahan organik.

Aloton ( eksternal)

1.      Sungai

Bahan organik yang terangkut melalui sungai berupa hasil dekomposisi tanaman, penggelontoran substansi humus, masukan antropogenik. Sekitar 40 -80% DOC (Substansi Humus, berupa Asam Fulvic) Bahan Organik Karbon Terlarut (DOC) Mencapai ~ 20 mg/l, Bahan Organik Karbon Partikulat Berkisar 1 - 2,5 mg/l. (Anonim,2009).

2. Atmosfer

Bahan organik yang berasal dari atmofer dibawa oleh angina yang terdiri dari POC Viable Bakteri, Pollen, Algae, yeast, Moulds, Mycoplasma, Virus, Protozoa, &  Nematoda  Non Viable Kelompok Senyawa Lipid, dan VOM Gas Methane (Senyawa Hidrokarbon). (Anonim,2009).

3. Sedimen

Bahan organik yang beralsal dari sedimen sangat beragam terdiri dari hidrokarbon, asam lemak, asam amino, peptida, karbohidrat, polimer alami, kerogen & materi humus. Bahan organik yang terendapkan di sedimen terlarut  berupa makromolekul biogenik (protein, karbohidrat & lemak), sedangkan yang tidak terlarut berupa humic, fulvic, humin. (Anonim,2009).

Autoton (Internal)

1.      Produktivitas Primer

Bahan organic yang berasal dari produktivitas primer berupa fitoplankton sebagai sumber utama penghasil bahan organik melalui proses fotosintesis yang menghasilkan karbon, karbohidrat yang dapat dikonversi menjadi protein, lipid, dan senyawa lainnya melalui proses metabolisme dan penambahan beberapa substansi lainnya. (Anonim,2009).

2.      Aktivitas Biologi Makro dan Mikro Organisme

Ekresi ekstraseluler alga Hasil metabolisme alga terutama fitoplankton. Hasil fotosintesis alga akan melepaskan sejumlah bahan ke dalam badan perairan. Produksi ini penting sebagai sumber energi untuk organisme laut lainnya dan juga berperan dalam kontrol ekologi. Asam amino dan karbohidrat merupakan bahan yang dikeluarkan secara dominan oleh spesies khusus seperti Olisthodiscus sp. Ekresi hewan laut Eksresi zooplanton dan binatang laut lainnya.Eksresi zooplankton dan binatang laut lainnya menjadi sumber penting bahan organik terlarut di laut. Bahan-Bahan yang dikenal secara prinsip adalah Nitrogenous seperti urea, purines (allantoin dan asam uric), trimethyl amine oxide dan asam amin, trimethyl amine oxide dan asam amino (glycine, taurine dan alanine). (Hellebust, 1965 dalam Riley dan Chester 1975).  

3. Dekomposisi

Dekomposisi adalah gabungan proses fragmentasi, perubahan struktur fisik & kegiatan enzim oleh dekomposer yang merubah bahan organik menjadi bahan anorganik. Proses pembusukan organisme yang mati penguraian organisme mati oleh bakteri ada dua mekanisme penguraian organisme mati yaitu secara autolisis dan bakterial. Di alam kedua mekanisme ini bekerja secara  bersamaan. Tingkat penguraiannya tergantung pada kondisi kematian serta sampai tersedianya enzim dan bakteri yang diperlukan. Dalam proses autolisis, reaksi penguraian terjadi karena adanya enzim di dalam sel dan hasilnya selanjutnya akan dilepaskan kedalam badan  perairan.menurut johanes (1968) dalam riley dan chester (1975), ekresi dari mikroorganisme seperti protozoa merupakan sumber yang penting dari bahan organik karbon. Proses pelepasan nitrogen dan fospor dari organisme mati dalam air laut terjadi dengan cepat. Waksman, et al (1938) dalam riley dan chester (1975) telah menemukan bahwa setengah dari nitrogen yang ada dalam zooplankton mati, diubah menjadi amonia dalam waktu 2 minggu dan fospat dilepaskan dengan cepat. Skopintsev (1949) dalam riley dan chester (1975) menyatakan bahwa 70 % organik karbon tidak terlarut di dalam kultur alga mati akan dioksidasi menjadi karbondioksida (CO₂) dan setelah enam bulan ditemukan sekitar 5% yang diubah kedalam bahan organik terlarut.

E. Pengelompokkan Bahan Organik di Laut

Macam  –  Macam Bahan organik dalam air laut dapat dibagi atas dua bagian yaitu :

1.      Bahan Organik Terlarut Dalam Air Laut.  

Bahan organik terlarut yang berukuran < 0.5 μm. Jumlah bahan organik terlarut dalam air laut biasanya melebihi rata-rata bahan organik tidak terlarut. Hanya berkisar 1/5 bahan organik tidak terlarut terdiri dari sel hidup. Semua bahan organik ini dihasilkan oleh organisme hidup melalui proses metabolisme dan hasil pembusukan Bahan organik karbon berukuran 0,3 – 3 mgC/ l pada perairan pantai, ditemukan sebagai hasil peningkatan aktivitas fitoplankton dan polusi dari daratan. (Anonim,2008)

a.       Metode penentuan karbon organik

Ditemukan oleh Menzel dan Vaccaro (1964) dalam Riley dan Chester (1975) dengan menyaring sampel, dipindahkan ke sebuah ampul dan diacidified sparging dengan uap udara bersih untuk memisahkan karbondioksida yang bergabung dengan keseimbangan asam karbonik. Sampel ini dihilangkan dengan Potasium Peroksidisulfat (K₂S₂O₈) lalu ampul ditutup. Selanjutnya dipanaskan dengan suhu 130°C dalam sebuah autoclave selama 1 jam. Setelah dingin autoclave dibuka dan karbondioksida terbentuk oleh oksidasi dari bahan organik yang diubah dengan helium atau nitrogen, lalu diukur dengan alat ukur yang terbuat dari infra red absorption atau dengan absorption chromatography. (Anonim,2008).

Bahan organik nitrogen

Penentuan bahan organik nitrogen terlarut (5 –  300 μgN/l) dikemukakan oleh Strikland dan Persons (1968). Bahan organik nitrogen dioksidasi menjadi nitrit+ oleh  penyinaran yang bersumber dari radiasi ultra violet. Nitrat selanjutnya direduksi ke nitrit menggunakan cadmium reduktor column sehingga total nitratnitrogen dapat ditentukan.

Sifat Bahan Organik Terlarut dalam Air Laut

Sebagian besar bahan organik terlarut dalam air laut terdiri atas material yang kompleks dan sangat tahan terhadap penguraian bakteri. Secara lebih jelas konsentrasi representatif beberapa bahan organik karbon terlarut di permukaan air

laut dapat dilihat pada tabel berikut ini.

No	Bahan Organik	Konsentrasi(μg/l)	Lokasi
1	Methane	1	Trop Atlantic
2	Paraffinic Hidrocarbons	400	South Pasific
3	Pristane	2,6,10,14	Teluk cape Cod
4	Pentoses	0.5	Pacific of California
5	Hexoses	14-36	Pacific of california
6	Malic Acid	300	Atlantic Coast
7	Citric Acid	140	Atlantic Coast
8	Triglecerydes + Fatty Acid	200	South Pacific
9	Amino Acid	10-25	Irish Sea
10	Vitamin B12	0-0.01	Various
11	Thiamine (Vitamin B1)	0.021	Long Island Sound
12	Biotine	0.01	G. of Mexico
13	Urea	0-80	English Channel
14	Adenine	100-1000	G. of Mexico
15	Uracil	300	G. of Mexico
16	p-Hydroxy-Benzoic Acid	1-3	Pacific of california
17	Vannilic Acid	1-3	Pacific of california
18	Syringic Acid	1-3	Pacific of california

Sumber : Riley dan Chester (1975)

Efek Ekologi Material Organik Terlarut

Kualitas air laut dikatakan baik atau buruk tergantung pada produktivitasnya. Kondisi ini ditentukan oleh keberadaan mikro nutrien anorganik khususnya nitrogen dan fosfat. Material organik terlarut tidak hanya sebagai sumber energi tetapi juga sumber senyawa organik esensial yang tidak dapat disintesa oleh organisme tersebut. Banyak zat-zat dikeluarkan oleh kehidupan air laut sebagai ectocrines yang mempercepat atau memperlambat pertumbuhan. Prakash dan Rashid (1968) dalam Riley dan Chester (1975) menyatakan bahwa pertumbuhan didukung oleh banyaknya humic acid yang secara ekologi penting dalam perairan pantai. Penghambat pertumbuhan dapat ditemukan dalam media kultur antara antibiotik dan racun. Zat racun dikeluarkan oleh dinoflagellata seperti Gynodinium breze dan Gonyoulax polyhedra yang dapat menyebabkan “red tide”. Zat  polifenol dihasilkan oleh alga coklat menghambat pertumbuhan beberapa spesies dari alga unicellular. Zat ini mungkin penting secara ekologi menekan pertumbuhan epiphytes.

b.      Distribusi Organik Karbon Terlarut dalam Air Laut

Hampir seluruh organik karbon terlarut dalam air laut berasal dari karbondioksida yang dihasilkan oleh fitoplankton. Konsentrasinya tergantung pada keseimbangan antara rata-rata organik karbon terlarut yang dibentuk oleh hasil pembusukan, eksresi dan rata-rata hasil penguraian atau pemanfaatannya. Libes (1971) menyatakan distribusi dissolved organic matter, particulate organic matter dan organik karbon erat hubungannya dengan  produktivitas primer Produktivitas primer sangat tinggi di daerah pantai dan rendah pada daerah laut terbuka. Konsentrasi bahan organik berdasarkan variasi musim dan kedalaman.

Variasi Menurut Musim

a) Terjadi hanya pada daerah yang dipengaruhi musim (North sea).  

b) Musim semi dan awal musim panas merupakan konsentrasi tertinggi (Ca1,8

mg/ l).

c) Musim panas konsentrasi menurun.

d) Musim gugur – awal musim semi, konsentrasi sedikit menurun

 Variasi Menurut Kedalaman

a) Permukaan, konsentrasi bahan organik karbon terlarut dan nitrogen paling tinggi.

b) Bagian bawah zona eufotik, konsentrasi mulai menurun dengan meningkatnya kedalaman dan terdapat perbedaan antra satu tempat dengan tempat lainnya tergantung pada produktivitas, ketersediaan heterotrof dan kondisi hidrografik.Pada kedalaman lebih besar dari 100 meter konsentrasi masih relatif konstan.

c) Pada perairan dalam, kandungan bahan organik karbon terlarut terlihat kecil tetapi signifikan dan berbeda menurut kedalaman. Perbedaan konsentrasi organik terlarut dengan nitrogen pada permukaan perairan sekitar 100 : 15 sampai 100 : 25. (Anonim, 2008)

2. Bahan Organik Tidak Terlarut Dalam Air Laut  

Bahan organik tidak terlarut dalam air laut berukuran lebih besar dari 0,5 μm. Pada lapisan permukaan air laut material organik tak terlarut ini berupa detritus dan fitoplankton. Pada zona eufotik konsentrasinya lebih tinggi dari lapoisan di bawahnya. Bahan organik tak terlarut ini berfungsi menyediakan makanan untuk organisme pada  beberapa tingkatan tropik.

a.       Sumber Bahan Organik Tidak Terlarut dalam Air Laut

v  Di bawah air sungai (4,2 – 109 gC/ l) berukuran lebih kecil dari rata-rata produksi  primer di laut ( 4 – 1016 gC/ l).

v  Sebagian besar particulate organic matter dilaut dihasilkan oleh beberapa organisme penghasil utama seperti fitoplankton, makroalga dan bakteri kemoautotrofik. Produksi utama ini dihasilkan oleh fotoautotrofik nanoplankton (berdiameter 2,0 – 20 μm).

v  Sekitar 10 % dihasilkan dari tanaman dalam bentuk senyawa, berat molekulnya ringan seperti asam amino, asam trikarboksilik. Hasil ini dengan cepat dikonsumsi oleh bakteri.

v  Hasil agregasi dan pengendapan dissolved organic matter dari laut.

v  Pada subsurface dalam waktu tertentu butir-butir fecal zooplankton merupakan komponen yang terbesar dari bahan organik tak terlarut. (Dennis, 2001)

b.      Perbedaan Secara Ekologi dan Sifat Bahan Organik Partikulat.

v  Daerah eufotik.

Bahan organik partikulat di daerah eufotik terdiri dari fitoplankton dan bakteri  bersama dengan detritus. Pertumbuhan lebih baik diperoleh dengan percampuran dari dua atau lebih spesies dibandingkan satu spesies. Pada kondisi biasa, diatom mungkin dapat digunakan sebagai makanan pokok kopepoda (Beklemistur, 1954 dalam Riley dan Chester, 1975), tetapi cocolithophores dan dinoflagellata juga dapat digunakan (Marshall dan Orr, 1952 dalam Riley dan Chester, 1975). Pada saat fitoplankton melimpah, zooplankton mengkonsumsi lebih banyak fitoplankton daripada diassimilasi (Beklemishev, 1962 dalam Riley dan Chester,1975). Saat fitoplankton melimpah detritus berfungsi hanya sebagai  pelengkap makanan zooplankton. Namun disaat zooplankton kurang, detritus merupakan bagian terbesar makanan binatang di laut (Harvey, 1950., Fox, 1950., Roley, 1959 dalam Riley dan Chester, 1975). Pada perairan yang dangkal, banyak detritus sampai ke dasar laut dimana detritus itu dicerna oleh organisme dasar.Dekomposisi bakteri menjadi mekanisme dasar bagi detritus, bakteri menggunakan bahan partikulate untuk suplay energi dan material bagi protoplasma.Selama proses respirasi dan metabolik CO₂, amonia dan ion fosfat dilepaskan ke dalam air.

v  Daerah Perairan Dalam.

Meskipun banyak detritus di daerah eufotik berukuran relatif besar karena diuraikan oleh bakteri sehingga sangat sedikit yang mencapai kedalaman 200-300 meter (Fox, 1950 dalam Riley dan Chester, 1971). Sebagian besar dikonsumsi oleh filter feeder perairan dalam yang memiliki nilai gizi (Harvey, 1955 dalam  Riley dan Chester, 1975) dan tenggelam sampai dasar lautan  bergabung menjadi sedimen yang rata-rata mengandung Ca 0,3% organik karbon. Oleh sebab itu perlu mencari alternatif sumber makanan bagi binatang laut tersebut. Sumber makanan kemungkinan dipenuhi oleh marine aggregates yang kaya protein dan nutrisi. Gordon (1970) dalam Riley dan Chester (1975) memperlihatkan bahwa organik karbon tak terlarut yang terdapat di laut dalam di Atlantik dapat dihidrolisis oleh enzim seperti trypsin dan amylase yang terjadi di zooplankton. Bagian tersebut menjadi sumber makanan penting bagi filter feeder di daerah Batipelagik.

Gambar 3. Perbedaan Secara Ekologi dan Sifat Bahan Organik Partikulat.

F. Kesimpulan

Jumlah bahan organik terlarut dalam air laut biasanya melebihi rata-rata bahan organik tidak terlarut. Semua bahan organik ini dihasilkan oleh organism hidup melalui proses metabolisme dan hasil pembusukan.

Hampir seluruh organik karbon terlarut dalam air laut berasal dari karbondioksida yang dihasilkan oleh fitoplankton. Konsentrasinya tergantung pada keseimbangan antara rata-rata organik karbon terlarut yang dibentuk oleh hasil pembusukan, eksresi dan rata-rata hasil penguraian atau pemanfaatannya.

Bahan organik tidak terlarut dalam air laut berukuran lebih besar dari 0,5 μm. Pada lapisan permukaan air laut material organik tak terlarut ini berupa detritus dan fitoplankton. Pada zona eufotik konsentrasinya lebih tinggi dari lapoisan di bawahnya. Bahan organik tak terlarut ini berfungsi menyediakan makanan untuk organisme pada beberapa tingkatan tropik.

Organik karbon tak terlarut yang terdapat di laut dalam di Atlantik dapat dihidrolisis oleh enzim seperti trypsin dan a–amylase yang terjadi di zooplankton. Bagian tersebut menjadi sumber makanan penting bagi filter feeder di daerah Batipelagik.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2008. ORGANIK-MATETER-IN-THE-SEA_PPT www.docstoc.com/docs (diakses pada tanggal 4 maret 2015).

Anonim, 2009 . Makalah_Oseanografi_Kimia_Bahan_Organik_Di_Laut www. academia.edu (diakses pada tanggal 4 maret 2015).

Budi, Miswar. 2002. Bahan Organik Terlarut dan Tidak Terlarut dalam air laut. MIPA Biologi Universitas Sumatera Utara.

Dennis, A. HAnsell. 2001. Marine Dissolved Organic Matter and the Carbon Cycle. University of Miami. Miami, florida USA

Libes, S.M. 1971. An Introduction to Marine Biogeochemistry. Department of Marine Science. University of South Carolina-Coastal Carolina College Conway. JhonWiley & Sons, Inc.

Manahan, 2001. Bahan Organik. http://library.usu.ac.id/fmipa/.pdf  (diakses pada tanggal 4 maret 2015).

Riley, J.P and Chester, 1975. Chemmical Oceanographyestry. Academic Press,London and San Francisco.

Strikland and Persons, 1968. Organic Matter Aquatic Environments. Academic Press,London and San Francisco.

Waksman, P. 1993. Regulation of Vertical Export of Particulate Organic Matter fromthe Euphotic Zone by Planktonic Heterothrophs in Eutrophicated Aquatic Environments. Marine Pollution Bulkletin, Volume 26 No. 11, Pergamon Press Ltd.