Biota Vol. 14 (1): 60-68, Februari 2009ISSN 0853-8670

Diatom dan Paleolimnologi: Studi Komparasi Perjalanan Sejarah DanauLac Saint-Augustine Quebeq-City, Canada dan Danau Rawa PeningIndonesia

Diatom and Paleolimnology: Comparation Study of Historical Lakes Lac Saint-Augustine Quebeq-City, Canada and Rawa Pening Indonesia

Tri Retnaningsih Soeprobowati1* dan Suwarno Hadisusanto2

1Jurusan Biologi FMIPA, Universitas Diponegoro, Tembalang, Jl Prof. Soedarto. SH, Tembalang, Semarang E-mail: trsoeprobowati@yahoo.co.id *Penulis untuk korespondensi2 Fakultas Biologi Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

AbstractDiatoms are a micro-alga dominates in the aquatic ecosystem. Their silicious cell wallable to preserve death diatoms in the sediment for long periods of time, therefore,diatoms have an important role in the paleolimnological analysis. Diatomsassemblages in the sediment layer express the water quality whenever the diatomlives. This article provides information how to apply diatom on the paleo-limnologicalanalysis, supporting with the case study in the Lac Saint-Augustine Quebec-CityCanada and Rawa Pening Lake Indonesia. Modern diatom and the water qualityfrom spatial and temporal range are used as a calibration set. The diatoms of belowlayers, then, Weighted Averaging (WA) with the calibration set to reconstruct thewater quality in the past. Previously, both in Canada and Indonesia, those lakes wereoligotrophic and sharply change into eutrophic condition since a lot of humanactivities developed around the lakes (anthropogenic factors). Naturally, the maturityof lake can not avoid and the succession had been fast by eutrophication.Paleolimnological approach provides baseline data in the past to develop theappropriate lake management.

Key words: diatoms, paleolimnology, eutrophication

Diterima: 29 Juli 2008, disetujui: 12 Januari 2009

Pendahuluan

Diatom merupakan mikroalga uniseluleryang distribusinya sangat universal di semuatipe perairan. Diatom merupakan penyusunutama fitoplankton baik di ekosistem perairantawar maupun laut dengan jumlah spesiesterbesar dibandingkan komunitas mikroalgalainnya. Diatom mempunyai kontribusi 40 -45% produktivitas laut sehingga lebih produktifdibandingkan dengan hutan hujan di seluruhdunia. Oleh karena itu tidak mengherankanapabila diatom mempunyai peranan yangsangat penting dalam siklus silika dan karbondi alam sehingga kesinambungan perikanan

terjaga (Mann, 1999). Saat ini diketahui lebihdari 260 genus diatom hidup dengan lebih dari100.000 spesies (Round et al., 2000).

Diatom mempunyai keunikan dan sangatspesifik, karena arsitektur dan anatomi dindingselnya yang tersusun dari silika,menyebabkannya dapat tersimpan dalam kurunwaktu yang sangat lama di dalam sedimen.

Penelitian diatom berkembang sangatpesat dimulai tahun 1703 ketika mikroskopditemukan, hingga ketika Battarbee (1986)menyatakan potensi diatom sebagaibioindikator kualitas lingkungan. Sejak tahun1990-an penelitian tentang diatom sebagaibioindikator kualitas perairan banyak dilakukan

Soeprobowati dan Hadisusanto

Biota Vol. 14 (1), Februari 2009 61

di berbagai negara hingga aplikasinya dalampaleorekonstruksi perubahan lingkungan. Halini seiring dengan perkembangan implementasianalisis statistik multivariat untuk analisispaleorekonstruksi (Smol, 1990).

Potensi diatom sebagai bioindikatorlebih baik dibandingkan dengan kelompokorganisme yang lainnya. Keunggulan tersebutkarena distribusi luas, populasi variatif,penting dalam rantai makanan, dijumpai dihampir semua permukaan substrat (mampumerekam sejarah habitat), siklus hidup pendekdan reproduksi cepat, banyak spesies sensitifterhadap perubahan lingkungan, mampumerefleksikan perubahan kualitas air dalamjangka pendek dan panjang, mudahpencuplikan; pengelolaan dan identifikasinya(Gell et al., 1999; Round et al., 2000). Haltersebut di atas memberi nilai tambah potensidiatom untuk biomonitoring ekosistem akuatikyang telah dikenal di seluruh dunia (John,2000). Pemanfaatan diatom sebagaibioindikator perairan telah banyakdiimplementasikan. Potensi diatom sebagaibioindikator banyak digunakan pada kegiatanpaleorekonstruksi perubahan lingkungan. Padamulanya digunakan foraminifera karenadinding selnya tersusun dari karbonat yangdapat memfosil. Tetapi foraminifera hanyadijumpai pada habitat laut sampai perairanpayau sehingga tidak dapat diimplementasikanuntuk perairan tawar (Soeprobowati et al.,2000). Demikian juga Radiolaria berdinding seldari silika yang dapat memfosil, tetapihabitatnya pada laut dalam (Haslett, 2002).

Diatom telah digunakan untukmerekonstruksi gempa bumi yang telahmenginduksi tsunami 300 tahun lalu yangterjadi di pantai Selatan Washington. Diatomjuga telah diaplikasikan dalam analisispaleoekologi di Everglades National Park,Florida Bay, USA (Pyle et al., 1998); analisispaleoekologi di Ealden Pond Massachussets,USA, Danau Lac Saint Augustine di Quebec-City Canada (Pienitz et al., 2006).

Paleolimnologi merupakan ilmu perairantawar yang fokus pada interpretasi sekuenperlapisan sedimen dan proses diagenetik yangdapat mengubah rekaman tersebut. Tujuankajian paleolimnologi adalah untukmemperoleh gambaran kondisi, perubahan

parameter, produktivitas di masa lampau(Wetzel, 2001). Paleolimnologi termasuk ilmumultidisiplin karena memanfaatkan informasifisik, kimia dan biologi yang tersimpan didalam profil sedimen untuk kegiatanrekonstruksi kondisi lingkungan di masalampau khususnya perairan darat. Lebih luaslagi, paleolimnologi mengkaji tentangperubahan jangka panjang pada geomorfologibasin danau (Smoll, 2008). Pendekatanpaleolimnologi sangat penting karena sangatefektif untuk menjawab permasalahan kualitasair. Dengan mengetahui kualitas perairan dimasa lampau dapat memprediksi kualitasperairan di masa mendatang. Sejarah tidakhanya sekedar menceritakan kembali masalampau, tetapi juga mempunyai makna yanglebih dalam sebagai pengingat dan pemeringat.Oleh karena itu maka paleolimnologimerupakan ilmu yang mempelajari masalampau untuk menemukan masa depan denganmempelajari sejarah kharakteristik dan sifatperairan tawar, meliputi fisik, kimia, biologi,geografi, dan hidrologi yang tersimpan dalaminti sedimen.

Bioindikator untuk rekonstruksi harusorganisme yang memiliki dinding sel yangtidak terdegradasi pada saat organisme matidan mengendap. Permasalahan muncul,bagaimana diatom yang tersimpan dalamperlapisan sedimen mampu menguakperjalanan sejarah danau?

Permasalahan tersebut akan terjawabdalam artikel ini karena disusun dengan tujuanmemberikan informasi peranan diatom dalampaleolimnologi, khususnya dalam mengungkapperubahan kualitas perairan danau dalamperjalanan waktu. Naskah ini mengungkapfakta tersebut dilengkapi dengan studikomparasi aplikasi diatom dalam analisispaleolimnologi dampak aktivitas manusiaterhadap ekosistem lentik khususnya di DanauLac Saint-Augustine (Canada) yang dilakukanoleh Pienitzs et al., (2006), yang memilikikesamaan dengan danau di Indonesia yang adadi daerah sub urban seperti Danau RawaPening. Studi kasus ini diharapkan dapatmenjadi sumber informasi mendasar yangdibutuhkan oleh pengelola dan peneliti perairansebagai landasan preservasi dan restorasipengelolaan danau.

Diatom dan Paleolimnologi

62 Biota Vol. 14 (1), Februari 2009

Metode Penelitian

Bahan yang digunakan adalah hasilpenelitian diatom di Danau Rawa Pening(Indonesia) dan danau subtropis (Canada).Metode yang digunakan dalam kajian inimembandingkan kondisi danau di daerah sub-urban Canada dan Indonesia. Data diatom dankualitas air di Danau Lac Saint-AugustineQuebec Canada berasal dari Pienitzs et al.,(2006), dan Danau Rawa Pening (JawaTengah) diambil dari data Soeprobowati et al.,(2005). Pembandingan dilakukan secaradeskriptif kualitatif, meskipun datanya adalahkuantitatif.

Hasil dan Pembahasan

Analisis paleolimnologi pada umumnyadilakukan berdasarkan pengkajian informasiaspek biologi, kimia dan fisika yang terekamdalam sedimen. Kehandalan diatom sebagaibioindikator perubahan lingkungan mampumemberikan bukti bahwa aktivitas manusiamerupakan faktor dominan yang menyebabkanadanya perubahan tersebut. Kualitas air diDanau Lac Saint-Augustine (Canada)mengalami deteriorasi serius, maka diambilkebijakan larangan olah raga air di danau inipada musim panas seiring problemcyanobacteria bloom. Penelitian yangdilakukan Pienitz et al., (2006)mengungkapkan bahwa sebelum ada aktivitasmanusia danau dalam kondisi oligotrofik,namun kemudian menjadi sangat eutrofiksampai kini. Untuk mendeterminasi penyebabeutrofikasi maka dilakukan analisis fosildiatom, pigmentasi, geokimia yang digunakansebagai indikator kualitas air, dan rekonstruksikecenderungan konsentrasi P-total.

Eutrofikasi menjadi problem perairanyang muncul seiring dengan perkembanganpertanian, industri dan urbanisasi. Hal ini dapatterjadi di perairan manapun. Problem menjadisemakin serius apabila terjadi di ekosistemlentik (tergenang) seperti danau dan wadukkarena waktu tinggal bahan pencemar dan masapemulihan di danau lebih lama dibandingkan diekosisitem lotik (mengalir). Problem serupajuga banyak terjadi di Indonesia. Laju

eutrofikasi meningkat dengan pesat diekosistem perairan lentik di seluruh Indonesiayang cenderung membuat pendangkalan danau.

Paleolimnologi danau cukup dalam dantidak terganggu oleh manusia dapatmembuktikan bahwa danau dapat berubah darioligotrofik menjadi mesotrofik dan kemudianeutrofik. Kondisi ini dapat kembali darieutrofik menjadi mesotrofik dan oligotrofik.Siklus ini dapat terjadi berulang-ulangberkaitan dengan perubahan iklim regional(Horne dan Goldman, 1994). Pendekatanpaleolimnologi dapat digunakan untukmengkaji respon ekosistem danau terhadapreduksi nutrien (Battarbee et al., 2005). Hasilpenelitian paleolimnologi dapat memberikanbukti bahwa banyak danau yang sangatdipengaruhi masukan nutrien, namunkebanyakan badan air secara alami merupakanperairan yang produktif, bahkan sebeluminterfensi manusia (Smol, 2008).

Dalam analisis paleolimnologi,diperlukan informasi mengenai luas daerahtangkapan, renewal time, luas danau,kedalaman, kualitas air saat ini, dan kandunganklorofil. Data pendukung lain di Danau LacSant-Augustine juga diperlukan sepertidinamika populasi dan land use selama kurunlebih dari 100 tahun, sehingga dapat diketahuibahwa kenaikan populasi penduduk yang pesatsejak 1960 dan pembangunan highway pada1977 berdampak pada eksplosi demografi. Haltersebut didukung oleh foto udara pada 1937,1953, 1987, dan 2002, sehingga perubahanland-use dapat diketahui secara cermat. Database yang penting bagi pengelolaan wilayahseperti ini yang belum dimiliki oleh banyakekosistem perairan di Indonesia.

Rekonstruksi perubahan lingkungan olehfaktor antropogenik dapat dilakukan melalui 8tahapan: 1) Penentuan lokasi penelitianberdasarkan permasalahan yang spesifik padalokasi tersebut. 2) Penentuan lokasi samplingharus representatif. 3) Pengambilan sampelsedimen pada lokasi terdalam dari danau yangmewakili profil perubahan danau. 4) Sub-seksisampel sedimen dengan interval tertentu untukkeperluan digesti dan preparasi diatom. 5)Radioactive dating profil sedimen untukmengetahui kronologinya. 6) Identifikasi danpenghitungan diatom pada tiap lapisan sedimen

Soeprobowati dan Hadisusanto

Biota Vol. 14 (1), Februari 2009 63

dilakukan dengan menggunakan mikroskop. 7)Interpretasi data untuk pengkajian lingkungan.8) Aplikasi model kalibrasi terhadaplingkungan sehingga dapat diperoleh informasikondisi lingkungan pada masa sekarang danmasa lampau (Gambar 1).

Untuk kasus di Danau Lac Saint-Augustine, pencuplikan sedimen dengan corersedalam 75 cm pada situs danau yang memilikikedalaman maksimal yaitu 6,1 m. Sampelsedimen setebal 76 cm kemudian disubseksidengan interval 0,5 cm untuk sampel 0 – 30 cmdan interval 1 cm untuk sampel 35 - 76 cm. DiDanau Rawa Pening pencuplikan dilakukandengan core barrel yang dimodifikasi sedalam30 cm pada lokasi dekat inlet danau. Sampelsedimen di sub-seksi 2 cm (Soeprobowati etal., 2005).

Korelasi dikerjakan antara diatommodern (lapisan atas) dan kualitas lingkungan(kasus eutrofikasi berdasar N- dan P-totalperairan). Rekonstruksi konsentrasi P-totalpada lapisan bawah dilakukan oleh Pienitzs etal., (2006) dengan membandingkan diatommodern - dari 81 danau dari negara bagian NewEngland yang telah diukur kandungan P-totalpada tahun 1991 dan 1994 dengan fosil diatom

yang diperoleh dari penelitian. Diatom basedinference model untuk merekonstruksikandungan P-total berdasarkan fosil diatomsecara Weighted Averaging partial leastsquares regression techniques. Analogi derajatkeasaman antara modern (kalibrasi) dan fosil(core) diuji dengan Program ANALOG.Apabila sampel fosil memiliki koefisiendissimilaritas < 75% berbarti bagus, antara 75 –90% kurang bagus dan yang lebih besar dari95% tidak ada analogi. Selanjutnya denganprogam CANOCO (Canonical CorrespondenceAanalysis) untuk mengetahui ketepatan fosiluntuk rekonstruksi variabel.

WA (Weigthed Averaging) adalah prosesfungsi transfer untuk estimasi kualitas air ataukimia air berdasarkan diatom (Koster et al.,2004). Secara prinsip takson tertentu akanmelimpah pada kondisi optimum untukregenerasi dan nilai optimum variabellingkungan dihitung mengacu reratakonsentrasi tiap lokasi. Tiap nilai variabel diweighted–kan dengan kemelimpahan jenisdiatom. Estimasi konsentrasi variabelberdasarkan fosil diatom di lapisan sedimendilakukan inversi dari persamaan WA-nya.

Gambar 1. Pendekatan paleolimnologi untuk kajian rekonstruksi perubahan lingkungan (Smol, 2008).

Diatom dan Paleolimnologi

64 Biota Vol. 14 (1), Februari 2009

Berdasar hasil analisis profil diatom,maka sampel Pienitzs et al., (2006) dapatdibagi tiga zona yang merupakankecenderungan kondisi geofisik-kimia yangkonsisten dengan periode sejarah dan aktivitasmanusia di daerah tangkapan danau. Zona-1merupakan periode sebelum/awalpengembangan pemukiman dan rekonstruksikanal (1670 – 1750). Zona ini dapat dibagimenjadi dua sub-zona yaitu 1-a merupakanrepresentasi periode sebelum dan awal kolonialdan 1-b merupakan periode konstruksi kanal(1748). Zona-1 terbentuk pada saat kondisiperairan oligo-mesotrofik dengan indikatordiatom, konsentrasi pigmen, diatom-inferedkonsentrasi P-total dan elemen kimia lainnya.

Diatom pada zona ini adalah jenis yangmengindikasikan kondisi perairan oligo- danmesotrofik antara lain: A. alpigena; A.ambigua; A. perglabra; Tabellaria flocculosadan F. cappucina (Gambar 2.). A. ambiguadijumpai pada perairan mesotropik di AmerikaSerikat dengan konsentrasi P 8 – 39µg /L(Diatom Paleolimnology Data Coop, 2003).Konsentrasi diatom rendah pada zona-1,menunjukkan perairan kurang produktif danpelarutan materi anorganik allokhtonusdominan. Hal ini didukung oleh rendahnyadiatom-infered konsentrasi klorofil-a dankarotenoid (Gambar 3).

Gambar 2. Stratigrafi perubahan komposisi kumpulan diatom yang tersimpan dalam inti danauLacSaint-Augustine (Pienitzs et al., 2006).