Filetype PDF | Diposting 28 Jul 2022 | 3 thn lalu
Authentication
digital resources
151x Tipe PDF Ukuran file 0.91 MB Source: lppm.ulm.ac.id
Prosiding Seminar Nasional Lahan Basah Tahun 2016 Jilid 3: 1038-1044 ISBN 978-602-6483-40-9
MODEL DINAMIK KONSENTRASI NUTRIEN DI PERAIRAN ESTUARIA
Dynamic Model of Nutrient Concentration in the Estuaries
Maulinna Kusumo Wardhani *
Jurusan Ilmu Kelautan Fakultas Pertanian Universitas Trunojoyo Madura
*Surel korespondensi: maulinna@gmail.com
Abstract. Estuaries are dynamic ecosystems with the flow of the river as one of the important factors that could
distribute nutrients, so as to make an ecosystem with high productivity. Levels of nutrients that have important role in the
life of estuarine biota are nitrogen and phosphorus compounds. The goal of development of this dynamic model was to
study the changes in the amount of nutrients daily for 1 year using STELLA 9:02. This modeling was developed based
on several assumptions: (1) the model is in a state of permanent or stable (steady state), (2) the model is considered to
be a closed system. This model shows the concentration of nutrients in water without added nutrients entering and
coming out of the water system. This was done by changing the constants in the sediment burial, denitrification.
Dissolved Inorganic Nitrogen (DIN) incoming and replacement of water is set at a value of zero. Thus the value of DIN
can be used by Particulate Organic Nitrogen (PON), sediment deposition into N-organic, or into mineral and back into
the water column.
Keywords: dynamic models, estuaries, nutrients
1. PENDAHULUAN terjadi ledakan populasi alga. Kelimpahan, distribusi
dan fluktuasi senyawa nitrogen dalam sistem
Estuaria merupakan sekosistem yang dimanis estuaria bermula dari dampak pencemaran yang
dengan aliran sungai sebagai salah satu faktor pada akhinya akan mengganggu kehidupan biota di
penting yang dapat mendistribusikan nutrien (unsur dalamnya.
hara), sehingga dapat membentuk suatu ekosistem Berdasarkan uraian di atas terlihat bahwa
dengan produktivitas yang tinggi. Odum, 1971 bahwa sistem dalam sistem estuaria sangat
dalam Susana (1997) menyebutkan bahwa sifat kompleks dan dinamis. Oleh karena itu, perlu
fisika dan kimia perairan estuaria sangat bervariasi adanya kajian mengenai bagaimana
karena merupakan tipe ekosistem yang spesifik. memperkirakan jumlah nutrien dalam sistem
Kadar nutrien yang berperan penting dalam perairan eatuaria yang dipengaruhi oleh perubahan
kehidupan biota estuaria antara senyawa nitrogen lingkungan, terutama perubahan iklim dan muatan
dan fosfor. Konsentrasi nutrien dalam perairan nutrien yang masuk ke dalam sistem. Model ini
dipengaruhi oleh limbah yang mengalir ke dalam mengacu pada model yang dibuat oleh Gordon et
sungai di sekitar estuaria dan perairan laut al. (1996) dengan menghubungkan konsentrasi
sekitarnya. nutrien dengan pergantian air yang masuk ke dalam
Keberadaan senyawa nitrogen yang tinggi sistem baik dari aliran sungai maupun air pasang
dalam perairan disebabkan oleh senyawa nitrogen dari laut.
ammonia yang teroksidasi menjadi nitrit, kemudian
menjadi nitrat dengan bantuan bakteri autotropik. 2. MODEL SIMULASI
Kelimpahan senyawa-senyawa nitrogen dan fosfor
ini dapat mempertinggi kemungkinan terjadinya Pengembangan model dinamis ini bertujuan
proses eutrofikasi (Russel et al. 1970 dalam untuk mempelajari perubahan jumlah nutrien harian
Susana, 1997) yang kemudian menyebabkan selama 1 tahun menggunakan perangkat lunak
terjadinya peledakan alga jenis tertentu. Hal ini STELLA 9.02. Pemodelan atau simulasi ini
dikarenakan nitrogen dalam nutrien membantu dikembangkan pada tahun 2011 berdasarkan
pembelahan sel, sehingga penurunan nutrien akan beberapa asumsi, yaitu : (1) model tersebut berada
mengurangi tingkat pembelahan sel alga. Alga dalam kondisi tetap atau stabil (steady state), yang
menyebabkan eutrofikasi karena menambah bahan berarti selama waktu estimasi tidak terjadi
organik pada sistem. Bila terdapat nutrien yang perubahan-perubahan pada faktor yang bekerja
diperlukan untuk pertumbuhan alga, maka akan dalam kompartemen, atau perubahan-perubahan
© 2017. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Universitas Lambung Mangkurat
1038
Prosiding Seminar Nasional Lahan Basah Tahun 2016 Jilid 3: 1038-1044 ISBN 978-602-6483-40-9
yang terjadi tetap konstan sepanjang waktu; (2) yang memperlihatkan hubungan fungsional dari
model tersebut dianggap suatu sistem yang tertutup setiap kompartemen dengan kompartemen lainnya
(closed system), yang berarti selama waktu estimasi serta faktor-faktor lingkungan yang bekerja pada
tidak ada pengaruh faktor lain selain parameter setiap kompartemen.
yang digunakan dalam pemodelan tersebut. Model
yang dikembangkan tersaji pada Gambar 1 dan 2,
Pergantian air
Masukan nutrien dari darat -
+ - -
Nutriean anorganik + Bahan organik terlarut
+ -
- +
Sedimen nutriean anorganik Sedimen bahan organik
- +
Sink - Sedimen Burial
Gambar 1. Konseptual Diagram Alir Siklus Nutrien di Ekosistem Pesisir
Sea DIN Conc
DIN Input
DIN Sediment DIN
Exchange of DIN DIN Release DENITRIFICATION
Nmax
Water Exchange ASIMILATION Sed MINERALIZATION
PON Pmax Sediment Org N
Exchange of PON SEDIMENTATION SEDIMENT BURIAL
Sea PON Conc
Gambar 2. Model konseptual konsentrasi nutrien dalam sistem perairan
© 2017. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Universitas Lambung Mangkurat
1039
Prosiding Seminar Nasional Lahan Basah Tahun 2016 Jilid 3: 1038-1044 ISBN 978-602-6483-40-9
Kompartemen dalam model ini terdiri dari
empat variabel kondisi dan menggunakan data yang
tersedia. Pengukuran standar anorganik serta
nitrogen dan fosfor total yang sederhana dalam
kolom air mungkin telah dibuat atau dapat dibuat
dengan mudah. Pengukuran konsentrasi laju Sehingga,
nutrient yang tersuspensi dan terlarut dan fraksi
jarang tersedia. Demikian pula pengukuran laju assimilation = P . N . (0.5) . PON
max max
organik dan anorganik karbon, nitrogen dan fosfor
(CNP) ke dalam sedimen mungkin sulit untuk Jika konsentrasi nutrien tinggi dan
dicapai. Untuk melaksanakan disagregasi lebih biomassa alga cukup rendah untuk memastikan
lanjut, maka diperlukan pengukuran yang sesuai bahwa pertumbuhannya berada pada tingkat
terhadap masukan nutrien dari berbagai sumber maksimum, maka P dan N sama dengan 1.
max max
masukan di darat, pengumpulan yang dilakukan Jika tidak ada nutrisi dan biomas sangat tinggi,
sama dengan metode yang digunakan untuk maka P dan N asama dengan 0. Dengan
max max
perairan. Selain itu, konsentrasi bahan-bahan demikian, tidak akan ada pertumbuhan alga jika
tersebut di luar teluk (laut) juga harus diketahui. terdapat konsentrasi nutrien yang tinggi.
Variabel yang memperlihatkan kondisi Diasumsikan bahwa tersedia data eksperimen yang
perairan estuaria pada ekosistem mangrove dalam menunjukkan bahwa alga yang tumbuh pada
pemodelan ini adalah DIN (Dissolved Inorganic setengah dari tingkat maksimum pada konsentrasi
Nitrogen/ nitrogen anorganik terlarut), PON DIN 0,5 µmol. Sehingga nilai N dari persamaan
(Particulate Organic Nitrogen/ partikulat nitrogen Michaelis-Menten adalah max
organik dalam kolom air), sedimen nitrogen organic
dan sedimen DIN. Selain itu terdapat proses-proses
yang mengendalikan kondisi fluks antara variabel-
variabel dalam model, yaitu asimilasi, sedimentasi,
sedimen burial, mineralisasi sedimen, denitrifikasi, Ketika konsentrasi partikel dalam kolom air
pelepasan DIN, serta masukan dan pergantian air meningkat, maka cahaya lebih sedikit dapat
terhadap DIN dan PON dengan laut di luar teluk. menembus dan asimilasi akan menjadi terbatas.
Untuk model simulasi pada teluk ini diasumsikan Diasumsikan bahwa asimilasi akan menurun
bahwa bahwa pengukuran yang tersedia sampai 50% ketika konsentrasi PON mencapai 2
menunjukkan bahwa tingkat pertumbuhan µmol. Persamaan Michaelis-Menten yang
maksimum PON adalah 50% per hari di bawah digunakan dalam hal ini untuk merumuskan P :
max
kondisi ideal, dengan tidak ada faktor-faktor yang
membatasi pertumbuhan. Satu-satunya pembatas
faktor yang harus dipertimbangkan dalam model ini
adalah nutrisi, DIN, dan pengaruh penetrasi cahaya Asimilasi dalam model ini merupakan fungsi
terhadap biomassa alga yang direpresentasikan dari konsentrasi nutrien dan PON. Pengukuran yang
sebagai PON. Persamaan yang berbeda tersedia menunjukkan bahwa 10% dari partikel PON
menunjukkan perubahan jumlah PON terhadap sedimen keluar setiap hari. Hal ini disebabkan oleh
waktu (dt) dituliskan sebagai berikut: faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan
jumlah yang keluar diketahui, persamaan diferensial
dapat ditulis untuk menjelaskan perubahan PON
terhadap waktu:
Dalam model sederhana, pertumbuhan
disamakan dengan asimilasi (bersih) dan
sedimentasi. Laju asimilasi maksimum didefinisikan
3% per hari sehingga akan lebih mudah untuk Hal ini juga diasumsikan bahwa 5% dari
mengembangkan hubungan fungsional untuk materi organik dalam sedimen terdegradasi setiap
nutrien yang disebut N , dan biomassa alga yang hari. Dari nutrien yang dilepaskan ke dalam
max sedimen, 50% dilepaskan ke dalam kolom air dan
disebut P , sehingga dapat mencapai nilai antara
max 10% terdenitrifikasi setiap hari. Dengan demikian,
0 dan 1. Dengan demikian, persamaan menjadi:
© 2017. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Universitas Lambung Mangkurat
1040
Prosiding Seminar Nasional Lahan Basah Tahun 2016 Jilid 3: 1038-1044 ISBN 978-602-6483-40-9
persamaan diferensial untuk semua variabel kondisi losses, dimana dt adalah turunan waktu.
dapat ditulis. Dengan perangkat lunak STELLA Pernyataan dimulai dengan INIT yang memberikan
9.02, persamaan ini secara otomatis dihasilkan konsentrasi awal dari variabel kondisi. Semua
ketika diagram alir yang digambarkan dan proses variabel kondisi dalam satuan µmol m-3 dan laju
-1
yang ditetapkan. Hal ini terlihat pada model dalam satuan d . Untuk sedimen, diasumsikan
matematika dalam perangkat lunak STELLA 9.02 bahwa rata-rata kedalaman teluk adalah 5 m.
sebagai berikut: Dengan demikian, konsentrasi sedimen dapat
diskalakan dalam unit m-2, dengan mengalikan
DIN(t) = DIN(t - dt) + (DIN_Input + dengan rasio area:volume.
DIN_Release - ASIMILATION -
Exchange_of_DIN) * dtINIT DIN = 10 3. PEMBAHASAN
INFLOWS:
DIN_Input = 0 Estuaria memiliki kelebihan dalam keragaman
DIN_Release = Sediment_DIN*0.5 tipe produsen yang tersedia sepanjang tahun tanpa
OUTFLOWS: dipengaruhi oleh musim. Kemampuan estuaria
ASIMILATION = PON*Nmax*Pmax*0.5 untuk menyediakan materi organik dikarenakan
Exchange_of_DIN = Water_Exchange*(DIN- perairan ini memiliki tiga tipe produsen makrofit
Sea_DIN_Conc) yaitu rumput laut, lamun dan bakau dalam bentuk
PON(t) = PON(t - dt) + (ASIMILATION - bentik maupun fitoplankton (Odum, 1971). Selain
Exchange_of_PON - SEDIMENTATION) * itu, perairan estuaria juga memiliki kemampuan
dtINIT PON = 0.1 dalam menampung dan menyimpan nutrient pada
INFLOWS: sistem perairan, terutama pada estuaria dengan tipe
ASIMILATION = PON*Nmax*Pmax*0.5 hidrologis berlapis, sehingga dapat menyimpan dan
OUTFLOWS: cepatnya perputaran siklus nutrient oleh biota
Exchange_of_PON = Water_Exchange*(PON- bentik. Di perairan estuaria, sebagian besar materi
Sea_PON_Conc) organik jatuh yang kemudian sebagian terakumulasi
SEDIMENTATION = PON*0.10 dan terkubur, sedang sebagian lainnya membusuk.
Sediment_DIN(t) = Sediment_DIN(t - dt) + Beberapa kandungan nutrient dikembalikan ke
(Sed_MINERALIZATION - DENITRIFICATION - kolom air, sedangkan sebagian terendap. Salah
DIN_Release) * dtINIT Sediment_DIN = 0.001 satu perbedaan penting antara model kelautan dan
INFLOWS: pesisir adalah peran sedimen dalam proses daur
Sed_MINERALIZATION = ulang nutrien. Perbedaan penting lainnya adalah
Sediment_Org_N*0.05 bahwa proses biogeokimia sedimen cenderung
OUTFLOWS: untuk mengubah konsentrasi nutrient. Hal ini
DENITRIFICATION = Sediment_DIN*0.0 disebabkan proporsi substansial nutrient dikonsumsi
DIN_Release = Sediment_DIN*0.5 sebagai bahan organik seperti denitrifikasi untuk
Sediment_Org_N(t) = Sediment_Org_N(t - dt) + adsorpsi untuk nitrogen dan fosfor, atau hilang
(SEDIMENTATION - SEDIMENT_BURIAL - melalui pembilasan oleh aliran air (flushing). Proses
Sed_MINERALIZATION) * dtINIT pengendapan ini juga akan mengubah ratio N: P,
Sediment_Org_N = 1 karena rasio nitrogen lebih besar maka biasanya
INFLOWS: lebih banyak terikat di sebagian besar sedimen laut
SEDIMENTATION = PON*0.10 dibandingkan dengan fosfor (Prartono dan Hasena,
OUTFLOWS: 2009).
SEDIMENT_BURIAL = Sediment_Org_N*0 Gordon et al. (1996) menguraikan bahwa
Sed_MINERALIZATION = nitrogen sebagai nutrien anorganik, dapat
Sediment_Org_N*0.05 ditambahkan melalui fiksasi N2- dan hilang melalui
Nmax = DIN/(0.5+DIN) denitrifikasi, sedangkan fosfor dapat diserap
Pmax = 1-(PON/(2+PON)) partikel. Dalam beberapa sistem, sebagian besar
Sea_DIN_Conc = 0 nutrisi tersimpan dalam living organic matter
Sea_PON_Conc = 0 ataudetritus di dalam sedimen. Oleh karena itu,
Water_Exchange = 0.0 sebuah model simulasi dinamis harus mampu
Berdasarkan urutan persamaan dalam menggambarkan proses fisik dan biogeokimia yang
model matematika STELLA 9.02 persamaan mengendalikan fluks hubungan antara anorganik
diferensial dalam format: X(dt) = X(t-dt) + inputs -
© 2017. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Universitas Lambung Mangkurat
1041
no reviews yet
Please Login to review.
