EVALUASI PARAMETER DAN VALIDASI MODEL...

Evaluasi parameter dan validasi model perpindahan radionuklida ... (Ors. Putu Sukmabuada, M.Eng.)

EVALUASI PARAMETER DAN VALIDASI MODEL PERPINDAHANRADIONUKLIDA CESIUM DARI TANAH KE TANAMAN BAYAM

(Amaranthus sp) DAN KANGKUNG (Ipomoea sp) SEBAGAI BAHANKAJIAN DOSIS RADIASIINTERNA PADA MANUSIA

Putu SukmabuanaPusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri, BATAN, Bandung

e-mail: [email protected]

ABSTRAK

EVALUASI PARAMETER DAN VALIDASI MODEL PERPINDAHAN RADIONUKLIDA

CESIUM OAR I TANAH KE TANAMAN BAYAM (Amaranth us sp) DAN KANGKUNG (Ipomoea sp)SEBAGAI BAHAN KAJIAN DOSIS RADIASI INTERNA PADA MANUSIA. Kasus kecelakaan nuklirmemungkinkan terjadinya pencemaran lingkungan oleh radionuklida hasil fisi. Radionuklida kontaminandapat masuk ke dalam tubuh manusia dan menjadi sumber radiasi interna melalui rantai makananberdasar pada jalur tanah - tanaman pangan - manusia, sehingga kemampuan tanaman pangantertentu dalam mengakumulasi jenis radionuklida tertentu mempunyai peranan penting dalam kaitannyadengan sumbangan dosis radiasi interna pada manusia. Serangkaian penelitian telah dilakukan dengantujuan mempelajari kemampuan tanaman pangan dalam mengakumulasi radionuklida dari tanah tempattumbuhnya. yang dinyatakan sebagai faktor transfer (Tf). Sayuran yang banyak dikonsumsi penduduk,seperti bayam dan kangkung, ditanam selama dua bulan pad a tanah yang dicemari radionuklida 134CS.Setiap lima hari sekali tanaman dan tanah tempat tumbuhnya dicuplik, dikeringkan, kemudian diukurkandungan radionuklidanya menggunakan spektrometer gamma. Dari penelitian ini diperoleh Tf sebesar2,05 dan 0,03 masing-masing untuk tanaman bayam dan kangkung. Selain Tf, dihitung pula nilaikoefisien laju perpindahan (kd dan diperoleh nilai sebesar 1,82 x 10'5 I hari pada 0<t<55 hari dan 1,26x 10,5 I hari pada t>56 hari untuk bayam. Nilai k12untuk tanaman kangkung ditentukan hanya satu faseyaitu untuk O<t<72 hari, dan nilai yang diperoleh lebih kecil yaitu 9,93 x 10'7 Ihari. Hasil pengukuranaktivitas 134CSdalam tanaman dibandingkan dengan hasil yang diperoleh melalui model matematikamenunjukkan keterkaitan yang dinyatakan sebagai koefisien regresi sebesar 90% dan 71 % untuktanaman bayam dan kangkung. Model matematika dapat dikoreksi dengan menambahkan standardeviasi. Dengan diketahuinya nilai parameter transfer dan tervalidasinya model matematikaperpindahan radionuklida 134CSdari tanah ke tanaman, maka besarnya dosis radiasi interna yang akanditerima manusia apabila mengkonsumsi tanaman sayuran, khususnya bayam dan kangkung, yangtumbuh di tanah yang tercemar radionuklida setelah waktu tertentu dapat diperkirakan.

Kata kunci: parameter perpindahan, radionuklida,Cs, 134CS,dosis radiasi interna

ABSTRACT

PARAMETER AND MODEL VALIDATION EVALUATION OF Cs RADIONUCLIDE

TRANSFER FROM SOIL TO SPINACH (Amaranthus sp) AND KANGKUNG (Ipomoea sp) PLANTFOR ASSESSING INTERNAL RADIATION DOSES TO HUMAN. Nuclear accident can cause

environmental contamination with fission product radionuclides. The radionuclides then entering humanbody through the food chain of soil - crop -human pathway, and become internally radiation source.The ability of certain crop in radionuclide uptake and accumulation have an important role in internallyradiation doses contribution to human body. Researches had been carried out to study radionuclidestransfer from soil to crops, expressed as transfer factor (Tf). The vegetables generally consumed bypeople, such as spinach and kangkung, were planted in soil contaminated with 134CSfor about twomonths. Every five days the soil and plants were sampled, dried, and the 134CScontent were measuredusing gamma spectrometer. From the researches it was found that the values of Tf were 2,05 and 0,03for spinach and kangkung, respectively. The coefficients of uptake rate (k12) were then determinedaccording to the data obtained, and it was found to be 1.82 x 10'5 I days at 0<t<55 days and 1.26 x 10,5I days at t>56 days for spinach. The k12value for kangkung was detemined for 1 phase, i.e. O<t<72, andit was found the lower value of 9.93 x 10'7 Idays. The 134CSactivities obtained from experimentalmeasurement were compared with those obtained by mathematical equation model, the relationshipwas expressed as regression coefficient and it was found to be 90% dan 71 % for spinach andkangkung, respectively. The mathematical model can be corrected by addition of deviation standard.

177

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti ISSN 2087-8079

Using transfer parameter and validated mathematical model, the internally radiation doses received bypeople from contaminated vegetables consumption can be estimated.

Keywords: transfer parameter, radionuclide, Cs, 134CS, internal radiation dose

BABI PENDAHULUAN

Secara umum, selama terjadi kecelakaan nuklir atau radiologik mayor terdapat 3 faseyang diidentifikasi oleh IAEA dan WHO[I]. Fase awal yaitu pada saat release sampaibeberapa jam setelah mulainya release radionuklida. Fase ini kemudian diikuti dengan faseintermediate yang berlangsung secara berkesinambungan selama 1 atau 2 hari setelahrelease. Selanjutnya adalah fase recovery yang berlangsung dari beberapa minggu sampaibeberapa tahun. Penentuan fase ini bertujuan untuk menentukan kriteria pembuatankeputusan dalam implementasi tindakan proteksi terhadap populasi dari lepasan bahanradioaktif.

Radionuklida di lingkungan dapat masuk ke dalam tubuh manusia secara tidaklangsung melalui rantai makanan, yaitu melalui jalur tanah-tanaman pangan-manusia.Radionuklida dalam tanah dapat diserap dan diakumulasi oleh tanaman, dan prosesperpindahan radionuklida dari tanah ke tanaman diekspresikan sebagai faktor transfer (T,)[2J.

Perpindahan radionuklida merupakan fenomena yang komplek dan dipengaruhi olehberbagai faktor[3], sehingga nilai T, mempunyai variasi yang besar berdasarkan tipe tanahtempat tanaman tumbuh, jenis tanaman, dan jenis radionuklida[4]. Perpindahan radionuklidadari tanah ke tanaman telah banyak dipelajari terutama untuk radionuklida hasil fisi sepertiCesium (Cs) yang mempunyai potensi bahaya radiasi interna pada manusia karenaenerginya relatif tinggi dan umur paronya yang panjang. International Atomic Energy Agency(IAEA) telah mendata nilai transfer radionuklida di ekosistem dan dipublikasikan dalam"Handbook of Parameter Values for The Prediction of Radionuclides Transfer in TheEcosystem,,[5J• Namun demikian, nilai faktor tansfer yang tersedia adalah untuk jenis tanaman

yang tumbuh di tempat beriklim sedang (23,5° sId 66,5° Lintan~ Utara/Lintang Selatan),sedangkan data untuk daerah tropis dan subtropis sangat terbatas ]. Penerapan nilai faktortransfer untuk iklim sedang ke ekosistem tropis sangatlah tidak mungkin, mengingat jenistanaman, jenis tanah, dan iklim sangat berbeda[71•

Serangkaian penelitian telah dilakukan untuk menentukan nilai faktor transferradionuklida hasil fisi yang mempunyai potensi bahaya radiasi interna pad a manusia karenaenerginya relatif tinggi dan umur paronya yang panjang yaitu Cs, pad a berbagai tanamansayuran di Indonesia untuk jenis tanah kebun clay loam (andosol)[8-12]. Jenis tanamansayuran yang telah diteliti adalah yang banyak diproduksi dan dikonsumsi oleh pendudukIndonesia, di antaranya adalah bayam, kangkung, ubi, bawang merah, dan bawang putih [13].Konsumsi bayam, kangkung, ubi, bawang merah, dan bawang putih menurut data dari BadanPusat Statistik (BPS) pada tahun 2007 adalah masing-masing sebesar 4,472; 4,94; 2,392;3,006; 1,513 kg/kapita/tahun[13]. Pada makalah ini dipilih dua jenis tanaman sayuran yangpaling banyak dikonsumsi menurut data BPS, yaitu bayam dan kangkung.

Dari data hasil penelitian diharapkan diperoleh parameter transfer radionuklida daritanah ke tanaman bayam (Amaranth us spy dan kangkung (Ipomoea spy, berupa nilai faktortransfer (T,) dan nilai koefisien laju perpindahan (kI2). Selain itu pada penelitian ini dilakukanjuga validasi model perpindahan radiocesium dari tanah ke tanaman bayam dan kangkung.Hasil evaluasi parameter perpindahan radionuklida Cs dari tanah ke tanaman bayam dankangkung serta hasil validasi model perpindahannya diharapkan dapat dijadikan bahan untukmemperkirakan dosis radiasi interna pada masyarakat pad a saat terjadi pencemaranradionuklida Cs di lingkungan baik akibat kecelakaan PLTN, global fallout, maupun akibatkecelakaan nuklir lainnya.

178


BAB II T E 0 R I

2.1. Penyerapan Unsur oleh Tanaman

Tanaman mempunyai kemampuan menyerap dan mengakumulasi unsur dalamjaringannya dari tanah tempat tumbuhnya, dan beberapa tanaman dapat mengeluarkannyakembali ke lingkungan sekitarnya walaupun dalam jumlah sangat kecil. Akumulasi unsur olehtanaman oleh karenanya merupakan net atau selisih antara penyerapan dan pengeluaranunsur oleh tanaman. Sebagian unsur yang diserap tanaman lebih lanjut ditranslokasikan kebagian lain tanaman[14].

Besarnya net penyerapan bergantung pad a genotip tanaman. Jenis-jenis tanamantertentu yang disebut akumulator mempunyai kemampuan mengakumulasi unsur walaupunkonsentrasi unsur di lingkungan sangat rendah. Pad a konsentrasi unsur yang sangat tinggi dilingkungan tanaman ini tidak akan meningkatkan penyerapannya karena adanya kompetisiantar elemen pada lokasi penyerapan. Kasus yang spesial untuk akumulator adalahhiperakumulator yang memperlihatkan akumulasi unsur yang sangat ekstrim pad a bagiandaun. Sebagai contoh, faktor akumulasi di daun > 0,1 untuk Cd; > 1 untuk Pb, Co, Cu, Ni;atau > 10 untuk Mn dan Zn[7.14].

Penyerapan unsur oleh tanaman berkaitan dengan pH dan ion dalam tanah. PadapH rendah kat ion akan lepas dari koloid tanah dan sebagai akibatnya meningkatkankonsentrasi kation di sekitar akar (zona akar/rhizosphere), yang pada gilirannya akanmeningkatkan akumulasi kation. Area absorpsi pada akar juga mempengaruhi penyerapan.Semakin besar area absorpsi semakin tinggi efektivitas penyerapan. Lebih jauh lagi,peningkatan produksi biomassa meningkatkan penyerapan elemen. Namun demikian,akumulasi pada jaringan akan berkurang disebabkan oleh pengenceran oleh peningkatanbiomassa dan laju penyerapan lebih rendah dari laju produksi biomassa.

2.2. Penyerapan Unsur Melalui Akar

Pergerakan unsur mineral ke permukaan akar bergantung pad a hal-hal sebagaiberikut[14]:

1. Difusi elemen di sepanjang permukaan akar.2. Intersepsi akar, pada fenomena ini volume tanah digantikan oleh volume akar akibat

pertumbuhan akar.

3. Mass flow atau aliran massa yang merupakan transport larutan tanah yangdiakibatkan oleh perbedaan tekanaan potensial air (dipicu oleh proses transpirasi).

2.3. Parameter Perpindahan Radionuklida dari Tanah ke Tanaman

Ada dua rute utama kontaminasi radionuklida ke tanaman yang merupakan awal darirantai makanan ke manusia, yaitu deposisi radionuklida dari udara ke permukaan tanamandan penyerapan radionuklida dari tanah melalui sistem perakaran. Deposisi langsung kepermukaan tanaman merupakan jalur yang dominan pada periode pertama terjadinyakontaminasi lingkungan, tapi dalam waktu lama, kontaminasi ke tanaman banyak diakibatkanoleh penyerapan melalui akar. Penyerapan radionuklida oleh tanaman secara umumdiekspresikan sebagai faktor transfer (T,) dan dinyatakan melalui persamaan (1).

(1 )

dengan Ap adalah konsentrasi radionuklida pada bagian yang dikonsumsi (Bq/kg berat kering)dan As adalah konsentrasi radionuklida dalam tanah (Bq/kg berat kering). Parameter ini telahditentukan dan digunakan secara luas atas rekomendasi dari International Union ofRadioecologist (lUR), yang berkaitan dengan rasio antara jumlah total radionuklida dalamtanaman dibandingkan dengan yang ada di tanah[1.2],melalui persamaan (1).

Jalur perpindahan radionuklida dari sumber lepasan sampai ke manusiadiekspresikan sebagai perpindahan radionuklida inter kompartemen lingkungan. Pada modelperpindahan radionuklida dari tanah ke tanaman, tanah dan tanaman diasumsikan sebagaisubsistem tunggal, di mana tanah merupakan subsistem sentral sedang tanaman merupakansubsistem resepien atau penerima seperti diilustrasikan pada Gambar 1[15].Pad a model ini

179


dilakukan pendekatan bahwa pada saat awal (t = 0) tidak terdapat radionuklida dalamtanaman, sehingga seluruh radionuklida berada pada subsistem sentral. Secara matematikaperpindahan radionuklida dari tanah ke tanaman dan sebaliknya dirumuskan oleh Yasudadan Maltz[15,16]dalam persamaan (2) dan (3) .

TanahA1

. ~Tanaman

A2

Gambar 1. Model kompartemen perpindahan radionuklidadari tanah ke tanaman'15 161.

(2)

(3)

dengan,AI = aktivitas radionuklida dalam tanah (MBq), danA2 = aktivitas radionuklida dalam tanaman (MBq).

Persamaan diferensial pada persamaan (2) dan (3) dapat diselesaikan melaluimetode analisis sehingga diperoleh persamaan (4) dan (5).

A = A e-(k12+A)11 1(0)

A = A (e-AJ _ e-(k12+A)I)2 1(0)

(4)

(5)

Berdasar persamaan (4) dan (5) aktivitas radionuklida dalam tanah dapat dihitungmelalui persamaan (6).

AI = AI(o)e-AJ - A2 (6)

dengan,A 1(1)

=

A 1(0)

=t\

=

A2

=

Aktivitas 134CSdalam tanah pad a waktu (t)Aktivitas 134CSdalam tanah pad a waktu (t = 0)

Konstanta ,p,eluruhan = 0,693/732 hari = 9,26.10.4 /hariAktivitas 13Cs dalam tanaman pada saat t

Koefisien laju penyerapan radionuklida dari tanah ke tanaman ditentukan berdasarpad a korelasi antara AI(I) dan AI(o). Dimana AI(o) adalah aktivitas awal radionuklida dalamtanah dan AI(I) adalah aktivitas radionuklida dalam tanah setelah waktu t. Nilai k12 ditentukanuntuk 2 fase waktu, pertama adalah penentuan k12 menggunakan fungsi linear antaraIn(AI(oIAI(t)) vs t. Nilai k12 merupakan slope dari kurva linear yang dirumuskan oleh Birkes[17]seperti pad a persamaan (7).

(7)

180

Evaluasi parameterdan validasi model perpindahan radionuklida ... (Ors. Putu Sukmabuada, M.Eng.)

Nilai k12 fase pertama diaplikasikan pad a saat aktivitas di tanaman meningkatsebagai fungsi waktu t (dari t = 0 sampai t). Untuk fase ke 2, nilai k12 ditentukan dengan earasubstitusi AI(o) dan AI(I) ke persamaan (8) dan diaplikasikan pada saat kondisi kesetimbangantelah tereapai. Nilai k12 merupakan rata-rata nilai dari perhitungan yang dirumuskan olehpersamaan (8).

(8)

BAB III TAT A KERJA

3.1. Bahan, Alat dan Fasilitas Percobaan

Pada penelitian ini digunakan bahan-bahan seperti radionuklida 134CS, tanah, pupukorganik, biji tanaman bayam dan kangkung, seeding tray untuk pembibitan tanaman,aluminium foil untuk tempat sampel tanah dan tanaman, serta kantong plastik. Radionuklida

134CS pada penelitian ini merepresentasikan 137CS yang banyak dijumpai di lingkungan Badakeeelakaan nuklir. Radionuklida 134CS digunakan sebagai pengganti radionuklida 37CS

karena mempunyai umur paro lebih pendek, yaitu 2,05 tahun, sehingga pengelolaan limbahsisa penelitian menjadi lebih sederhana. Bahan lain yang digunakan adalah perlengkapankeselamatan seperti sarung tangan, masker, dan penutup kepala.

Peralatan yang digunakan pad a penelitian ini adalah alat bereoeok tanam,higrotermometer untuk memantau suhu dan kelembapan udara, neraea analitis merek MetlerToledo dengan ketelitian 0,01 mg, oven pengering, serta spektrometer gamma dengandetektor HPGe (High Purity Germanium) yang dilengkapi dengan Multichannel Analyser.Penelitian dilakukan dalam green house untuk menjaga lepasnya radionuklida ke lingkungandan meneegah serangga yang dapat mengganggu pertumbuhan dan membawa kontaminanradionuklida ke lingkungan luar, sehingga berpotensi meneemari lingkungan.

3.2. Tata Kerja

3.2.1. Penyiapan Media Tanam Terkontaminasi 134CS

Pada penelitian ini digunakan tanah dari Lembang, sebelum penelitian dimulaidianalisis karakteristik fisika dan kimianya di Balai Penelitian Tanaman Sayur (BALlTSA),Departemen Pertanian di Lembang. Sebanyak 640 kg tanah yang telah dieampur denganpupuk organik, hal ini sesuai dengan yang dilakukan oleh petani sayuran di Lembang.Selanjutnya tanah dimasukkan ke dalam 4 buah bak terbuat dari kayu yang bagian dalamnyatelah dilapisi plastik tebal untuk menjaga agar air hasil penyiraman tidak meresap ke bakkayu. Bak kayu berukuran 1 m x 1 m dengan tinggi 35 em, sehingga luas permukaan tanahyang akan ditempati oleh tanaman adalah 1m2/bak dengan berat tanah berkisar antara 100 160 kg/bak.

Radionuklida 134CS yang akan digunakan dieneerkan dengan akuades kemudiandieampurkan ke tanah di dalam bak dan diaduk menggunakan sekop sampai homogen.Homogenitas diperiksa dengan eara mengambil euplikan tanah pada 5 titik pada setiap bakkemudian diukur aktivitasnya menggunakan spektrometer gamma dengan detektor HPGe.Besarnya konsentrasi radionuklida dalam tanah ditentukan dengan mempertimbangkan umurpara dan paparan radiasi yang dihasilkannya, yaitu berkisar antara 50 kBq/kg - 80 kBq/kgtanah [18], sehingga sampai waktu pengamatan selama 2 bulan aktivitas radionuklida dalamtanaman masih dapat terdeteksi oleh alat eaeah.

3.2.2. Penyiapan Tanaman

Tanaman bayam dan kangkung diperoleh dengan eara penyemaian dari biji,sehingga diperoleh tanaman dengan umur dan ukuran yang relatif seragam. Biji tanaman

181


ditaburkan pada seeding tray yang diisi dengan tanah dan disiram air agar kondisi tanahmenjadi lembab. Biji didiamkan selama 1 bulan, sampai tanaman mempunyai ketinggian lebihkurang 10 em dan daunnya berjumlah 4, serta sistem perakaran telah eukup kuat dan dapatberfungsi dengan baik.

Untuk setiap jenis tanaman, bibit tanaman ditanam pad a qua bak yang telahdikontaminasi dan dua bak lain yang tidak dikontaminasi sebagai kontrol. Setiap bakditanami dengan 25 tanaman dengan jarak antar tanaman 20 em, sehingga kerapatantanaman adalah 25 tanaman/m2.

3.2.3. Pengamatan dan Preparasi Sampel

Pengamatan pertumbuhan tanaman dan penyerapan radionuklida oleh tanamandilakukan setiap 5 hari dengan eara mengambil 3 individu tanaman [19] beserta tanah di zonaakarnya dari bak tanah yang mengandung radionuklida dan kontrol. Sam pel tanaman dicueidengan air mengalir sampai bersih untuk menghindari menempelnya partikel tanah padatanaman yang dapat mengakibatkan penambahan aktivitas pad a saat peneaeahan sampel.Tanaman diukur tingginya dan dipisahkan menjadi 3 bagian: akar, batang, dan daun. Sam peltanaman dan tanah ditimbang, kemudian dikeringkan dengan oven pengering pada suhu100°C selama 3-4 jam sampai diperoleh berat konstan. Sampel kering dimasukkan ke dalamkantong plastik dan aktivitas radionuklida 134CSdiukur menggunakan spektrcmeter gammadengan detektor HPGe selama 600 detik pada energi 604 keV dan 795 keV (probabilitas 98%dan 85%).

3.3. Analisis Data

Data hasil pengukuran pertumbuhan tanaman dan aktivitas radionuklida dalamsampel tanah dan tanaman dianalisis untuk mendapatkan nilai parameter pertumbuhantanaman dan perpindahan radionuklida dari tanah ke tanaman.

3.3.1. Growth Value

Pertumbuhan tanaman diamati dengan eara mengukur biomassa kering dan tinggitanaman untuk tanaman yang ditanam pad a tanah yang ditambah dengan 134CSmaupununtuk tanah tanpa penambahan 134CS. Parameter pertumbuhan tanaman dinyatakan sebagaigrowth value, yang dihitung pada saat tanaman dipindah ke media pereobaan sampai panenterakhir yaitu pada saat 2 bulan setelah tanaman dipindahkan.

Growth value (GV) merupakan rasio antara pertambahan biomassa tanaman selamawaktu t (m(t) - m(O)) dengan biomassa tanaman semula (m(O))[201 seperti diperlihatkanpersamaan (9).

GV = met) - m(O)

m(O)

3.3.2. Parameter Perpindahan Radionuklida

(9)

Parameter perpindahan radionuklida dari tanah ke tanaman ditentukan denganmenghitung nilai T, menggunakan persamaan (1), sedang nilai k12 dihitung menggunakanpersamaan (7) dan (8).

3.3.3. Validasi Model

Data hasil pengukuran konsentrasi 134CSdalam tanah dan tanaman digunakan untukvalidasi model perpindahan radionuklida dari tanah ke tanaman[1S,16]dengan eara substitusidata ke dalam persamaan matematika (5).

182


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Karakteristik Tanah

Sebelum digunakan dalam penelitian, parameter fisika dan kimia tanah dianalisis dandiperoleh karakteristik tanah seperti diperlihatkan pada Tabel 1 dan 2. Tanah yang digunakanterdiri dari fraksi pasir, debu dan liat dengan persentase masing-masing 18,65%; 23,36%;57,95% (Tabel 1), sehingga berdasarkan segi tiga tekstur dari United States Department ofAgriculture[21] jenis tanah yang digunakan adalah lempung berat atau clay loam. Jenis tanahini mempunyai luas permukaan spesifik besar sehingga mempunyai kemampuan adsorpsi iondan air yang besar pula[21].

Tabel1. Distribusi fraksi tekstur tanah yang digunakan dalam penelitian.

Persen Ukuran Partikel Fraksi(%)Total

FraksiSangatKasarSedangHalusSangatFraksi

KasarHalus(%)

Pasir

1,151,944,023,048,5018,65Debu

-2,5213,607,24-23,36

Liat

-8,5649,39--57,95

Parameter kimia tanah diperlihatkan pad a Tabel 2. Dalam kaitannya denganpenyerapan radionuklida 134CS oleh tanaman, unsur stabil yang berpengaruh adalahexchangeable macroelement (makroelemen yang dapat dipertukarkan), misal unsur K[14].

Unsur K dan Cs berada dalam golongan yang sama dalam sistem periodik unsur,sehingga mempunyai sifat kimia yang mirip dan akibatnya mempengaruhi proses penyerapanunsur Cs oleh tanaman.

Kandungan unsur K yang dapat dipertukarkan sebesar 1,38 me/100g, dan menurutZhu dan Smolder22J, nilai ini termasuk tinggi karena lebih besar dari 1. Keadaan ini dapatmempengaruhi penyerapan 134CSdari tanah oleh tanaman karena terjadinya persaingandalam penyerapan unsur.

Tabel 2. Parameter kimia tanah yang digunakan dalam penelitian.

No ParameterKarakteristikSatuan

Makroelemen1pH 6,60-

2C 5,67%

3

N 0,24%

4

C/N 24,00%

5

P 79,20ppm6

K 429,00ppm7

N-NH4 5,24mg/100g8

N-N03 50,19mg/100g

Makroelemen yang dapat dipertukarkan9

Ca 22,13me/100g *10

Mg 1,75me/100g *11

K 1,38me/100g *12

Na 0,37me/100g *13

KTK** 27,02me/100g *

183


Mikroelemen14

Fe 5,90ppm15

Mn 6,40ppm16

Cu 2,40ppm17

Zn 11,50ppm18

S 35,70ppm19

AI 102,40ppm20

B 0,49ppm21

Materi Organik 9,75%

22

Kandungan Air 29,35%

Keterangan:* me/100g atau meq/100g adalah mili ekivalen per 100 9 tanah, menyatakan

satuan dari jumlah kation suatu unsur yang dapat diikat oleh partikel tanah.** KTK adalah kapasitas tukar kation, merupakan jumlah total kation yang dapat

diikat oleh partikel tanah, atau merupakan muatan negatif total tanah.

4.2. Kondisi Lingkungan Green House

Kondisi lingkungan green house selama penelitian dipantau melalui pengukuran suhudan kelembapan. Data harian suhu dan kelembapan rata-rata udara green housediperlihatkan pada Gambar 2 dan 3. Suhu berfluktuasi antara 24 sampai 42°C, sedangkelembapan berkisar antara 53-98%. Suhu dan kelembapan diukur dua kali dalam sehariselama percobaan berlangsung. Suhu rendah diperoleh pada pengukuran pagi hari sedangsuhu relatif tinggi diperoleh dari hasil pengukuran pada siang hari sekitar pukul 14.00.Demikian pula halnya dengan kelembapan, hasil pengukuran pad a pagi hari relatif tinggi,sedang pengukuran pada siang hari memperlihatkan kelembapan yang relatif rendah. Suhudan kelembapan udara green house relatif lebih tinggi dibandingkan dengan udara di luargreen house, namun demikian tanaman mampu beradaptasi dan tidak menampakkan gejalakekurangan air, serta dapat tumbuh normal.

45

40

IT 35g,...

25

20

•lopagi I

• siang I-• ••

••• ~~-0,

~ •••••• 0• •••• • •0• 0• 0 00.o •0

0• 0•• 00o A

000• •• <£•0••

000 o 0 o 0

I

o 10 20

Ha ri ke

30 40 50

Gambar 2. Suhu harian rata-rata udara da/am green house.

184

110

100

- ~~ 90- ••CIS

~80

cCIS 70

CoCIS.QE 60Q,) (jj~ 50

40


o pagi-00 00 000 0000000

• siang

U'

0 .0 0•••• Q -

•s>

o~~ 0-. iO•0iO•

•• 0Ii ••• 0•0 • •••()00

••••••• •

.•.

•,

o 10 20

Ha ri ke

30 40 50

Gambar 3. Kelembapan harian rata-rata udara dalam green house.

4.3. Efek Penambahan 134CS pada Pertumbuhan Tanaman

Parameter pertumbuhan tanaman dinyatakan sebagai growth value. Oari penelitianini nilai growth value dari tanaman kontrol dan tanaman yang ditumbuhkan pada tanah yangmengandung 134CSdiperlihatkan pad a Tabel 3.

Tabel 3. Growth value tanaman bayam dan kangkung yang dipelihara pad a tanahmengandung 134CSdan tanah normal

Growth valueNo.TanamanTanah kontrolTanah dikontaminasi 134CS

1

Bayam 4,7 7,12

Kangkung 5,3 5,2

Oari data pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa besarnya growth value berbeda untuktanaman bayam dan kangkung yang tumbuh pada tanah yang dikontaminasi dengan Cs.Tanaman dengan growth value besar mengindikasikan mempunyai kemampuan menyerapunsur yang besar pula[14J. Berdasar pada Tabel 3 tanaman bayam yang tumbuh di tanahmengandung Cs memperlihatkan pertumbuhan yang relatif cepat dibandingkan tanamankangkung. Tanaman kontrol terlihat mempunyai growth value yang hampir sama dengantanaman kangkung yang tumbuh di tanah yang dikontaminasi 134CS.

Pol a pertumbuhan tanaman berupa pertambahan biomassa dan tinggi tanamandiperlihatkan pada Gambar 4 sid 7, yang menunjukkan bahwa pola pertumbuhan tanamankontrol dan tanaman yang tumbuh di tanah yang dikontaminasi relatif sama, mengindikasikantidak ada pengaruh nyata penambahan 134CSpada tanah terhadap pertumbuhan tanaman.Tanaman yang tumbuh normal walau tumbuh pada tanah terkontaminasi Cs mengindikasikandapat melakukan proses metabolisme yang normal sehingga penyerapan unsur-unsur harajuga berlangsung normal.

185

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti

14-.9 12cE 10~~ 8

.•...

C)6

c ';:Q).:..::

: 1

.•... ?'_d:I

~ - perlakuan IQ)

ell ~---8--- kontrol 1. -

0 0

20406080100

Waktu (hari)

ISSN 2087-8079

Gambar 4. Po/a pertambahan biomassa kering tanaman bayam.

70

60- E~ 50C)~ 40.•...~..cC) 30c~'C' 20~a..

100

0

20 40 60

Waktu (hari)

---- perlakuan

"'8-" kontrol

80 100

Gambar 5. Po/a pertambahan tinggi tanaman bayam.

3

2

c; 2.5·c~ER:I

C

~ 1.5·

R:I•..

~ 0.5

___ Perlakuan

- - - EJ- • - Kontrol

o

o 10 20 30 40 50 60 70

Waktu (hari)

Gambar 6. Pola pertambahan biomassa kering tanaman kangkung.

186

Evaluasi parameter dan validasi model perpindahan radionuklida ... (Drs. Putu Sukmabuada, M.Eng.)

140

•Perlakuan I ,Q120 - - - EI- - - KontrolE

I

~

100 J

C)

t: 8010 .•...10..c 60C) t:10'2 4010 a.20

aa

20406080

Waktu (hari)

Gambar 7. Pola pertambahan tinggi tanaman kangkung.

4.4. Pola Penurunan Konsentrasi 134CS dalam Tanah

Tanah yang dikontaminasi dengan 134CS dan ditanami tanaman bayam dan kangkungmemperlihatkan penurunan konsentrasi seiring dengan waktu seperti yang diperlihatkanGambar 8 dan 9.

Konsentrasi 134CS dalam sampel tanah mengalami penurunan yang cukup signifikanseiring dengan waktu yaitu 58% untuk tanah yang ditumbuhi tanaman bayam dan 25% untuktanah yang ditumbuhi tanaman kangkung (Gambar 8 dan 9). Penurunan ini disebabkanterserapnya 134CS oleh tanaman dan juga karena peluruhan fisika dari 134CS, namunpengaruh peluruhan fisika dapat dikatakan kecil (6,25%), karena umur para 134CS yang relatifpanjang (2,05 tahun) .

.-.60CI

~ 50~~ 40IVI

U~ 30

---B- Peluruhan

-b- Peluruhan dan penyerapan

"(ij

~ 20.•...t:Q)VI

10t: 0~ 00

20 40 60

Waktu (hari)

80 100

Gambar 8. Penurunan konsentrasi 134CS dalam tanahyang ditanami tanaman bayam.

187


---tr-- Peluruhan + Penyerapan

-B- Peluruhan

90

- 85

CIg 80-~ 75..•M~_ 70!IIro.::; 65s::Q):g 600~ 55

500

10 20 30 40

Waktu (hari)

50 60 70 80

Gambar 9. Penurunan konsentrasi 134CS dalam tanah

yang ditanami tanaman kangkung.

4.5. Pola Distribusi 134CS pada Organ Tanaman

Penurunan konsentrasi 134CS dalam tanah diikuti dengan terdeteksinya 134CS dalamorgan tanaman seperti diperlihatkan oleh Gambar 10 dan 11. Nilai konsentrasi 134CS dalam

sam pel tanaman merupakan nilai rata-rata dari tiga buah sam~el untuk setiap waktupengamatan. Konsentrasi total merupakan penjumlahan aktivitas 1 4CS pad a bagian daun,batang, dan akar dibagi dengan berat kering tanaman.

Dalam tanaman bayam, konsentrasi 134CS meningkat seiring dengan lamanya waktupemeliharaan (Gambar 10). Pada Gambar 10 dapat dilihat bahwa konsentrasi 134CS

berurutan dari yang terbesar adalah daun :::: bunga > akar > batang. Tanaman bayammenyerap 134CS melalui akar, kemudian didistribusikan ke seluruh bagian tanaman, yaitubatang dan daun, serta bunga apabila tanaman sudah mencapai usia reproduksi. Di antaraorgan tanaman, daun mempunyai konsentrasi 134CS yang tertinggi.

45

- 40

-+- akarC')

- ------batangC'" 35 aJ- -.- daunI/) 30 () -+- bunga

'<t 25M .•..

'iij 20-e- total

ns

a..'E 15Q)I/) 10t:0~

5

0 0

20406080

Waktu (hari)

Gambar 10. Distribusi konsentrasi 134CS dalam tanaman bayam.

188

Evaluasi parameter dan validasi model perpindahan radionuklida ... (Ors. Putu SUkmabuada, M. Eng.)

-+- Akar

_ Satang

---.- Daun

- Total ,-

30

25Ci

0- [email protected] 15-cQ)tII15 10-~

50

0

20 40

Waktu (hari)

60 80

Gambar 11. Distribusi konsentrasi 134CS dalam tanaman kangkung.

Untuk tanaman kangkung, konsentrasi 134CStertinggi terlihat r,ada akar kemudianbatang dan daun (Gambar 11). Pad a sampling pertama (hari ke 5) 1 4CS terdeteksi pad abagian akar dan batang, sedang pada bagian daun 134CSbaru terdeteksi pad a hari ke 15. Inidapat dipahami karena pada awal sampling baru sedikit 134CSyang mencapai daun, sehinggatidak terdeteksi oleh alat spektrometer gamma.

Konsentrasi 134CS pada akar berfluktuasi menurut waktu sampling (Gambar 11),dengan kecenderungan konsentrasi meningkat sampai pad a hari ke 15 yaitu mencapai 27Bq/g dan terlihat menurun setelah hari ke 15 menjadi sekitar 10 Bq/g pada akhir penelitian.Konsentrasi 134CS dalam batang berfluktuasi dan apabila dibandingkan dengan akarkonsentrasinya jauh lebih rendah yaitu sekitar 5 Bq/g.

Berbeda dengan akar dan batang, dalam daun 134CSbaru terdeteksi pada hari ke 15dengan konsentrasi sebesar 1,371 Bq/g dan pad a hari ke 40 konsentrasinya meningkatmendekati 2 Bq/g. Oaun merupakan tempat terjadinya proses fotosintesis di mana pad adaun banyak diperlukan K yang mempunyai sifat kimia mirip dengan 134CS. Akan tetapi pad atanaman kangkung yang diteliti tidak terlihat konsentrasi 134CSyang tinggi di daun, bahkanjauh lebih rendah dibandingkan dengan yang terdeteksi di bagian akar. Akumulasiradionuklida Cs pada bagian akar tanaman pernah dilaporkan oleh Ban-nai dan Negri[7,23J•

Proses transpirasi pada daun menyebabkan mineral yang diserap ke dalam akarakan bergerak ke bagian atas tanaman. Oaun yang terkena sinar matahari akan kehilanganair melalui stomata, kutikula, atau melalui lenti sel yang akan segera diganti oleh molekul air

yang ada di bawahnya. Proses naiknya molekul air ini juga membawa berba~ai mineral yanglarut termasuk 134CSdari tanah melalui akar menuju bagian tanaman lainnya[1 ,221.

Pada batang 134CSakan didistribusikan melalui xylem menuju daun. Air dan larutanlainnya didistribusikan melalui media yang disebut apoplast[221. Oi daun unsur-unsur yangtelah cukup atau unsur-unsur yang tidak dibutuhkan lagi oleh daun akan dikembalikan lagi kebatang melalui floem. Cesium akan mengalami metabolisme dalam tanaman sama sepertikalium. Oleh karena itu apabila pada daun 134CS tidak dibutuhkan lagi, 134CS akandikembalikan ke batang dan bagian tanaman lainnya. Hal ini dapat menjadi penyebabkonsentrasi 134CSdalam batang dan akar lebih besar dari pada daun.

Proses penyerapan Cs oleh tanaman dapat dijelaskan seperti penyerapan unsur K.Menurut Zhu dan Smolder[221, unsur Cs masuk ke dalam tanaman melalui membran sel

dengan dua mekanisme, sama seperti halnya unsur K, yaitu sistem K transporter dan Kchannel. Mekanisme K transporter berfungsi pad a penyerapan K dengan konsentrasi rendah« 0,3mM) dan tidak membedakan antara K dengan Cs, sedang mekanisme K channelbekerja pada konsentrasi K > 0,3 mM serta dapat membedakan antara K dan Cs. Pad akonsentrasi K sangat tinggi kemungkinan Cs terserap oleh akar tanaman sangat kecil, karenakompetisi unsur sangat tinggi. Tanah yang digunakan pada penelitian ini mempunyaikandungan K relatif tinggi, yaitu 429 ppm (Tabel 2) yang setara dengan 11 mM. Unsur Kdalam tanah yang tersedia bagi tanaman adalah 1,38 me/100 g, dan ini termasuk dalam

189


kategori sangat tinggi (>1 me/100g), sehingga 134CS yang dapat diserap o/eh tanamanmenjadi sang at keci!.

Daun merupakan organ tanaman utama yang berfungsi dalam proses fotosintesis,yaitu proses pembentukan karbohidrat dari karbondioksida dan air dengan bantuan sinarmatahari. Terakumulasinya 134CSpada daun dapat dijelaskan melalui peran unsur K dalamproses fotosintesis, karena K dan Cs terdapat dalam golongan yang sama dalam sistemperiodik unsur.

Peran K dalam proses fotosintesis agak rumit, yaitu dalam aktivasi enzim yangdiperlukan dalam proses fotosintesis dan ter/ibat dalam produksi Adenosin Tri Phospat(ATP)[24J• Pada saat terjadi reaksi antara CO2 dan H20 dengan bantuan energi dari sinarmatahari, maka energi yang pertama kali dihasilkan adalah ATP yang kemudian digunakansebagai sumber energi untuk reaksi kimia yang terjadi dalam tanaman. Unsur K berperanmenjaga keseimbanga'n muatan listrik pad a saat pembentukan ATP. Jadi selain berperanpada proses pembentukan ATP, K juga berperan pada proses aktivasi enzim. Unsur Kberperan dalam mengaktifkan sedikitnya 60 enzim yang terlibat dalam pertumbuhantanaman[24]. Selain itu, unsur K juga berperan dalam mengatur gerakan membuka danmenutupnya stomata daun. Mengacu pada peran K dalam tanaman terutama di daun, dapatdipahami mengapa 134CSbanyak terakumulasi di daun dibandingkan dengan bagian laintanaman.

Konsentrasi 134CSpad a bunga juga terlihat tinggi (Gambar 6). Pad a tanaman bayam,bunga muncul dari ketiak daun pad a batang. Cesium yang didistribusikan oleh batangmenuju daun juga dapat ikut terdistribusikan ke bunga. Oleh karena itu pada bunga terdapatpula akumulasi aktivitas 134CS.

4.6. Parameter Perpindahan 134CS dari Tanah ke Tanaman

4.6.1. Faktor Transfer

Faktor transfer merupakan rasio konsentrasi 134CS dalam tanaman terhadapkonsentrasinya dalam tanah Rasio konsentrasi Cs dalam tanaman dan tanah tempat tumbuhtanaman bayam dan kangkung dip/otkan pad a Gambar 12 dan 13.

2.5E C1In; 2't:I

If)O.r::"<t C1I~ ~ 1.5 -,- ..If) _C1I C••• C1IC E(1)

C1IIf) CC C1I

~ •• 0.5-0'enC1I 0a:=

0 -+- akar

___ batang

~daun

-+- bunga

20 40 60 80 100

Waktu (hari)

Gambar 12. Rasio konsentrasi 134CS da/am tanaman bayamterhadap konsentrasi da/am tanah

190

Evaluasi parameterdan validasi model perpindahan radionuklida ... (Ors. Putu Sukmabuada, MEng.)

0.45

E

0.410 (ij"C

0.35·en .c:

() 10;;'; c:0.3~ ~

'(jj -10c:0.25

•... •.. 10c: EQ) en100.2

c:c:

010

~•..

00.15

'(jj &.0.1

0.0500

10 20 30 40 50

-+--Akar

- Satang

-.- Daun

---G-- Total

60 70 80

Waktu (hari)

Gambar 13. Rasio konsentrasi 134CS dalam tanaman kangkungterhadap konsentrasi dalam tanah

Nilai faktor transfer 134CSdari tanah ke tanaman ditentukan Ipada nilai rasio yangpaling tinggi pad a saat tercapai tingkat kejenuhan!14]. Untuk tanaman bayam terlihat palingtinggi pad a hari ke 55 setelah tanaman dipelihara dalam media tanah yang mengandung134CS,yaitu sebesar 1,43 (Gambar 12). Nilai faktor transfer terbesar terdapat pad a daun danbunga, yaitu masing-masing sebesar 2,05 dan 2,08 yang terjadi pad a hari ke 55.

Faktor transfer tanaman melampaui angka satu mengindikasikan bahwa jumlah 134CSyang terkonsentrasi pada tanaman lebih besar dari cesium yang terkonsentrasi pad a tanah.Oapat juga dikatakan bahwa tanaman bayam merupakan akumulator 134CS[14].

Nilai faktor transfer 134CSdari tanah ke tanaman kangkung adalah 0,07. Bagiantanaman kangkung yang paling tinggi mengakumulasi 134CSadalah organ akar, yaitu sebesar0,42; sedang untuk daun kangkung yang dikonsumsi manusia nilai faktor transfer relatif kecil,yaitu 0,03.

Zhu dan Smolders!22J mengemukakan bahwa faktor transfer untuk tanaman sayuranyang ditanam pada tanah liaUlempung pad a umumnya berkisar antara 0,001-1, sedang ditanah yang berpasir atau pad a tanah organik faktor transfer pada tanaman sayuran dapatmencapai angka 28,1. Oari pernyataan ini dapat dilihat bahwa faktor transfer tanaman bayamtergolong tinggi (>1), walaupun tanah pertanian di Lembang merupakan tanah liatberlempung dan mengandung K yang dapat dipertukarkan dalam jumlah yang tinggi. Oarihasil uji laboratorium Balitsa diketahui bahwa banyaknya K yang dapat dipertukarkan (K yangtersedia bagi tanaman) adalah sebesar 1,38 me/100 g. Menurut kriteriayang dikeluarkan oleh

Balitsa, kandungan K sebesar 1,38 me/100 9 termasuk dalam kategori sangat tinggi (>1me/100 g). Seperti yang telah dikemukakan pad a penelitian Zhu dan Smolders! J mekanismemasuknya Cs pad a konsentrasi K tinggi belum diketahui dengan jelas. Masuknya larutan kedalam akar adalah melalui fenomena osmosis dan bergerak dari akar ke bagian tanamanyang lain karena adanya perbedaan nilai osmosis antara larutan dengan larutan dal.amdinding sel.

Secara teoritis, dilihat dari karakteristik tanah, seharusnya tanaman bayam yangtumbuh pad a tanah di ladang-Iadang pertanian di Lembang yang berjenis clay loam memilikifaktor transfer yang rendah, tetapi yang diperoleh dari penelitian ini nilai faktor transfer

melebihi 1 (tinggi). Besarnya faktor transfer pad a tanaman tidak hanya diRengaruhi olehkarakteristik kimia tanah, melainkan juga oleh faktor fisiologis tanaman! 2,25J. Tanamanmemiliki perbedaan secara genetik akan kebutuhan nutrisi dan mineral. Variasi secaragenetik pad a penyerapan radiocesium menyebabkan variasi besarnya faktor transfer pad aberbagai spesies tanaman.

Willey, dkk.!26] dalam laporan penelitiannya mengenai perbedaan penyerapan134/137CSantar-taxa tanaman mengemukakan bahwa akumulasi cesium tertinggi terdapat

191


pada tanaman bayam (genus Amaranthus) dan sebangsa sawi (genus Brassica). Jadimemang tanaman bayam yang digunakan dalam penelitian ini memiliki potensi sebagaiakumulator 134CS.

Tanaman memiliki perbedaan secara genetik akan kebutuhan nutrisi dan mineral.Variasi secara genetik pad a penyerapan radiocesium menyebabkan variasi besarnya faktortransfet26]. Ban-nai[7] melaporkan beberapa nilai faktor transfer radionuklida Cs untukbeberapa tanaman sayuran, yaitu sebesar 0,13; 0,15; dan 0,055 masing-masing untuktanaman cabage (kol), chineese cabage, dan letuce (slada).

Tabel 4. Tf radionuklida Cs dari tanah ke beberapa tanaman pangan.

No. Jenis tanahTanamanFaktor transferPustaka

1

Clay loam Bayam2,05 (daun)82

Clay loam Kangkung0,03 (daun)9

3Clay loam Ubi 2,0 (umbi)13

4

Clay loam Bawang merah0,2 (umbi)11

5

Clay loam Bawang putih0,3 (umbi)12

Nilai parameter transfer yaitu T, yang diperoleh melalui beberapa penelitiandicantumkan pada Tabel 4, dan dapat dilihat bahwa besarnya T, sangat bervariasi. MenurutGreget14] dan Trapp[27] perpindahan setiap unsur dari tanah ke tanaman mengikutimekanisme yang berbeda-beda sesuai jenis tanaman, karakteristik tanah dan kondisilingkungan tanah. Ada tiga mekanisme penyerapan unsur melalui akar tanaman yaitu difusi,intersepsi, dan mass flow. Mekanisme difusi pada penyerapan unsur melalui akar bekerjaapabila terjadi perbedaan konsentrasi unsur antara tanah dan tanaman, sedang mekanismeintersepsi akar terjadi I pada saat volume/matrik tanah digantikan oleh volume akar akibatadanya pertumbuhan. Proses mass flow (aliran massa) merupakan proses transport larutantanah yang disebabka'n oleh perbedaan tekanan potensial air yang dipicu karena adanyaproses transpirasi. Ketiga mekanisme ini dapat terjadi bersamaan atau secara bergantianbergantung pad a keadaan lingkungan, atau dapat juga satu proses lebih dominan dari yanglain menurut jenis tanaman[14].

Cesium dalam tanah berada akan berikatan dengan partikel tanah, sehinggamempengaruhi ketersediaan Cs untuk tanaman. Kandungan lempung dalam tanahmempengaruhi penyerapan Cs oleh tanaman karena lempung mengikat kuat Cs padapartikelnya. Tanaman menyerap Cs dalam bentuk terlarut dalam larutan tanah sebagaibentuk kation monovalen. Pengambilan Cs oleh tanaman berkaitan dengan keberadaan K ditanah melalui hubunga'n yang komplek lebih dari sekadar kompetisi, melainkan "concentrationdependent relation". Penyerapan Cs oleh akar tidak paralel dengan penyerapan K, selain ituperbedaan antara K dan Cs dianggap sebagai selektivitas oleh xylem. Faktor lain yangmempengaruhi penyerapan Cs oleh akar adalah temperatur, tekanan air, kondisi osmosis,serta diduga penyerapan Cs dikontrol oleh proses difusi [14].

Besarnta konsentrasi Cs dalam tanaman pada umumnya berkisar antara 0,03-0,44mg/kg kering[28. Distribusi akumulasi Cs dalam tanaman bervariasi menurut jenis tanaman.Dalam tanah kandungan Cs alam sebesar 4 ppm relatif rendah dibanding dengan unsur Kyang segolongan yaitu sebesar 14000 ppm[28].

Faktor transfer (T,) merupakan parameter yang umum digunakan pada prosestransfer radionuklida di lingkungan. T, bervariasi untuk setiap radionuklida dan jenis tanaman.Menurut IUR dalam Greger[14] besarnya T, untuk radionuklida Cs berkisar antara 2x10-4 sId3x101. Pad a Tabel 4 nilai T, yang diperoleh dari penelitian ini masih masuk dalam kisarannilai yang diberikan oleh IUR. Untuk spesies tanaman yang berbeda maka nilai T, nya jugaberbeda karena setiap spesies mengakumulasi elemen pada tingkat yang berlainan. Karenaitu data T, mutlak spesifik untuk tempat dan jenis tanaman. Nilai T, dari penelitian ini relatiftinggi dibanding dengan yang diperoleh peneliti lain untuk tanaman yang berbeda.

4.6.2. Koefisien Laju,Penyerapan (k1-d

Parameter transfer lainnya yang perlu ditentukan adalah k12 134CSdari tanah kebagian tanaman yang dikonsumsi. Nilai ini penting ditentukan untuk dapat memprediksi

192


besarnya konsentrasi 134CS dalam bagian tanaman yang dikonsumsi apabila tanah tercemardengan 134CS setelah waktu tertentu. Nilai k12 ditentukan berdasarkan kurva pada Gambar 10dan 11, menggunakan persamaan (7) dan (8). Untuk tanaman bayam nilai k12 ditentukanuntuk fase pertama dari t = 0 sampai t = 55 hari, sedang nilai k12 untuk fase ke 2 ditentukanpad a periode t = 55 hari sampai t = 78 hari. Nilai k12 untuk transfer 134CS dari tanah ketanaman bayam adalah 1,82x1 0-5/hari untuk 0< t <55 hari dan 1,26x1 0-5/hari untuk t >56 hari.Untuk tanaman kangkung nilai k12 ditentukan hanya satu fase untuk 0< t <72, dan diperoleh9,93x1 0-7/hari.

Nilai k12 radionuklida dari tanah ke tanaman bervariasi untuk setiap spesies tanaman,dipengaruhi oleh metabolisme tanaman. Tanaman bayam memiliki koefisien laju perpindahanlebih tinggi dibandingkan dengan tanaman kangkung karena setiap tanaman mempunyaikarakterisrtik fisiologi yang berbeda[22].

Nilai parameter transfer k12 yang diperoleh dari penelitian ini digunakan untukmemperkirakan konsentrasi radionuklida dalam tanaman setelah terpapar selama waktu t.Nilai k12 sama halnya dengan T, juga bervariasi menurut jenis tanah, radionuklida dantanaman.

4.7. Validasi Model Perpindahan Radionuklida 134CS dari Tanah ke Tanaman

Perkiraan konsentrasi radionuklida 134CS dalam tanaman dapat dihitung melaluimodel matematik. Validasi model matematika dilakukan dengan membandingkan aktivitas134CS dalam bagian tanaman yang dikonsumsi (batang dan daun), berdasarkan hasilpenelitian dengan hasil perhitungan matematis.

Pada validasi modei nilai k12 yang diperoleh dari hasil percobaan disubstitusikan Badapersamaan matematika (5) untuk menghitung aktivitas 134CS dalam tanaman. Aktivitas 34CS

dalam tanaman dihitung untuk setiap kali sampling dan hasilnya diperlihatkan pad a Tabel 5dan 6, kemudian diplotkan pada Gambar 14 dan 15.

Tabel 5. Perbandingan aktivitas 134CS dalam tanaman bayam berdasarkan percobaan danmodel matematika.

Aktivitas 134CS pada organ tanaman bayamWaktu

yang dikonsumsi (Bq)

(hari)

PercobaanModel matematika(Bq)

(Bq)0

0 0

5

016,8019

030,12914

046,64919

0,74863,01426

11,306 85,66730

16,978 98,47835

67,175114,35640

74,828130,08344

89,664142,55751

141,496 164,15955

196,361 176,37478

169,'190 169,768

193


~ 250>-"

J:>

I:"~ ~ 200I: IT~ e1

___ Experimental

-B- Mathematical model

I: .-" '"'" E~ ::Jo '"I:" 0~ ~0. '"'" I:U "••• >-~..jJ.S:

~«

150

100

50

o

o 20 40 60

Waktu (hari)

80 100

Gambar 14. Perbandingan aktivitas 134CS pad a organ tanaman bay amyang dikonsumsi berdasarkan hasil percobaan dan perhitungan.

Tabel 6. Perbandingan aktivitas 134CS dalam tanaman kangkung berdasarkan percobaan danmodel matematika.

IAktivitas 134CS pad a organ tanaman

Waktu

kangkung yang dikonsumsi (Bq)

(hari)

PercobaanModel matematika

(Bq)

(Bq)

0

00

5

0,485 0,384

101

0,557 0,764

15

0,655 1,140

20

1,5071,514

25

1,2321,883

30

1,2082,250

35

1,2502,612

40

6,7962,972

45

3,0793,328

50

2,233 3,680

55

6,7464,030

60

2,4394,376

65

3,3124,718

70

4,774 5,058

76

4,332 5,461

194

(12)


8

C)~xperimentalI: 7 --i3- Mathematical model:;, '"C)I: 6

" '"I:" -E tr 5" [Q I: -" ,-•.. '"I: E 4" :;, C) '"•.• I:o 0 3" '"

'" ,-" '"a. C)'" I: 2o "". >-(')~'" 1.::J '>••'" 0<I:

020406080

Waktu (hari)

Gambar 15. Perbandingan aktivitas 134CS pad a organ tanaman kangkungyang dikonsumsi berdasarkan hasil percobaan dan perhitungan

Dari data yang diplotkan pad a Gambar 14 dan 15 dapat dilihat adanya perbedaanantara hasil percobaan dengan hasil perhitungan matematika. Pada Gambar 14 dan 15kurva aktivitas dari hasil perhitungan matematika terlihat mulus sedang hasil percobaanmemperlihatkan kurva yang berfluktuasi. Fakta ini dapat dipahamil karena dalam modelmatematika tidak diperhitungkan kekomplekan fisiologi tanaman[15.29J.

Hubungan antara aktivitas 134CSdalam tanaman yang diperoleh dari percobaan danperhitungan matematika dievaluasi melalui penentuan koefisien korelasi (r) yang dirumuskanmelalui persamaan (1Op7l.

Dengan perhitungan menggunakan persaman (10) diperoleh nilai r 0,90 dan 0,71masing-masing untuk bayam dan kangkung. Ini berarti 90 persen data hasil perhitungancocok dengan data hasil percobaan sedang untuk tanaman kangkung hanya 71 persen data

yang sesuai. Perbedaan ini dapat dikoreksi meng~unakan Standar Deviasi atau simpanganbaku (SO) yang dinyatakan dalam persamaan (11) 17Jdan disubstitusikan ke persamaan (5)sehingga diperoleh persamaan (12).

(11 )

Untuk tanaman bayam besarnya SO 48,65 pada 0 < t < 55 hari dan 20 pada 56 < t < 78hari, sedang untuk kangkung SO yang diperoleh sebesar 0,36. Nilai ISO disubstitusikan ke

persamaan matematika (5) sehingga diperoleh persamaan (13 dan 14) untuk tanaman bayamdan (15) untuk tanaman kangkung.

A-A (-AI _ -(k12+A)/) + SD2 - 1(0) e e -

195

pada 0 $; t $; 55 (13)

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti

A2 = A1(O)(e-(9.25527XIO-4)1 _e-(9.67862X10-4)t )±20,00

A = A ( )(e-(9.25527XIO-4)1 _e-(9.56xI0-4)1 )+0 362 10 - ,

pada t > 56

ISSN 2087-8079

(14)

(15)

4.8. Aplikasi Par~meter Perpindahan Radionuklida dan Model Validasi padaPrakiraan Dosis Radiasi Interna

Parameter perpindahan 134CSdapat diaplikasikan dalam memperkirakan dosis radiasi

interna yang diterima manusia apabila mengkonsumsi tanaman pangan yan~ tumbuh ditanah yang terkontaminasi 134CS. Pada saat terjadi cemaran radionuklida 13Cs di tanahdapat diperkirakan berapa besar konsentrasi Cs dalam tanaman setelah terpapar selamawaktu t.

Hasil validasi model memperlihatkan keterkaitan antara model dan hasH penelitianyang relatif baik, mendekati 90% sehingga melalui model matematika dapat diperkirakankonsentrasi Cs dalam tanaman. Apabila diketahui konsentrasinya dalam tanaman dapatdiperkirakan dosis radiasi intern a yang diterima manusia melalui persamaan (16).

H = 02(1) xKxl,3xlo-8

dengan,H = Dosis y,ang diterima oleh manusia (Sv/tahun)C2(1) = Konsentrasi pada makanan (Bq/kg berat basah)1,3 x 10-8 = Koefisien dosis total untuk 134CS(Sv/Bq)K = Konsumsi/tahun perkapita (kg/th)

BAB V KESIMPULAN

(16)

Nilai parameter transfer baik T, maupun k12 bervariasi, dipengaruhi oleh jenistanaman, tanah dan radionuklida. Nilai faktor transfer radionuklida dari tanah ke bagian

tanaman bayam dan kangkung masing-masing sebesar 2,05 dan 0,03 den~an nilai k12 untuktanaman bayam sebesar 1,82x10-5 /hari pad a 0< t <55 hari dan 1,26x 10- /hari pad a t >56hari. Nilai k12 untuk tanaman kangkung ditentukan hanya satu fase yaitu untuk 0< t <72 hari,dan diperoleh nilai 9,93x1 0-7 /hari.

Dengan diketahuinya nilai parameter transfer dan tervalidasinya model matematikaperpindahan radionukli~a dari tanah ke tanaman, maka besarnya dosis radiasi interna yangakan diterima manusia apabila mengkonsumsi tanaman sayuran, khususnya bayam dankangkung, yang tumbuh di tanah yang tercemar radionuklida setelah waktu tertentukontaminasi dapat diperkirakan.

Diharapkan nilai parameter transfer yang telah diperoleh dapat diajadikan dasardalam pengkajian dampak radiologik akibat lepasan radionuklida ke lingkungan.

DAFT AR PUST AKA

[1] ANJOS, R.M., Radioecology Teaching: Response to A Nuclear or RadiologicalEmergency, Eur. J. Phys., 27 (2006) 243-255.

[2] CHOI, Y.H., LlM, K.M., JUN, I., PARK, D.W., KEUM, D.K., and LEE, C.W., Root Uptakeof Radionuclides Following Their Acute Soil Deposition During The Growth of SelectedFood Crops, J. Environ. Radioactivity, xxx (2009) 1-6.

[3] BUTKUS, D., LUKSIENE, B., and KONSTANTINOVA, M., Evaluation of 137CSSoil-ToPlant Transfer: N<{1turaland Model Experiments, J. Radioanal. and Nucl. Chem., 279,2(2009) 411-416.

196

Evaluasi parameter dan validasi model perpindahan radionuklida ... (Ors. Putu SUkmabuada, M.Eng.)

[4] ROVDAN E.N. and ABRAMETS A.M., Physicochemical Processys Effecting 137CSand90Sr Migration in Soils and Uptake by Plants. In: ed. HORST W. J., Plant Nutrition-Food

I

Security And Sustainabioity of Agro-ecosystem. Kluwer Academic Publishers (2001)996-997.

[5] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Handbook of Parameter Values for ThePrediction of Radionuclides Transfer in Ttemperate Environme~ts, Technical ReportSeries No. 364. IAEA (1994) 1-34.

[6] CARVALHO, C., MOSQUERE, B., ANJOS, RM., SANCHES, N., BASTOS, J.,MACARIO, K., and VEIGA, R, Accumulation and Long-term Beh~vior of Radiocaesiumin Tropical Plants, Brazilian J. of Phys., 36(4B) (2006) 1345-1348.

[7] BAN-NAI, T., MURAMATSU, Y., and YANAGISAWA, K., Transfer Factors of SomeSelected Radionuclides (radioactive Cs, Sr, Mn, Co, and Zn) from Soil to LeafVegetables, J Radiat Res. 36 (1995) 143-154.

[8] TJAHAJA, P.1. dan SUKMABUANA, P., Penyerapan Cs-134 dari Tanah Andosol keTanaman Bayam (Amaranthus spy, Prosiding Seminar Nasionall ke 14 Teknologi DanKeselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir. PTRKN BATAN - UNPAD (2008) 348-356.

[9] SUKMABUANA, P. dan TJAHAJA, P.I., Perpindahan Radiocaesium dari Tanah Berair keTanman Kangkung (Ipomoea spy, Prosiding Seminar Nasionai Sain dan TeknologiNuklir. PTNBR BATAN -ITB (2009) 207-214.

[10] TAMBUNAN, OT, ARIF, I., SUKMABUANA, P., dan TJAHAJA, P.I., Perpindahan 134CSdari Tanah ke Tanaman Ubi Jalar (Ipomoea batatas), Prosiding Seminar Nasional Saindan Teknologi Nuklir. PTNBR BATAN -ITB (2009) 180-186.

[11] CHUSSETIJOWATI, J., TJAHAJA, P.I., dan SUKMABUANA, P., PerpindahanRadionuklida 134CSdari Tanah ke Tanaman Bawang Merah (Allium cepa) , ProsidingSeminar Nasional ke 15 Teknologi Dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir.PTRKN BATAN - UNS (2009) 370-376.

[12] CHUSSETIJOWATI, J., TJAHAJA, P.I., dan SUKMABUANA, P., Faktor TransferRadionuklida 134CSdari Tanah ke Tanaman Bawang Putih (Allium sativum), ProsidingSeminar Nasional Keselamatan dan Kesehatan V. PTKMR BATAN - FKM UI (2009) 3141.

[13] BADAN PUSAT STATISTIK, Pengeluaran untuk Konsumsi Penduduk Indonesia 2007.BPS (2007).

[14] GREGER, M., Uptake of Nuclides by Plants, Technical report, Swedish Nuclear Fuel andWaste Management C (2004) 13-52.

[15] YASUDA, H., Transfer Models in Soil-Plant System Used for Environmental limpactAssessments, J. Nucl. Sci. And Techno!. 2,12 (1995) 1272-1283.

[16] MALTZ, J., Compartmental modelling [cited 2008 May]. Available formURL: http://www. berkeley. edu.

[17] BIRKES, D. and DODGE, Y., Alternative Methods of Regression. John Willey and SonINC (1993).

[18] MEENA, S. and RAJARAJAN, A., Transfer Factor of Caesium-137 from Soil to Plant,Madras Agric. J., 90,4-6 (2003) 207-210.

[19] FUJIMOTO, K., General Protocol for Transport Measurement Transfer of Radionuclidesfrom Air, Soil, and Freshwater to The Foodchain of Man in Tropical and SubtropicalEnvironment. IAEA (1993).

[20] SOUDEK, P., VALENOVA, S., VAVRIKOVA, Z., VANEK, T., 137CSand 90Sr Uptake bySunflower Cultivated Under Hydroponic Conditions. J. Environ. Radioactivity, 20 (2006)1-15.

[21] SUTANTO, R, Dasar-dasar IImu Tanah, Konsep dan Kenyataan, Percetakan Kanisius(2005).

[22] ZHU, G. and SMOLDERS, E., Plant Uptake of Radiocaesium: A Review of Mechanisms,Regulations and Application, J. Exp. Bot., 51, 351 (2000) 1635-1645.

[23] NEGRI, C.M. and HINCHMAN, RR, The Use of Plants for The Treatment ofRadionuclide, in eds. I. RASKIN and B. D. ENSLEY, Phytoremediation of Toxic MetalsUsing Plants To Clean Up The Environment. Wiley - Interscience Publication, (2000).

[24] BEEGLE, D., The Agronomy Guide. Department Of Agronomy, Penn State University(1989).

[25] MASSAS, I., SKARLOU, V., and HAIDOUTI, C., Plant Uptake of 134CSin Relation to SoilProperties and Time, J. Environ. Radioactivity, 59 (2009) 245-255.

197


[26] WillEY, N.J., TANG, S., and WATT, N.R., Predicting Inter-taxa Differences in PlantUptake ofCaesium-134, J. Environ. Qual., 34 (2002) 1478-1489.

[27] TRAPP, S. and KULHANEK, A., Human Exposure Assessment for Food - One Equationfor All Crops is Not Enough, In: eds. MACKOVE, M., DOWLING, D., and MACEK, T.,Phytoremediation Rhizoremediation. Springer (2006).

[28] BOWEN, H.J.M., IEnvironmental Chemistry of The Elements. Academic press (1979)

195-267. i[29] GONCHAROVA, N.v., Availability of Radiocaesium in Plant from Soil: Facts,Mechanisms and Modelling, Global Nest Journal, 10 (2009) 1-7.

198

EVALUASI PARAMETER DAN VALIDASI MODEL...

Documents

Transcript of EVALUASI PARAMETER DAN VALIDASI MODEL...