KONSEP BIOAKUMULASI KONSEP BIOAKUMULASI DAN BIOKONSENTRASI DAN BIOKONSENTRASI

RASTINA

I. PendahuluanI. Pendahuluan

Bioakumulasi Bioakumulasi Pengambilan & retensi (penyimpanan/penumpukan) bahan Pengambilan & retensi (penyimpanan/penumpukan) bahan pencemar oleh makhluk hidup dari lingkungan sekelilling/bahan pencemar oleh makhluk hidup dari lingkungan sekelilling/bahan makanan melalui suatu mekanisme/lintasanmakanan melalui suatu mekanisme/lintasan

Mengakibatkan peningkatan kepekatan yang dapat mengakibatkan Mengakibatkan peningkatan kepekatan yang dapat mengakibatkan kerusakan suatu jaringankerusakan suatu jaringan

RR

Biokonsentrasi BiomagnifikasiBiokonsentrasi Biomagnifikasi

Bioakumulasi dapat terjadi :

Penyerapan langsung dr lingkungan:- air- partikulat tersuspensi- sedimen

Penyerapan (mel.Organisme) - Bahan makanan

RR

BiokonsentrasiBiokonsentrasi Pengambilan dan retensi pencemar langsung dari Pengambilan dan retensi pencemar langsung dari massa air oleh makhluk hidup melalui jaringan : insang, jar. Epitel,massa air oleh makhluk hidup melalui jaringan : insang, jar. Epitel,

BiomagnifikasiBiomagnifikasi Proses dimana pencemar bergerak dari satu Proses dimana pencemar bergerak dari satu tingkat tropik ke tgkt tropik lainnya dan menunjukkan peningkatan tingkat tropik ke tgkt tropik lainnya dan menunjukkan peningkatan kepekatan dalam tubuh mh sesuai tingkat tropiknyakepekatan dalam tubuh mh sesuai tingkat tropiknya

Tgkt efisiensi dari transfer energi antara tiap tgkt tropik Tgkt efisiensi dari transfer energi antara tiap tgkt tropik ++ 10 %. Jika 10 %. Jika lebih besar dr 50 lebih besar dr 50 100 % dan tidak ada pengurangan, maka residu 100 % dan tidak ada pengurangan, maka residu tersebut akan terus terakumulasi sepanjang hdp konsumer (org)tersebut akan terus terakumulasi sepanjang hdp konsumer (org)

RR

II.Proses AkumulasiII.Proses Akumulasi

Bioakumulasi laju pengambilan (uptake) > laju pelepasan Bioakumulasi laju pengambilan (uptake) > laju pelepasan (eliminasi) (eliminasi)

A.A. Proses Uptake dari AirProses Uptake dari AirB.B. Proses Uptake dari Partikulat tersuspensiProses Uptake dari Partikulat tersuspensiC.C. Proses Uptake dari sedimenProses Uptake dari sedimenD.D. Proses Uptake melalui makananProses Uptake melalui makanan

RR

A. Uptake dari AirA. Uptake dari Air

* Pengambilan senyawa kimia langsung dari air oleh * Pengambilan senyawa kimia langsung dari air oleh organisme perairan : alga, cacing moluska, ikan dsb.organisme perairan : alga, cacing moluska, ikan dsb.

* Proses kompleks karena beragamnya ukuran dan jenis * Proses kompleks karena beragamnya ukuran dan jenis organisme , beragamnya daerah pengambilan serta organisme , beragamnya daerah pengambilan serta mekanisme yang dapat terjadi. mekanisme yang dapat terjadi.

RR

ProsesProses uptake uptake daridari air yang air yang pentingpenting adalahadalah DifusiDifusi, transport , transport khususkhususdandan adsopsiadsopsi ;;

1. 1. DifusiDifusiSebagianSebagian besarbesar senyawasenyawa kimiakimia masukmasuk keke dalamdalam tubuhtubuhsecarasecara difusidifusi melaluimelalui membranmembran//lap.semipermeablelap.semipermeable : : insanginsang, , garisgaris mulutmulut atauatau salsal. Gastrointestinal (. Gastrointestinal (sal.pencernaansal.pencernaan))

-- InsangInsang, , mudahmudah menyerapmenyerap senyawasenyawa kimiakimia ((ukurannyaukurannya sgtsgttipistipis 22-- 4 um), 4 um), sebaliknyasebaliknya padapada kulitkulit ikanikan dandan karapaxkarapaxcrustaceacrustacea relatifrelatif impermeable (impermeable (sulitsulit ditembusditembus) ) karenakarenakerapatannyakerapatannya

RR

-- DifusiDifusi ((p.fisikap.fisika) ) prosesproses yang yang tidaktidak membutuhkanmembutuhkanenergienergi oleholeh organismeorganisme yang yang bersangkutanbersangkutan baikbaik padapadaorg.matiorg.mati maupunmaupun org.hiduporg.hidup

-- LajuLaju Uptake Uptake ik.hidupik.hidup > > ikik matimati ; ; sirkulasisirkulasi darahdarahtransportasitransportasi

-- BesarnyaBesarnya ptembusanptembusan ionion--ion ion mel.ronggamel.rongga membranmembran iniini bervariasibervariasi, , tgttgt ::-- SalinitasSalinitas-- KeadaanKeadaan fisiologisfisiologis organismeorganisme

-- LajuLaju difusidifusi akanakan menurunmenurun jikajika senyawasenyawa kimiakimia terakumulasiterakumulasi secarasecaralokallokal

RR

BeberapaBeberapa hasilhasil penelitianpenelitian ;;-- ProsesProses difusidifusi senyawasenyawa dieldrindieldrin insektisidainsektisida melaluimelalui lembaranlembaran

insanginsang ikanikan Trout Trout daridari air air keke darahdarah..-- DifusiDifusi kadmiumkadmium melaluimelalui insanginsang MytilusMytilus edulisedulis, , metilmetil merkurimerkuri

dandan metilmetil kloridaklorida padapada ikanikan rainbow trout rainbow trout dsbdsb..

UntukUntuk menghitungmenghitung besarnyabesarnya lajulaju difusidifusi berdasarkanberdasarkan HukumHukumFickFick ::

KKu = u = koefisienkoefisien lajulaju

RR

C X area X suhu Jarak

kuCwdtdC

2. Transport 2. Transport KhususKhusus

T.KhususT.Khusus senyawasenyawa kimiakimia dlmdlm tubuhtubuh ; ; Trans.AktifTrans.Aktif dandanTrans.LengkapTrans.Lengkap

Transport Transport aktifaktif memerlukanmemerlukan energienergi untukuntuk menggerakkanmenggerakkansenyawasenyawa kimiakimia yang yang bertentanganbertentangan dengandengan gradien,sehinggagradien,sehinggadianggapdianggap mekanismemekanisme konsentrasikonsentrasi sebenarnyasebenarnya, , sebaliknyasebaliknyaTransporTranspor lengkaplengkap tidaktidak membutuhkanmembutuhkan energienergi

EnergiEnergi daridari transportranspor khususkhusus dapatdapat dijenuhkandijenuhkan dengandengankonsentrasikonsentrasi senyawasenyawa kimiakimia yang yang tinggitinggi . . SehinggaSehingga adaadabeberapabeberapa senyawasenyawa kimiakimia yang yang salingsaling menghambatmenghambat karenakarenaadanyaadanya kehadirankehadiran senyawasenyawa kimiakimia yang lain.yang lain.ContohContoh : : CdCd menurunkanmenurunkan lajulaju pengambilanpengambilan Zn Zn dandan CuCu

Co Co vsvs MnMn

RR

3. 3. AdsorpsiAdsorpsi

AdsorpsiAdsorpsi merupakanmerupakan dayadaya ikatikat suatusuatu senyawasenyawa kimiakimia padapadasuatusuatu permukaanpermukaan oleholeh kekuatankekuatan kovalenkovalen, , elektrostatikelektrostatikatauatau molekulermolekuler langkahlangkah awalawal suatusuatu prosesprosesakumulasiakumulasi

UnsurUnsur--unsurunsur yang yang mikatmikat diridiri padapada integumenintegumen ((lap.kulitlap.kulitterluarterluar) ) suatusuatu hewanhewan berpengaruhberpengaruh thdpthdp total total bebanbeban tubuhtubuhdandan jugajuga fgsfgs epiteliumepitelium, , akanakan tetapitetapi tidaktidak berpengaruhberpengaruhdalamdalam tingkattingkat toksiktoksik didi dalamdalam tubuhtubuh

RR

PentingPenting untukuntuk mikroorganismemikroorganisme, , krnkrn volume volume permukaanpermukaan ygyg cukupcukuptinggitinggi . Co : . Co : -- SodergrenSodergren (68) (68) menemukanmenemukan adsorpsiadsorpsi awalawal ygyg cepatcepat daridari DDT pd DDT pd selsel Chlorella Chlorella ygyg diikutidiikuti absorpsiabsorpsi((PenyerapanPenyerapan) ) melaluimelalui selsel membranmembran. . -- AdsorpsiAdsorpsi Zn Zn oleholeh diatom diatom dilanjutkandilanjutkan trnsporttrnsport scrscr difusidifusi menujumenuju cytoplasmacytoplasma

AdsorpsiAdsorpsi merupakanmerupakan prosesproses fisikfisik, , efektifefektif padapada organismeorganisme matimati dandanhiduphidupContohContoh : : lajulaju adsorpsiadsorpsi yang yang samasama untukuntuk pengambilanpengambilan DDT DDT oleholeh selselalga alga baikbaik yang yang hiduphidup dandan yang yang matimati

MetodeMetode yang yang dipakaidipakai untukuntuk menyatakanmenyatakan kekuatankekuatan adsorpsiadsorpsi adalahadalah IsotermIsoterm FreundlinchFreundlinch

Kekuatan adsopsi Isoterm FreundlinchKekuatan adsopsi Isoterm Freundlinch

dimana :dimana :x/m = massa syw kimia yg tserap/gr dr sorbent kesetimbanganx/m = massa syw kimia yg tserap/gr dr sorbent kesetimbanganK = konstanta ads.FreundlinchK = konstanta ads.FreundlinchCw = ( ) lrt syw kimia dlm kesetimbanganCw = ( ) lrt syw kimia dlm kesetimbangan1/n = slope isoterm = 11/n = slope isoterm = 1

nCwk

MXataukCw

MX n logloglog/1

RR

Sehingga kesetimbangan antara konsentrasi syw kimia pd Sehingga kesetimbangan antara konsentrasi syw kimia pd organisme (c) dgn konsentrasinya dlm air (Cw) ; organisme (c) dgn konsentrasinya dlm air (Cw) ;

C = X/M = k CwC = X/M = k Cw

k = Koef. Distribusi keseimbangan (sederhana) dan tidak k = Koef. Distribusi keseimbangan (sederhana) dan tidak dapat dibedakan secara matematis dari faktor dapat dibedakan secara matematis dari faktor biokonsentrasibiokonsentrasi

Faktor biokonsentrasi : Faktor biokonsentrasi : Konsentrasi dlm organismeKonsentrasi dlm organismeKonsentarsi dlm airKonsentarsi dlm air

RR

Faktor Konsentrasi K untuk penyerapan syw kimia dlm Faktor Konsentrasi K untuk penyerapan syw kimia dlm sedimen, atau tanah (Ca) dlm kesetimbangan :sedimen, atau tanah (Ca) dlm kesetimbangan :

K = Ca / CwK = Ca / Cw

RR

B. Proses Uptake dari Partikulat TersuspensiB. Proses Uptake dari Partikulat Tersuspensi

Partikulat > 0,1 Partikulat > 0,1 LarutanLarutan Molusca Molusca bivalvia kls lamellabranchia bivalvia kls lamellabranchia

insanginsang Mytilus edulisMytilus edulis insanginsang

sist. Pencernaansist. Pencernaan

RR

C. Proses Uptake dari sedimenC. Proses Uptake dari sedimen

Pengikatan unsur organik dan kation meningkat dengan semakin Pengikatan unsur organik dan kation meningkat dengan semakin kecilnya ukuran partikel tanah. Misalnya : konsentrasi methoxychlor kecilnya ukuran partikel tanah. Misalnya : konsentrasi methoxychlor meningkat dari 22,000 untuk pasir dan 93,000 untuk lumpurmeningkat dari 22,000 untuk pasir dan 93,000 untuk lumpur

Perbandingan ( ) sedimen : ( ) air lap.atas = 5 X 10 Perbandingan ( ) sedimen : ( ) air lap.atas = 5 X 10 44 tergantung ; tipe tergantung ; tipe sedimen, lamanya kontak, suhu, dsb contoh : total residu DDT pada sedimen, lamanya kontak, suhu, dsb contoh : total residu DDT pada ikan yang diambil dari danau ikan yang diambil dari danau hiperhiper-- eutropikeutropik lebih rendah dari spesies lebih rendah dari spesies yang sama yang diambil dari danau yang sama yang diambil dari danau oligotropikoligotropik. Hal tesebut karena . Hal tesebut karena adanya perbedaan standing crop plankton dan kandungan organik adanya perbedaan standing crop plankton dan kandungan organik dalam air dan sedimen (Vanderford annd Hamelink, 1977)dalam air dan sedimen (Vanderford annd Hamelink, 1977)

Faktor bioakumulasi : asal sedimen ( ) logam Faktor bioakumulasi : asal sedimen ( ) logam

RR

D. Proses Uptake mel. makanan

Senyawa kimia yang masuk ke insang or membran luar/mulut Senyawa kimia yang masuk ke insang or membran luar/mulut segera diserap dan ditransportasikan ke sal.gastrointestinal segera diserap dan ditransportasikan ke sal.gastrointestinal (lambung)(lambung)

Model pengambilan baik secara difusi dan transpor khusus Model pengambilan baik secara difusi dan transpor khusus juga terjadi di dalam lambungjuga terjadi di dalam lambung

Penyerapan zat kimia dari bahan makanan beragam, karena Penyerapan zat kimia dari bahan makanan beragam, karena beragamnya komposisi/ senyawa kimia dalam bahan beragamnya komposisi/ senyawa kimia dalam bahan makanan, faktor yang berpengaruh :makanan, faktor yang berpengaruh :-- tipe makanan eff.pencernaantipe makanan eff.pencernaan-- kompetisi antar unsur pelet & makanan alami (org)kompetisi antar unsur pelet & makanan alami (org)

RR

Tdk terdapat pemecahan ikatan organik dari logam dalam Tdk terdapat pemecahan ikatan organik dari logam dalam makanan untuk pengambilan di lambungmakanan untuk pengambilan di lambungContoh : Contoh : -- Ik. Sebelah lebih banyak menyerap seng dari Ik. Sebelah lebih banyak menyerap seng dari

makanan berupa pellet/gelatin dibanding makanan berupa pellet/gelatin dibanding makanan berupa cacing yg terkontaminasi sengmakanan berupa cacing yg terkontaminasi seng

-- Ik. Sunfish menyerap seng mkn buatan > keongIk. Sunfish menyerap seng mkn buatan > keong

Senyawa KimiaSenyawa Kimia

Insang/ mulut Sal.gastrointestinal LambungInsang/ mulut Sal.gastrointestinal Lambung

RR

RR

III. Proses EliminasiIII. Proses Eliminasi

Toksisitas dan potensi bioakumulasi suatu unsur sangat dipengaruhi Toksisitas dan potensi bioakumulasi suatu unsur sangat dipengaruhi oleh laju eliminasi organisme. Semakin cepat laju eliminasi potensi oleh laju eliminasi organisme. Semakin cepat laju eliminasi potensi residu terakumulasi dan kerusakan jaringan dapat dihindariresidu terakumulasi dan kerusakan jaringan dapat dihindari

Pada Vertebrata eliminasi dapat dilakukan dalam beberapa rute a.l : Pada Vertebrata eliminasi dapat dilakukan dalam beberapa rute a.l : transport melalui integumen atau permukaan respirasi, sekresi pada transport melalui integumen atau permukaan respirasi, sekresi pada kantung empedu dan eksresi urine dari ginjalkantung empedu dan eksresi urine dari ginjalContoh :Contoh :

-- Arthropoda Arthropoda residu residu proses moultingproses moulting-- Ikan & invertebrata residu pelepasan telurIkan & invertebrata residu pelepasan telur

RR

Insang dan kulitInsang dan kulitProses eliminasi pada insang dan kulit = uptake, terjadi Proses eliminasi pada insang dan kulit = uptake, terjadi pada unsur non polar yang tidak terpada unsur non polar yang tidak ter--biotransformasi biotransformasi secara cepatsecara cepatContoh : pada ikan hiu dogfish mengeliminasi senyawa Contoh : pada ikan hiu dogfish mengeliminasi senyawa

phenol dan DDT pada insangphenol dan DDT pada insang

Hati dan kantung empeduHati dan kantung empedu

GinjalGinjalGinjal mengeliminasi senyawa kimia dalam hal pembentukan Ginjal mengeliminasi senyawa kimia dalam hal pembentukan urineurine

RR

Senyawa kimia polar (larut dlm air) dan metabolit unsur non polar (larut Senyawa kimia polar (larut dlm air) dan metabolit unsur non polar (larut dlm lemak) biasanya diekresi lebih efektif dalam hati dan ginjaldlm lemak) biasanya diekresi lebih efektif dalam hati dan ginjal

HatiHati

Metabolit yg terbentukMetabolit yg terbentuk

transportasitransportasisekresisekresi

Kantung empedu usus Kantung empedu usus

Kembali ke darahKembali ke darah

Usus kecil kotoranUsus kecil kotoran

(siklus enterohepatic)(siklus enterohepatic)

Banyaknya polutan yang cenderung terakumulasi dalam empedu, dan Banyaknya polutan yang cenderung terakumulasi dalam empedu, dan kemampuan hati untuk menggabungkan banyak senyawa kimia organik kemampuan hati untuk menggabungkan banyak senyawa kimia organik yang terikat pada protein plasma yang terikat pada protein plasma dan hanyadan hanya dieksresikan ke dieksresikan ke empedu empedu sehingga Statharn et .al. (1976), merekomendasikan analisa empedu sehingga Statharn et .al. (1976), merekomendasikan analisa empedu ikan untuk membantu memonitor kualitas air.ikan untuk membantu memonitor kualitas air.

RR

Faktor lingkungan terhadap bioakumulasiFaktor lingkungan terhadap bioakumulasi

SuhuSuhuPeningkatan suhu, peningkatan akumulasiPeningkatan suhu, peningkatan akumulasiContoh : peningkatan suhu 10 Contoh : peningkatan suhu 10 21 oC, terjadi peningkatan Cd 21 oC, terjadi peningkatan Cd pada bivalvia lautpada bivalvia lautPeningkatan suhu ; mekanisme pengangkatan ion pada Peningkatan suhu ; mekanisme pengangkatan ion pada permukaan membran meningkatpermukaan membran meningkat

Kadar GaramKadar GaramKadar garam menurun, bioakumulasi meningkatKadar garam menurun, bioakumulasi meningkatMis : Penurunan kadar garam dari 30 %o menjadi 20 %o akan Mis : Penurunan kadar garam dari 30 %o menjadi 20 %o akan meningkatkan 400 % bioakumulasi Cd pada bivalviameningkatkan 400 % bioakumulasi Cd pada bivalvia

RR

pHpHpH berbeda menurut jenis spesies dan jenis logampH berbeda menurut jenis spesies dan jenis logam

Bahan organikBahan organikDapat membentuk kompleks dan Dapat membentuk kompleks dan meningkatkan kelarutan logam sehingga meningkatkan kelarutan logam sehingga mempengaruhi tingkat penyerapan terhadap mempengaruhi tingkat penyerapan terhadap bahan partikulat.bahan partikulat.(Meningkatkan toksisitas (Meningkatkan toksisitas meningkatkan meningkatkan bioakumulasibioakumulasi11))

1.Grey et.all.1977.Effects of naturally occuring aquatic fraction on cadmium toxicity 1.Grey et.all.1977.Effects of naturally occuring aquatic fraction on cadmium toxicity to to Simocephalus serrulatusSimocephalus serrulatus and and Gambusia affinisGambusia affinis

RR

KonsepKonsep BioavailabilitasBioavailabilitas

BioavailbilitasBioavailbilitas adalahadalah ketersediaanketersediaan suatusuatu polutanpolutan secarasecarabiologisbiologis terhadapterhadap biota. biota.

BeberapaBeberapa polutanpolutan pentingpenting sepertiseperti logamlogam dandan senyawasenyawahidropobichidropobic, , jikajika beradaberada didi lingkunganlingkungan (air (air dandan sedimensedimen) ) akanakan berubahberubah bentuknyabentuknya (spesiasi)(spesiasi)..

LogamLogam = ion = ion bebasbebas = = bioavailablebioavailable = = mudahmudah masukmasuk kekedalamdalam tubuhtubuh organismeorganisme = = toksisitastoksisitas meningkatmeningkat..

LogamLogam didi lingkunganlingkungan akanakan beradaberada didi air air dandan sedimensedimenyang yang kemudiankemudian akanakan berinteraksiberinteraksi dengandengan kationkation, , liganliganorganikorganik, , dandan senyawasenyawa organikorganik didi perairanperairan -------- iniini akanakanmempengaruhimempengaruhi (+/(+/--) ) bioavalibilitasnyabioavalibilitasnya didi perairanperairan --------toksisitasnyatoksisitasnya padapada biota. biota.

Konsep BioavailabilitasKonsep Bioavailabilitas Bentuk logam di perairan : ion bebas, logam Bentuk logam di perairan : ion bebas, logam

berikatan senyawa organik terlarut , logam yang berikatan senyawa organik terlarut , logam yang berikatan dengan partikulat. berikatan dengan partikulat.

Spesiasi atau perubahan bentuk logam di kolom Spesiasi atau perubahan bentuk logam di kolom air dan sedimen sangat mempengaruhi air dan sedimen sangat mempengaruhi bioavailabilitasnya dan akhirnya akan bioavailabilitasnya dan akhirnya akan mempengaruhi toksisitas logam terhadap biotamempengaruhi toksisitas logam terhadap biota. .

KonsepKonsep BioavailabilitasBioavailabilitas

pertukaran ion

sifat lipopilik

ukuran

KONSEP BIOAVAILABILITASKONSEP BIOAVAILABILITAS

Sumber

Point source

Non-point source

Kolom air

Sedimen

Faktor fisik, kimia, biologi

Akumulasi pada biota

Spesiasi logam di sedimen dipengaruhi oleh Spesiasi logam di sedimen dipengaruhi oleh faktor geokimia sedimen :faktor geokimia sedimen :

1.1. pHpH2.2. Potensi redoks : oxic dan anoxic sedimenPotensi redoks : oxic dan anoxic sedimen3.3. Keberadaan Senyawa Karbon Organik Terlarut Keberadaan Senyawa Karbon Organik Terlarut

(DOC) (DOC) 4.4. Kompleks AnorganikKompleks Anorganik5.5. Kompleks OrganikKompleks Organik6.6. Ukuran partikel sedimenUkuran partikel sedimen7.7. Tekstur sedimenTekstur sedimen

Faktor biologi biota yang mempengaruhi Faktor biologi biota yang mempengaruhi bioavailabilitas logam / toksisitas logam bioavailabilitas logam / toksisitas logam terhadap biota :terhadap biota :1.1. Biokimia : produksi asam di sal pencernaan Biokimia : produksi asam di sal pencernaan

(gastric juice)(gastric juice)2.2. Fisiologi : saluran pencernaanFisiologi : saluran pencernaan3.3. Feeding behavior : filter feeder, deposit Feeding behavior : filter feeder, deposit

feeder feeder

TerimakasihTerimakasih