Eutrofikasi - Pengertian, Penyebab, Jenis, Proses, Contoh

Penyebab, Jenis, Proses Eutrofikasi dan Contohnya :

Pengertian Eutrofikasi

        Eutrofikasi adalah kondisi peningkatan bertahap konsentrasi fosfor, nitrogen, dan nutrisi tanaman lainnya dalam badan air yang mengakibatkan pertumbuhan tanaman dan alga secara berlebihan.

• Eutrofikasi adalah salah satu tantangan paling luas yang dihadapi oleh sistem air tawar dan juga memiliki sejarah panjang dalam hal pengelolaan air.
• Ini adalah proses alami yang terjadi di berbagai sumber air selama berabad-abad, tetapi aktivitas manusia telah mempercepat proses tersebut dengan meningkatkan laju dan memperluas eutrofikasi.
• Kondisi tersebut timbul seiring dengan meningkatnya produktivitas atau kesuburan ekosistem perairan karena meningkatnya bahan organik yang dapat diuraikan menjadi unsur hara yang lebih sederhana dan dapat digunakan.
• Efek paling menonjol dari eutrofikasi sumber daya air adalah pembentukan mekarnya fitoplankton yang berbau busuk. Mikroorganisme ini mengurangi kejernihan air dan dapat menurunkan kualitas air.
• Pertumbuhan bunga seperti itu mengganggu penetrasi cahaya dan menghancurkan pertumbuhan tanaman di kawasan pesisir.
• Eutrofikasi mengancam stabilitas ekologi sistem karena peningkatan nutrisi dapat berinteraksi dengan kondisi spesifik sumber seperti adanya kontaminan lain dan agen infeksi.
• Sumber daya air eutrofik biasanya menampung lebih sedikit hewan besar seperti ikan dan burung jika dibandingkan dengan perairan non-eutrofik.
• Kehancuran kualitas air dan hilangnya keanekaragaman ekologi adalah salah satu konsekuensi paling berbahaya dari eutrofikasi. Ini telah mengarahkan kembali fokus berbagai studi tentang pengendalian eutrofikasi.
• Kelebihan nutrisi pada sumber air biasanya diakibatkan oleh limpasan dari tanah yang membawa produk dari ekosistem darat ke sumbernya.
• Selama beberapa dekade, eutrofikasi telah dianggap sebagai proses yang tidak dapat diubah, tetapi selama beberapa tahun terakhir, eutrofikasi di beberapa danau telah dibalik dengan mengelola emisi nutrisi manusia dan memotong muatan nutrisi ke sumbernya.
• Pertumbuhan mekarnya alga seperti tumbuhan lain membutuhkan unsur hara dalam rasio tertentu yang berbeda dengan konsentrasi alaminya.
• Eutrofikasi merupakan ancaman mendesak karena lebih dari 30% danau dan waduk di dunia telah dipengaruhi oleh eutrofikasi.

Penyebab Eutrofikasi

        Eutrofikasi alami adalah proses alami yang terjadi selama berabad-abad sebagai bagian dari siklus ekosistem. Namun, proses tersebut telah ditingkatkan oleh aktivitas manusia yang menyebabkan proses tersebut terjadi pada tingkat yang jauh lebih cepat dengan konsekuensi langsung. Penyebab utama eutrofikasi adalah masuknya sejumlah besar nutrisi yang mudah tersedia ke sumber daya air, yang meningkatkan kesuburan dan pertumbuhan berlebihan berbagai tumbuhan dan alga. Beberapa faktor yang meningkatkan proses eutrofikasi dengan meningkatkan kandungan hara sumber daya air adalah;

1. Pupuk

• Penggunaan pupuk yang mengandung fosfat dan nitrat untuk meningkatkan produktivitas tanaman merupakan salah satu penyebab utama eutrofikasi budaya.
• Pupuk yang digunakan di tanah dekat sumber air akhirnya diendapkan ke sumber daya air selama hujan dan proses alam lainnya.
• Aliran air dari berbagai daerah akhirnya masuk ke danau, sungai, dan lautan, yang meningkatkan ketersediaan nutrisi sumber daya air.
• Karena pupuk mengandung nutrisi yang tersedia dengan mudah, mereka diambil oleh plankton, alga, dan tanaman air dari ekosistem air.
• Aktivitas fotosintesis sumber daya air meningkat, yang selanjutnya meningkatkan konsentrasi bahan organik dalam ekosistem.
• Peningkatan kandungan nutrisi menyebabkan terbentuknya pertumbuhan pertumbuhan alga yang lebat dan kehidupan tanaman, sehingga terjadi eutrofikasi.

2. Operasi pemberian pakan hewan yang terkonsentrasi

• Operasi pemberian pakan ternak terkonsentrasi adalah praktik pertanian di mana sejumlah besar hewan dikurung di suatu wilayah tertentu untuk jangka waktu tertentu guna meningkatkan produktivitas dan kualitas hewan.
• Operasi seperti ini menghasilkan jutaan ton kotoran setiap tahun, yang semuanya akhirnya masuk ke sumber daya air.
• Kotoran terutama mengandung nitrogen dan fosfor, keduanya merupakan elemen penting dari pertumbuhan alga.
• Nitrogen dan fosfor terjadi sebagai faktor pembatas dalam pertumbuhan alga karena proporsi ini paling sedikit terdapat dalam rumus molekul alga (C106H262O110N16P).
• Dengan demikian, di banyak ekosistem, biomassa fitoplankton dibatasi oleh ketersediaan fosfor dan nitrogen yang rendah.
• Namun, pelepasan kotoran hewan yang kaya nitrogen dan fosfor ke ekosistem tersebut menyebabkan peningkatan produksi fitoplankton, yang menyebabkan eutrofikasi.

3. Pembuangan Limbah dan Limbah Industri

• Di banyak negara berkembang, limbah rumah tangga, serta limbah industri, dilepaskan ke sumber daya air seperti danau, kolam, dan sungai.
• Air limbah yang masuk dari sumber yang berbeda cenderung memiliki nutrisi kimia dalam jumlah tinggi yang merangsang pertumbuhan padat alga di sumber daya tersebut.
• Air limbah dari rumah tangga dan masyarakat memiliki konsentrasi nitrogen dan fosfor yang tinggi yang berdampak langsung pada kesehatan ekosistem.
• Limbah industri, bahkan ketika diolah, mengandung banyak bahan kimia dalam konsentrasi kecil. Seiring waktu, pengendapan terus menerus bahan kimia tersebut menyebabkan peningkatan ketersediaan nutrisi di sumber daya air, yang akhirnya mengakibatkan eutrofikasi.

4. Faktor Lingkungan

• Faktor lingkungan yang berbeda seperti suhu, salinitas, dan kondisi atmosfer memainkan peran penting dalam eutrofikasi, tetapi mekanisme pengaruhnya belum sepenuhnya dipahami.
• Perkembangbiakan alga biasanya terjadi antara suhu 23 ° C dan 28 ° C dan tingkat salinitas 23% dan 28%. Perubahan faktor-faktor ini mempengaruhi laju pertumbuhan alga, terutama saat suhu meningkat dan salinitas menurun.
• Konsentrasi karbondioksida juga mempengaruhi pertumbuhan cyanobacteria karena mikroba ini dapat memanfaatkan karbondioksida dengan kadar yang rendah dan menjadi daya apung untuk tetap berada di permukaan air dan mendapatkan sinar matahari.
• Konsentrasi karbon dioksida bebas dalam air juga mempengaruhi pH sumber air, selanjutnya mempengaruhi pertumbuhan mikroba yang berbeda.
• Demikian pula, pertumbuhan juga didukung oleh peningkatan intensitas cahaya dengan 4000 lux sebagai intensitas yang paling disukai.

Jenis Eutrofikasi

Eutrofikasi dapat dibagi menjadi dua jenis berdasarkan akar penyebab proses;

1. Eutrofikasi Alami

• Eutrofikasi alami adalah proses yang terjadi sebagai akibat penumpukan unsur hara dan bahan organik secara bertahap dalam sumber daya air dalam jangka waktu yang sangat lama.
• Eutrofikasi alami dapat memakan waktu hingga 100 tahun karena pengendapan alami dan peningkatan deposit bahan organik membutuhkan waktu yang lama.
• Proses eutrofikasi alami diperkuat oleh kondisi alam seperti banjir dan tanah longsor, di mana bahan organik dari tanah tersapu ke sumber air.
• Selain itu, faktor lingkungan seperti suhu, konsentrasi karbondioksida, dan cahaya juga berperan penting dalam eutrofikasi alami.
• Proses eutrofikasi alam dimulai pada sumber air oligotrofik dimana produktivitas meningkat seiring dengan akumulasi unsur hara untuk mencapai keadaan eutrofi yang stabil.
• Karena proses akumulasi dan pemanfaatan nutrisi berlanjut, keadaan mungkin bergeser ke arah eutrofikasi, tetapi itu membutuhkan waktu ratusan tahun. Jangka waktu tergantung pada sifat sumber daya air, luas daratan di sekitar sumber daya, dan iklim.

2. Eutrofikasi Budaya (antropogenik)

• Eutrofikasi budaya eutrofikasi antropogenik adalah proses penumpukan unsur hara berlebih di ekosistem air sebagai akibat dari aktivitas manusia.
• Eutrofikasi budaya adalah proses yang mempercepat eutrofikasi alami, menghasilkan kondisi parah dalam waktu singkat.
• Penyebab utama eutrofikasi budaya adalah rangkaian aktivitas manusia yang terutama meningkatkan konsentrasi fosfor dan nitrogen dalam ekosistem.
• Jenis eutrofikasi ini terjadi dalam periode waktu yang lebih singkat dan biasanya memiliki konsekuensi yang signifikan terhadap kesehatan semua makhluk hidup.
• Banyak aktivitas manusia seperti pemupukan berlebih, ekspansi industri dan pertanian, serta pelepasan limbah ke sumber daya air adalah beberapa penyebab utama proses tersebut.
• Eutrofikasi budaya dapat terjadi di badan air tawar dan air asin, di antaranya perairan dangkal yang paling rentan.
• Danau dan kolam dangkal mengalami gelombang angin yang menyebabkan tertahannya nutrisi yang sangat besar ke air di atasnya.
• Eutrofikasi membatasi penggunaan sumber daya air tersebut untuk berbagai keperluan seperti untuk minum, kehidupan akuatik, dan penggunaan industri sebagai akibat dari peningkatan pertumbuhan alga yang tidak diinginkan.

Proses / Langkah Eutrofikasi

Keseluruhan proses eutrofikasi dapat dijelaskan dalam langkah-langkah berikut;

1. Akumulasi nutrisi

• Langkah pertama dalam proses eutrofikasi adalah akumulasi nutrisi di ekosistem yang berbeda.
• Nutrisi ini biasanya kaya akan nitrogen dan fosfor, yang merupakan dua elemen pembatas dalam pertumbuhan alga.
• Akumulasi dapat diperoleh dengan berbagai cara alami maupun antropogenik. Proses alami seperti erosi tanah, tanah longsor, hujan, dan badai memindahkan tanah dari lahan yang berdekatan ke sumber air yang secara signifikan meningkatkan kandungan nutrisi dari masing-masing sumber daya.
• Kegiatan antropogenik seperti pelepasan limbah rumah tangga dan industri ke sumber air dan perluasan area pertanian dan pemukiman secara langsung atau tidak langsung mengakibatkan penumpukan nutrisi di sumber air terdekat.
• Pada awal proses, ekosistem perairan bersifat oligotrofik dengan lebih sedikit nutrisi yang tersedia. Saat konsentrasi unsur hara mulai tumbuh, mikroba dan spesies tumbuhan memanfaatkan unsur hara untuk meningkatkan produktivitasnya.

2. Peningkatan produktivitas

• Peningkatan konsentrasi unsur hara pada sistem perairan menyebabkan peningkatan produksi fitoplankton serta jenis tumbuhan.
• Ekosistem perairan terdiri dari kelompok mikroorganisme yang beragam yang dapat memanfaatkan berbagai unsur hara yang kompleks maupun sederhana. 
• Biomassa mikroorganisme serta jenis tumbuhan meningkat secara signifikan dalam ekosistem. Saat organisme mulai mati, biomassa lebih lanjut terakumulasi dalam ekosistem.
• Proses tersebut berlanjut selama konsentrasi unsur hara dalam ekosistem mencukupi. 
• 3. Pembentukan mekar alga
• Dengan meningkatnya produktivitas alga, perkembangan alga mulai terbentuk di permukaan sumber daya air.
• Pembentukan alga berkembang juga menghasilkan siklus ganas mekar yang melepaskan lebih banyak nutrisi di dalam air.
• Alga dalam air menerima cukup sinar matahari, yang memungkinkan mereka menghasilkan oksigen serta nutrisi melalui fotosintesis . Hal ini menyebabkan peningkatan populasi alga, yang mengakibatkan pertumbuhan alga di permukaan air.
• Akhirnya, alga ini mulai menutupi sebagian besar permukaan air, menyebabkan kurangnya penetrasi sinar matahari ke dalam air. Ini mempengaruhi proses fotosintesis, yang mengakibatkan penipisan oksigen.
• Akibatnya, alga mati yang kemudian diuraikan oleh berbagai bakteri menggunakan oksigen yang tersisa untuk respirasi.
• Semua ini pada akhirnya menurunkan kesehatan kehidupan akuatik baik sumber daya air maupun kualitas air.

Contoh Eutrofikasi

Eutrofikasi sungai Potomac

• Sungai Potomac di Washington County di Maryland adalah salah satu contoh klasik eutrofikasi sumber daya air.
• Sungai tersebut awalnya diidentifikasi berada dalam kondisi eutrofik berdasarkan analisis nilai oksigen terlarut, kebutuhan oksigen biologis, dan kesehatan kehidupan akuatik.
• Berbagai penelitian menemukan bahwa unsur hara dari tanah di sekitar sungai mengakibatkan penumpukan bahan kimia seperti nitrogen dan fosfor.
• Sungai ini dikelilingi oleh tanah yang utamanya digunakan untuk penggunaan lahan hutan, penggunaan pertanian dan juga mendukung operasi peternakan.
• Dipercaya bahwa kotoran dari ternak dan pupuk yang tercuci dari tanah adalah penyebab utama eutrofikasi.
• Sungai tersebut masih menyimpan beberapa bentuk kehidupan akuatik seperti ikan dan arthropoda, tetapi keanekaragaman hayati terus menurun setiap tahun.

Gambar: Eutrofikasi Sungai Potomac terlihat dari airnya yang berwarna hijau cerah, yang disebabkan oleh mekarnya cyanobacteria yang lebat. Sumber Gambar: Alexandr Trubetskoy .

Efek / Masalah Eutrofikasi

        Eutrofikasi dianggap sebagai masalah pencemaran air yang mempengaruhi sekitar 30-40% dari semua badan air di dunia. Selain pencemaran air, terdapat beberapa efek eutrofikasi lainnya pada ekosistem serta kehidupan berbagai makhluk hidup. Berikut ini adalah beberapa efek eutrofikasi;

1. Peningkatan biomassa fitoplankton

• Peningkatan biomassa fitoplankton, terutama dalam bentuk mekar alga merupakan salah satu efek eutrofikasi yang paling menonjol.
• Pertumbuhan alga bahkan mungkin mengembangkan strain beracun cyanobacteria yang membahayakan organisme air dan juga manusia.
• Mekar juga mengakibatkan penurunan kejernihan air dan penurunan kualitas air. Beberapa fitoplankton bahkan mungkin membentuk alga berbau busuk yang selanjutnya mempengaruhi ekosistem.

2. Penipisan oksigen

• Pembentukan alga yang mekar di permukaan air mengurangi ketersediaan sinar matahari bagi makhluk hidup yang ada di sumber air.
• Kurangnya sinar matahari menyebabkan penurunan fotosintesis dan pada akhirnya kematian spesies tumbuhan yang ada di air.
• Tanaman yang mati kemudian diurai oleh berbagai bakteri yang memanfaatkan sisa oksigen di dalam air.
• Semua ini menyebabkan penipisan oksigen di sumber air, yang membawa masalah lain. Kekurangan oksigen menyebabkan proses anoksik yang menghasilkan berbagai gas beracun dan berbau busuk.
• Penipisan oksigen menyebabkan kematian berbagai tumbuhan air dan juga hewan.

3. Penurunan keanekaragaman hayati

• Keanekaragaman hayati ekosistem perairan menurun akibat eutrofikasi. Dengan meningkatnya populasi alga sebagai akibat dari peningkatan nutrisi, populasi makhluk hidup lain seperti tumbuhan dan hewan menurun.
• Pertumbuhan alga membatasi ketersediaan sinar matahari untuk organisme penghuni dasar dan mengakibatkan penurunan variasi populasi.

4. Toksisitas

• Berbagai perkembangan alga dikenal sebagai blooming alga yang berbahaya yang menghasilkan senyawa beracun yang dapat naik ke rantai makanan ke tingkat trofik yang berbeda.
• Mekar di air tawar bisa berbahaya bagi ternak bila dimakan oleh berbagai hewan. Senyawa beracun kemudian diturunkan dari hewan ke manusia, menyebabkan ancaman bagi kehidupan manusia.
• Salah satu contoh umum racun alga yang mempengaruhi tubuh manusia adalah keracunan kerang, di mana racun yang dihasilkan oleh alga diambil oleh kerang dan ditularkan ke manusia yang memakan kerang tersebut.

5. Pencemaran air

• Pembentukan alga yang mekar menurunkan kejernihan air, mengakibatkan pencemaran air yang luas.
• Itu membuat air tidak aman dari minum atau aktivitas rekreasi lainnya, yang pada akhirnya menurunkan nilai estetika badan air.

Solusi Eutrofikasi

        Karena eutrofikasi memengaruhi sebagian besar badan air di seluruh dunia, prosesnya harus dikontrol. Karena aktivitas antropogenik adalah penyebab utama dari pengayaan nutrisi dan eutrofikasi, maka penting untuk mengatasi masalah tersebut. Berikut ini adalah beberapa solusi atau tindakan pengendalian untuk meminimalkan eutrofikasi;

1. Pengendalian Biologis

• Fosfor merupakan salah satu unsur penting yang mendorong terjadinya proses eutrofikasi. Jadi, penting untuk menghilangkan fosfor dari berbagai sumber.
• Salah satu alat untuk menghilangkan fosfor secara alami adalah melalui perifiton. Mikroba ini terlibat dalam pembuangan fosfor dengan pengambilan dan deposisi fosfor dan dengan menyaring fosfor dari air,
• Berbagai metode fitoremediasi juga telah disarankan untuk mengurangi toksisitas air secara efektif.
• Makrofit akuatik seperti Eichhornia crassipes dan Salvinia auriculata menurunkan konsentrasi senyawa nitrogen dan fosfor dalam air. 
• Selain itu, rumput bebek juga telah digunakan untuk pengolahan air limbah karena menghilangkan limbah dari tambak udang dan menghilangkan amonia dalam jumlah tinggi dari air.

2. Pengurangan pembuahan yang berlebihan

• Pupuk merupakan salah satu sumber hara penting yang menyebabkan eutrofikasi sehingga mengurangi penggunaan pupuk dapat menjadi strategi yang baik untuk mengurangi masukan hara.
• Penggunaan pupuk yang optimal juga membutuhkan pengujian tanah secara teratur untuk memastikan penggunaan pupuk yang optimal.
• Demikian pula penggunaan sumber pupuk alternatif yang dapat mensuplai fosfor dalam bentuk slow release juga dapat digunakan.
• Di tanah dengan kandungan fosfor tinggi, bahan kimia lain seperti kalium dan belerang dapat digunakan untuk mencapai produksi terbanyak.

3. Kesadaran Publik dan Peraturan Perundang-undangan

• Kesadaran publik menentukan kemampuan publik untuk memahami dunia sekitar, kepekaan terhadap perubahan lingkungan, dan memahami hubungan sebab-akibat antara lingkungan dan perilaku manusia.
• Kesadaran masyarakat dapat memungkinkan penggunaan pupuk organik dan pengolahan air limbah sebelum dibuang ke sumber air.
• Selain itu, organisasi yang berbeda dapat mengajukan bagian penting dari undang-undang untuk mengurangi tingkat eutrofikasi.
• Beberapa dari perintah legislatif ini termasuk yang dikeluarkan oleh Uni Eropa yang bertujuan untuk melindungi kualitas air tanah dan air permukaan dan untuk mengurangi efek merugikan dari pembuangan air limbah perkotaan.