ALIRAN ENERGI & MATERI DI DALAM EKOSISTEM

KULIAH MINGGU KE-7

DEFINISI & ISTILAH BAKU Ekosistem = unit fungsional yang mencakup semua organisme dan

benda mati yang berinteraksi di suatu tempat biomassa = massa dari suatu komponen ekosistem per unit area atau

volume. Proses transformasi energi dalam ekosistem merupakan konsep

produktivitas. Produktivitas dalam pengertian ekologi = jumlah produksi biomassa

baru. Satuan yang digunakan = biomassa/(area * waktu) atau

biomassa/(volume * waktu). Dengan demikian, Produksi = pembentukan kumulatif biomassa baru dalam satuan

waktu tertentu. Untuk membandingkan antara ekosistem yang satu dengan yang lain

maka, produktivitas seringkali diukur dalam satu tahun produksi, dan pembentukan biomassa baru per unit area atau volume dalam setiap tahun.

Kadang-kadang produktivitas sebuah ekosistem juga dinyatakan dalam bentuk unit energi atau kalori.

DEFINISI & ISTILAH BAKUProduktivitas primer

Produktivitas primer = produktivitas oleh tanaman atau bakteri yang menghasilkan biomassa baru dengan menggunakan energi dan bahan-bahan kimia anorganik.

Energi dari sinar matahari mendorong produktivitas primer oleh tanaman (fotosintesa), alga, beberapa bakteri.

Energi yang berasal dari bahan-bahan kimia tereduksi (seperti gas hidrogen, methane dan hidrogen sulfida) mendorong produktivitas primer (kemosintesa) oleh beberapa bakteri.

Produktivitas sekunder Produktivitas sekunder = produktivitas oleh organisme melalui

konsumsi biomassa dari komponen ekosistem yang lain

Istilah lainnya = heterotrop

Autotrof

Heterotrof

Heterotrophs

INTERAKSI BIOTIK DALAM EKOSISTEM• Autotrof/produser) :

organisme yang dapat memanen energi surya dan memanfaatkan unsur kimia anorganik untuk membentuk molekul organik komplek yang penting sebagai sumber makanannya sendiri

• Heterotrophs/Konsumer: organisme yang mengkonsumsi autotrof

• Saprofag/decomposer

• Herbivor

• Carnivor

CONTOH STRUKTUR TROFIK PADA EKOSISTEM TERESTRIAL

CONTOH STRUKTUR TROFIK PADA EKOSISTEM DANAU

ALIRAN ENERGI EKOSISTEM merupakan sistem terbuka yang memerlukan input

enersi terus menerus Aliran enersi dalam Ekosistem:

– Hukum Termodinamika I (law of conservation energy): Hk Kekalan Enersi “Energy can be neither created nor destroyed”

– Hukum Termodinamika II (ada enersi yang hilang dalam proses transformasi): Kebocoran Enersi In every energy transformation potential energy is reduced because heat energy is lost to the system in the process

Makanan yang mengalir dari satu organisme ke organisme yang lainnya, energi potensial yang dikandungnya tereduksi tahap demi tahap sampai semua energi di dalam sistem terbuang menjadi panas

Aliran energi satu arah di dalam sistem sehingga tak memungkinkan terjadinya daur ulang energi

ALIRAN ENERGI DI ALAMEnersi mengalir dalam ekosistem dalam bentuk-bentuk yang berbeda: melalui proses seperti fotosintesa, kemosintesa, dan respirasi. Enersi ini berubah bentuk dan dimanfaatkan oleh berbagai organisme

Fotosintesa: produksi enersi makanan dengan cara konversi sinar matahari ke enersi kimiawi tanaman

Kemosintesa: produksi enersi makanan dengan cara reduksi maupun oksidasi

Respirasi: konversi dari penyimpanan enersi kimia ke bentuk molekul yang kaya enersi (ATP)

EFISIENSI ALIRAN ENERGI

Skema piramida untuk aliran energi yang efisien

Skema piramida untuk aliran energi yang tidak efisien

EFISIENSI DALAM TRANSFER ENERGI• Energi matahari yang termanfaatkan

tanaman berkisar antara 1 – 5 % (contoh dalam gambar 4.96 x 106/4.71 x 108 = 1.05%) lebih dari 95 % langsung hilang dalam bentuk panas & evaporasi

• Efesiensi di lahan pertanian berkisar antara 1.9 – 3.2 %, sementara pada tanaman hutan antara 2.2 – 3.5 %

• Efisiensi yang besar terjadi di ekosistem hutan tropika dan lautan terbuka

POLA TRANSFER ENERGI PADA TROPHIC LEVEL

• Pada heterotrof, tidak semua energi yang dikonsumsi diasimilasi, tetapi melewati tubuh dan dikeluarkan menjadi feces (assmilation = the conversion or incorporation of nutritive material into fluid or solid substance of the body) dan sebagian lagi menjadi panas melalui respirasi

• Efisiensi pemanfaatan pada trofik level• Herbivor berkisar antara 5 – 20% • Carnivore atau trofik level di atasnya dapat mencapai 75%

• Biomasa tanaman tidak semua dikonsumsi, sebagian besar mati & langsung mendukung komunitas dekomposer

POLA UMUM ALIRAN ENERGI DI BERBAGAI TIPE EKOSISTEM

NPP = Net Primary Production

DOM = Dead Organic Matter

LS = Live-Consumer System

Secara umum aliran energi pada 4 tipe ekosistem digambarkan sbb:

• Dekomposer merupakan penghasil/produser mayoritas pada produksi sekunder dan pada tiap ekosistem energi terbanyak hilang melalui respirasi

• Sebagian besar NPP dikonsumsi oleh LS pada komunitas plankton dan secara efisien di asimilasi, Meskipun demikan, dekomposer berperan sama seperti pada ekosistem lainnya

ALIRAN ENERGY DALAM INDIVIDU

• Sumber daya makanan dimanfaatkan untuk:

• Maintenance (keberlangsungan hidup)

• Produksi

• Keberlangsungan hidup dan produksi sangat dipengaruhi oleh KUALITAS MAKANAN

• Ini dicerminkan dalam EFESIENSI PENYERAPAN dan PENGUBAHAN ke dalam JARINGAN TUBUH

FAKTOR EFISIENSI PADA TROFIK LEVEL LEBIH TINGGI

• Komponen Nitrogen pada primary consumen dan trofik level di atasnya umumnya lebih tinggi dibanding produser (tanaman)

• Nitrogen unsur utama dalam asam amino penyusun protein

• Asam amino terutama dibutuhkan larva karena sangat aktive mengsintesis protein

MENGHITUNG EFISIENSI PEMANFAATAN ENERGI

SIKLUS BIOGEOKIMIA• Berbeda dengan Aliran energi, unsur kimia tetap berada dalam

ekosistem, kecuali terjadinya erosi atau perpindahan

• Unsur kimia berpindah antara komponen biologi dan geologi: dari tanah atau bebetuan tanaman herbivore carnivore konsumen di atasnya decomposer tanah. Ini yang disebut Siklus Biogeokimia

SIKLUS AIR Panas matahari menyebabkan terjadinya evaporasi dan evapotranpirasi Uap air yang terbentuk naik ke atmosfer kemudian mengalami pendinginan

sehingga terjadi kondensasi dan terbentuk awan. Molekul-molekul air yang terdispersi menempel pada partikel partikel debu

yang ada di atmosfer bergabung membentuk butiran-butiran air.• Setelah mencapai berat

yang cukup, lalu turun ke permukaan bumi sebagai hujan.

• Air yang meresap ke dalam tanah mencapai lapisan kedap air disebut air tanah. Kemudian air tanah ini meresap menuju hidrosfer untuk melengkapi siklusnya

(satuan x 106 km3)

Lautan sebagai sumber reservoir air di planet bumi

SIKLUS KARBON CO2 dibentuk menjadi sejumlah senyawa tertentu melalui proses fotosintesis. Senyawa organik yang dihasilkan oleh produsen terkonsumsi oleh konsumen. CO2 terlepas kembali, baik ke udara maupun ke air, salah satunya melalui

respirasi atau proses lainnya Dekomposer menyempurnakan proses pelepasan karbon dalam bentuk CO2 dari

sisa-sisa kotoran dan jasad yang mati. Aktivitas manusia meningkatkan secara drastis konsentrasi Co2 di atmosfer

Di dalam biosfer, nitrogen tersedia dalam bentuk amoniak (NH4), nitrat (NO3) dan nitrit (NO2) atau senyawa organik dari nitrogen.

Sebagian nitrogen terbentuk dari kilat, halilintar atau petir menghasilkan nitrogen oksida terlarut yang kemudian terbawa oleh curah hujan ke tanah menjadi nitrat tanah.

Nitrogen atmosfer diubah menjadi ammonium tanah kemudian mengalami nitrifikasi menjadi nitrat tanah.

Nitrat tanah dapat ada dalam air tanah atau permukaan air dan diserap tanaman. Nitrogen dalam tanaman dikonsumsi oleh konsumen menjadi energi Karbohidrat dan nitrat diubah menjadi CO2, air , dan N2 yang menghasilkan energi bagi

bakteri

SIKLUS NITROGEN

SIKLUS SULFUR Bakteri sulfur melepaskan senyawa sulfur tereduksi (H2S) ). Aliran terbalik

dari atmosfer melibatkan proses oksidasi dari sulfur menjadi sulfat yang kembali ke bumi.

Proses pelapukan batu-batuan atau aktivitas gunung merapi menghasilkan sulfur yang terbawa menuju sungai dan danau.

Dalam perjalanannya menuju laut proporsi dari sulfur yang tersedia (terutama dalam bentuk sulfat larut) diambil oleh tanaman, meneruskan rantai makanan serta melalui proses dekomposisi.

Aliran sulfur terlibat dalam pengembalian internal pada ekosistem darat dan perairan. Yang akhirnya terjadi kehilangan sulfur yang terus menerus ke endapan laut.

SIKLUS FOSFOR Fosfor merupakan salah satu unsur penyusun protein. Fosfor digunakan terutama untuk transformasi

energi, pembetukan asam amino, fosfolipid, dan pembentukan tulang Fosfor hanya mendaur diantara bentuk padatan anorganik dan organik dalam biosfer, litosfer dan

hidrosfer, tidak melibatkan atmosfer. Regenerasi fosfor kebanyakan dikerjakan oleh hewan (protozoa, metazoa kecil, burung, dan

kelelawar.Fosfor terpendam di dasar laut berupa sedimen sehingga siklus fosfor dapat disebut sebagai siklus sedimentasi.

Fosfor yang tersedia bagi organisme umumnya dalam jangka pendek, karena itu setiap fosfat yang tersedia dalam tanah atau ekosistem air akan diserap secara cepat oleh tanaman. Fosfor dikembalikan ke dalam ekosistem melalui eksresi dan proses dekomposisi oleh detritus

Hewan juga mengeksresikan fosfor. Sebagian fosfor pada tanaman mati, bisa terurai (dapat larut) dan tersedia dalam beberapa hari setelah tanaman mati. Beberapa fosfor, seperti pada tulang hewan tidak mudah terurai dan memerlukan waktu bertahun-tahun untuk pengembaliannya ke ekosistem.