1 PENDAHULUAN
2.2 Ekosistem Laut
2.2.3 Nutrien
Nutrien atau zat hara merupakan faktor penting dalam proses produksi fitoplankton. Nutrien ada yang dibutuhkan dalam jumlah banyak, ada pula yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit. Kelebihan nutrien yang diikuti dengan
peningkatan konsentrasi fitoplankton telah menjadi ancaman global (Thomas et al., 2005). Walmsley (2000) mendefinisikan nutrien sebagai senyawa atau elemen kimia yang dapat digunakan secara langsung oleh sel tumbuhan (alga dan
makrofita akuatik) untuk tumbuh, kebanyakan keberadaan nutrien di perairan dalam bentuk elemen anorganik. Nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan dan reproduksi mikroorganisme, tumbuhan, dan hewan adalah karbon, nitrogen dan fosfor. Trace element dapat juga diklasifikasikan sebagai nutrien.
2.2.3.1 Karbon
Lautan mempengaruhi pertukaran CO2 dari udara ke laut dan mewakili reservoir besar karbon dengan lebih dari 60 kali karbon di atmosfer dan 20 kali karbon di daratan (Solomon et al., 2007). Fase gas CO2 terlarut dalam air laut dan terhidrasi dari asam karbonat (H2CO3) yang terdisosiasi menjadi bikarbonat (HCO3-), karbonat (CO32-) dan foton (H+). Jumlah total semua spesiasi karbon an organik disebut Karbon anorganik terlarut (DIC: Dissolved Inorganic Carbon). Proporsi dari spesiasi karbon ini berbeda sebagai fungsi dari pH. Pada pH air laut normal ( pH 8.2) rasio : :CO2 adalah 90:9:1.
Pengaruh antropogenik akan merubah proses, meningkatkan CO2 atmosfer dan menaikkan temperatur yang mengakibatkan pengaruh langsung terhadap aktivitas biologi dan proses biogeokimia. Konsentras CO2 atmosfer pada saat ini meningkat kurang lebih 0.4% per tahun dan meningkat lebih dari 30% sejak masa pra industrialisasi. Tekanan parsial atmosfer diprediksi pada akhir abad ini lebih dari 71 Pa (700 ppm) (Solomon et al., 2007). Pada saat yang sama pemanasan dihubungkan dengan pelepasan gas rumah kaca ke atmosfer yang telah diprediksi meningkatkan temperatur permukaan laut antara 1 – 4oC sampa 100 tahun
kemudian (Bopp et al., 2001: Solomon et al., 2007).
Siklus karbon lautan dan pertukaran CO2 antara udara dan air laut ditentukan oleh pompa karbon yang terdiri dari pompa fisik dan dua pompa biologis seperti disajikan pada Gambar 2. Konsumsi HCO3 akan meningkatkan perbedaan
konsentrasi CO2 antar lautan dan atmosfer yang disebabkan pelepasan bersih CO2 ke atmosfer (Holligan et al., 1993). Fluks CO2 antara permukaan laut dan
atmosfer utamanya ditentukan oleh kekuatan kedua pompa (Rost and Riebesell, 2004), diwakili oleh rasio perubahan karbon anorganik menjadi karbon organik (Archer et al., 2000). Peningkatan CO2 atmosfer akan memiliki banyak pengaruh pada sifat biogeokimia lautan. Konsentrasi CO2 lautan meningkat dan merubah sistem karbonat, karena semua parameter sistem karbonat saling tergantung . perubahan konsentrasi CO2 atmosfer akan diikuti perubahan rasio spesiasi karbon dan juga pH air laut.
Perubahan global akan memiliki pengaruh utama pada fisiologi fitoplankton (Boyd and Doney, 2002; Hays et al., 2005). Sebagai contoh bahwa pengayaan CO2 akan secara signifikan mempengaruhi fotosintesis, komposisi unsur dan kalsifikasi dari fitoplankton laut (Riebesell, 2004). Perubahan konsentrasi CO2 akan mempengaruhi pertumbuhan fitoplankton secara langsung. Emisi CO2 antropogenik juga akan meningkatkan temperatur global dan temperatur
permukaan laut (Bopp et al., 2001). Peningkatan temperatur akan mempercepat reaksi metabolis dan meningkatkan laju pertumbuhan fitoplankton, tetapi tiap spesies fitoplankton mempunyai temperatur optimum. Perubahan temperatur permukaan laut akan menggerakkan beberapa spesies menuju ke temperatur
optimumnya atau keluar dari kisaran temperaturnya sehingga mengakibatkan perubahan komposisi fitoplankton.
Gambar 2 Tiga pompa karbon utama yang membangun pengaturan CO2 atmosferik alami (Heinze et al., 1991).
Perbedaan temperatur dalam kolom air mempengaruhi stratifikasi dan percampuran dari massa air yang berbeda dan beserta pertukaran nutrien antara lapisan massa air yang lebih dalam yang kaya nutrien dengan zona eufotik. Penambahan stratifikasi di lautan yang terjadi karena peningkatan temperatur permukaan laut akan mengurangi asupan nutrien anorganik dari perairan dalam ke permukaan ( Rost and Riebesell, 2004), tetapi pada saat yang sama akan
mencegah nutrien organik dari zona percampuran turun ke perairan dalam. Hal ini akan mengurangi konsentrasi nutrien anorganik, meningkatkan konsentrasi
nutrien organik dan mengurangi rasio rasio nutrien anorganik terhadap nutrien organik pada zona eufotik.
2.2.3.2 Nitrogen dan Fosfor
Sejak nitrogen dan fosfor dinyatakan sebagai nutrien pembatas, secara umum banyak mendapat perhatian. Terdapat tiga faktor yang menentukan kapan suatu sistem perairan dibatasi oleh nitrogen atau fosfor, yaitu rasio nitrogen dan fosfor; preferensi kehilangan, recycling atau adsorpsi; dan fiksasi nitrogen.
Perubahan bentuk yang berbeda dari nitrogen anorganik (Tabel 1) adalah bagian dari siklus nitrogen dan penting dalam menentukan ketersediaan N di permukaan air (Walmsley, 2000). Amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi, dan penyerapan aktif dari senyawa nitrogen diatur oleh temperatur air, ketersediaan oksigen dan pH (DWAF, 1996). Banyak proses fisik dan biologis mereaksikan peran nitrogen terhadap ketersediaan dan kesuburan relatif perairan (Capone, 2000). Siklus nitrogen di laut sangat dekat dihubungkan dengan atmosfer.
Tabel 1 Bentuk kehadiran nitrogen pada air permukaan dan air limbah (diadaptasi dari Vollenweider, 1970)
Total Nitrogen
Nitrogen terlarut Nitrogen dalam suspensi Nitrogen dalam bentuk gas Senyawa an - organik seperti NH4, NO3, NO2
Senyawa organik seperti asam amino, polipeptida dan peptida, albumin terlarut dsb
organisme Detritus organik dan/atau
senyawa organik yang diserap oleh partikel
N2, N2O, NO
Kandungan N total dalam air tak terfilter Total N dalam fitrat
DIN*
*
DIN= Disolved Inorganic Nitrogen (Nitrogen anorganik terlarut)
Fosfor merupakan elemen esensial yang diperlukan untuk pertumbuhan fitoplankton dan organisme lain. Fosfor di alam baik yang terlarut atau yang terikat dalam partikulat ada dalam bentuk organik dan anorganik (Tabel 2), yang digunakan oleh organisme hidup terutama di dalam asam nukleid, fosfolipid, dan ATP. Fosfor secara langsung diambil oleh bakteri heterotrofik dalam bentuk fosfat organik untuk pertumbuhannya (Pomeroy et al., 2007). Bentuk anorganik fosfor baik yang terikat dalam partikulat atau yang terlarut meliputi ortofosfat dan polifosfat (Walmsley, 2000). Ortofosfat hanya dalam bentuk fosfor anorganik terlarut (DIP) yang secara langsung dapat digunakan oleh biota laut.
Tabel 2 Bentuk kehadiran fosfor pada air permukaan dan air limbah (diadaptasi dari Vollenweider, 1970)
Total fosfor
Fosfor terlarut Fosfor dalam suspensi Ortofosfat PO4 Senyawa koloid
organik dan/atau gabungan dengan koloid adsorptif Sebagai partikel mineral dan/atau anorganik komplek yang diadsorpsi organisme Diadsorpsi oleh detritus dan/atau dalam bentuk senyawa organik Kandungan P total dalam air tak terfilter
Total P dalam fitrat DIP*
*
DIP= Disolved Inorganic Phosphorous (Fosfor anorganik terlarut)
Setiap fitoplankton akan membutuhkan nitrogen dan fosfor untuk
membangun biomassanya. Ketersediaan nitrogen dan fosfor di lapisan kolom air paling atas dikendalikan oleh percampuran vertikal, aliran sungai, fiksasi nitrogen dan regenerasi materi organik. Perbedaan spesies dari fitoplankton mempunyai kebutuhan nutrien dan fisiologi yang berbeda baik makro atau mikro nutrien. Konsekuensinya konsentrasi nutrien, rasio dan variabilitas temporal akan mempengaruhi kompetisi fitoplankton. Dalam satu kelompok juga terjadi kompetisi yang tergantung dari ketersediaan nutrien. Pengayaan nitrat
mempengaruhi pembangunan rantai diatom dari yang kecil sampai menengah pada Chaetoceros spp akan lebih cepat dibandingkan dengan yang berukuran besar (Carter et al., 2005), karena konstanta setengah jenuh pengambilan nitratnya lebih rendah.
Bagaimanapun nitrat dan ortofosfat bukanlah satu-satunya sumber nitrogen dan fosfor di lautan. Asupan DON menyumang sekitar 635 dari total nitrogen terlarut (Bronk, 2002) dan DOP mencapai 75% dari total fosfor terlarut (Benitez- Nelson, 2000). Walaupun konsentrasi DON dan DOP dapat digunakan secara biologis, tetapi hanya fraksinya yang dapat digunakan secara biologis (Bronk, 2002). Banyak diatom juga dapat menggunakan nutrien organik seperti urea, asam amino, fosfomonoester dan fosfat diester (Lomas, 2004; Yamaguchi et al., 2005; Rees and Allison, 2006). Perbedaan penggunaan nutrien organik dapat menyuplai sifat baru pola distribusi biogeografi dan suksesi spesies.