EKOLOGI PERAIRAN
Kuliah Minggu 4&5
Energi Di Dalam Ekosistem
Pengertian dan lingkungan energi Konsep produktivitas
Rantai makanan, jaringan makanan, dan tingkat trofik
Metabolisme dan ukuran individu Struktur trofik dan piramida ekologi
1
Pengertian dan Lingkungan Energi
• Adalah kesanggupan untuk melaksanakan kerja.
• Perilaku energi didasarkan pada:
Hukum Termodinamika I (Hukum Kekekalan Energi):
“Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain tapi tak pernah diciptakan atau dihancurkan”.
Misalnya: energi cahaya diubah menjadi kerja, panas, atau energi potensial dari makanan.
Hukum Termodinamika II (Hukum Entropi):
“Karena selalu ada energi yang terpencar sebagai energi panas yang tak dapat digunakan maka tidak ada perubahan energi spontan menjadi energi potensial yang
100% efisien”.
Misalnya: perubahan cahaya matahari menjadi protoplasma.
2 Hukum
Termodinamika
I (Kekekalan Energi)3
Hukum Termodinamika II (Entropi)
4
Energi cahayayang diabsorpsi di bumi oleh daratan, perairan, hutan, dan berbagai ekosistem akan diubah menjadi energi panas(jadi menghangatkan bumi). Pemanasan ini mengakibatkan ada daerah yang panas dan yang dingin tergantung dari
pencahayaan matahari (garis lintang), perbedaan ini menyebabkan pergerakan udara (driving force untuk angin), yang selanjutnya memompa air melawan gaya gravitas bumi, di sini energi panas tadi telah berubah menjadi energi kinetik (penaikan air oleh angin). Pada air sendiri yang dalam posisi naik terdapat energi potensialyang dapat diubah menjadi bentuk energi lain saat jatuh.
5
1. Radiasi matahari di luar atmosfir (2 cal/cm2/menit)
2. Radiasi matahari di permukaan bumi setelah melewati atmosfir (1.34 cal/cm2/menit), berkurang intensitasnya karena tersaring oleh gas atmosfir dan debu.
3. Sinar matahari setelah menembus awan
4. Sinar matahari yang diteruskan ke lapisan autotrof (0.1 – 0.8 cal/cm2/menit), penting bagi produktivitas di dalam ekosistem
4 Radiasi matahari terdiri dari getaran energi cahaya dengan
panjang gelombang antara 0.3 – 10 mikron (µ), terdiri dari:
1. Sinar ultraviolet (<0.4µ), sinar uv <0.3µ diserap habis oleh lapisan ozon di luar atmosfir.
2. Sinar tampak (0.4 - 0.7µ), yaitu sinar violet sampai merah.
3. Sinar infra merah (> 0.7µ), sinar ini tidak nampak oleh mata tapi dapat dirasakan sebagai panas (panas radiasi).
• Penyerapan cahaya oleh atmosfir menyebabkan hanya 10% uv, 45% cahaya tampak, dan 45% infra merah yang mencapai permukaan bumi.
• Cahaya tampak sangat sedikit berkurang ketika melewati awan tebal dan air, berarti proses fotosintesa (yang hanya memerlukan cahaya tampak) dapat terus berlangsung pada hari berawan dan pada kedalaman air yang jernih.
• Vegetasi menyerap cahaya tampak berwarna birudan merahserta cahaya infra merah jauh(far infrared) secara kuat, cahaya hijaudiserap kurang kuat dan cahaya infra merah dekat(near infrared) dengan lemah.
7
Jalur Energi dalam Ekosistem
Jaringan pakan sebagai satuan dasar ekosistem:
8
Rantai Makanan, Jaring Makanan, dan Tingkatan Trofik
• Rantai makanan (food chain) adalah pemindahan energi makanan dari sumbernya (tumbuhan) melalui serangkaian organisme yang memakan dan dimakan.
• Pada setiap pemindahan, sebagian besar energi potensial (sekitar 80-90%) hilang sebagai panas.
• Makin pendek rantai makanan (atau makin dekat konsumer dengan permulaan rantai makanan), makin besar energi yang tersedia bagi konsumer yang dapat diubah menjadi biomassa (=berat hidup termasuk cadangan makanan) dan untuk digunakan dalam respirasi.
9
Dua tipe rantai makanan:
1.
Rantai makanan perumputan (grazing food chain
), yaitu dimulai dari tumbuhan sebagaidasar terus ke herbivora dan terus ke
karnivora.
2.
Rantai makanan perombakan (detritus food
chain
), yaitu dimulai dari bahan2 mati kemikroorganisme pemakan detritus (bahan
organik yang telah hancur) dan predatornya.
6
Rantai Pakan Perumputan
Proses Fotosintesis oleh autotrof:
11
Rantai Pakan Detritus
12
Jaring Makanan
• Beberapa rantai makanan saling berhubungan satu sama lain membentuk jaring makanan (food web).
13
Tingkat Trofik (trophic level)
• Tingkat trofik Iadalah tumbuhan hijau yang dapat menangkap sinar matahari untuk proses fotosintesa; disebut produser.
• Tingkat trofik IIadalah hewan yang dapat mencernakan bahan2 tumbuhan hidup sebagai makanannya untuk mendapatkan energi; disebut herbivora.
• Tingkat trofik III, terdiri dari karnivora dan omnivora yang makan herbivora.
• Tingkat trofik IV, terdiri dari karnivora dan omnivora yang makan sesama karnivora atau omnivora.
• Dekomposer, yaitu bakteri, protozoa dan binatang2 kecil lainnya yang menggunakan tumbuhan dan hewan yang mati sebagai makanannya.
8
Struktur Trofik dan Piramida Ekologis
• Hilangnya energi pada setiap pemindahan tingkat trofik dalam rantai makanan dan adanya hubungan antara metabolisme- ukuran mengakibatkan komunitas mempunyai struktur trofik tertentu, yang seringkali khas untuk tiap ekosistem.
• Struktur trofik dan fungsi trofik dapat diperlihatkan secara grafis menggunakan piramida ekologis, dimana tingkat
pertama atau tingkat produser merupakan dasar dari tingkat2 berikutnya.
15
Tiga Tipe Piramida Ekologis
1. Piramida jumlah, di dalam mana jumlah individu organisme dapat dilukiskan.
2. Piramida biomas yang didasarkan pada jumlah berat kering organisme.
3. Piramida energi, di dalam mana
diperlihatkan kecepatan energi mengalir dan/atau produktivitas dari masing2 trofik level yang berurutan.
16
Piramida Ekologis
17
Konsep Produktivitas
• Produktivitas adalah laju produksi zat2 organik dalam suatu ekosistem.
• Beberapa batasan:
1. Produktivitas primeradalah laju konversi energi menjadi zat organik melalui fotosintesis dan kemosintetis oleh organisme produser (terutama tumbuhan hijau).
2. Produktivitas primer brutoadalah laju dari fotosintesis total, termasuk zat-zat organik yang dipakai untuk pernafasan selama masa pengukuran.
3. Produktivitas primer nettoadalah laju penyimpanan zat2 organik di dalam jaringan tumbuhan setelah dikurangi pemakaian untuk pernafasan selama masa pengukuran.
4. Produktivitas sekunderadalah laju penyimpanan energi pada tingkat konsumer atau dekomposer.
10
Konsep Produktivitas
• Produktivitas pada komunitas biologis prosesnya berkelanjutan sehingga perlu dinyatakan dalam satuan waktu, contoh produksi bahan organik per hari atau per tahun.
• Biomassa adalah jumlah bahan organik yang ada pada saat pengukuran.
19
World Distribution of Primary Production
20
Pengukuran Produktivitas Primer
• Kebanyakan pengukuran produktivitas didasarkan pada pengukuran seperti jumlah zat/bahan yang dihasilkan, jumlah material yang digunakan, atau jumlah hasil sampingan yang dikeluarkan selama periode waktu tertentu.
• Persamaan lengkap untuk produktivitas:
21
Metode Pengukuran Produktivitas
1. The Harvest Method, digunakan pada kondisi dimana herbivora diabaikan perannya.
Contohnya pada tanaman peliharaan seperti padi dimana dilakukan pencegahan terhadap hama tanaman atau pada tanaman di alam yang kurang dikonsumsi dalam jangka waktu tertentu.
Caranya hanya dengan menimbang hasil panen pada periode waktu yang ditentukan dan nilai ini merupakan produktivitas tanaman tersebut per waktu tertentu.
12
Annual net primary productivity of various cultivated and natural ecosystems as determined by use of harvest method
23
Metode Pengukuran Produktivitas
2.Oxygen Measurement, menggunakan “light and dark bottle method”, dimana oksigen terlarut diukur dengan titrasi menggunakan metode Winkler. Pengamatan dilakukan selama 24 jam atau kurang.
Disiapkan 2 botol (gelap dan terang), diisi air dari perairan yang akan diukur produktivitasnya, kemudian keduanya diinkubasi.
Produksi oksigen total adalah penjumlahan O2 yang dihasilkan pada botol terang dan O2 yang digunakan pada botol gelap.
Metode lain yang digunakan yaitu “diurnal curve method”, dimana pengukuran O2terlarut dilakukan dalam interval waktu tertentu sepanjang siang dan malam, sehingga
produksi O2 pada siang hari dan penggunaannya pada malam hari dapat diestimasi.
24
Gross primary productivity of various ecosystems as determined by gas exchange measurement of intact system in nature
25
Metode Pengukuran Produktivitas
3.Carbon Dioxide Methods, terutama
digunakan pada tumbuhan darat.
4.Disappearance of Raw Materials, dimana N
dan P diukur pada musim dingin kemudian laju penggunaannya diukur pada saat musim semi (waktu pertumbuhan fitoplankton).
5.The Chlorophyll Method, yaitu dengan
menghitung kandungan khlorofil per area dan nilai inilah yang mencerminkan
produktivitas (terutama standing crop).
14
Metabolisme dan Ukuran Individu
• Biomassa (dinyatakan dalam jumlah berat kering organisme yang terdapat pada suatu waktu tertentu) yang dapat ditopang oleh arus tetap energi dalam rantai makanan, sangat tergantung pada ukuran organisme masing2.
• Makin kecil organisme, makin besar metabolisme per gram biomasnya. Akibatnya makin kecil biomasnya yang dapat ditopang pada satu tingkat trofik tertentu di dalam ekosistem.
• Sebaliknya, makin besar organisme, makin besar pula biomas.
• Jadi biomas bakteri jauh lebih kecil dari biomas ikan atau mamalia, sekalipun penggunaan energi untuk kedua golongan itu sama.
27
Hubungan antara laju metabolisme dengan ukuran organisme.
28
