ekologi

NAMA       :    I MADE GDE WIRABUANA

NIM           :    451410008

KELAS      :    GEOGRAFI C 2010

TUGAS 2   :    AZAS – AZAS DAN KONSEP EKOLOGI

A.  Prinsip dasar energi

          Energi dapat diartikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukan kerja menurut Odum, tahun 1993. Misalnya, manusia memerlukan enrgi untuk berjalan, untuk berfikir, dan untuk beraktivitas lainnya. Dari Bentuk- bentuk energi yang nyata berguna bagi organisme hidup dapat berupa energi mekanik, energi kimia, energi radiasi, dan energi panas.

          Suatu energi yang dimiliki oleh setiap organisme hidup adalah energi kimia yang diperoleh dari makanannya dalam bentuk protein, karbohidrat, lemak, dan sebagainya. Energi tersebut diciptakan pertama kali pada tingkat produsen, yaitu tumbuhan hijau dengan mengubah energi matahari menjadi energi potensial. Energi potensial adalah energi yang tersimpan dan dapat digunakan untuk melakukan kerja, contohnya protein, karbohidrat, dan lemak.

           Adapun energi kinetik adalah energi yang terlepaskan atau energi yang disebabkan oleh organisme berupa gerak.

1.    Hukum Termodinamika

Perlu diketahui bahwa energi di alam bebas atau di dalam ekosistem ini tunduk pada hukum termodinamika, yaitu hukum termodinamika I dan hukum termodinamika II (Odum,1993).

a.    Hukum Termodinamika I

          Hukum Termodinamika I berbunyi “energi dapat diubah dari satu bentuk energi kebentuk energi yang lain, tetapi tidak pernah diciptakan atau dimusnahkan”. Misalnya energi cahaya sebagai contoh energi dapat diubah menjadi energi kinetik, dapat diubah menjadi energi panas, dan dapat pula diubah menjadi energi potensial dalam suatu makanan bergantung kepada keadaan, tetapi tak satupun dari energi tersebut dimusnahkan.

b.    Hukum Termodinamika II

          Hukum termodinamika II berbunyi “setiap terjadi perubahan bentuk energi, pasti terjadi degradasi energi dari bentuk energi yang terpancar, dan didalam proses transformasi energi selalu melepaskan panas dalam bentuk energi yang tidak dapat digunakan”. Misalnya, benda yang panas pasti akan menyebarkan panas ke lingkungan yang suhunya lebih rendah.

B.  Lingkungan Energi

          Lingkungan energi adalah lingkungan dimana organisme-organisme terendam dalam radiasi sinar matahari yang terus menerus berubah  dari permukaan-permukaan di sekitarnya. Hal tersebut  merupakan penyumbang utama terhadap perubahan iklim (tempratur, curah hujan). Komponen lain dari lingkungan energi, radiasi panas, datang dari permukaan atau apa saja yang berada pada tempratur di atas nol mutlak. Ini meliputi tidak saja tanah, air, dan vegetasi tetapi juga awan-awan, yang menyumbangkan sejumlah nyata energi panas yang dipancarkan ke bawah ekosistem.

          Radiasi matahari pada lapisan atmosfer adalah konstan dibandingkan dengan:       

1)   Radiasi matahari yang mencapai permukaan laut pada hari yang cerah.

2)   Sinar matahari yang menembus mendung sempurna.   

3)   Cahaya yang menembus vegetasi            

          Jadi, radiasi matahari semakin berkurang dan terjadi perubahan spektrum energi bilamana ia melewati awan, air dan vegetasi. 

C.  Produktivitas

          Sumber daya energi yang utama untuk semua tingkat tropik adalah radiasi matahari. Manfaat utama dari energi matahari yang bisa sampai kepermukaan bumi adalah untuk kepentingan tetumbuhan hijau yang dalam proses kehidupan tumbuha dikenal dengan fotointesis dan respirasi. Proses kehidupan di alam tersebut merupakan kejadian yang merubah bentuk energi dari berbagai komponen ekosistem. Proses-proses yang terlibat dalmam pengubahan energi dalam ekosistem meliputi proses metabolisme, aliran energi pada berbagai tingkat tropik, dan siklus biogeokimia (Chapman dan Reiss, 1997;Odum,1993).

          Proses metabolisme merupakan proses fisiologi yang terdapat pada tubuh organisme hidup dan proses ini menjadi ciri yang membedakan antara proses organisme hidup dengan benda mati. Hasil dari kegiatan metabolisme adalah pertumbuhan dan penambahan biomassa, dan penimbunan biomassa itu disebut produksi (Odum,1993;Kormondy,1991).

          Produksi pada periode waktu tertentu disebut produktivitas. Baik produksi maupun produktivitas kedua-duanya secara umum berhubungan dengan biomassa pada trofik tingkat tertentu (Kendeigh,1980). Menurut Resosoedarmo dkk. (1986) bahwa setiap ekosistem atau komunitas atau bagian-bagian lain dalam organisasi makhluk hidup memiliki produktivitas. Kecepatan energi matahari yang diubah oleh tetumbuhan hijau menjadi energi kimia dikenal sebagai produktivitas primer(Vickery,1984;Chapman dan Reiss,1997).

          Odum menyatakan bahwa produktivitas primer merupakan kecepatan energi radiasi matahari yang disimpan melalui aktivitas fotosintesis dan kemosintesis oleh organisme produsen dalam bentuk bahan organik yang dapat digunakan sebagai bahan pangan. Produktivitas primer digolongkan menjadi dua yaitu produkivitas primer bersih dan produktivitas primer kotor.

1.    Produktivitas primer kotor adalah laju total dari fotosintesis, termasuk bahan organik yang habis digunakan dalam respirasi selama waktu pengukuran. Produktivitas primer kotor disebut juga fotosintesis total atau asimilasi total.

2.    Produktivitas primer bersih adalah laju penyimpanan bahan organik di dalam jaringan tumbuh-tumbuhan yang merupakan kelebihan dari pemanfaatannya untuk repsirasi. Produktivitas primer bersih disebut juga fotosintesis yang kelihatan atau asimilasi bersih.

          Beberapa metode untuk mengukur produktivitas adalah:

1.    Metode Panen: metode panen biasa digunakan untuk mengukur produktivitas dari tanaman yang dibudidayakan yang meliputi tanaman musiman.

2.    Pengukuran Oksigen.

Karena ada kesepadanan antara pemanfaatan oksigen dengan bahan makanan yang dihasilkan, produksi oksigen dapat menjadi dasar untuk pengukuran produktivitas.

3.    Pengukuran CO₂

Pengukuran CO₂ lebih praktis dibanding dengan pengukuran oksigen. Ahli fisiologi tumbuhan menggunakan pengukuran CO₂ untuk mengukur fotosintesis pada tumbuhan.

4.    Metode pH.

Dalam ekosistem air, pH air merupakan fungsi kadar CO₂

5.    Hilangnya bahan-bahan mentah

Produktivitas dapat diukur dengan laju hilangnya mineral-mineral bahan mentah.

6.    Penentuan produktivitas dengan bahan radioaktif

Salah satu metode yang paling peka dan banyak digunakan untuk mengukur produksi tumbuh-tumbuhan air dilakukan di dalam botol dengan karbon radioaktif  (¹⁴C) yang ditambahkan sebagai karbonat. Setelah beberapa waktu singkat, plankton atau tumbuh-tumbuhan lain disaring dari air, dikeringkan dan ditaruh dalam alat penghitung. Banyaknya CO₂ yang diikat dalam fotosintesis dapat ditentukan dari perhitungan radioaktif.

Karbon radioaktif mengukur produksi bersih dan bukan produksi kotor. Pengambilan pelacak radioaktif mengukur kelebihan bahan organik yang disimpan selebihnya  dari keperluan proses respirasi.

7.    Metode Khlorofil

Khlorofil merupakan ukuran produktivitas yang lebih baik. Dengan kalibrasi yang tepat, kadar khlorofil yang berdasarkan areal dari seluruh komunitas dapat memberikan indeks terhadap produktivitas.

D.  Siklus Biogeokimia

          Siklus materi dimana suatu lingkungan merupakan suatu proses yang penting dalam suatu sistem ekologi. Unsur-unsur kimia termasuk semua protoplasma cenderung beredar dalam atmosfer yang berasal dari lingkungan dan kembali ke lingkungan. Jalan peredaran dari unsur-unsur tersebut disebut dengan siklus biogeokimia. Yang dimaksud dengan “Bio” adalah organisme hidup dan “geo” berarti batu, udara, dan air di bumi. Geokimia adalah ilmu yang mempelajari komposisi kimia bumi dengan pertukaran unsur antara pelbagai bagian dan kerak bumi dan lautan, sungai-sungai dan perairan lainnya.

          Menurut G.E Hutchimson (1950) dalam Odum (1998) mengemukakan Biogeokimia adalah pengkajian pertukaran dan perubahan yang terus menerus (yakni gerakan ke belakang dan ke depan) dari bahan-bahan antara komponen biosfer yang hidup dan tidak hidup. Unsur tiap  siklus biogeokimia dibedakan adanya dua kutub yaitu kutub cadangan umumnya komponen non-biologi, besar dab bergerak lamban, dan kutub peredaran atau pertukaran yang selalu beredar secara cepat antara organisme-organisme dan lingkungannya.

Tipe-tipe dan Pola Siklus Biogeokimia

Berdasarkan skala biosfer sebagai keseluruhan dari siklus biogeokimia dibedakan atas dua golongan besar yaitu siklus dari berbagai bentuk gas yang terdapat dalam atmosfer dan tipe siklus sedimen yang terdapat di dalam kerak bumi.

          Siklus tipe gas lebih sempurna dari tipe sedimen karena reservoir gas ada di atmosfer dapat secara cepat mengatasi bila terjadi ketidakseimbangan di dalam siklus. Contoh: dengan adanya kebakaran di suatu lokasi akan mengakibatkan naiknya CO₂ di udara secara lokal. Kenaikan konsentrasi ini akan segera diimbangi dengan pemerataan CO₂ di udara melalui penyerapan oleh tumbuhan dan terbawa oleh gerakan angin.  Mekanisme siklus biogeokimia dalam ekosistem berlangsung bersamaan dengan berjalannya rantai makanan karena senyawa kimia yang beredar berupa bahan makanan . Siklus ini disebut biogenesis karena siklus berlangsung secara kimiawi melalui organisme (biologi) sebagai perantara dan kembali ke lingkungan fisiknya melalui udara, tanah dan air. Selama peredaran ini terjadi perubahan-perubahan yang berlangsung pada tahap tertentu.

          Dari sekian banyak siklus biogeokimia ada beberapa siklus yang sangat penting yaitu siklus nitrogen, siklus fosfor, siklus karbon,  siklus oksigen dan siklus belerang.

a.         Siklus Nitrogen

          Komposisi gas dalam atmosfer yaitu 78% terdiri Nitrogen, 20% terdiri dari Oksigen dan 2% adalah gas-gas lainnya termasuk uap air. Selain itu Nitrogen juga berasal dari endapan laut dangkal atau dari letusan gunging berapi. Nitrogen dalam protoplasma diuraikan dari bentuk organik menjadi bentuk anorganik oleh suatu bakteri pengurai (decomposer). Sebagian dari Nitrogen berakhir sebagai nitrat yang siap digunakan oleh tumbuh-tumbuhan hijau.

          Menurut Odum (1998)  mengemukakan hingga kira-kira Tahun 1950, kemampuan mengikat nitrogen dari udara terbatas pada jenis-jenis:

-       Bakteri hidup bebas – Azotobacter (aerobic) dan Clostridium (anaerobic)

-       Bakteri yang bersimbiosis pada bintil akar tumbuhan – Rhizobium

-       Alga biru-hijau – Anabaena, Nostoc, dan anggota-anggota lain dari ordo Nostocales.

b.    Siklus Fosfor

          Selain batuan-batuan fosfat, terdapat juga deposit-deposit fosfat dalam jumlah banyak yang bersumber dari kotoran maupun tulang-tulang hewan, misalnya ikan laut dan burung-burung merupakan hewan yang bertanggung jawab terhadap terbentuknya deposit fosfat (Gopal dan Bhardwaj, 1979). 
Posfor adalah salah satu jenis elemen penting dalam kehidupan, hal ini disebabkan karena semua makhluk hidup akan membutuhkan posfor dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Fosfat), Adenosin Tri Fosfat sendiri nantinya akan digunakan sebagai sumber energi untuk metabolisme sel. Posfor banyak terdapat di alam dalam yang masih berbentuk bentuk ion fosfat (PO43-). Ion Fosfat pada umumnya terdapat dalam bebatuan. Akibat terjadinya peristiwa erosi dan pelapukan memungkinkan fosfat terbawa menuju sungai bahkan hingga laut yang membentuk sedimen. Terjadinya pergerakan dasar bumi memicu sedimen yang mengandung fosfat naik ke permukaan. Tumbuhan pada umumnya mengambil fosfat yang masih terlarut dalam air tanah.

          Daur Posfor juga melengkapi makhluk hidup jenis Herbivora, dimana mereka mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang dikonsumsinya serta karnivora mendapatkan fosfat dari makhluk hidup herbivora yang dimakannya. Seluruh hewan nantinya akan mengeluarkan fosfat melalui feses dan urin. Jamur dan bakteri berperan menguraikan bahan-bahan anorganik di dalam tanah dan selanjutnya akan melepaskan posfor, posfor yang dihasilkan oleh bakteri pengurai nantinya akan diambil oleh tumbuhan.

c.    Daur Karbon dan Oksigen

          Karbon merupakan salah satu unsur yang mengalami daur dalam ekosistem. Dimulai dari karbon yang ada di atmosfer berpindah melalui tetumbhan hijau (produsen), konsumen, dan organisme pengurai, kemudian kembali keatmofer. Diatmosfer karbon terikat dalam bentuk senyawa karbon dioksida (CO₂).        
Proses hubungan timbal balik atau daur ulang respirasi seluler dan fotosintesis bertanggung jawab atas terjadinya perubahan serta pergerakan utama karbon. Turun dan naiknya CO2 dan O2 Atmosir secara musiman dipengaruhi oleh menurunnya aktivitas Fotosintetik. Pada skala global kembalinya O2 dan CO2 ke Atmosfir sebagai struktur lapisan bumi melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya melalui Fotosintesis.

d.   Siklus karbondioksida

          Konsentrasi dari bahan bakar fosil CO2 yang di serap oleh samudera dan yang diambil oleh daratan dapat dihitung dari perubahan pada konsentrasi CO2 dan O2 di atmosfer. Budget karbon global berdasarkan pada pengukuran CO2 dan O2 untuk 1980 dan 1990 ditunjukkan pada Tabel 1. Manusia mempengaruhi fluks karbon di antara ke-tiga "reservoir" (atmosfer, samudera, dan biosfer terestrial) dengan memberikan gangguan yang kecil tapi berpengaruh besar terhadap siklus global .

          Pembakaran bahan bakar fosil dan perubahan penggunaan lahan menjadi proses antropogenik utama yang melepaskan CO2 ke atmosfer. Hanya sebagian dari CO2 ini yang tinggal di atmosfer, sisanya diserap oleh daratan (tanah dan tumbuh-tumbuhan) atau oleh samudera. Penyerapan komponen ini menyebabkan ketidak-seimbangan fluks dalam dua jalur alami yang besar yaitu antara samudera dan atmosfer dan antara atmosfer dan daratan.

e.       Siklus hidrologi

          Secara alamiah sumber-sumber air merupakan kekayaan alam yang dapat diperbaharui dan yang mempunyai daya regenerasi yaitu yang selalu dalam sirkulasi dan lahir kembali mengikuti suatu siklus yang disebut siklus hidrologis.  Sekaliputn jumlah air relatif konstan, tetapi air tidak diam melainkan bersirkulasi.  Siklus ini penting karena mensuplai daerah daratan dengan air.

          Air mengalami penguapan akibat panasnya sinar matahari. Penguapan ini berasal dari air permukaan (danau, laut, rawa, sungai dan lain-lain) dan air yang berasal dari tumbuhan (transpirasi) serta dari tubuh manusia.  Uap air ini memasuki atmosfer. Di atmosfer uap air ini membentuk awan dan dalam kondisi cuaca tertentu akan mengalami kondensasi dan jatuh kembali ke permukaan bumi dalam bentuk hujan. Air hujan ini ada yang mengalir langsung ke dalam aliran permukaan (runoff), ada yang meresap ke dalam tanah (infiltrasi dan perkolasi) dan kemudian menjadi air tanah, dan ada yang diserap tumbuhan. Air tanah dalam akan timbul ke permukaan sebagai mata air dan menjadi air permukaan, dan kemudian menguap kembali ke atmosfer. 

f.     Siklus Belerang

          Sulfur biasanya terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur nantinya direduksi oleh bakteri menjadi sulfida serta biasanya terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen Sulfida sendiri seringkali memusnahkan makhluk hidup di perairan serta pada umumnya akan menghasilkan penguraian bahan organik yang sudah mati. Tumbuhan dapat menyerap sulfur yang masih dalam bentuk sulfat (SO4).

          Proses rantai makanan disebut-sebut sebagai proses perpindahan sulfat, yang selanjutnya ketika semua mahluk hidup mati dan nanti akan diuraikan oleh komponen organiknya yakni bakteri. Beberapa bakteri yang terlibat dalam proses daur belerang (sulfur) adalah Desulfibrio dan Desulfomaculum yang nantinya akan berperan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk (H2S) atau hidrogen sulfida. Sulfida sendiri nantinya akan dimanfaatkan oleh bakteri Fotoautotrof anaerob seperti halnya Chromatium dan melepaskan sulfur serta oksigen. Bakteri kemolitotrof seperti halnya Thiobacillus yang akhirnya akan mengoksidasi menjadi bentuk sulfat.

g.    Siklus sedimen

          Kebanyakan unsur dan senyawa nitrogen, oksigen, karbondioksida dan air terikat pada tanah dan siklusnya mengikuti pola siklus sedimen. Sedimen adalah material hasil erosi yang disebabkan oleh tenaga angin, aliran air dan proses pelapukan pada batuan. Semua batuan yang ada di permukaan bumi akan mengalami pelapukan yaitu:

1.    Pelapukan secara fisika: perubahan suhu dari panas ke dingin akan membuat batuan mengalami perubahan. Hujan pun juga dapat membuat rekahan-rekahan yang ada di batuan menjadi berkembang sehingga proses-proses fisika tersebut dapat membuat batuan pecah menjadi bagian yang lebih kecil lagi.

2.    Pelapukan secara kimia: beberapa jenis larutan kimia dapat bereaksi dengan batuan seperti contohnya larutan HCl akan bereaksi dengan batu gamping. Bahkan air pun dapat bereaksi melarutan beberapa jenis batuan. Salah satu contoh yang nyata adalah “hujan asam” yang sangat mempengaruhi terjadinya pelapukan secara kimia.

3.    Pelapukan secara biologi: Selain pelapukan yang terjadi akibat proses fisikan dan kimia, salah satu pelapukan yang dapat terjadi adalah pelapukan secara biologi. Salah satu contohnya adalah pelapukan yang disebabkan oleh gangguan dari akar tanaman yang cukup besar. Akar-akar tanaman yang besar ini mampu membuat rekahan-rekahan di batuan dan akhirnya dapat memecah batuan menjadi bagian yang lebih kecil lagi.

          Setelah batuan mengalami pelapukan, batuan-batuan tersebut akan pecah menjadi bagian yang lebih kecil lagi sehingga mudah untuk berpindah tempat. Berpindahnya tempat dari partikel-partikel kecil ini disebut erosi. Proses erosi ini dapat terjadi melalui beberapa cara:

1.    Akibat grafitasi: akibat adanya grafitasi bumi maka pecahan batuan yang ada bisa langsung jatuh ke permukaan tanah atau menggelinding melalui tebing sampai akhirnya terkumpul di permukaan tanah.

2.    Akibat air: air yang melewati pecahan-pecahan kecil batuan yang ada dapat mengangkut pecahan tersebut dari satu tempat ke tempat yang lain. Salah satu contoh yang dapat diamati dengan jelas adalah peranan sungai dalam mengangkut pecahan-pecahan batuan yang kecil ini.

3.    Akibat angin: selain air, angin pun dapat mengangkut pecahan-pecahan batuan yang kecil ukurannya seperti halnya yang saat ini terjadi di daerah gurun.

4.    Akibat glasier: sungai es atau yang sering disebut glasier seperti yang ada di Alaska sekarang juga mampu memindahkan pecahan-pecahan batuan yang ada.

          Material hasil erosi dan pelapukan mengandung  senyawa-senyawa organik dan anorganik yang kemudian diangkut oleh aliran permukaan dan mengendap pada cekungan-cekungan tanah, danau atau laut. Cekungan-cekungan, sedimen dasar danau dan lautan memperoleh unsur  hara yang larut dalam sedimen.  Unsur-unsur hara tersebut kemudian dimanfaatkan oleh tanaman untuk pertumbuhannya. Proses sedimentasi tersebut menyebabkan perubahan bentuk lahan dan terjadi bukit-bukit hasil sedimentasi yang seterusnya akan kembali ke siklus sedimennya.

Referensi :

-        Ir.Indriyanto.2006.Ekologi Hutan.penerbit Bumi Aksara Jakarta

-        www.oseanografi.lipi.go.id/sites/default/.../oseana_xxxii(2)29-41.pdf

-        http://sains.geoklik.com/pengertian-dan-macam-macam-daur-biogeokimia

-        Buchari, dkk. 2001. Kimia Lingkungan. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Jakarta.