EKOLOGI LANJUT KONSEP ANGGARAN ENERGI, EFISIEN EKOLOGI DAN PRODUKTIVITAS PRODUKTIVITAS (PRIMER DAN SEKUNDER)
MAKALAH
disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Ekologi Lanjut dibina oleh Prof. Dr. Hj. Mimien Henie Irawati Al Muhdhar dan Prof. Dr. Ir. Suhadi, M.Si
Oleh kelompok 2/offering C Muhammad Khalil 170341864514 170341864514 Ella Rahmawati Hamiatin 170341864572 170341864572
UNIVERSITAS NEGERI MALANG PASCASARJANA PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI OKTOBER 2017
KONSEP ANGGARAN ENERGI, EFISIEN EKOLOGI DAN PRODUKTIVITAS PRODUKTIVITAS (PRIMER DAN SEKUNDER) A. Konsep Anggaran Energi
Menurut Blacwell dan Kendeigh (1980) energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Hal-hal
yang berkaitan dengan energi
dijelaskan melalui hukum termodinamika. 1. Hukum termodinamika I menyatakan bahwa energi dapat ditransformasikan dari satu bentuk ke bentuk yang lain, tetapi energi tidak dapat dibuat dan dirusak. 2. Hukum termodinamika II menyatakan tidak ada proses transformasi energi yang berlangsung secara spontan tanpa ada sejumlah energi yang terlepas, atau dengan kata lain proses transformasi energi tidak pernah efisien 100%. Anggaran energi merupakan istilah yang berkaitan dengan arah pemanfaatan energi energi yang berhasil ditambat oleh makhluk di dalam suatu ekosistem. ekosistem. Makhluk hidup harus memasukkan sejumlah energi dari lingkungannya dan pada suatu saat makhluk ini juga dapat melepaskan sejumlah energi ke dalam lingkungannya. Bila masukan energi lebih besar dibandingkan keluaran energi, maka makhluk hidup akan mengalami pertumbuhan dan perkembangan atau makhluk tersebut telah mengalami produktifitas (Kramadibrata, 1996) Darmawan (2005) menjelaskan bahwa proses pemasukan energi (input) idealnya (input) idealnya sudah tentu lebih besar dari pada pengeluaran (output), jika (output), jika energi yang keluar lebih besar dari energi yang masuk dalam suatu organisme, maka tentu hal ini akan menimbulkan ketidakseimbangan, sehingga mengakibatkan organisme tersebut akan kekurangan energi (lemah). Energi secara umum digunakan di gunakan untuk dua tujuan yaitu kelangsungan hidup dan untuk menjaga kelestarian jenisnya dalam jangka waktu yang tidak terbatas. Kelangsungan hidup makhluk hidup dapat terjadi j ika makhluk hidup menyisihkan sejumlah energinya untuk keperluan memelihara kualitas hidup agar mampu bersaing dan mengantisipasi faktor-faktor f aktor-faktor mortalitas mortali tas seperti penyakit, parasit, dan predator. Energi dipakai untuk memelihara kualitas hidup seperti melangsungkan proses fisiologis tubuh, membentuk dan mengganti s el-sel tubuh yang telah tel ah rusak, memproduksi hormone dan enzim, serta memproduksi sel-sel kekebalan tubuh.
Energi juga digunakan untuk menjaga kelestarian jenis makhluk hidup dengan cara menyisihkan sebagian energinya untuk keperluan reproduksi yaitu membentuk selsel kelamin dan hormon-hormon kelamin, melangsungkan perkembangan embrio, memberi nutrisi pada embrio, dan makhluk hidup muda yang baru dilahirkan (Sukarsono. 2009). Blacwell dan Kendeigh (1980) memaparkan bahwa proses aliran energi berlangsung dengan adanya proses rantai makanan. Tumbuhan dimakan oleh herbivora, dengan demikian energi makanan dari tumbuhan mengalir masuk ke tubuh herbivora. Herbivora dimakan oleh karnivora, sehingga energi makanan dari herbivora masuk ke tubuh karnivora. Di alam rantai makanan itu tidak sederhana, tetapi ada banyak, satu dengan yang lain saling terkait atau berhubungan sehingga membentuk jaring-jaring makanan. Organisme-organisme yang memperoleh energi makanan dari tumbuhan dengan jumlah langkah yang sama dimasukkan ke dalam aras trofik yang sama. Menurut Wirakusumah (2003) struktur trofik dapat digambarkan dalam bentuk diagram yang kemudian dikenal sebagai piramida ekologi. Aras trofik I (produsen) diletakkan sebagai dasar piramida, kemudian diatasnya adalah aras-aras trofik yang berikutnya (herbivora, karnivora) sebagai konsumen primer, sekunder, tersier dan seterusnya sampai ke tingkat yang tertinggi. Berikut ini adalah piramida ekologi yang memiliki tiga macam tipe yaitu. 1. Piramida jumlah: yang menggambarkan jumlah individu pada masingmasing aras trofik
Gambar 1. Piramida Jumlah Ekologi
2. Piramida biomassa: yang menggambarkan besarnya biomassa pada masingmasing aras trofik. Biomassa dapat dinyatakan dalam satuan berat kering atau berat abu.
Gambar 2. Piramida Biomassa Ekologi
3. Piramida energi: yang menggambarkan laju aliran energi atau produktivitas pada setiap aras trofik, energi dapat dinyatakan dalam satuan kalori.
Gambar 3. Piramida Energi Ekologi
B. Efisiensi dalam Ekologi
Efisiensi ekologi merupakan perbandingan dari beberapa parameter aliran energy di dalam dan antar tingkatan trofik, populasi, dan individu organisme. Terdapat berbagai macam diantaranya adalah efisiensi fotosintesis, efisiensi produksi, efisiensi pertumbuhan, efisiensi reproduksi dan efisiensi efis iensi eksploitasi dan efisiensi trofik. Transfer energi dan biomasa yang terjadi pada suatu sis tem trofik terdiri dari tiga komponen: konsumsi, asimilasi, dan produksi; yang menentukan jumlah energi dan biomasa yang ditransfer selama proses amakan dimakan (feeding event). Semakin besar energi atau biomasa yang ditransfer, maka efisiensi trofiknya semakin tinggi (Newton, 2007). Produksi pada setiap tingkatan trofik (Prodn) bergantung pada besarnya produksi yang terjadi tingkatan trofik sebelumnya (Prodn-1) (Prodn-1) dan efisiensi trofik (Trophic Efficiency – Etroph), Etroph), di mana produksi mangsa (Prodn-1) dikonversi ke produksi konsumen (Prodn) (Chapin et al., 2002). Pada ekosistem terrestrial, distribusi biomasa yang terjadi pada setiap tingkatan trofik dapat digambarkan dengan piramida yang serupa dengan piramida energi, dengan biomasa terbesar terdapat pada produsen primer dan semakin mengecil pada tingkatan di atasnya (Chapin et al., 2002). Hal ini dapat terjadi karena: (1) piramida energi menghasilkan ketersediaan energi untuk tingkatan trofik di atasnya semakin berkurang, karena adanya nergi yang dilepaskan pada setiap tingkatan trofuik sebelumnya. (2) Besarnya proporsi yang dilakukan oleh tumbuhan terrestrial pada jaringan strukturalnya memperkecil proporsi dari produksdi tumbuhan yang dapat diperoleh secondary production (Chapin et al., 2002).
nsumpti on E ffi ff i ciency) ciency) 1. Efisiensi Konsumsi ( C onsump Energi yang hilang di setiap tingkatan trofik membatasi produksi pada tingkatan trofik di atasnya. Faktor utama yang membedakan variasi efisiensi konsumsi pada herbivora adalah perbedaan alokasi tumbuhan pada strukturnya. Cara menghitung efisiensi konsumsi ini dapat dilihat pada persamaan di bawah ini (Chapin et al., 2002).
Efisiensi konsumsi herbivora yang paling rendah umumnya terjadi di ekosistem hutan (kurang dari 1 % hingga 5 %) karena besarnya alokasi tumbuhan hutan pada struktur kayunya, yang tidak mudah untuk dikonsumsi herbivora (Chapin et al., 2002). Pada ekosistem padang rumput, efisiensi konsumsi hebivora lebih tinggi daripada di hutan (10 – 60 %) karena sebagian besar materi tumbuhannya bukan berupa materi berkayu. Efisiensi konsumsi herbivora tertinggi terdapat pada ekosistem pelagik (umumnya, lebih besar dari 40 %), ekosistem dengan sebagian besar biomasa tumbuhannya lebih banyak dialokasikan pada isi sel daripada dinding selnya (seperti alga) (Chapin et al ., 2002). Kandungan toksik alami tumbuhan (seperti kandungan metabolit sekunder tumbuhan)
membatasi
efisiensi
konsumsi
herbivora
pada
ekosistem
terrestrial(Chapin et al., 2002). Selain itu, efisiensi konsumsi karnivora seringkali lebih tinggi daripada herbivora, yaitu antara 5-100%. Contohnya vertebrata predator yang memakan mangsa vertebrata lainnya, memiliki efisiensi konsumsi lebih besar dari 50%, menunjukkan bahwa lebih banyak mangsa yang dimakan daripada yang memasuki pool tanah sebagai detritus (Chapin et al., 2002).
ssimi lat lati on Eff E ffii cienc ciency) y) 2. Efisiensi Asimilasi ( A ssimi Efisiensi asimilasi ini merupakan proporsi dari energi yang dicerna (In) dan diasimilasikan (An) ke dalam aliran darah. Efisiensi Asimilasi dipengaruhi oleh kualitas makanan dan fisiologi konsumen. Materi yang tidak terasimilasi kemudian dikembalikan ke tanah dalam bentuk feces, komponen input bagi detritus-sistem. Cara menghitung efisiensi asimilasi ini ditunjukkan dengan persamaan di bawah ini (Chapin et al., 2002).
Efisiensi asimilasi seringkali lebih besar (sekitar 5-80%) daripada efisiensi konsumsi (0,1-50%). Karnivora pemakan vertebrata cenderung memiliki efisiensi asimilasi yang lebih tinggi (sekitar 80 %) daripada herbivora terrestrial (5-20%)
karena karnivora tersebut memakan makanan dengan struktural yang lebih kecil daripada yang terdapat pada tumbuhan terrestrial (Chapin et al., 2002).
(P r oduct ucti on E ffi ff i ciency ciency)) 3. Efisiensi Produksi (Pr Efisiensi produksi adalah proporsi dari energi yang terasimilasi yang dikonversi terhadap produksi hewan. Efisiensi produksi ini meliputi pertumbuhan dari individu dan proses reproduksi untuk membentuk individu baru. Efisiensi produksi ini terutama dipengaruhi/ditentukan oleh metabolisme hewan. Cara menghitung efisiensi produksi ini ditunjukkan dengan persamaan di bawah ini (Chapin et al., 2002).
Energi asimilasi yang tidak tergabung dalam produksi hilang ke lingkungan dalam bentuk respiratory heat. Efisiensi produksi untuk setiap individu hewan bervariasi dari kurang dari 1 % hingga hingga 50 % dan sangat sangat berbeda antara homoeterm (Eprod 1-3%) dan poikiloterm (Eprod 10-50%) (Chapin et al., 2002). Homoeterm menghabiskan
sebagian
besar
energi
yang
diasimilasikannya
untuk
mempertahankan suhu tubuh agar konstan. Efisiensi produksi pada homoiterm ini berkurang dengan semakin kecilnya ukuran tubuh. Efisiensi produksi pada poikiloterm relatif tinggi (sekitar 25%) dan cenderung menurun dengan bertambahnya ukuran tubuh (Chapin et al., 2002). C. Produktivitas Primer
Produktivitas primer adalah laju penyimpanan energi sinar matahari oleh aktivitas fotosintetik (terutama tumbuhan hijau atau fitoplankton) ke bentuk bahan organik yang dapat digunakan sebagai bahan makanan (Odum, 1993). Kesuburan suatu perairan pada hakekatnya ditentukan oleh besarnya produktivitas primer perairan tersebut, sementara itu yang memegang peran penting dalam produktivitas primer adalah fitoplankton sebagai produsen primer (Sachlan, 1980). 1980). Persediaan energi yang tersimpan didalam komunitas dianggap sebagai produktivitas suatu ekosistem. Produktivitas diukur dengan besarnya biomassa organisme yang ada di ekosistem. Biomassa diperoleh dari tubuh organisme yang
ada di dalam ekosistem. Tubuh organisme yang ada disuatu ekosistem disebut “ standing crop”. crop”. Produktivitas primer adalah laju penyimpanan energi pada tumbuhan (Susanto, 1999). Produktivitas primer bersih dikumpulkan oleh tumbuhan sepanjang waktu disebut sebagai biomassa. Produktivitas primer menurut Darmawan (2005), dibagi menjadi dua yaitu: 1. Produktivitas primer bersih, adalah energi yang disimpan oleh tumbuhan setelah dikurangi dengan proses respirasi. 2. Produktivitas primer kotor, adalah seluruh energi yang disimpan sebagai akibat proses fotosintesis. Produktivitas harus diukur selama waktu yang tepat, karena terdapat perbedaan metabolisme selama siang dan malam hari. Perbedaan Perbedaan metabolisme juga juga terjadi antar musim, oleh sebab itu biasanya pengukuran energy ini dalam skala tahunan. Berbagai metode telah dilakukan untuk mengukur produktivitas primer, setiap prosedur memiliki keuntungan dan kerugian masing-masing. Metode yang digunakan dalam mengukur produktivitas primer adalah sebagai berikut. 1. Metode oksigen menggunakan botol gelap-botol terang
Prinsip metode oksigen menggunakan botol terang dan botol gelap ini didasarkan pada estimasi pelepasan oksigen oleh produsen pada waktu tertentu. Oksigen diproduksi oleh produsen dan selama itu pula oksigen juga digunakan untuk respirasi. Proses pembentukan oksigen hanya terjadi jika ada cahaya, oleh sebab itu kadar oksigen akan bervariasi menurut w aktu, kondisi lingkungan, musim, kondisi permukaan air dan kejernihan air (Darmawan, 2005). Prosedurnya adalah mula-mula diukur kadar oksigen pada air dalam kedalaman yang dinginkan. Air tersebut selanjutnya dimasukkan ke kedua botol. Botol didedahkan secara in situ selama waku yang dinginkan. Didalam botol gelap jelas tidak terjadi proses fotosintesis, karenanya karenanya konsentrasi oksigennya oksigennya akan turun karena pada proses respirasi dan dekomposisi. Jadi akan terjadi penurunan oksigen di dalam botol gelap dan mungkin kenaikan oksigen di dalam botol terang. Pendedahan disarankan dilakukan selama 6 jam. Dari hasil eksperimen tersebut dapat diukur: Respirasi (oksigen yang digunakan) = digunakan) = kadar oksigen pada awal eksperimenkadar oksigen di botol gelap pada akhir eksperimen
Produktivitas primer kotor = kadar oksigen di botol terang pada akhir percobaan – percobaan – kadar kadar oksigen di botol gelap pada akhir percobaan Produktivitas primer bersih = produktivitas primer kotor – kotor – respirasi respirasi Nilai akhir dari hasil perhitungan adalah kadar oksigen dalam mg/liter. Untuk mengubah nilai mg/l oksigen ke nilai mg karbon/m 3 air, dilakukan dengan menggandakan setiap mg/l k oksigen dengan 375,36. Hasil akhir pengukuran adalah mg karbon/m 3. Nilai tersebut harus diubah ke dalam bentuk mg karbon/m3/unit waktu. Unit waktu dapat berua perjam atau perhari. Karena snar matahari hanya ada selama kurang lebih 12 jam selama satu hari (24 jam), maka nilai per jam harus digandakan 12 kali untuk menghitung produktivitas harian. 2. Metode klorofil
Metode ini didasarkan pada hubungan yang erat antara jumlah klorofil dengan jumlah fotosintesis. Metode ini dapat dilakukan baik pada tumbuhan di daratan maupun tumbuhan akuatik (fitoplankton dan makrofita). Mula-mula dilakukan pencuplikan daun dengan ukuran tertentu. Untuk sampling fitoplankton dilakukan dengan pengambilan sampel air dalam volume tertentu. Organisme selain fitoplankton harus dipisahkan dari sampel. Sampel selanjutnya di saring menggunakan filter khusus fitoplankton pada pompa vakum dengan tekanan yang rendah. Filter yang mengandung klorofil dialrutkan pada aseton 85%, kemudian dibiarkan semalam, dan selanjutnya disentrifuse. Supernatannya dibuang dan pellet yang mengandung klorofil dikeringkan dan ditimbang beratnya. Berat klorofil diukur dalam mg klorofil/unit area. Pengukura kadar klorofil juga dapat dilakukan menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelompbang 665 nm. Dengan data hasil pengamatan tersebut kita dapat mencari efisiensi asimilasi komunitas, indeks produktivitas dan efisiensi pemeliharan tubuh tumbuhan tumbuhan (Darmawan, 2005). D. Produktivitas Sekunder
Hewan adalah organisme yang tidak dapat membuat makanan sendiri (heterotof ), ), oleh sebab itu kebutuhannya akan energy tergantung pada produksi primer bersih. Produktivitas primer bersih merupakan sejumlah energi yang tersedia bagi komponen heterotropik dalam ekosistem. Secara teoritis, paling ti dak semua produksi primer bersih tersedia bagi pemakan tumbuhan dan decomposer.
Sebagian dari produksi bersih juga dibawa ke rantai makanan di luar dari ekosistemnya oleh manusia, air, atau angin. Produktivitas sekunder adalah biomassa pada tubuh hewan heterotrop. Hewan yang termasuk organisme heterotrop adalah hewan yang memperoleh makanan dengan cara memakan tumbuhan atau hewan lain. Banyak produktivitas sekunder dari suatu komunitas tergantung pada banyaknya produktivitas primer pada komunitas yang bersangkutan. Artinya produktivitas sekunder tinggi jika produktivitas premer tinggi. Brylinsky Brylinsky dan Mann Mann (dalam Begon, 1990) menemukan hubungan positif anatara produktivitas sekunder pada zooplankton dengan produktivitas primer fitoplankton. Yang tersebar di telaga-telaga yang tersebar di muka bumi. Meskipun hubungan antara produktivitas sekunder dan produktivitas primer bersifat positif, positif , tetapi produktivitas sekunder di suatu ekosistem selalu selal u lebih kecil dari pada produktivitas primer. Sebabnya adalah: (1) tidak semua bagian tubuh tumbuhan dimakan oleh hewan, (2) tidak semua bahan yang dimakan oleh hewan dapat diserap oleh saluran pencernaan makanan, sebagian ada yang kelaur bersama kotoran, (3) tidak semua zat makanan yang diserap oleh usus dapat disusun menjad biomassa tubuh, karena sebagian seba gian dikeluarkan oleh tubuh t ubuh sebagai sisa metabolism (Susanto, 1999). Produktivitas sekunder juga ditentukan oleh kecepatan reproduksi dari hewan-hewan heterotrop. Jika kecepatan perkembangbiakan hewan cepat maka produktivitas sekunder tinggi. Hewan-hewan tertentu berkembang biak pada musim-musim tertentu. Hal ini tampak pada siput darat. Pada musim kemarau siput melakukan dormnsi dengan beristirahat di tempat-tempat yang teduh dan lembab. Menjelang musim penghujan siput bertelur, dan telurrnya menetas pada awal musim penghujan. Dengan demikian dapat diperhitungkan bahwa pada musim kemarau produktivitas energy pada populasi siput darat pada musim kemarau rendah, dan pada musim penghujan tinggi (Susanto, 1999).
DAFTAR RUJUKAN
Blacwell, O. dan Kendeigh, S. C. 1980. Ecology with Special Reference to Animal and Man. Man . New jersey: Prentice Hall Press. Begon, M., Harper, J.L., dan Towsend, C.R. 1990. Ecology: Individuals, Populations, and Communities. Communities. Cambridge: Cambridge: Blackwell Science Ltd Chapin, F.S., P. A. Matson., H. A. Mooney. 2002. Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology. United Ecology. United States of America: Springer. Darmawan, A. 2005. Ekologi 2005. Ekologi Hewan. Malang: Hewan. Malang: Universitas Negeri Malang Press. Kramadibrata, H. 1996. Ekologi Hewan. Hewan. Bandung: Institut Teknologi Bandung Press. Odum, E. P. 1993. Dasar-Dasar Ekologi. Terjemahan dari Fundamental of Eology.Yogyakara: Eology.Yogyakara: Gajah Mada Press. Paul C.D. Newton, R. Andrew C., Grant, R.E. and Pascal, A.N. 2007. Agroecosystem in Changing Climate. USA: Climate. USA: CRC Press Taylor & Francis Group. Sukarsono. 2009. 2009 . Pengantar Ekologi Hewan. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press. Susanto. P. 1999. Ekoenergitika. Ekoenergitika. Malang: Universitas Negeri Malang Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Wirakusumah, S. 2003. Dasar-Dasar 2003. Dasar-Dasar Ekologi. Jakarta: Ekologi. Jakarta: Universitas Indonesia Press.
