MAKALAH PRODUKTIVITAS PERAIRAN Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Limnologi
Disusun Oleh : Kelompok 8 Ajeng Edita Subandi M0409002 Alan Fery Kusuma
M0409004
Ika Sartika Saili
M0409026
Imam Taufik
M0409027
Khusnul Fuadah
M0409032
Yul Tri Darweni
M0409068
Anindya P
M0409073
JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011
BAB I PENDAHULUAN
Dalam ekosistem air tawar terdapat berbagai sumberdaya perairan yaitu organisme penghuni baik tumbuhan maupun hewan, benda-benda mati seperti batu dan serta sumberdaya air. Tersedianya oksigen yang cukup di perairan akan memudahkan oksidasi kimiawi dan pernafasan organisme yang hidup didalamnya. Sumber oksigen akan berubah jika terjadi perubahan ekosistem dari air mengalir menjadi air tergenang. Pada saat air mengalir permukaan air yang dapat bersinggungan dengan udara semakin luas, sehingga memudahkan difusi udara. Tetapi setelah berubah menjadi air tergenang, oksigen lebih banyak diperoleh dari proses fotosintesis dari fitoplankton dan tumbuhan yang ada di dalam ekosistem tersebut. Kontak air dengan udara hanya terjadi pada bagian permukaan air saja, sehingga difusi langsung juga hanya terjadi di permukaan air (Arfiati, 2009). Menurut Musa dan Uun (2006), komunitas biologi diperairan secara konseptual dikelompokkan ke dalam ranati makanan (food chains) dan jaringan makanan (food webs). Ilustrasi paling sederhana dari organisasi organisme dalam ekosistem adalah piramida ekologi. Dasar produsen primer mendukung herbivora (zooplankton), planktivora dan sejumlah kecil karnivora (pemangsa/predator). Sumber energi dasar dalam semua ekosistem adalah energi matahari. Pengetahuan yang tepat tentang produksi primer di perairan alami adalah dengan memusatkan perhatian pada limnologi. Produksi adalah ukuran trophic level (jenjang trofik) dari suatu badan air, dimana trophic level merupakan intensitas produksi primer (Mahmudi, 2005). Menurut Djumara (2007), konsep produktivitas, produktivitas adalah laju penambatan atau penyimpanan energi oleh suatu komunitas dalam ekosistem. Produktivitas dari suatu ekosistem adalah kecepatan cahaya matahari yang diikat oleh vegetasi menjadi produktivitas kotor (produktivitas primer bruto), sesuai dengan kecepatan fotosintesis. Sedangkan produktivitas bersih (produktivitas primer neto)
dari vegetasi adalah produksi dalam arti dapat dipergunakan oleh organisme lain, yaitu sesuai dengan kecepatan fotosintesis (produksi bahan kering) dikurangi kecepatan respirasi. Oleh karena suhu dan cahaya bervariasi sepanjang hari maka produktivitas tanaman dinyatakan dalam satuan berat kering (gram/kilogram) per satuan luas permukaan tanah per musim pertumbuhan atau per tahun. Dalam struktur jaringan makanan, peran fungsional zooplankton sangat penting sebagai vektor energi yang mengalirkan energi ke tingkat trofik yang lebih tinggi. Fungsi ini banyak tergantung pada kemampuan zooplankton berperan sebagai konsumen dari fitoplankton, yang merupakan komponen dasar dalam struktur kehidupan pelagis. Dalam hubungan trofik ini, perubahan kuantitas zooplankton banyak diperngaruhi oleh kuantitas fitoplankton. Hubungan trofik fitoplankton-zooplankton dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti misalnya kondisi pertumbuhan; intensitas pemakanan terhadap masing-masing trofik distribusi dan kondisi awal dari biomassa dari masing-masing trofik. Akibat dari pengaruh faktor-faktor tersebut komponen fitoplankton dan zooplankton dapat bervariasi secara ekstrim (Wiadnyana, 1999). Menurut Jordan (1985) dalam Wiharto (2007) dalam Mahmudi (2009), Jika produktivitas suatu ekosistem hanya berubah sedikit dalam jangka waktu yang lama maka hal itu menandakan kondisi lingkungan yang stabil, tetapi jika perubahan yang dramatis maka menunjukkan telah terjadi perubahan lingkungan yang nyata atau terjadi perubahan yang penting dalam interaksi di antara organisme penyusun eksosistem. Menurut Campbell (2002), terjadinya perbedaan produktivitas pada berbagai ekosistem dalam biosfer disebabkan oleh adanya faktor pembatas dalam setiap ekosistem. Faktor yang paling penting dalam pembatasan produktivitas bergantung pada jenis ekosistem dan perubahan musim dalam lingkungan.
BAB II PEMBAHASAN
A. Produktivitas Primer Produktivitas primer merupakan hasil dari proses fotosintesis fitoplankton dan tumbuhan air dimana di dalam air akan dihasilkan senyawa organik dan oksigen yang sangat dibutuhkan oleh organisme akuatik (Sinurat, 2009). Menurut Djumara (2007), di dalam suatu ekosistem dikenal adanya produsen dan konsumen, sehingga juga dikenal adanya produktivitas oleh produsen dan produktivitas
oleh
konsumen.
Produktivitas
pada
aras
konsumen
disebut
produktivitas primer (dasar), sedangkan pada aras konsumen disebut produktivitas sekunder. Produktivitas primer adalah laju penambatan energi oleh produsen melalui proses fotosintesis. Produksi primer dari suatu ekosistem berasal dari proses fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan berdaun hijau dengan pengikatan energi yang berasal dari cahaya matahari. Secara kimia proses fotosintesis merupakan reaksi oksidasi-reduksi (redoks) meliputi penyimpanan bagian dari energi cahaya matahari sebatas energi potensial. Produksi primer yang menumpuk pada produsen atau tumbuhan selama suatu periode tertentu merupakan biomasa tumbuhan. Sebagian dari biomasa ini akan diganti melalui proses dekomposisi dan sebagian lagi tetap disimpan dalam waktu yang lebih lama sebagai materi yang berdaur hidup (life cycle). Jumlah akumulasi materi organik yang hidup pada suatu waktu disebut Standing Crop Biomass (biomasa hasil bawaan). Dengan demikian jelas bahwa biomasa berbeda dengan produksi (produktivitas). Produktivitas komunitas bersih merupakan laju penyimpanan materi organik oleh produsen, yang tidak digunakan (dimakan) oleh heterotrof (herbivora). Jadi produktivitas komunitas bersih merupakan sisa produktivitas primer sesudah dikurangi yang digunakan (dikonsumsi) oleh herbivora.
Faktor Yang Mempengaruhi Produktivitas Primer antara lain suhu, cahaya, air, curah hujan dan kelembaban, nutrient, tanah, herbivora. a. Suhu Berdasarkan gradasi suhu rata-rata tahunan, maka produktivitas akan meningkat dari wilayah kutub ke ekuator. Namun pada hutan hujan tropis, suhu bukanlah menjadi faktor dominan yang menentukan produktivitas, tapi lamanya musim tumbuh. Adanya suhu yang tinggi dan konstan hampir sepanjang tahun dapat bermakna musim tumbuh bagi tumbuhan akan berlangsung lama, yang pada gilirannya meningkatkan produktivitas. Suhu secara langsung ataupun tidak langsung berpengaruh pada produktivitas. Secara langsung suhu berperan dalam mengontrol reaksi enzimatik dalam proses fotosintetis, sehingga tingginya suhu dapat meningkatkan laju maksimum fotosintesis. Sedangkan secara tidak langsung, misalnya suhu berperan dalam membentuk stratifikasi kolom perairan yang akibatnya dapat mempengaruhi distribusi vertikal fitoplankton. b. Cahaya Cahaya merupakan sumber energy primer bagi ekosistem. Cahaya memiliki peran yang sangat vital dalam produktivitas primer, oleh karena hanya dengan energy cahaya tumbuhan dan fitoplankton dapat menggerakkan mesin fotosintesis dalam tubuhnya. Hal ini berarti bahwa wilayah yang menerima lebih banyak dan lebih lama penyinaran cahaya matahari tahunan akan memiliki kesempatan berfotosintesis
yang
lebih
panjang
sehingga
mendukung
peningkatan
produktivitas primer. Pada ekosistem terrestrial seperti hutan hujan tropis memilik produktivitas primer yang paling tinggi karena wilayah hutan hujan tropis menerima lebih banyak sinar matahari tahunan yang tersedia bagi fotosintesis dibanding dengan iklim sedang (Wiharto, 2007). Sedangkan pada eksosistem perairan, laju pertumbuhan fitoplankton sangat tergantung pada ketersediaan cahaya dalam perairan. Laju pertumbuhan maksimum fitoplankton akan mengalami penurunan jika perairan berada pada kondisi ketersediaan cahaya yang rendah.
c. Air, curah hujan dan kelembaban Produktivitas pada ekosistem terrestrial berkorelasi dengan ketersediaan air. Air merupakan bahan dasar dalam proses fotosintesis, sehingga ketersediaan air merupakan faktor pembatas terhadap aktivitas fotosintetik. Secara kimiwi air berperan sebagai pelarut universal, keberadaan air memungkinkan membawa serta nutrient yang dibutuhkan oleh tumbuhan. Air memiliki siklus dalam ekosistem. Keberadaan air dalam ekosistem dalam bentuk air tanah, air sungai/perairan, dan air di atmosfer dalam bentuk uap. Uap di atmosfer dapat mengalami kondensasi lalu jatuh sebagai air hujan. Interaksi antara suhu dan air hujan yang banyak yang berlangsung sepanjang tahun menghasilkan kondisi kelembaban yang sangat ideal tumbuhan terutama pada hutan hujan tropis untuk meningkatkan produktivitas. Menurut Jordan (1995) dalam Wiharto (2007), tingginya kelembaban pada gilirannya akan meningkatkan produktivitas mikroorganisme. Selain itu, proses lain yang sangat dipengaruhi proses ini adalah pelapukan tanah yang berlangsung cepat yang menyebabkan lepasnya unsure hara yang dibutuhkan oleh tumbuhan. Terjadinya petir dan badai selama hujan menyebabkan banyaknya nitrogen yang terfiksasi di udara, dan turun ke bumi bersama air hujan.
Namun demikian, air yang jatuh sebagai hujan akan
menyebabkan tanah-tanah yang tidak tertutupi vegetasi rentan mengalami pencucian yang akan mengurangi kesuburan tanah. Pencucian adalah penyebab utama hilangnya zat hara dalam ekosistem. d. Nutrient Tumbuhan membutuhkan berbagai ragam nutrient anorganik, beberapa dalam jumlah yang relatif besar dan yang lainnya dalam jumlah sedikit, akan tetapi semuanya penting. Pada beberapa ekosistem terrestrial, nutrient organic merupakan faktor pembatas yang penting bagi produktivitas. Produktivitas dapat menurun bahkan berhenti jika suatu nutrient spesifik atau nutrient tunggal tidak lagi terdapat dalam jumlah yang mencukupi. Nutrient spesifik yang demikian disebut nutrient pembatas (limiting nutrient). Pada banyak ekosistem nitrogen dan
fosfor merupakan nutrient pembatas utama, beberapa bukti juga menyatakan bahwa CO2 kadang-kadang membatasi produktivitas. Produktivitas di laut umumnya terdapat paling besar diperairan dangkal dekat benua dan disepanjang terumbu karang, di mana cahaya dan nutrient melimpah. Produktivitas primer persatuan luas laut terbuka relative rendah karena nutrient anorganic khusunya nitrogen dan fosfor terbatas ketersediaannya dipermukaan. Di tempat yang dalam di mana nutrient melimpah, namun cahaya tidak mencukupi untuk fotosintesis. Sehingga fitoplankton, berada pada kondisi paling produktif ketika arus yang naik ke atas membawa nitrogen dan fosfor kepermukaan. e. Tanah Potensi ketersedian hidrogen yang tinggi pada tanah-tanah tropis disebabkan oleh diproduksinya asam organik secara kontinu melalui respirasi yang dilangsungkan oleh mikroorganisme tanah dan akar (respirasi tanah). Jika tanah dalam keadaan basah, maka karbon dioksida (CO2) dari respirasi tanah beserta air (H2O) akan membentuk asam karbonat (H2CO3 ) yang kemudian akan mengalami disosiasi menjadi bikarbonat (HCO3-) dan sebuah ion hidrogen bermuatan positif (H+). Ion hidrogen selanjutnya dapat menggantikan kation hara yang ada pada koloid tanah, kemudian bikarbonat bereaksi dengan kation yang dilepaskan oleh koloid, dan hasil reaksi ini dapat tercuci ke bawah melalui profil tanah (wiharto, 2007). Hidrogen yang dibebaskan ke tanah sebagai hasil aktivitas biologi, akan bereaksi dengan liat silikat dan membebaskan aluminium. Karena aluminium merupakan unsur yang terdapat dimana-mana di daerah hutan hujan tropis, maka alminiumlah yang lebih dominan berasosiasi dengan tanah asam di daerah ini. Sulfat juga dapat menjadi sumber pembentuk asam di tanah. Sulfat ini dapat masuk ke ekosistem melalui hujan maupun jatuhan kering, juga melalui aktivitas organisme mikro yang melepaskan senyawa gas sulfur. Asam organik juga dapat dilepaskan dari aktivitas penguraian serasah (Jordan, 1985 dalam Wiharto, 2007 ). f. Herbivora
Menurut Barbour at al. (1987) dalam Wiharto (2007), sekitar 10 % dari produktivitas vegetasi darat dunia dikonsumsi oleh herbivora biofag. Persentase ini bervariasi menurut tipe ekosistem darat. Namun demikian, menurut McNaughton dan Wolf (1998), bahwa akibat yang ditimbulkan oleh herbivore pada produktivitas primer sangat sedikit sekali diketahui. Bahkan hubunga antar herbivore dan produktivitas primer bersih kemungkinan bersifat kompleks, di mana konsumsi sering menstimulasi produktivitas tumbuhan sehingga meningkat mencapai tingkat tertentu yang kemudian dapat menurun jika intensitasnya optimum. Menurut Jordan (1985) dalam Wiharto (2007) menyatakan, bahwa, walaupun defoliasi pada individu pohon secara menyeluruh sering sekali terjadi, hal ini disebabkan oleh tingginya keanekaragaman di daerah hutan hujan tropis. Selain itu, banyak pohon mengembangkan alat pelindung terhadap herbivora melalui produksi bahan kimia tertentu yang jika dikonsumsi oleh herbivora memberi efek yang kurang baik bagi herbivora.
Faktor lingkungan yang
mempengaruhi tingkat produktivitas primer perairan dalam ekosistem, faktor lingkungan berpengaruh terhadap segala aktivitas yang terjadi di lingkungan. Beberapa pengaruh yang menentukan kandungan klorofil dan produktivitas primer adalah kedalaman, kecerahan, kecepatan arus, suhu, salinitas, fosfat, dan nitrit. Fitoplankton yang hidup dalam perairan merupakan penyokong produktivitas primer. Pengukuran tingkat produktivitas primer suatu perairan alami harus berdasarkan besarnya aktivitas fotosintesis oleh bakteri dan alga (Odum, 1971 dalam Wijayanti dkk, 2009).
B. Produktivitas Sekunder Produktivitas sekunder merupakan laju penambatan energi yang dilakukan oleh konsumen. Pada produktivitas sekunder ini tidak dibedakan atas produktivitas kasar dan bersih. Produktivitas sekunder pada dasamya adalah asimilasi pada aras atau tingkatan konsumen (Vryzas, 2008). Menurut Djumara (2007), Produktivitas Sekunder, produktivitas primer bersih merupakan energi makanan yang terdapat pada
tumbuhan tersedia bagi konsumen. Memang tidak semua energi yang dapat dimanfaatkan oleh konsumen. Kemampuan pencernaan konsumen berbeda-beda. Kemampuan populasi konsumen untuk mengubah energi yang dikonsumsinya juga berbeda-beda. Invertebrata menggunakan sebanyak 79% dari energi yang diasimilasi untuk metabolisme dan 21% sisanya disimpan dalam tubuhnya. Sedangkan vertebrata menggunakan 98% dari energi yang diasimilasinya untuk metabolisme. Jadi Invertebrata justru mampu mengubah energi lebih besar menjadi biomasa dibandingkan dengan vertebrata. Hal tersebut menunjukkan bahwa efisiensi penangkapan energi oleh organisme berbeda-beda. Perlu diketahui bahwa hewan dikelompokkan menjadi dua kelompok energetika. Laju penyimpanan materi organik oleh konsumen disebut sebagai produktivitas sekunder. Untuk produktivitas sekunder ini tidak dibedakan menjadi produktivitas bersih dan produktivitas kasar. Hal ini disebabkan konsumen hanya menggunakan
energi
makanan
yang
dihasilkan
oleh
produsen,
kemudian
mengubahnya menjadi jaringan tubuh konsumen dengan dalam suatu proses yang menyeluruh. Jumlah energi yang mengalir dalam aras heterotrofik adalah analog dengan produksi kasar pada aras autotrofik, dan ini disebut sebagai asimilasi. Produktivitas sekunder juga mempunyai manfaat yang cukup besar bagi manusia. Seperti kita ketahui, produktivitas sekunder dapat digunakan sebagai sumber protein hewani bagi manusia. Laju produktivitas akan tinggi bilamana faktor-faktor lingkungan cocok atau optimal. Pemberian bantuan energi dari luar atau subsidi energi juga dapat meningkatkan produktivitas. Subsidi energi banyak dilakukan oleh manusia terhadap ekosistem pertanian, yang dapat berupa pemberian pupuk, irigasi, pengendalian hama, pengolahan tanah. Subsidi energi juga dapat terjadi secara alami, misalnya berupa ombak di lautan, pasang naik dan surut di pantai, hujan di daratan, angin, dan lain lain
Metode Pengukuran Produktivitas Primer Pengukuran produktivitas primer pada umumnya didasarkan pada reaksi
fotosintesis. Beberapa metode pengukuran produktivitas primer adalah: metode panen yang cocok untuk ekosistem pertanian; pengukuran oksigen, misalnya dengan metode botol gelap dan botol terang, untuk ekosistem perairan; metode pH, yang cocok untuk ekosistem perairan; metode klorofil, yang pada dasamya adalah mengukur kadar klorofil; metode radioaktif; dan metode CO2 (Vryzas, 2008). Menurut Wiryanto (2001), produktivitas primer dapat diukur dengan beberapa cara, misalnya dengan metode C14, metode klorofil, dan metode oksigen (Michael, 1995). Metode oksigen dengan botol gelap terang banyak digunakan, meskipun hasilnya terbatas dalam botol (Odum, 1993). Boehme (2000) memperkenalkan metode oksigen dilakukan melalui pembacaan kurva oksigen harian. Dengan metode ini sampel yang diteliti tidak dibatasi ukurannya dan dapat diukur setiap saat, namun ada kemungkinan terjadi persinggungan oksigen di atmosfer dan di dalam air. Banyaknya model perhitungan produktivitas primer perairan mengakibatkan hasil yang didapat berbeda-beda.
Status Trofik Perairan
Menurut Asaad (2009), status trofik perairan tergenang terbagi menjadi empat yaitu sebagai berikut: 1. Oligotrof adalah status trofik air danau dan/atau waduk yang mengandung unsur hara dengan kadar rendah, status ini menunjukkan kualitas air masih bersifat alamiah belum tercemar dari sumber unsur hara Nitrogen dan Fosfor. 2. Mesotrof adalah status trofik air danau dan/atau waduk yang mengandung unsur hara dengan kadar sedang, status ini menunjukkan adanya peningkatan kadar Nitrogen dan Fosfor namun masih dalam batas toleransi karena belum menunjukkan adanya indikasi pencemaran air.
3. Eutrof adalah status trofik air danau dan/atau waduk yang mengandung unsur hara dengan kadar tinggi, status ini menunjukkan air telah tercemar oleh peningkatan kadar Nitrogen dan Fosfor . 4. Hipereutrof/Hipertrof adalah status trofik air danau dan/atau waduk yang mengandung unsur hara dengan kadar sangat tinggi, status ini menunjukkan air telah tercemar berat oleh peningkatan kadar Nitrogen dan Fosfor. Menurut Effendi, 2007, berdasarkan tingkat kesuburannya (trofik status) perairan tergenang khususnya danau, dapat diklasifikasikan menjadi lima sebagai berikut: 1. Oligotrofik (miskin unsur hara dan produktifitas rendah) yaitu perairan dengan produktifitas primer dan biomassa yang rendah. Perairan ini memiliki kadar unsur hara nitrogen dan fosfor rendah, namun cenderung jenuh dengan oksigen. 2. Mesotrofik (unsur hara dan produktivitas sedang), yaitu perairan dengan produktivitas dan biomassa sedang. Perairan ini merupakan peralihan antar oligotrofik dan eutrofik. 3. Eutrofik (kaya unsur hara dan produktivitas tinggi), yaitu perairan dengan kadar unsur hara dan tingkat produktivitas primer tinggi. Perairan ini memiliki tingkat kecerahan yang rendah dan kadar oksigen pada lapisan hipolimnion dapat lebih kesil dari 1 mg/liter. 4. Hiper-eutrofik, yaitu perairan dengan kadar unsur hara dan produktivitas primer sangat tinggi. Pada perairan ini, kondisi anoksik (tidak terdapat oksigen) terjadi pada lapisan hipolimnion. 5. Distrofik, yaitu jenis perairan yang banyak mengandung bahan organik (misalnya asam humus dan fulvic).
BAB III PENUTUP
Kesimpulan Produktifitas perairan merupakan daya dukung produksi bahan organik yang dilakukan oleh organisme di dalam suatu perairan sehingga menghasilkan produktivitas primer dan produktivitas sekunder perairan yang digunakan untuk kelangsungan hidup organisme yang berada di dalamnya. Produktivitas primer merupakan hasil dari proses fotosintesis fitoplankton dan tumbuhan air dimana di dalam air akan dihasilkan senyawa organik dan oksigen yang sangat dibutuhkan oleh organisme akuatik. Faktor yang mempengaruhi produktivitas primer antara lain suhu, cahaya, air, curah hujan dan kelembaban, nutrient, tanah, herbivora. Pengukuran produktivitas primer pada umumnya didasarkan pada reaksi fotosintesis. Produktivitas sekunder adalah jumlah bahan organik yang terdapat dalam invertebrata air per satuan tempat dan waktu. Definisi lain menyatakan bahwa produksi sekunder adalah hasil reproduksi dan produksi yang hilang, baik yang disebabkan oleh predator maupun karena kematian Produktivitas primer dapat diukur dengan beberapa cara, misalnya dengan metode C14, metode klorofil, dan metode oksigen.
DAFTAR PUSTAKA
Darmadi. 2010. Produktivitas Primer Di Lingkungan Perairan. www. google.com. Djumara, Noorsyamsa. 2007.Modul 3 Sumber Daya Alam Lingkungan Terbarukan dan Tidak Terbarukan Diklat Teknis Pengelolaan Lingkungan Hidup di Daerah (Environmental Assesment and Management). Jakarta. http://my.opera.com/russadyRJ/blog/28-09-11 Mahmuddin.
2009.
Produktivitas
Primer
Ekosistem.
http://mahmuddin.
Wordpress.com /2009/09/09/produktivitas-primer eksosistem/ Mahmudi, M. 2005.Produktivitas Peraiaran. Fakultas Perikanan Universitas Brawijaya. Malang Pratama, M Z. 2009. Aplikasi Dalam Mata Kuliah Ekologi. www. google.com. Sinurat, Gokman. 2009. Skripsi: Studi Tentang Nilai Produktivitas Primer Di Pangururan Perairan Danau Toba. Departemen Biologi. Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sumatera Utara. Medan. Sudaryanti. 2004. Produktivitas Perairan (Sekunder). Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan. Universitas Brawijaya. Malang. Vryzas. 2008. Sejarah dan Ruang Lingkup Ekologi dan Ekosistem. www. google.com. Wiadnyana, Ngurah Nyoman. 2003. Peranan Plankton Di Dalam Ekosistem Perairan Indonesia, Lautan Red Tide. Pusat Penelitian Oseanografi (POG) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Jakarta. Wiryanto, A P. 2001. Produktifitas Primer Perairan Waduk Cengklik Boyolali. www. google.com.
