A. HUKUM MINIMUM LIEBIG Untuk pertumbuhan dan perkembangan organisme membutuhkan unsur-unsur esensial yang jenis dan jumlahnya tergantung spesies dan

Transkripsi

1 FAKTOR PEMBATAS

2 A. HUKUM MINIMUM LIEBIG Untuk pertumbuhan dan perkembangan organisme membutuhkan unsur-unsur esensial yang jenis dan jumlahnya tergantung spesies dan keadaan. Dalam keadaan mantap unsur esensial yang tersedia dalam keadaan mendekati minimum cenderung merupakan faktor pembatas.

3 Hukum Minimum Liebig menyatakan bahwa pertumbuhan suatu tanaman akan ditentukan oleh unsur hara esensial yang berada dalam jumlah minimum kritis, jadi pertumbuhan tanaman tidak ditentukan oleh unsur hara esensial yang jumlahnya paling sedikit. Dengan demikian unsur hara ini dikatakan sebagai faktor pembatas karena dapat membatasi pertumbuhan tanaman. Pertumbuhan tanaman tergantung kepada zat atau senyawa yang berada dalam keadaan minimum (apabila keadaan steady state, yaitu energi dan materi seimbang antara input dan output)

4

5 Pada keadaan yang kritis, bahan bahan pendukung kehidupan suatu organisme yang tersedia dalam jumlah minimum bertindak sebagai faktor pembatas. Justus Liebig (1840) menemukan hasil tanaman tidak ditentukan oleh unsur hara N,P, K yang diperlukan dalam jumlah banyak tetapi oleh mineral seperti magnesium yang diperlukan dalam jumlah sedikit oleh tanaman.

6

7 Bukan hanya unsur hara N,P,K yang dapat bertindak sebagai faktor pembatas, tetapi materi kimiawi lainnya seperti oksigen, fosfor untuk proses pertumbuhan dan reproduksi. Hukum minimum Liebig telah diterapkan pada program pengendalian lingkungan terhadap organisme. Namun, hukum minimun Liebig hanya dapat diterapkan pada habitat atau ekosistem dengan arus energi dan materi yang masuk seimbang dengan yang keluar.

8 B. HUKUM TOLERANSI SHELFORD Keberhasilan organisme dapat dikendalikan oleh kekurangan atau kelebihan secara kualitatif dan kuantitatif dari salah satu faktor yang mendekati batas toleransi organisme tersebut. Konsep hukum toleransi Shelford : Setiap organisme mempunyai batas maksimum dan minimum ekologis yang merupakan batas-batas dari kisaran toleransinya.

9 Hukum Toleransi Shelford menyatakan bahwa untuk setiap faktor lingkungan suatu jenis organisme mempunyai suatu kondisi minimum dan maksimum yang mampu diterimanya, diantara kedua harga ekstrim tersebut merupakan kisaran toleransi dan didalamnya terdapat sebuah kondisi yang optimum. Dengan demikian setiap organisme hanya mampu hidup pada tempat-tempat tertentu saja, yaitu tempat yang cocok yang dapat diterimanya. Diluar daerah tersebut organisme tidak dapat bertahan hidup dan disebut daerah yang tidak toleran.

10

11

12 Beberapa asas tambahan terhadap hukum toleransi Shelford : 1. Organisme dapat mempunyai toleransi luas untuk suatu faktor dan sempit untuk faktor yang lain. 2. Organisme dgn kisaran toleransi luas untuk semua faktor penyebarannya lebih luas. 3. Keadaan tidak optimum untuk suatu faktor dapat mempengaruhi toleransi terhadap faktor lain. 4. Organisme di alam banyak yang hidup dalam keadaan tidak optimum dan selalu dipengaruhi oleh beberapa faktor sekaligus. 5. Umumnya periode reproduksi (embrio, kecambah, larva) peka terhadap faktor fisik yang minimum

13 Untuk menyatakan derajat toleransi sering dipakai istilah : a. Steno untuk sempit b. Eury untuk luas Contoh : Stenothermal eurythermal : suhu Stenohydric euryhydric : air Stenohaline euryhaline : kadar garam Stenophagus euryphagus : makanan Stenocious eurycious : pemilihan habitat Telur ikan salmon Telur katak Berkembang 0-12 C 0-30 C Optimum 4 C 22 C Kategori Stenothermal Eurythermal

14 Gambar. Perbandingan batas toleransi nisbi dari organisme stenothermal dan eurythermal

15 C. KONSEP GABUNGAN MENGENAI FAKTOR PEMBATAS Dengan menggabungkan konsep hukum minimum dan konsep toleransi, maka dapat dipahami konsep faktor pembatas (limiting factor). Faktor Pembatas (limiting factor) yaitu keadaan yang mendekati atau melampaui batas toleransi. Faktor pembatas suatu organisme mencakup kisaran minimum atau maksimum dari faktor-faktor abiotik suatu ekosistem. Misal : suhu, cahaya, ph yang terlalu rendah (minimum) atau terlalu tinggi (maksimum).

16 Organisme dikendalikan oleh : 1. Unsur dan senyawa esensial yang berada dalam keadaan minimum. 2. Faktor fisik yang kritis. 3. Batas toleransi organisme.

17 D. FAKTOR FISIK SEBAGAI FAKTOR PEMBATAS 1. Suhu Umumnya batas atas lebih kritis daripada batas bawah. Pada ekosistem suhu penting dalam zonasi dan stratifiksi organisme. Juga sering sebagai faktor pembatas karena sering kritis. Variabilitas suhu sangat penting secara ekologis. Contoh : fluktuasi suhu antara C dengan rata-rata 15 C, tidak selalu mempunyai efek yang sama terhadap organisme seperti halnya suhu konstan 15 C.

18 Pertumbuhan tanaman yang dipengaruhi oleh faktor eksternal seperti temperatur akan pada umumnya akan menunjukkan pengaruh yang besar terhadap pertumbuhannya. Setiap tumbuhan memiliki adaptasi terhadap perubahan temperatur seperti tumbuhan tropis yang peka terhadap temperatur tinggi namun tidak peka terhadap temperatur yang mencapai titik beku (Shry and Reiley, 2011).

19

20 Pada umumnya pertumbuhan akan semakin meningkat seiring dengan terjadinya peningkatan temperatur sampai batas 31ºC. Jika tanaman tumbuh pada temperatur lebih dari 31ºC atau 35ºC, maka terjadi penurunan aktivitas. Namun beberapa tumbuhan mampu terhadap toleransi suhu yang tinggi. Sementara jika terjadi penurunan suhu, maka terjadi penurunan pertumbuhan dan metabolisme. Bahkan tanaman akan berhenti tumbuh ketika berada pada temperatur beku (Shry & Reiley, 2011).

21

22 Efek yang terjadi pada tumbuhan yang berada pada temperatur tinggi adalah terjadinya peningkatan reaksi kimiawi dan akan menurun secara eksponesial ketika mencapai batas maksimal toleransi terhadap temperatur tinggi. Hal ini dikarenakan enzim-enzim yang mengakatalis reaksi-reaksi kimiawi dipengaruhi oleh temperatur. Adapun efek yang terjadi ketika tumbuhan berada pada temperatur yang rendah adalah terjadinya pembekuan air dalam jaringan yang dapat mengakibatkan dormansi pada tumbuhan (Atkin & Tjoelker, 2003; Cullina, 2000).

23 Perubahan temperatur secara umum dapat mengakibatkan perubahan pada respon morfologi, respon fisiologi, dan respon molekular. Respon morfologi yang terjadi seperti adanya perubahan anatomi dan perubahan fenologi. Sementara perubahan fisiologi antara lain terjadi perubahan pada kandungan air, fotosintesis, hormonal, metabolit sekunder, akumulasi osmolit, dan terjadi perubahan termostabilits membran sel. Adapun perubahan secara molekular seperti adanya stres oksidatif, antioksidan, dan stres protein (Gelani et al., 2007).

24

25 O Pada ekosistem perairan, variasi suhu lebih sempit daripada ekosistem darat. O Oleh karena itu, biasanya organisme perairan mempunyai kisaran toleransi terhadap suhu lebih sempit daripada organisme darat.

26 2. Radiasi Cahaya Cahaya merupakan faktor penting sekaligus faktor pembatas bagi kehidupan organisme. Dalam ekologi yang penting diperhatikan adalah : 1. Kualitas cahaya (panjang gelombang, warna). 2. Intensitas cahaya (lama penyinaran). Laju fotosintesa akan bervariasi sesuai dengan perbedaan panjang gelombang yang ada Intensitas cahaya matahari berpengaruh langsung terhadap laju fotosintesis.

27

28 3. Air Merupakan kebutuhan pokok organisme (bahan penyusun protoplasma 80%). Beberapa faktor prinsip tentang air adalah : a. Curah hujan (jumlah curah hujan, sebaran hujan) b. Kelembaban (jumlah uap air di udara) c. Penguapan

29 4. Interaksi Suhu dan Kelembaban Efek pembatas suhu bertambah hebat apabila kelembaban ekstrem (tinggi atau rendah). Efek kelembaban akan bertambah hebat apabila suhu dalam keadaan ekstrem. 5. Gas-gas Atmosfir Kadar gas atmosfir dapat mempengaruhi laju fotosintesis. O 2 menjadi faktor pembatas bagi organisme aerob. Pada lingkungan aquatik, kadar O 2, CO 2, dan gas lain yang terlarut sangat bervariasi (tergantung tempat dan waktu). Kelarutan gas dalam air dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan kadar garam.

30 6. Garam-garam Biogenik (Makro dan Mikronutrient) Garam biogenik : garam yang terlarut dalam air yang merupakan garam yang vital bagi organisme. Makronutrient : C,H,O,N,S,P,K,Ca,Mg Mikronutrient : Fe, Mn, Cu, Zn, Si, Mo, Co, Cl Ditinjau dari fungsinya pada tanaman mikronutrient dapat dibagi menjadi : a. Untuk fotosintesa : Mn, Fe, Cl, Zn, V b. Untuk metabolisme N : Mo,Co, Fe c. Untuk metabolisme zat lain : Mn, B, Co, Cu, Si. Pemisahan antara makro dan mikronutrient tidak harus sama untuk semua organisme.

31

32 7. Arus dan Tekanan Angin dapat menjadi faktor pembatas pada ekosistem darat. Arus deras pada eksosistem air dapat menjadi faktor pembatas. Tekanan barometri tidak terlalu berpengaruh pada ekosistem darat. Tekanan hidrostatik pada ekosistem air sangat mempengaruhi ekosistem air.

33 Di laut, tekanan air akan bertambah 1 atmosfer pada setiap penurunan kedalaman 10 meter. Pada bagian laut yang paling dalam, tekanan ini dapat mencapai 1000 atmosfer.

34 8. Tanah Tanah berasal dari lapisan kulit bumi yang dilapukkan oleh mikroorganisme. Gambaran lapisan tanah (horizon tanah) dari permukaan ke bawah disebut profil tanah. Profil tanah dan ketebalan relatif umumnya khas untuk suatu daerah dan iklim tertentu. Topografi dan pemanfaatan sumberdaya lahan yang salah oleh manusia dapat mempengaruhi kondisi tanah.

35 9. Api Sebagai Faktor Pembatas Api merupakan faktor iklim penting untuk daerah hutan dan padang rumput. Tipe kebakaran di alam, dari segi api sebagai faktor ekologis : a. Kebakaran tajuk (crown fire) : menghancurkan semua vegetasi dalam ekosistem, merupakan faktor pembatas untuk semua organisme. b. Kebakaran permukaan (surface fire) : faktor pembatas untuk organisme yang tidak toleran terhadap api.

36 E. LINGKUNGAN MIKRO Perbedaan suhu, kelembaban, dan faktor lain secara vertikal dapat menciptakan lingkungan mikro. Organisme yang menempati habitat umum yang sama (secara makro) sebenarnya dapat berada dalam keadaan yang berbeda secara lingkungan mikro. Perbedaan iklim mikro dapat disebabkan karena perbedaan topografi, arah kemiringan lereng, dll. Perbedaan suhu, kelembaban, evapotranspirasi dan faktor lainnya dapat menghasilkan komunitas yang sama sekali berbeda dengan lereng di sebelahnya.

37 F. INDIKATOR EKOLOGI Seringkali faktor-faktor tertentu dapat dengan tepat menentukan organisme yang ditemukan di suatu daerah Atau sebaliknya kita dapat menentukan keadaan lingkungan fisik dengan menggunakan organisme yang ditemukan pada suatu daerah. Hal ini disebut dengan indikator ekologi/ indikator biologi. McGeoch (1998) dalam Shahabuddin, 2003 menyatakan bioindikator atau indikator ekologis adalah taksa atau kelompok organsime yang sensitif atau dapat memperlihatkan gejala dengan cepat terhadap tekanan lingkungan akibat aktifitas manusia atau akibat kerusakan sistem biotik.

38 Beberapa hal yang perlu diperhatikan apabila memakai indikator ekologi : 1. Organisme steno merupakan indikator yang lebih baik daripada organisme eury. 2. Spesies yang besar merupakan indikator yang lebih baik daripada spesies yang kecil. 3. Sebelum menentukan organisme sebagai indikator ekologi harus ada bukti lapangan dan laboratorium yang membuktikan bahwa persyaratan hidup organisme 4. Banyak hubungan antar spesies, populasi atau komunitas menjadi indikator yang lebih baik daripada satu spesies.

39 Contoh indikator ekologi : a. Jika tusam tumbuh di daerah yang mengandung uranium maka tajuk tanaman akan mengandung banyak uranium. b. Molusca merupakan indikator untuk tanah yang kaya akan kapur.

40 Pearson (1994) membagi indikator biologi atas tiga yakni : Jenis indikator, dimana kehadiran atau ketidakhadirannya mengindikasikan terjadinya perubahan di lingkungan tersebut. Jenis yang mempunyai toleransi yang rendah terhadap perubahan lingkungan (Stanoecious) sangat tepat digolongkan sebagai jenis indikator. Apabila kehadiran, distribusi serta kelimpahannya tinggi maka jenis tersebut merupakan indikator positif, sebaliknya ketidakhadiran atau hilangnya jenis tersebut merupakan indikator negatif Jenis monitoring, mengindikasikan adanya polutan di lingkungan baik kuantitas maupun kualitasnya. Jenis Monitoring bersifat sensitif dan rentan terhadap berbagai polutan, sehingga sangat cocok untuk menunjukan kondisi yang akut dan kronis. Jenis uji, adalah jenis yang dipakai untuk mengetahui pengaruh polutan tertentu di alam.

41 Hubungan Beberapa Organisme dengan Pencemaran Keterkaitan pencemaran perairan dengan keberadaan organisme berikut : Hewan bentos makro dari spesies Tubifex sp. dan Malainoides tuberculate merupakan spesies indikator DO rendah dan partikel tersuspensi tinggi pada ekosistem perairan sungai. Kadar logam berat ditemukan pada ikan Bader dan ikan keting di kali surabaya. Alga hijau biru (Micoytis sp) meningkat bila perairan subur, misal karena pencemaran pupuk nitrogen (N) dan Phospat (PO4). Pencemaran panas > 30 C hewan yang digunakan sebagai indikator adalah cacing Branchiurasowerbyi dan hewan bercangkang Physe sp.

42 QUIZ 1. Jelaskan kaitan azas yang tercantum pada Hukum Minimum Liebig dengan pertumbuhan dan produksi tanaman (30 point) 2. Jelaskan mengapa suhu yang terlalu tinggi menjadi faktor pembatas terhadap pertumbuuhan dan produksi tanaman? (30 point) 3. Indikator ekologi memberi informasi mengenai keadaan fisik lingkungan tertentu. Jelaskan beberapa hal yang perlu diperhatikan apabila memakai indikator ekologi (40 point)

43