BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ekosistem Danau Setiap organisme hidup dalam lingkungannya masing-masing, lingkungan biotik yaitu semua dan lingkungan abiotik. Lingkungan abiotik yaitu semua organisme yang terdapat di sekelilingnya dan lingkungan abiotik yaitu faktor-faktor seperti iklim (suhu, kelembaban, cahaya), garam-garam yang terlarut dan medium tempat hidupnya (tanah, air, udara). Untuk mendapatkan energi dan materi yang diperlukan untuk hidupnya semua komunitas bergantung kepada lingkungan abiotik. Dengan demikian komunitas dan lingkungan abiotiknya merupakan suatu sistem. Di dalam sistem arus energi dan materi disebut sebagai ekosistem (Soemarwoto et al, 1992, hlm: 72-73). Berdasarkan pada proses terjadinya, danau dikenal dua jenis yaitu danau tektonik (danau yang terjadi akibat gempa) dan danau vulkanik (akibat aktivitas gunung berapi). Danau tektonik umumnya sangat dalam sedangkan danau vulkanik umumnya memiliki sumber air atau gas panas (Barus, 2004, hlm: 100). Menurut topografi luas Danau Toba ± Km 2 yang berbentuk oval dan ditengahnya terdapat pulau Samosir yang berbentuk kura-kura dengan luas ± 640 Km 2. Kedalaman danau bervariasi sesuai dengan kondisi fotografinya dimana di beberapa tempat kedalamannya melebihi 500 m. permukaan air danau terletak pada ketinggian ± 900 m dari permukaan laut. Berdasarkan hasil penelitian, sumber air yang mengisi Danau Toba hanyalah air yang berasal dari curah hujan dan sungai yang mengeluarkan air danau adalau sungai Asahan, yang keluar di desa Porsea. Air hujan yang jatuh di daerah tadah hujan ini tentunya membentuk sungai-sungai kecil yang jumlahnya mencapai ± 202 buah sungai (Loebis, 1999, hlm: 2-3). Ekositem air yang menutupi bagian terbesar dari permukaan bumi dibagi menjadi air tawar, air laut dan air payau. Ekosistem air di daratan dibagi menjadi 2 jenis yaitu air

2 diam seperti misalnya kolam, danau, waduk, serta air yang mengalir seperti sungai (Barus, 2004 hlm: 11). Danau memiliki air yang tenang. Air yang tenang sebenarnya juga bergerak namun dengan kecepatan atau gerakan yang sangat lambat. Kondisi ini sangat mempengaruhi makhluk hidup yang terdapat didalamnya (Kathryn et al, 2000, hlm: 175). Di danau terdapat pembagian daerah berdasarkan penetrasi cahaya matahari. Daerah yang dapat ditembus cahaya matahari disebut afotik (Damanik et al, 1984). Danau merupakan genangan air yang luasnya dapat mencapai ribuan kilometer persegi. Dwidjoseputro (1990, hlm: 39) menjelaskan bahwa danau dapat dibagi menjadi tiga zona yaitu: a. zona pinggiran (litoral zone) yaitu daerah tepi danau yang paling kaya akan penghuni. Tumbuhannya berupa tumbuhan tingkat tinggi yang akarnya menjangkau dasar danau. Faunanya berupa siput, hewan berkaki buku-buku, larva nyamuk, cacing, katak dan ular yang merupakan komunitas pelengkap ekosistem danau. b. Zona tengah (limnetic zone) yaitu zona luas terbuka yang ditumbuhi fitoplankton terdiri atas bangsa ikan, sedangkan predatornya dapat berupa ikan karnivora atau ular. c. Zona dasar (profundal zone) yaitu zona yang berada di bawah zona tengah sampai ke dasar danau. Pada zona ini tidak memiliki penghuni berupa tumbuhan, jamur dan bakteri pengurai. Ekosistem danau merupakan sumberdaya air yang paling kritis dan murah untuk kepentingan domestik maupun industri. Selain itu ekosistem danau menawarkan sistem pembuangan berbagai jenis limbah yang memadai dan yang paling murah yang sering disalahgunakan manusia dengan membuang segala limbah ke sistem alami tersebut, demikian tanap harus pengolahan terlebih dahulu (Barus, 2004, hlm: 20-21). 2.2 Produktivitas Primer Produktivitas primer adalah kecepatan terjadinya fotosintesis ini terjadi baik di darat, permukaan dan dalam air tawar serta air laut (Romimohtarto & Juwana, 2001, hlm: ). Dalam proses fotosintesis ini diperlukan zat hijau daun yang disebut chlorophyll. Proses ini menggunakan dua macam bahan, yaitu air dan karbondioksida. Setelah langkah

3 pertama, yaitu mengubah energi cahaya menjadi energi kimia selesai, energi kimia dapat dipindah-pindahkan ke dalam berbagai macam organisme dapat menyempurnakan pemindahan ini. Tetapi hanya produsen yang dapat mengerjakan langkah pertama tadi (Soemarwoto et al, 1992, hlm: 8-9). Produktivitas primer bersih adalah ukuran yang penting, karena produktivitas primer menunjukkan simpanan energi kimia yang tersedia bagi konsumen dalam suatu ekosistem. Antara 50% dan 90% dari produktivitas primer kotor pada sebagian besar produsen primer tersisa sebagai produktivitas primer bersih setelah kebutuhan energinya terpenuhi. Produktivitas primer dapat dinyatakan dalam energi per satuan luas per satuan waktu (J/m 2 /tahun), atau sebagi biomassa (berat) vegetasi yang ditambahkan ke ekosistem per satuan luasan per satuan waktu (g/m 2 /tahun). Biomassa umumnya dinyatakan sebagai berat kering bahan organik, karena molekul air tidak mengandung energi yang dapat digunakan, temperatur kandungan air tumbuhan bervariasi dalam jangka waktu singkat (Campbell et al, 2004, hlm: 392). Dalam proses fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan hijau, 6 molekul karbondioksida (CO 2 ) dan 6 molekul air (H 2 O) diolah menjadi satu molekul glukosa. Glukosa merupakan salah satu bentuk zat organik. Dalam proses ini dihasilkan juga 6 molekul oksigen (O 2 ). Reaksi fotosintesi ini adalah: cahaya matahari 6CO2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Klorofil Reaksi ini berjalan dengan menggunakan energi cahaya matahari. Karena tumbuhan hijau dapat memproduksi bahan organik dari bahan anorganik, yaitu CO 2 dan H 2 O, dengan menggunakan energi matahari, tumbuhan hijau disebut juga produsen (Soemarwoto, 1992, hlm: 26-27). Selain energi kimia tersebut fotosintesis juga menghasilkan oksigen (O 2 ). Gas O 2 adalah esensial untuk pernapasan banyak sekali jenis makhluk hidup, termasuk manusia. tanpa O 2, dalam waktu singkat manusia akn mati. Kehidupan dalam air juga ditopang oleh fotosintesis. Fotosintesis itu dilakukan oleh plankton,yaitu tumbuhan bersel satu yang melayang dalam air tersebut (Resosoedarmo, 1992, hlm: 31-34).

4 Menurut Romimohtarto et al, (2001, hlm: 310), proses fotosintesis terjadi baik diatas permukaan laut, di darat, di air tawar maupun di dalam laut. Sinar matahari bergabung dengan komponen-komponen kimiawi dalam air untuk menghasilkan jaringan tumbuhan-tumbuhan hidup. Sinar matahari berperan penting dalam fotosintesis. Apa saja yang mempengaruhi sinar matahari akan mempengaruhi proses fotosintesis. Di daerah kahtulistiwa, dimana panjang siang dan malam hampir sama sepanjang tahun maka faktor musim seperti yang terjadi di daerah sedang dan kutub tidak berpengaruh. Tetapi perubahan siang dan malam sangat berpengaruh secara berkala. Cuaca dapat mempengaruhi produktivitas primer melalui tutupan awan, angina dan secara tidak langsung melalui suhu. Awan dapat mempengaruhi penembusan cahaya ke permukaan laut dan mengurai kecepatan proses produktivitas proses produktivitas primer. Angin dapat menciptakan gelombang yang mengakibatkan permukaan laut tidak rata dan memantulkan sebagian besar sinar matahari jika dibandingkan dengan permukaan yang rata. Gelombang terutama di daerah dangkal dapat juga menyebabkan kekeruhan dan mengurangi penembusan cahaya matahari. Tetapi sebaliknya, angin juga dapat mendorong permukaan massa air sehingga memperkaya zat hara untuk fotosintesis. Suhu yang membantu melalui keragaman musiman menyebabkan menghilangnya termoklin dan mendorong permukaan massa air yang menyediakan zat hara untuk fotosintesis. Suhu juga mempengaruhi daya larut gas-gas yang diperlukan untuk fotosintesis seperti CO 2 dan O 2. Gas-gas ini mudah terlarut pada suhu rendah dari pada suhu tinggi, akibatnya kecepatan fotosintesis ditingkatkan oleh suhu rendah (Romimohtarto & Juwana, 2001, hlm: ). 2.3 Fitoplankton Plankton adalah organisme air yang hidupnya melayang-melayang dan pergerakannya sangat dipengaruhi oleh gerakan air (Barus, 2004, hlm: 23). Biota mengapung ini mencakup sejumlah besar biota air, baik ditinjau dari jumlah jenisnya maupun kepadatannya. Produsen primer (fitoplankton), herbivora, konsumen tingkat pertama, larva dan juwana plantonik dari hewan lain. Digabung menjadi satu membentuk volume biota air yang luar biasa besarnya (Romimohtarto & Sri J., 2001, hlm: 37).

5 Fitoplankton merupakan kelompok yang memegang peranan sangat penting dalam ekosistem air, karena kelompok ini dengan adanya kandungan klorofil mampu melakukan fotosintesis. Proses fotosintesis pada ekosistem air yang dilakukan fitoplankton (produsen), merupakan sumber nutrisi utama bagi kelompok organisma air lainnya yang berperan sebagai konsumen, dimulai dengan zooplankton dan diikuti oleh kelompok organisma air lainnya yang membentuk rantai makanan. Dalam ekosistem air hasil dari fotosintesis yang dilakukan oleh fitoplankton bersama dengan tumbuhan air lainnya disebut dengan produktivitas primer. Fitoplankton hidup terutama pada lapisan perairan yang mendapat cahaya matahari yang dibutuhkan untuk melakukan proses fotosintesis (Barus, 2004, hlm: 26). Keberadaan fitoplankton sangat banyak dipengaruhi oleh temperatur, penetrasi cahaya dan arus. Temperatur sangat menunjang bagi perkembangan dan pertumbuhan fitoplankton. Berdasarkan penelitian Cairn (1956) dalam Shubert (1984, hlm: 422) bahwa fitoplankton dikembangkan dalam kondisi tempratur yang berbeda berdasarkan kelompok fitoplankton, yakni kisaran temperatur untuk diatom adalah 20 0 C-30 0 C, untuk alga hijau adalah 30 0 C-35 0 C dan untuk alga hijau biru adalah lebih besar dari 35 0 C. Basmi (1995, hlm: 23-25) menjelaskan bahwa pengelompokan plankton berdasarkan beberapa hal berikut: a. berdasarkan asal usul plankton, dimana ada plankton yang hidup dan berkembang dari perairan itu sendiri dan ada yang berasal dari luar, terdiri atas: 1) Autogenetik plankton, yakni plankton yang berasal dari perairan itu sendiri 2) Allogenetik plankton, yakni plankton yang datang dari perairan lain (hanyut terbawa oleh sungai atau arus). b. Berdasarkan nutrien pokok yang dibutuhkan plankton, terdiri atas: 1) Fitoplankton, yakni plankton nabati (> 90% terdiri dari alge) yang mengandung klorofil yang mampu mensintesa nutrien-nutrien anorganik menjadi zat organik melalui proses fotosintesis dengan energiyang berasal dari sinar surya. 2) Saproplankton, yakni kelompok tumbuhan (bakteri dan jamur) yang tidak mempunyai pigmen fotosintesis, dan memperoleh nutrisi dan energi dari sisa-sisa organisme lain yang telah mati.

6 3) Zooplankton, yakni plankton yang makananya sepenuhnya tergantung pada organisme lain yang masih hidup maupun partikel-partikel sisa organisme seperti detritus. Disamping itu plankton juga mengkonsumsi fitoplankton. c. Berdasarkanan ada tidaknya sinar di tempat mereka hidup plankton, terdiri atas: 1) Hipoplankton, yakni plankton yang hidupnya di zona afotik. 2) Epiplamkton, yakni plankton yang hidupnya di zona eufotik 3) Bathipalnkton, yakni plankton yang hidupnya dekat dasar perairan yang juga umumnya tanpa sinar. d. Berdasarkan lingkungan hidupnya plankton terdiri atas: 1) Limnoplankton, yakni plankton yang hidup di air tawar 2) Haliplankton, yakni plankton yang hidup di laut. 3) Hipalymyroplankton, yakni plankton yang hidupnya di air payau. 4) Heleoplankton, yakni plankton yang hidupnya di air kolam. 2.4 Klorofil a Kadar klorofil dalam suatu volume air tretentu merupakan suatu ukuran bagi biomassa tumbuhan yang terdapat dalam air tersebut. Klorofil dapat diukur dengan memanfaatkan sifatnya yang dapat berpijar bila dirangsang dengan panjang gelombang cahaya tertentu atau mengekstraksi klorofil dari tumbuhan dengan menggunakan aseton dan kemudian mengukur jmlah ekstrak warna yang dihasilkan dengan spektrofotometer (Ferguson, 1956, hlm: 29). Proses fotosisntesis berlangsung dalam kloroplas, suatu organel yang terdapat di dalam sel tumbuhan hijau. Kloroplas memiliki membran. Dua lapisan membran atau pembungkus mengelilingi suatu ruang pusat yang besar yang dinamai stroma. Stroma mengandung beberapa banyak enzim larut yang berbeda yang berfungsi sebagai untuk menggabungkan sebagian organik. Di dalam stroma, membran, juga membentuk granum, setiap granum terdiri dari satu timbunan kantung atau cepat yang dinamai tilakoid. Granum dihubungkan antara satu sama lain oleh lamela stroma. Klorofil ada pada membran granum, dan menjadikannya sistem penyimpanan energi bagi kloroplas. Setiap tilakoid berbentuk seperti kantong. Pergerakan ion-ion dari ruang ini melintasi membran

7 tilakoid dipercaya penting dalam proses sintesis. Klorofil tidak menyerap panjang gelomabng cahaya dengan banyak. Karena itu, cahaya ini dipantulkan ke mata dan kita melihat klorofil sebagai suatu pigmen hijau tersebut (Mader, 1995, hlm: 98-99). Dari hasil penelitian diketahui bahwa klorofil a memainkan peranan penting pada fotosintesis I dan II (dahulu disebut fotoreaksi gelombang pendek dan gelombang panjang). Pada tahun 1957, Bessel Kok menemukan adanya klorofil a khususnya yang dinamakan P700 dan ia berpendapat bahwa itu adalah pusat reaksi klorofil a fotosintesis. Selanjutnya diperkirakan keadaan klorofil a khusus lainnya yakni pusat reaksi lainnya, yakni pusat reaksi P680 dari sistem gelombang pendek. Klorofil a tidak hanya berperan dalam pemanenan cahaya dan pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia, juga bertindak sebagai penyumbang elektron utama (P680, P700), maupun penerima elektron utama. Feofitin berasal dari klorofil, dengan penggantian Mg dengan H + di pusat (Salisbury & Ross, 1995, hlm: 36-37). Sistem transpor elektron penting untuk reaksi terang dan gelap yang menyusun fotosintesis. Terdapat dua pusat reaksi tempat energi dari foton yang terserap digunakan untuk menjalankan sistem. Pusat-pusat reaksi ini mempunyai banyak molekul pigmen. Apabila suatu pigmen seperti klorofil atau karotenoid menyerap suatu foton, energi menaikkan suatu elektron (e - ) dari tingkat energi yang lebih rendah ke energi yang lebih tinggi (tereksitasi). Pada saat berada pada tingkat energi tinggi ini molekul pigmen dapat memberikan dan menerima elektron dari molekul-molekul lain. Fotosintesis II mengkatalisis pelepasan elektron dari molekul air, dan elektron-elektron ini diterima oleh suatu senyawa-senyawa yang disebut Q. hal ini menyiapkan energi yang dibutuhkan untuk fotofosforilasi (pembentukan ATP) dan reduksi NADP +. Lamela kloroplas sebagian besar berupa dua macam klorofil (a dan b) dan dua macam pigmen kuning sampai oranye yang diklasifikasikan sebagai karotenoid (karoren dan santofil). Penyelidikan menunjukkan bahwa cincin porfirin klorofil berhubungan dengan bagian protein membran, dan ekor fitol serta bagian karotenoidnya yang bersifat hidrofod diperkirakan berhubungan dengan bagian-bagian di dalam lamela yang berupa lipid. Karotenoid berfungsi sebagai pigmen pembantu dalam penyerapan cahaya. Beberapa diantaranya tidak aktif; sebagian yang lain menyerap cahaya dan mentransfernya dari fotosistem yang satu ke fotosistem yang lainnya (Gardner, 1991, hlm: 11, 13).

8 2.5 Hubungan Nilai Produktivitas Primer Dengan Faktor Fisik Kimia Di air hidup bermacam-macam organisme, mulai dari yang berukuran kecil sampai besar. Kehidupan organisme air ini sangat bergantung pada faktor fisik kimia air (Suin, 2002, hlm: 40). Oleh karena itu selain melakukan pengamatan terhadap faktor biotik seperti plankton, perlu dilakukan pengamatan faktor-faktor abiotik perairan. Dengan mempelajari saling ketergantungan antara organisme dengan faktor abiotiknya maka akan diperoleh gambaran tentang kualitas suatu perairan tersebut (Barus, 1996, hlm: 24). Hubungan nilai produktivitas primer dengan kualitas air adalah sebagai berikut: Suhu Pengukuran suhu merupakan hal yang mutlak dilakukan. Hal ini disebabkan karena kelarutan berbagai jenis gas di air serta semua aktifitas biologis-fisiologis di dalam ekosistem akuatik sangat dipengaruhi oleh suhu. Menurut hokum Van t Hoffs kenaikan suhu sebesar 10 0 C ( hanya pada isaran suhu yang masih dapat ditolerir) akan meningkatkan aktifitas fisiologis (misalnya respirasi) dari organisme sebesar 2-3 kali lipat. Pola suhu ekosistem akuatik dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti intensitas cahaya matahari, pertukaran panas antara air dengan udara sekelilingnya dan juga dipengaruhi oleh faktor kanopi (penutupan vegetasi) dari pepohonan yang tumbuh di tepi (Brehm & Meijering 1990 dalam Barus, 2004, hlm: 44-45) Penetrasi Cahaya Penetrasi cahaya merupakan besar untuk mengetahui sampai kedalaman berapa cahaya matahari dapat menembus lapisan suatu ekosistem suatu perairan. Nilai ini sangat penting kaitannya dengan laju fotosintesis. Penetrasi cahaya sering kali dihalangai oleh zat yang terlarut dalam air, membatasi zona fotosintesis dimana habitat aquatik dibatasi oleh kedalaman. Bila kekeruhan disebabkan oleh lumpur dan partikel yang mengendap sering kali sebagai factor pembatas. Sebaliknya bila kekeruhan disebabkan ole organisme ukuran kekeruhan merupakan indikasi dari produktivitas (Odum, 1994, hlm: 370).

9 2.5.3 Intensitas Cahaya Campbell et al, (2004, hlm: 393), berpendapat bahwa dalam ekosistem air tawar, seperti pada laut terbuka, intensitas cahaya dan variasi kedalam kelihatannya merupakan penentu penting produktivitas. Produktivitas secara umum paling besar dekat permukaan dan menurun secara tajam dengan bertambahnya kedalaman, karena cahaya secara cepat diserap oleh air dan plankton. Fotosintesis tidak langsung sebanding dengan intensitas. Pada kolam air m ke atas, kecepatan fotosintesis dapat lebih rendah daripada lapisan 15-30m, karena cahaya dipermukaan laut terlalu intensif untuk kebanyakan biota yang dapat dilukai oleh sinar ultraviolet. Fotosintesis terjadi sampai kedalaman 100m, dimana intensitas cahaya 1% dari permukaan (Romimohtarto & Juwana, 2001, hlm: 312) Potensial Hidrogen (ph) Derajat keasaman biasanya dimanfaatkan untuk menentukan indeks pencemaran dengan melihat tingkat keasaman atau kebasaan (Asdak, 1995, hlm: 535). Nilai ph yang ideal bagi kehidupan organisme akuatik pada umumnya terdapat antara 7-8,5. kondisi perairan yang bersifat sangat asam atau sangt basa akan membahayakan kelangsunganhidup organisme karena kan menyebabkan terjadinya gangguan metabolisme dan respirasi (Barus, 1996, hlm: 61) Dissolved Oxygen (DO) Oksigen diperlukan organisme untuk melakukan respirasi secara aerob. Sumber oksigen terlarut berasal dari atmosfer dan proses fotosintesis. Oksigen diserap dengan difusi langsung permukaan air oleh angin dan arus. Jumlah oksigen yang terkandung dalam air tergantung pada daerah permukaan yang terkena suhu dan konsentrasi garam. Oksigen terlarut juga merupakan factor penting dalam menetapkan kualitas air, karena air yang polusi organiknya tinggi memiliki oksigen terlarut yang sangt sedikit (Michael, 1984, hlm: 133) Biologycal Oxygen Demand (BOD)

10 Bioclogycal Oxygen Demand adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme dalam memecah bahan organik. Pengurain organic melalui proses oksidasi oleh mikroorganisme di dalam lingkungan air merupakan proses alamiah yang mudah terjadi apabila air lingkungan mengandung oksigen yang cukup (Wardhana, 1995, hlm: 77) Kejenuhan Oksigen Disamping pengukuran konsentrasi, maka dilakukan juga pengukuran terhadap tingkat kejenuhan oksigen dalam air. Hal ini untuk leih mengetahui apakah nilai tersebut merupakan nilai maksimum atau tidak. Untuk dapat mengukur tingkat kejenuhan oksigen suatu contoh air, maka disamping mengukur konsentrasi oksigen terlarut dalam mg/l, diperlukan pengukuran temperature dai ekosistem tersebut Kandungan Fosfat dan Nitrat Nutrien sangat dibutuhkan oleh fitoplankton dalam perkembanganya dalam jumlah besar dan maupun dalam jumlah yang relative kecil. Setiap unsur hara mempunyai fungsi khusus pada pertumbuhan dan kepadatan tanpa mengesampingkan pengaruh kondisi lingkungan. Unsur N, P dan S penting untuk pembentukan protein dan K berfungsi dalam metabolisme karbohidrat. Fe dan Na berperan dalam pembentukan klorofil, sedangkan Sid dan Ca merupakan bahan untuk pembentukan dinding sel dan cangkang (Isnansetyo & Kurniastuti, 1995, hlm: 16). Menurut Alaerts (1987, hlm: 217), senyawa fosfat di perairan dipengaruhi oleh limbah penduduk, industri, pertanian. Di daerah pertanian, persawahan, fosfat berasal dari bahan pupuk yang masuk ke dalam air melalui drainase dan aliran hujan. Menurut Barus (2004, hlm: 70) seperti halnya nitrogen, fosfor merupakan unsure penting lainnya dalam suatu ekosistem air. Fosfor terutama berasal dari sedian yang selanjutnya akan terinfiltrasi kedalaman air tanah dan akhirnya masuk ke dalm system perairan terbuka seperti sungai dan danau. Selain itu dapat berasal dari atmosfer dan bersama dengan curah hujan masuk ke dalam perairan. Seperti diketahui bahwa fitoplankton dan tumbuhan air lainnya membutuhkan nitrogen dan fosfor sebagai sumber nutrisi utama bagi pertumbuhannya.

11 Nitrat adalah pembentuk senyawa nitrogen yang merupakan sebuah senyawa yang stabil. Nitrat merupakn salah satu unsur penting untuk sintesa protein tumbuhan dan hewan, akan tetapi nitrat pada konsentrasi tinggi dapat menstimulasi pertumbuhan ganggang yang tak terbatas (bila beberapa syarat lain seperti konsentrasi fosfat terpenuhi) sehingga air kekerungan oksigen terlarut yang menyebabkan kematian ikan. Nitrat dapat berasal dari buangan industri bahan peledak, piroteknik, cat dan sebagainya (Alaert & sri, 1987, hlm: 185).