BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ekosistem Danau Ekosistem air daratan (inland water) dapat dibagi menjadi dua tipe yaitu perairan lentik (berarus tenang misalnya danau, waduk, dan kolam) dan perairan lotik (yang berarus cepat atau perubahan akumulasi massa air terjadi dalam waktu yang cepat misalnya parit, kali, dan sungai). Perbedaan utama antara perairan lotik dan lentik adalah dalam kecepatan arus air. Perairan lentik mempunyai kecepatan arus yang lembat serta terjadi akumulasi massa air dalam periode waktu yang lama, sementara perairan lotik umunya mempunyai kecepatan arus yang tinggi disertai perpindahan massa air yang berlangsung dengan cepat (Barus, 2001, hlm : 82-83). Menurut Sinambela (1994, hal : 110), ekosistem lentik/danau dibagi menjadi beberapa zona yaitu : a. Zona Litoral, yaitu daerah perairan yang dangkal dengan penetrasi cahaya sampai ke dasar, biasanya di kolam dan danau alami ditumbuhi oleh tanaman, tetapi tidak selalu demikian pada kolam yang dikelola. b. Zona Limnetik, yaitu daerah air terbuka sampai ke dalam penetrasi cahaya yang efektif, disebut tingkat kompensasi, yaitu daerah dimana fotosintesis seimbang dengan respirasi. Pada umumnya, tingkat ini berada pada kedalaman dimana intensitas cahaya kira-kira 1% dari intensitas cahaya penuh. Komunitas di sini hanya terdiri dari plankton, nekton, dan kadang-kadang neuston. Zona ini tidak ada pada kolam yang kecil/dangkal. Istilah zona eufotik berarti zona yang mendapat cahaya termasuk litoral dan limnetik.
c. Zona Profundal, yaitu bagian dasar dan daerah air yang dalam tidak tercapai oleh penetrasi cahaya efektif. Zona ini biasanya tidak ada pada kolam. Dalam danau zona limnetik dan profundal relatif besar ukurannya dibandingkan dengan zona litoral, bila kebalikannya disebut kolam. Jadi, zona limnetik adalah daerah produsen utama (daerah dimana energi cahaya diikat menjadi makanan) untuk danau secara keseluruhan. Fitoplankton dan keadaan alami dari dasar serta biota yang hidup di sana adalah daerah produsen utama dan komunitas di daerah ini merupakan bahan yang paling menarik untuk diteliti (Nontji, 2005, hlm : 79). Daya dukung badan air dipengaruhi oleh luas, volume, badan air, dan gerak air. Misalnya, sebuah danau yang luas dan dalam, mempunyai daya dukung yang lebih besar daripada danau yang sempit, dangkal, airnya tenang dan mengalami pergantian air yang pelan. Hal ini disebabkan karena di danau dengan volume air yang besar yang tercampur oleh gelombang atau arus dan mengalami pengenceran dan terbawa keluar danau oleh adanya aliran keluar (Barus, 2004, hlm: 74). 2.2 Nilai Produktivitas Primer Adanya kehidupan di bumi berpangkal pada kemampuan tumbuhan hijau dalam menggunakan energi cahaya matahari untuk mensintesis molekul- molekul organik yang kaya energi dari senyawa-senyawa anorganik. Proses ini disebut fotosintesis, dengan persamaan umum yaitu : 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2. Pangkal semua bentuk kehidupan dalam perairan ialah aktivitas fotosintetik tumbuhan akuatik. Namun, kondisi-kondisi kimia dan fisik tertentu mengakibatkan terdapatnya perbedaan-perbedaan besar dalam bentuk tumbuhan dan lokasi, serta tingkat fotosintetik maksimum (Nybakken, 1992, hlm: 53).
Produktivitas primer adalah hasil dari proses fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan berklorofil disebut sebagai produktivitas primer (Michael, 1984, hlm: 366). Fotosintesis yang memainkan peran sangat penting dalam pengaturan metabolisme komunitas, sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari, konsentrasi karbondioksida terlarut dan faktor temperatur. Laju fotosintesis bertambah 2-3 kali lipat untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 10 o C. Meskipun demikian, intensitas sinar dan temperatur yang ekstrim cenderung memiliki pengaruh yang menghambat laju fotosintesis. Secara sederhana diuraikan bahwa dalam fotosintesis terjadi proses penyerapan energi cahaya dan karbondioksida serta pelepasan oksigen yang berupa salah satu produk dari fotosintesis tersebut. Sebagai proses kebalikan dari fotosintesis dikenal proses respirasi yang meliputi pengambilan oksigen serta pelepasan karbon dioksida dan energi. Apabila cahaya tidak ada maka proses fotosintesis akan terhambat, sementara aktivitas respirasi terus berlangsung. Dengan adanya cahaya kedua proses tersebut akan berlangsung secara serentak. Fakta-fakta ini digunakan dalam pengukuran produktivitas primer (Barus, 2004, hlm: 112). Seperti halnya dengan benthos, plankton juga dibagi menjadi fitoplankton, yaitu organisme plankton yang bersifat tumbuhan, dan zooplankton, yaitu plankton yang bersifat hewan. Fitoplankton merupakan kelompok yang memegang peranan yang sangat penting dalam ekosistem air, karena kelompok ini dengan adanya kandungan klorofil mampu melakukan fotosintesis. Hasil dari fotosintesis ini merupakan sumber nutrisi utama bagi kelompok organisme air lainnya yang berperan sebagai konsumen, dimulai dengan zooplankton dan diikuti oleh kelompok organisme lainnya (Barus, 2004, hlm: 25-26). Menurut Lilley et al., (2000, hlm: 174), posisi fitoplankton di dasar piramida makanan adalah mempertahankan kesehatan lingkungan air. Bila ada gangguan terhadap fitoplankton, maka seketika komunitas yang lain akan terpengaruh. Komposisi fitoplankton bergantung pada kualitas air. Cara yang umum dipakai dalam mengukur produktivitas primer suatu perairan adalah dengan menggunakan botol gelap dan botol terang. Botol terang dipakai untuk mengukur laju fotosintesis yang disebut juga sebagai produktivitas primer kotor (jumlah total sintesis bahan organik yang dihasilkan dengan adanya cahaya), sementara botol gelap digunakan untuk mengukur laju respirasi. Produktivitas primer
dapat diukur sebagai produktivitas kotor atau produktivitas bersih. Hubungan diantara keduanya dapat dinyatakan sebagai: Produktivitas bersih (PN) = Produktivitas kotor (PG ) - Respirasi (R). Keterangan: R= ( O 2 ) awal- (O 2 ) akhir botol gelap PG= (O 2 ) akhir botol terang - (O 2 ) akhir botol gelap Untuk mengubah nilai mg/l oksigen menjadi mg C/m 3, maka nilai dari mg/l dikalikan dengan faktor 375,36. Hal ini menghasilkan mg C/m 3 untuk jangka waktu pengukuran. Untuk mendapatkan nilai produktivitas dalam satuan hari, maka nilai per jam harus dikalikan dengan 12 dengan mengingat cahaya matahari hanya diperoleh 12 jam per hari (Barus, 2004, hlm: 113). Produktivitas primer dalam suatu perairan sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti yang dikemukakan oleh (Krebs, 1985, hlm : 610), yakni : a. Faktor pengontrol dominan yakni cahaya, temperatur, fosfor, dan silikon (untuk diatom). b. Faktor pengontrol tambahan yakni nitrogen, zat besi, mangan, dan molybdenum. c. Faktor pengontrol yang jarang yakni, karbon, kobalt, sulfur dan sedikitnya nutrient untuk pertumbuhan. Tingkatan trofik di suatu ekosistem perairan menunjukan intensitas dari produksi primer. Dengan kata lain besaran nilai produktivitas primer akan menunjukkan tingkatan trofik suatu danau. Tingkatan trofik suatu danau tidak hanya memiliki arti penting sebagai prinsip dasar ilmu limnologi, melainkan juga sangat menentukan pengembangan budidaya perikanan karena tingkatan trofik mencerminkan proses-proses transfer energi dan aliran materi yang terjadi di dalamnya. Tingkatan trofik akan menunjukkan kondisi zat nutrisi yang terkandung dalm air dan dengan demikian akan memberikan indikasi sejauh mana daya dukung perairan tersebut dalam pengembangan budidaya perairan. Peningkatan zat-zat nutrisi di dalam ekosistem akuatik, terutama yang berasal dari limbah yang dibuang disebut sebagai proses eutrofikasi (Barus, 2004, hlm : 114).
Fotosintesis mempengaruhi penyerapan energi radiasi dan karbondioksida serta pelepasan oksigen. Pernapasan mencakup pengambilan oksigen dan pelepasan karbon dioksida, dan tenaga. Tanpa adanya sinar, fotosintesis tertahan namun pernafasan berlanjut. Dengan adanya sinar, kedua proses terjadi secara serentak. Faktor ini digunakan untuk mencari cara pengukuran produksi primer. Bila satu dari tiga parameter metabolisme, yaitu karbon dioksida, oksigen atau tenaga yang terlibat dalam fotosintesis dapat diukur baik dalam sinar maupun dalam gelap, maka akan mungkin untuk memperkirakan hal-hal berikut: a. Produksi primer kotor, jumlah total sintesis bahan organik yang dihasilkan dengan adanya sinar. b. Produksi primer bersih, jumlah bahn organik yang disimpan setelah pengeluaran dalam bentuk pernafasan. c. Pernafasan, pertukaran gas dan panas dengan lingkungan yang berkaitan dengan pemutusan metabolik bahan organik oleh sel-sel hidup (Michael, 1984, hlm: 36). 2.3 Klorofil a Klorofil merupakan pigmen terpenting dari tumbuhan yang melakukan fotosintesa. Hingga kini telah dapat dibedakan adanya klorofil a, b, c, d, e, bakterioklorofil, dan bakteriviridin. Tetapi yang paling terkenal dan yang paling penting dalam kegiatan fotosintesa adalah klorofil a yang terdapat pada semua organisme yang autotrof. Klorofil merupakan pimen utama dari tetra pirol yang membentuk cincin yang pada bagian tengahnya mengandung metal. Molekul klorofil tersusun oleh unsur C, H, O, N, dan satu atom Mg (Smith, 2002, hlm: 44-45). Klorofil adalah zat pembawa warna hijau pada tumbuh-tumbuhan, yang berperan melakukan fotosintesis (menyerap dan menggunakan energi sinar matahari untuk mensintesis oksigen dan karbohidrat dari CO 2 dan H 2 O) pada tumbuhtumbuhan. Oleh karena itu, besarnya kandungan klorofil berpengaruh besar dalam menentukan laju fotosintesis. Kloroplas mengandung dua golongan pigmen yaitu
korofil, zat warna ini ada yang berwarna hijau kebiru-biruan (klorofil a), hijau kekuning-kuningan (klorofil b) dan karotenoid, zat warna ini terdiri dari karotin yang berwarna merah jingga dan santofil berwarna kuning (Sutrian, 2004, hlm: 137-140). Dan dari hasil penelitian diketahui bahwa klorofil a memainkan peranan penting pada fotosistem I dan II. Pada tahun 1957, Bessel Kok menemukan adanya klorofil a yang dinamakan P700 dan ia berpendapat bahwa itu adalah pusat reaksi klorofil a fotosintesis. Klorofil a tidak hanya berperan dalam pemanenan cahaya, pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia, dan 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). Kloroplas mengandung beberapa pigmen, sebagai contoh; klorofil a terutama menyerap cahaya biru violet dan merah, sedangkan klorofil b menyerap cahaya biru dan orange dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a berperan langsung dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan dalam reaksi terang (http : // www. Lablink. Or. Id/ Env/ Bio/ Fotosintesis. Htm. 2008). Metode yang lazim digunakan untuk mengukur hasil tetap ialah mengukur beberapa komponen yang umum yang terdapat dalam semua tumbuhan, biasanya yang diukur ialah kadar klorofil dalam suatu volume air tertentu. Karena semua tumbuhan mengandung klorofil agar dapat berfotosintesis, kadar klorofil dalam suatu volum air tertentu 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 jumlah ekstrak warna yang dihasilkan dengan spektrofotometer. Kandungan klorofil berbeda menurut spesies fitoplankton, dan bahkan berbeda pada individu-individu dari spesies yang sama. Karena kandungan klorofil bergantung pada kondisi individu. Banyaknya klorofil yang terdapat dalam tumbuhan juga bergantung pada waktu dan intensitas cahaya matahari (Ferguson, 1956, hlm: 28-29).
2.4. Hubungan antara Produktivitas Primer dengan Faktor Fisik Kimia Perairan. Hubungan nilai produktivitas primer dengan faktor fisik kimia perairan adalah sebagai berikut: 2.4.1 Temperatur Dalam setiap penelitian pada ekosistem akuatik, pengukuran suhu air merupakan mutlak dilakukan. Hal ini disebabkan karena kelarutan berbagai jenis gas di air serta semua aktifitas biologis fisiologis di dalam ekosistem akuatik sangat dipengaruhi oleh temperatur. Menurut hukum Van t Hoffs kenaikan temperatur sebesar 10 o C (hanya pada kisaran yang masih dapat ditolerir) akan meningkatkan aktivitas fisiologis (misalnya respirasi) dari organisme sebesar 2-3 kali lipat. Pola temperatur suatu ekosistem akuatik dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti intensitas cahaya matahari, pertukaran panas antara air dengan udara sekelilingnya dan juga oleh faktor kanopi (penutupan oleh vegetasi) dari pepohonan yang tumbuh di tepi ( Brehm & Meijering 1990 dalam Barus, 1996, hlm: 23-25). Menurut Soetjipta, (1993), dalam Azwar (2001, hlm: 51), bahwa temperatur yang masih dapat ditolerir oleh organisme pada suatu perairan berkisar antara 20-30, dan temperatur yang sesuai dengan fitoplankton berkisar antara 25-30 o C, sedangkan temperatur yang optimal untuk pertumbuhan dari zooplankton berkisar antara 15-35 o C. 2.4.2 Penetrasi cahaya Fotosintesis hanya dapat berlangsung bila intensitas cahaya yang sampai ke suatu sel alga lebih besar daripada suatu intensitas tertentu. Cahaya matahari dibutuhkan oleh tumbuhan air (fitoplankton) untuk proses asimilasi. Besar nilai penetrasi cahaya ini dapat diidentikkan dengan kedalaman air yang memungkinkan masih berlangsungnya
proses fotosintesis. Nilai penetrasi cahaya sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari, kekeruhan air serta kepadatan plankton suatu perairan (Barus, 2004, hlm: 40; Suin, 2002, hlm: 42) dan menurut (Haerlina, 1987, hlm: 5-6), penetrasi cahaya merupakan faktor pembatas bagi organisme fotosintetik (fitoplankton) dan juga kematian pada organisme tertentu. Kedalaman penetrasi cahaya suatu perairan merupakan kedalaman dimana produksi fitoplankton masih dapat berlangsung, bergantung pada beberapa faktor, antara lain: absorbsi cahaya oleh air, panjang gelombang cahaya, kecerahan air, pemantulan cahaya oleh permukaan laut, lintang geografik, dan musim (Nybakken, 1992, hlm: 59). Fotosintesis oleh fitoplankton jelas tergantung pada adanya cahaya. Laju fotosintesis akan tinggi bila tingkat intensitas cahaya tinggi dan menurun bila intensitas cahaya menurun. Sebaliknya, laju respirasi fitoplankton dapat dikatakan konstan di semua kedalaman. Pada tingkat-tingkat intensitas cahaya yang sedang, laju fotosintesis fitoplankton merupakan fungsi linier dari intensitas cahaya (Barus, 2004, hlm: 44). 2.4.3 Intensitas Cahaya Matahari Faktor cahaya matahari yang masuk ke dalam air akan mempengaruhi sifatsifat optis dari air. Sebagian cahaya matahari tersebut akan diabsorbsi dan sebagian lagi akan dipantulkan ke luar dari permukaan air. Dengan bertambahnya kedalaman lapisan air intensitas cahaya tersebut akan mengalami perubahan yang signifikan baik secara kulitatif maupun kuantitatif. Cahaya gelombang pendek merupakan yang paling kuat yang mengalami pembiasan yang menyebabkan kolom air yang jernih akan terlihat berwarna biru dari permukaan. Pada lapisan dasar, warna air akan berubah menjadi hijau kekuningan, karena intensitas dari warna ini paling baik ditransmisi dalam air sampai ke lapisan dasar. Kondisi optik dalam air selain dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari, juga dipengaruhi oleh berbagai substrat dan benda yang lain yang terdapat di dalam air, misalnya oleh plankton dan humin yang terlarut dalam air. Vegetasi yang ada disepanjang aliran air juga dapat mempengaruhi intensitas
cahaya yang masuk ke dalam air, karena tumbuh-tumbuhan tersebut juga mempunyai kemampuan untuk mengabsorbsi cahaya matahari (Barus, 2004, hlm: 43). 2.4.4 ph (Derajat Keasaman) Organisme air dapat hidup dalam suatu perairan yang mempunyai nilai ph netral dengan kisaran toleransi antara asam lemah sampai basa lemah. Nilai ph yang sangat rendah akan menyebabkan terjadinya gangguan metabolisme dan respirasi. Disamping itu ph yang sangat rendah akan menyebabkan mobilitas berbagai senyawa logam yang bersifat toksik semakin tinggi yang tentunya akan mengancam kelangsungan hidup organisme akuatik. Sementara ph yang tinggi akan menyebabkan keseimbangan antara ammonium dan ammoniak dalam air akan tergangu, dimana kenaikan ph di atas netral akan meningkatkan konsentrasi amoniak yang juga bersifat sangat toksik bagi organisme (Barus, 2004, hlm: 60). Derajat keasaman perairan tawar berkisar dari 5-10 (Dirjen DIKTI Depdikbud, 1994, hlm: 12). Setiap organisme mempunyai ph yang optimum bagi kehidupannya. Perkembangan alga Cyanophyceae akan sangat jarang dalam perairan apabila ph di bawah 5 (Shubert, 1984, hlm: 401-403). 2.4.5 DO (Dissolved Oxygen). Disolved oxygen (DO) merupakan banyaknya oksigen terlarut dalam suatu perairan. Oksigen terlarut merupakan suatu faktor yang sangat penting di dalam ekosistem perairan, terutama sekali dibutuhkan untuk proses respirasi bagi sebahagian besar organisme air. Kelarutan oksigen sangat dipengaruhi terutama oleh faktor suhu. Kelarutan maksimum oksigen di dalam air terdapat pada suhu yaitu sebesar 14,16 mg/l O 2. Konsentrasi ini akan menurun sejalan dengan meningkatnya suhu air. Dengan peningkatan suhu akan menyebabkan konsentrasi oksigen akan menurun dan sebaliknya suhu yang semakin rendah akan meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut semakin tinggi (Barus, 2004, hlm: 56).
Sumber utama oksigen terlarut dalam air adalah penyerapan oksigen dari udara melalui kontak antara permukaan air dengan udara, dan dari proses fotosintesis. Pengaruh oksigen terlarut terhadap fisiologi organisme air terutama adalah dalam proses respirasi. Nilai oksigen terlarut di suatu perairan mengalami fluktuasi harian maupun musiman. Fluktuasi ini selain dipengaruhi oleh perubahan temperatur juga dipengaruhi oleh aktifitas fotosintesis dari tumbuhan yang menghasilkan oksigen (Schwrobel, 1987, dalam Barus, 2004, hlm: 57). Sanusi (2004, hlm: 12), mengatakan bahwa niali DO yang berkisar antara 5,45-7,00 mg/l cukup baik bagi proses kehidupan biota perairan. Barus (2004, hlm: 25), menegaskan bahwa nilai oksigen terlarut di perairan sebaiknya berkisar antara 6-8 mg/l. 2.4.6 Kejenuhan Oksigen Disamping pengukuran konsentrasi, biasanya dilakukan pengukuran terhadap tingkat kejenuhan oksigen dalam air. Hal ini dimaksudkan untuk lebih mangetahui apakah nilai tersebut merupakan nilai maksimum atau tidak. Untuk dapat mengukur tingkat kejenuhan oksigen suatu contoh air, maka disamping mengukur konsentrasi oksigen dalam mg/l, diperlukan pengukuran temperatur dari ekosistem air tersebut (Barus, 2004, hlm: 59). 2.4.7 BOD (Biochemical Oxygen Demand) Nilai BOD (Biochemical Oxygen Demand) menyatakan jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme aerobik dalam proses penguraian senyawa organik, yang diukur pada suhu 20 0 C (Forsner, 1990, dalam Barus, 2004). Dari hasil penelitian misalnya diketahui bahwa untuk menguraikan senyawa organik yang terdapat di dalam limbah rumah tangga secara sempurna, mikroorganisme membutuhkan waktu sekitar 20 hari lamanya. Mengingat bahwa waktu selama 20 hari dianggap terlalu lama dalam proses pengukuran ini, sementara dari hasil penelitian diketahui bahwa setelah pengukuran dilakukan selama 5 hari jumlah senyawa organik yang diuraikan
sudah mencapai kurang lebih 70% maka pengukuran yang umum dilakukan adalah pengukuran selama 5 hari ( BOD 5 ) (Barus, 2001, hlm: 65). Brower et al (1990), mengatakan bahwa nilai konsentrasi BOD menunjukan suatu kualitas perairan yang masih tergolong baik dimana apabila konsumsi oksigen selama 5 hari berkisar sampai 5 mg/l oksigen maka perairan tersebut tergolong baik dan apabila konsumsi oksigen berkisar antara 10 mg/l -20 mg/l oksigen akan menunjukkan tingakat pencemaran oleh materi organik yang tinggi dan untuk air limbah BOD umumnya lebih dari 100 mg/l. Pengukuran BOD didasarkan pada kemampuan mikroorganisme untuk menguraikan senyawa organik, artinya hanya terdapat substansi yang mudah diuraikan secara biologis seperti senyawa yang umumnya yang terdapat dalam limbah rumah tangga. 2.4.8 Kandungan Unsur Fosfat dan Nitrat Fosfat dan nitrat merupakan senyawa kimia yang sangat penting untuk mendukung kehidupan organisme dalam suatu perairan antara lain fitoplankton yang digunakan sebagai makanan berbagai jenis ikan (Muchtar, 1980, hlm: 21). Fitoplankton dapat menghasilkan energi dan molekul yang kompleks jika tersedia bahan nutrisi yang paling penting adalah nitrat dan fosfat (Nybakken, 1992, hlm: 39-42). Nutrien sangat dibutuhkan oleh fitoplankton dalam perkembangannya dalam jumlah besar maupun dalam jumlah yang relatif kecil. Setiap unsur hara mempunyai fungsi khusus pada pertumbuhan dan kepadatan tanpa mengesampingkan pengaruh kondisi lingkungan. Unsur N, P, K, dan S, sangat penting untuk pembentukan protein dan K berfungsi dalam metabolisme karbohidrat. Fe dan Na berperan dalam pembentukan Klorofil, dan Si dan Ca merupakan bahan untuk dinding sel atau cangkang. Disamping itu silikat (Si) lebih banyak digunakan oleh diatom dalam pembentukan didnding sel (Raymont, 1963 dalam Hutauruk, 1984, hlm: 46). Nitrat dan fosfat yang optimal untuk pertumbuhan fitoplankton masing-masing 3,9 mg/l 15,5 mg/l dan 0,27 mg/l 5,51 mg/l (Mackentum, 1969 dalam Haerlina, 1987, hlm: 6-7).
Fosfat merupakan unsur yang sangat esensial sebagai bahan nutrient bagi berbagai organisme akuatik. Fosfat merupakan unsur hara yang sangat penting dalam pertukaran energi dari organisme yang sangat dibutuhkan dalam jumlah sedikit (mikronutrient), sehingga fosfat berfungsi sebagai faktor pembatas bagi pertumbuhan organisme. Peningkatan konsentrasi fosfat dalam suatu ekosistem perairan akan meningkatan pertumbuhan alga dan tumbuhan air lainnya secara cepat. Peningkatan fosfat akan menyebabkan timbulnya proses eutrofikasi di suatu ekosistem perairan yang menyebabkan terjadinya penurunan kadar oksigen terlarut, diikuti dengan timbulnya kondisi aerob yang menghasilkan berbagai senyawa toksik misalnya methan, nitrit dan belerang (Barus, 2004, hlm: 43). Nitrat adalah merupakan zat nutrisi yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk dapat tumbuh dan berkembang, sementara nitrit merupakan senyawa toksik yang dapat mematikan organisme air. Keberadaan nitrat diperairan sangat dipengaruhi oleh buangan yang dapat berasal dari industri, bahan peledak, piroteknik dan pemupukan. Secara alamiah kadar nitrat biasanya rendah namun kadar nitrat dapat menjadi tinggi sekali dalam air tanah di daerah yang diberi pupuk nitrat/nitrogen (Alaerts, 1987, hlm: 159-161).