Pengantar ONRIZAL Dept. Kehutanan FP USU A.G. Tansley, seorang ekolog Inggeris pada tahun 1935 Ekosistem? suatu sistem di alam yang mengandung komponen hayati (organisme atau biotik) dan komponen non-hayati (abiotik), dimana antara kedua komponen tersebut terjadi hubungan timbal balik untuk mempertahankan kehidupan Ekosistem 2 Pengantar Ekositem satuan dasar fungsional dalam ekologi, karena ekosistem mencakup organisme (komunitaskomunitas) biotik dan lingkungan abiotik yang saling berinteraksi Pengantar Fungsi utama ekosistem di dalam pandangan ekologi adalah penekanan hubungan wajib, ketergantungan, dan hubungan sebab-akibat, yakni perangkaian komponen-komponen untuk membentuk satuan-satuan fungsional Ekosistem 3 Ekosistem 4 Pengantar Padanan kata dalam berbagai pustaka: Biocoenosis = komponen biotik Geocoenosis = komponen abiotik Biogeocoenosis/geobiocoenosis = ekosistem Suatu ekosistem disusun oleh berbagai komponen yang dapat diklasifikasikan dari beberapa segi, yaitu: A. tingkat makan-memakan memakan (tropic( level) B. penyusun (struktur) C. tujuan deskriptif Ekosistem 5 Ekosistem 6 1
A. Tingkat makan-memakan (tropic level): 1. Komponen autotrofik, 2. Komponen heterotrofik A. Tingkat makan-memakan (tropic level): 1. Komponen autotrofik, organisme yang mampu mensistesis makanannya sendiri yang berupa bahan organik dari bahan-bahan anorganik sederhana dengan bantuan sinar matahari dan zat hijau daun (klorofil) Ekosistem 7 Ekosistem 8 A. Tingkat makan-memakan (tropic level): 2. Komponen heterotrofik organisme yang sumber makanannya diperoleh dari bahan-bahan organik yang dibentuk oleh komponen autotrofik, menyusun kembali dan menguraikan bahanbahan organik kompleks yang telah mati kedalam senyawa anorganik sederhana B. Penyusun (stuktur): 1. Komponen abiotik 2. Produsen 3. Konsumen 4. Pengurai Ekosistem 9 Ekosistem 10 B. Penyusun (stuktur): 1. Komponen abiotik yaitu komponen fisik dan kimia, seperti tanah, air, udara, sinar matahari, dan lain-lain yang merupakan medium untuk berlangsungnya kehidupan. 2. Produsen yaitu organisme autotrofik, umumnya adalah tumbuhan berklorofil yang mampu mensistesis makanannya sendiri dari bahan anorganik. B. Penyusun (stuktur): 3. Konsumen yaitu organisme heterotrofik 4. Pengurai yaitu organisme heterotrofik yang menguraikan bahan organik yang berasal dari organisme mati, menyerap sebagian hasil penguraian tersebut dan melepas bahan-bahan yang sederhana yang dapat dipakai oleh produsen Ekosistem 11 Ekosistem 12 2
C. Tujuan deskriptif: 1. Bahan-bahan anorganik (C, N, CO2, H2O, dan lainnya) 2. Senyawa organik (protein, lemak, karbohidrat, dan lainnya) 3. Iklim (suhu, dan faktor fisik lainnya) 4. Produsen C. Tujuan deskriptif: 5. Konsumer makro (phagotroph yaitu organisme heterotrofik, umumnya hewan) yang memakan organisme lain atau bahan organik 6. Konsumer mikro (saprotroph, osmotroph) yaitu organisme heterotrofik, umumnya jamur dan bakteri, yang menghancurkan bahan organik mati, menyerap sebagian hasil perombakannya, dan membebaskan bahan-bahan anorganik sederhana yang berguna bagi produser Mana yang merupakan komponen biotik dan abiotik? Ekosistem 13 Ekosistem 14 Organisme heterotrofik dapat juga dibedakan menjadi: Biophage, yaitu organisme yang mengkonsumsi organisme lainnya. Saprophage, yaitu organisme pengurai bahan-bahan organik yang telah mati Dari segi fungsional, suatu ekosistem sebaiknya dianalisis menurut: 1. Aliran energi 2. Rantai pangan 3. Pola keanekaragaman dalam ruang dan waktu 4. Siklus hara 5. Pengembangan dan evolusi 6. Kontrol (sibernetik) Ekosistem 15 Ekosistem 16 Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: 1. Konsumer I (konsumer primer) 2. Konsumer II (konsumer sekunder) 3. Konsumer III (konsumer tersier) 4. Parasit, scavenger, dan saproba Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: Konsumer I (konsumer primer) hewan-hewan herbivora yang makanannya bergantung pada produsen (tumbuhan hijau). Contoh: insekta, rodentia, kelinci, sapi, dan lainnya (pada ekosistem daratan), moluska, krustacea, dan lainnya (pada ekosistem akuatik) Ekosistem 17 Ekosistem 18 3
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: Konsumer II (konsumer sekunder) karnivora dan omnivora yang memakan herbivora. Contoh: burung gagak, rubah, kucing, ular, dan lainnya Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: Konsumer III (konsumer tersier) karnivora dan omnivora, misal singa, harimau, dan lainnya yang disebut juga Top Konsumer. Parasit, scavenger, dan saproba Ekosistem 19 Ekosistem 20 Faktor Penyebab Perbedaan Ekosistem Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: Konsumer I (konsumer primer) hewan-hewan herbivora yang makanannya bergantung pada produsen (tumbuhan hijau). Contoh: insekta, rodentia, kelinci, sapi, dan lainnya (pada ekosistem daratan), moluska, krustacea, dan lainnya (pada ekosistem akuatik) Konsumer II (konsumer sekunder) karnivora dan omnivora yang memakan herbivora. Contoh: burung gagak, rubah, kucing, ular, dan lainnya Konsumer III (konsumer tersier) karnivora dan omnivora, misal singa, harimau, dan lainnya yang disebut juga Top Konsumer. Parasit, scavenger, dan saproba Ekosistem 21 Ekosistem 22 Faktor Penyebab Perbedaan Ekosistem Perbedaan kondisi iklim (hutan hujan, hutan musim, hutan savana) Perbedaan letak dari permukaan laut, topografi, dan formasi geologik (zonasi pada pegunungan, lereng pegunungan yang curam, lembah sungai) Perbedaan kondisi tanah dan air tanah (pasir, lempung, basah, kering) Macam dan Ukuran Ekosistem Berdasarkan proses terjadinya, ekosistem menjadi dua macam: Ekosistem alam laut, sungai, hutan alam, danau alam, dan lainnya Ekosistem buatan sawah, kebun, hutan tanaman, tambak, bendungan (misalnya waduk Jatiluhur), dan lainnya Ekosistem 23 Ekosistem 24 4
Macam dan Ukuran Ekosistem Ukuran ekosistem bervariasi: sebesar kultur dalam botol di laboratorium, seluas danau, sepanjang sungai, seluas lautan sampai seukuran biosfir ini Tipe Ekosistem Ekosistem terestris (daratan) Ekosistem akuatik (perairan) Ekosistem 25 Ekosistem 26 Tipe Ekosistem Ekosistem terestris (daratan) Ekosistem hutan Ekosistem padang rumput Ekosistem gurun Ekosistem anthropogen atau buatan (sawah, kebun, dan lainnya) Tipe Ekosistem Ekosistem akuatik (perairan) Ekosistem air tawar, misalnya kolam, danau, sungai, dan lainnya Ekosistem lautan Ekosistem 27 Ekosistem 28 Tahap-tahap Dasar Operasional pada Ekosistem 1. Penerimaan energi radiasi 2. Pembuatan bahan-bahan organik dari bahan anorganik oleh produser 3. Pemanfaatan produser oleh konsumer dan lebih jauh lagi pada bahan-bahan terkonsumsi 4. Perombakan bahan-bahan organik dari organisme yang mati oleh dekomposer (pengurai) kedalam bentuk anorganik sederhana untuk penggunaan ulang oleh produser Ekologi Niche (Relung) Niche (relung) adalah peranan suatu makhluk hidup dalam suatu habitat. Habitat adalah tempat hidup organisme. Ekologi niche? peran total dari suatu jenis (spesies) dalam komunitas. Ekologi niche mencakup jenis organisme, faktor lingkungan, areal tempat tumbuh, spesialisasi dari populasi jenis dalam suatu ekosistem Ekosistem 29 Ekosistem 30 5
Beberapa hal penting tentang energi dalam ekosistem: Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja Bentuk energi yang berperan penting pada makhluk hidup adalah energi mekanik, kimia, radiasi dan panas Perilaku energi di alam mengikuti Hukum Thermodinamika Ekosistem 31 Ekosistem 32 Beberapa hal penting tentang energi dalam ekosistem: Hukum Thermodinamika: Hukum Thermidinamika I Energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi energi tidak pernah dapat diciptakan atau dimusnahkan Beberapa hal penting tentang energi dalam ekosistem: Hukum Thermodinamika: Hukum termodinamika II Setiap terjadi perubahan bentuk energi pasti terjadi degradasi energi dari bentuk energi yang terpusat menjadi bentuk energi yang terpencar atau karena berbagai energi selalu memencar menjadi panas, tidak ada transformasi secara spontan dari suatu bentuk energi menjadi energi potensial berlangsung dengan efisiensi 100%. Ekosistem 33 Ekosistem 34 Beberapa hal penting tentang energi dalam ekosistem: Gambar: Diagram aliran energi dalam ekosistem Hukum Thermodinamika: Hukum termodinamika II Misal: 57% energi surya diserap atmosfir, dan 35% disebarkan untuk memanaskan air dan daratan. Dari sekitar 8% energi surya yang mengenani permukaan tumbuhan, 10 15% dipantulkan, 5% ditansmit, 80 85% diserap, dan ± 2% (0,5 3,5%) dari total energi cahaya digunakan dalam fotosistesis serta sisanya dirobah menjadi bentuk panas Ekosistem 35 Ekosistem 36 6
Rantai Pangan Rantai pangan: pengalihan energi dari sumberdaya dalam tumbuhan melalui sederatan organisme yang makan dan dimakan. Rantai Pangan Semakin pendek rantai pangan semakin besar energi yang dapat disimpan dalam bentuk tubuh organisme di ujung rantai pangan Ekosistem 37 Ekosistem 38 Rantai Pangan: Tipe Rantai pemangsa Rantai parasit Rantai saprofit/dedritus Rantai Pangan: Tipe Rantai pemangsa dimulai dari hewan kecil sebagai mata rantai pertama ke hewan yang lebih besar dan berakhir pada hewan terbesar dimana landasan permulaan adalah tumbuhan sebagai produser. Ekosistem 39 Ekosistem 40 Rantai Pangan: Tipe Rantai parasit berawal dari organisme besar ke organisme kecil. Rantai saprofit/dedritus bearawal dari organisme mati ke mikroorganisme. Rantai Pangan: Tingkat Tropik Dalam suatu ekosistem, rantai-rantai pangan berkaitan satu sama lain membentuk suatu jaring-jaring pangan (food web). Ekosistem 41 Ekosistem 42 7
Rantai Pangan: Tingkat Tropik Komponen-komponen organisme dalam suatu ekosistem biasanya dikelompokkan ke dalam tingkat tropik (tropic level) yang terdiri atas suatu kelompok organisme. Rantai Pangan: Tingkat Tropik Berbagai organisme yang memperoleh sumber makanan melalui langkah yang sama dianggap termasuk pada tingkat tropik yang sama Ekosistem 43 Ekosistem 44 Rantai Pangan: Tingkat Tropik Berdasarkan tingkat tropik, organisme dalam ekosistem dikelompokkan menjadi: Tumbuhan hijau : tingkat tropik I Herbivora : tingkat tropik II Karnivora : tingkat tropik III Karnivora sekunder : tingkat tropik IV Struktur Tropik & Piramida Ekologi Ukuran individu menentukan besarnya metabolisme suatu organisme. Semakin kecil ukuran organisme, semakin besar metabolisme per gram biomassa. Oleh karena itu, semakin kecil organisme semakin kecil biomassa yang dapat ditunjang pada suatu tingkat tropik dalam ekosistemnya Ekosistem 45 Ekosistem 46 Struktur Tropik & Piramida Ekologi Fenomenan interaksi antara rantai-rantai makanan dan hubungan metabolisme dengan ukuran organisme menyebabkan berbagai komunitas mempunyai struktur tropik tertentu Struktur Tropik & Piramida Ekologi Struktur tropik dapat diukur dan dipertelakan, baik dengan biomassa per satuan luas maupun dengan banyaknya energi yang ditambat per satuan luas per satuan waktu pada tingkat tropik yang berurutan Ekosistem 47 Ekosistem 48 8
Struktur Tropik & Piramida Ekologi Piramida ekologi dapat menggambarkan struktur dan fungsi tropik Tipe-tipe piramida ekologi: Piramida jumlah individu Piramida biomassa Piramida energi Struktur Tropik & Piramida Ekologi Tipe-tipe piramida ekologi: Piramida jumlah individu menggambarkan jumlah individu dalam produser dan konsumer suatu ekosistem Piramida biomassa menggambarkan biomassa dalam setiap tingkat tropik Piramida energi menggambarkan besarnya energi pada setiap tingkat tropik. Semakin tinggi tingkat tropik, semakin efisien dalam penggunaan energi Ekosistem 49 Ekosistem 50 Produktivitas Produktivitas primer kecepatan penyimpanan energi potensial oleh organisme produsen melalui proses fotosistesis dalam bentuk bahan-bahan organik yang dapat digunakan sebagai bahan pangan. Produktivitas sekunder kecepatan penyimpanan energi potensial pada tingkat tropik konsumer dan pengurai Produktivitas Primer Produktivitas primer kotor (gross primary production) kecepatan total fotosistesis, mencakup pula bahan organik yang dipakai untuk respirasi selama pengukuran. Istilah ini sama dengan asimilasi total Produktivitas primer bersih (net primary production) kecepatan penyimpanan bahan-bahan organik dalam jaringan tumbuhan sebagai kelebihan bahan yang dipakai untuk respirasi oleh tumbuh-tumbuhan selama pengukuran. Istilah ini sama dengan asimilasi bersih Ekosistem 51 Ekosistem 52 Produktivitas Biomassa Dapat diukur berdasarkan: kalori atau dikenal juga dengan ash free dry weight (berat kering bebas abu) yang dinyatakan dalam satuan kalori per satuan luas per satuan waktu, misalnya kalori per hektar per tahun biomassa (biasanya berupa berat kering) yang dinyatakan dalam satuan biomassa per satuan luas per satuan waktu, misalnya ton per hektar per tahun Jumlah bahan organik yang diproduksi oleh organisme per satuan unit area pada suatu saat Biomassa menunjukkan net production Biomass production rate laju akumulasi biomassa dalam kurun waktu tertentu Biomassa dinyatakan dalam (a) berat kering (dry weight) (b) berat kering bebas abu (ash free dry weight) Ekosistem 53 Ekosistem 54 9
Aliran energi Energi cahaya Produksi Primer Kotor Respirasi Produksi Primer Bersih Dalam setiap transfer energi dari tanaman ke tingkat tropik yang berbeda, 90 % hilang sebagai panas Efisiensi energi rasio antara aliran energi di setiap titik/tahap yang berbeda sepanjang rantai makanan (%) Gross Ecological Effisiency (GEE) rasio kalori mangsa yang dikonsumsi pemangsa terhadap kalori makanan yang dikonsumsi mangsa Ekosistem 55 Ekosistem 56 Produktivitas: Contoh NPP Whittaker, 1970 Ekosistem Luas, Produksi bersih per unit area (10 6 km 2 ) (gram kering per m 2 per tahun) Kisaran Nilai Tengah Danau dan sungai 2 100-1500 500 Rawa dan payau 2 800-4000 2000 Hutan tropis 20 1000-5000 2000 Hutan temperate 18 600-2500 1300 Hutan boreal 12 400-2000 800 Woodland & shrubland 7 200-1200 600 Savana 15 200-2000 700 Padang rumput temperate 9 150-1500 500 Tundra dan alpine 8 10-400 140 Semak gurun pasir 18 10-250 70 Gurun pasir ekstrim, batu dan es 24 0-10 3 Lahan pertanian 14 100-4000 650 Total lahan 149... 730 Lautan terbuka 332 2-400 125 Dasar benua 27 200-600 350 Alga dan pesisir 2 500-4000 2000 Total lautan 361... 155 Total bumi 510... 320 Ekosistem 57 Siklus Biogeokimia & Hara Telah diketahui ada sekitar 100 unsur kimia di dunia hanya 30 40% unsur yang sangat diperlukan oleh makhluk hidup. Unsur-unsur kimia, termasuk unsur utama dari protoplasma, cenderung untuk bersirkulasi dalam biosfir dengan pola tertentu dari lingkungannya ke organisme dan kembali lagi ke lingkungan siklus biogeokimia Pergerakan unsur-unsur dan senyawa-senyawa anorganik yang penting untuk menunjang kehidupan siklus hara Ekosistem 58 Siklus Biogeokimia & Hara Kedua siklus tersebut masing-masing terdiri atas dua kompartemen atau dua pool: Reservoir pool dengan karakter besar, lambat bergerak, umumnya bukan komponen ekologi. Exchange atau cycling pool dengan karakter kecil, tapi lebih aktif bertukar dengan cepat antara organisme dengan lingkungannya Siklus Biogeokimia & Hara Dari sudut biosfir secara keseluruhan, siklus biogeokimia terdiri atas: Tipe gas, dimana reservoir adalah di atmosfir atau hidrosfir (lautan), misalnya siklus karbon (CO 2 ) dan siklus nutrien (N). Tipe sedimen, dimana reservoir adalah di kerak bumi, misalnya siklus posfor (P). Ekosistem 59 Ekosistem 60 10
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem Langkah pertama dalam membuat model grafis dari aliran energi dalam ekosistem adalah dengan menentukan anggota primer dari jaring pangan dan interaksi jaring pangan Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem Produser Herbivora Carnivora Spartina Prochelisia Orchelimum Serangga herbivore lainnya Laba-laba Passarines Capung Bakteri Bakteri Uca dan Sesarma Modiolus Littorina Alga Oligochaete Streblospio Capitella Manayunkia Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962) Eurytium Clapper rail Raccoon Ekosistem 61 Ekosistem 62 Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem Input berupa cahaya 600.000 kkal m 2 per tahun Hilang dalam fotosintesis 563.620 kkal m 2 per tahun; 93,9% Produksi kotor 36.380 ; 6,1o% cahaya yang terjadi Respirasi produser 28.173 ; 77% produksi kotor Produksi bersih 8.205 kkal m 2 per tahun Respirasi bakteri 3.890 kkal m 2 per tahun; 47% produksi bersih Respirasi konsumen lainnya 644 kkal m 2 per tahun Energi total yang hilang oleh konsumen 4.534 kkal m 2 per tahun; 55% produksi bersih Ekspor 3.671 kkal m 2 per tahun; 45% produksi bersih Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962) Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962) Ekosistem 63 Ekosistem 64 11