LAPORAN PRAKTIKUM EKOLOGI DAUR KARBON Nama : Laili Fitriyah NIM : 109095000031 Kelompok : 5 Asisten : Yudhi Nugraha Tanggal Praktikum : 12 April 2011 Tanggal Pengumpulan : 26 April 2011 PROGRAM STUDI BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2011 M / 1432 H
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam ekositem terdapat dua peristiwa yang tidak pernah berhenti yaitu aliran energi dan daur materi. Aliran energi berawal dari sinar surya yang memasuki ekosistem. Energi ini digunakan untuk fotosintesa tanaman hijau dan selanjutnya beredar dalam ekosistem melalui rantai makanan. Sedangkan daur materi berlangsung mulai dari organisme hidup ke lingkungan abiotik baik tanah atau atmosfer dan kembali lagi ke organisme hidup, sehingga keberadaan bahan- bahan di ekosistem dalam keseimbangan dinamik. Daur karbon berlangsung sebagai berikut : CO 2 di ikat dalam fotosintesa, kemudian dilepaskan kembali ke udara atau air melalui proses respirasi oleh hewan dan perombakan bahan organik dalam tanah. Dalam hal ini pemakaian CO 2 oleh tanaman sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya. Respirasi jasad hidup dalam tanah, termasuk akar tanaman menaikkan kadar CO 2 di udara dan menurunkan kadar CO 2 dalam tanah. Hal ini menyebabkan adanya gradien difusi antara gas- gas di lapisan atas permukaan tanah dan di atmosfer, dengan demikian terjadi pertukaran gas- gas di atmosfer dengan di permukaan tanah. Yang paling berfluktuasi adalah konsentrasi O 2 sedangkan konsentrasi CO 2 cenderung stabil. Dalam percobaan ini akan diukur CO 2 yang didaur dalam suatu wadah kecil yang berisi tanaman hijau (Hydrilla sp) dan moluska air (Lymnea sp) dengan menggunakan larutan indikator brom timol biru. Brom timol biru merupakan larutan indikator berwarna biru dalam larutan basa dan kuning kemerahan dalam larutan asam. Gas CO 2 akan membentuk asam bila di larutkan dengan air. Bila wadah ditempatkan di tempat terang, CO 2 di air digunakan untuk fotosintesa tanaman sebaliknya bila diletakkan di tempat gelap, tidak terjadi fotosintesa oleh karenanya akan terjadi perbedaan konsentrasi CO 2 pada wadah yang diletakkan di tempat terang dengan wadah yang ditempatkan di tempat gelap.
1.2 Tujuan Tujuan dilakukannya praktikum ini adalah untuk mempelajari daur biogeokimia pada ekosistem khususnya daur karbon.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Jika aliran energi merupakan arus satu arah yang diperbarui terus dari pasokan SS, aliran materi yang diperlukan dunia kehidupan pada dasarnya bersifat dua arah, karena bahan- bahan kimia terbatas persediaannya hingga harus digunakan lagi melalui proses perputaran (siklus). Karena proses siklus materi tidak hanya terjadi dalam tubuh orgaisme (biota) tetapi berlangsung juga dalam lingkungan abiotik, proses ini disebut siklus biogeokimia. Unsur- unsur kimia di alam mempunyai kecenderungan untuk beredar di dalam biosfer. Setiap unsur kimia mempunyai kekhasan di dalam siklus biogeokimia, tetapi umumnya terdiri dari dua kelompok, yaitu : 1. Kelompok cadangan yang terdiri dari komponen non-biologi dalam jumlah yang besar dan bergerak lamban 2. Kelompok pertukaran/ peredaran yang merupakan bagian yang lebih kecil dari kelompok cadangan, akan tetapi lebih aktif dan selalu bertukar secara cepat antara organisme dan lingkungannya. Menurut Odum (1971), dari 90 unsur yang telah diketahui terdapat di alam, sekitar 30-40 unsur adalah diperlukan oleh organisme hidup. Beberapa unsure tersebut seperti karbon (C), hydrogen (H), oksigen (O) dan lain sebagainya diperlukan dalam jumlah besar dan sebaliknya beberapa jenis unsure dibutuhkan dalam jumlah sedikit. Namun demikian, apapun kegunaan dari unsure- unsure tersebut bagi organisme hidup pada dasarnya di alam memperlihatkan siklus biogeokimia tertentu. Istilah biogeokimia dikenalkan Hutchinson antara tahun 1944-1950 yang pada dasarnya merupakan pengkajian pertukaran atau perubahan terus-menerus dari bahan/ unsure antara komponen biosfer yang hidup dan tak hidup. Suatu atom tertentu pada suatu waktu adalah merupakan bagian dari batu dan pada waktu yang lain atom tersebut berada dalam lautan bebas serta pada waktu yang lainnya lagi dapat merupakan bagian dari tubuh hewan hidup atau tumbuhan. Jadi suatu
atom tersebut dapat dikatakan telah melalui fase abiotik sebagai benda mati dalam batu dan kemudian dalam lautan, yaitu fase geologis-kimia dan telah pula melalui fase biotic dalam tubuh hewan dan tumbuhan. Dengan kata lain, atom tersebut berganti-ganti melalui fase-fase abiotik ke fase biotic secara berulang- ulang. Dapat juga dikemukakan bahwa segala isi yang terkandung dalam biosfer sebagai sumber energy yang potensial baik yang tersembunyi dalam litosfer, hydrosfer maupun atmosfer dapat dimanfaatkan untuk pemenuhan kebutuhan makhluk hidup. Pemenuhan kebutuhan tersebut dapat secara langsung dengan ekosistemnya, maupun secara tidak langsung untuk peningkatan kualitas hidup. Secara umum, siklus biogeokimia yang terjadi di alam dapat di ilustrasika dalam gambar 2.1. Siklus gas DEKOMPOSISI Siklus biologi SEDIMENTASI EROSI HYDROSFER LITHOSFER PROSES GEOLOGI dan formasi batuan Gambar 2.1. Siklus Biogeokimia Dari sekian banyak unsure dan persenyawaan kimia yang ada dalam ekosistem terdapat suatu daur bolak balik antara organisme dan lingkungan
fisiknya. Dan beberapa daur ini menyangkut persenyawaan kimia yang amat diperlukan bagi keseimbangan pemeliharaan kehidupan di dalam ekosistem (Odum, 1971). Oleh karena itu, daur biogeokimia ini adalah sesuatu yang sangat penting. Karena dalam setiap daur terdapat suatu gudang cadangan utama atau simpanan unsure dan berasal dari gerakan unsure secara teru menerus keluar masuk melalui organisme. Dalam setiap daur juga terdapat suatu tempat pembuangan sejumlah tertentu unsure kimia dan ini tidak dapat didaur-ulangkan melalui peristiwa biasa. Hilangnya unsure kimia di tempat pembuangan dalam periode waktu yang lama dapat menjadi faktor pembatas, kecuali apabila tempat pembuangan tersebut dapat dimanfaatkan kembali. Situasi ini pada umumnya terjadi dalam peristiwa geologis, dimana unsur-unsur yang tertimbun dilepaskan kembali melalui organisme, erosi dan faktor- faktor lain. Siklus biogeokimia pada akhirnya cenderung mempunyai mekanisme umpan balik yang dapat mengatur sendiri (selfregulation) dan menjaga siklus tersebut dalam keseimbangan. Untuk kelangsungan proses biogeokimia itu diperlukan energi yang berasal dari matahari, seperti halnya penggunaan energy matahari dalam proses fotosintesis oleh tumbuhan hijau. Dalam proses fotosintesis, molekul klorofil dirangsang karena absorpsi energy cahaya. Untuk kembali menjadi keadaan normal, maka molekul klorofil melewati bentuk kemis yaitu, adenosine triphosfat (ATP) sebagai simpanan energi yang nantinya dapat digunakan untuk mengerjakan proses biogeokimia kembali. Elemen terpenting yang tersangkut dalam konstruksi organisme hidup tersebut adalah C (karbon). Dalam bagian kedua proses fotosintesis adalah terbentuknya CO 2 dan terjadinya senyawa- senyawa organik yang majemuk yaitu inkorporasi C dan CO 2 ke dalam senyawa- senyawa organik. Disini terjadi stadium dimana atom C melewati fase abiotis ke fase biotis. CO 2 secara biokimia direduksi dengan mengeluarkan energi dan membentuk tiga molekul karbon, lalu membentuk komponen majemuk yang kaya energi seperti gula dan karbohidrat.
Senyawa majemuk tersebut mengalami tiga kemungkinan yaitu : 1. Dengan oksigen pernafasan menjadi CO 2 dan air dan bersama itu dilepaskan energi 2. Dimakan oleh hewan herbivora dan diubah menjadi lemak, protein dan lain sebagainya untuk selanjutnya dimakan oleh karnivora 3. Dipakai sebagai sumber energi bagi organisme penghancur bangkai. Pembentukan CO 2 dari respirasi tersebut adalah reaksi redoks (oksidasi/reduksi), sehingga siklus C tersebut sangat erat kaitannya dengan oksigen. Respirasi pada dasarnya adalah proses kimia, dimana energi dibebaskan dari makanan dan selanjutnya dipergunakan dalam proses pertumbuhan, reproduksi, gerakan dan lain sebagainya. Proses kimia terpenting dalam respirasi adalah proses oksidasi berupa proses pembakaran yang berlangsung sangat lambat dibawah pengaruh enzim. Perbedaan respirasi dengan pembakaran adalah pada pembakaran terdapat panas dan berlangsung cepat tanpa pengaruh enzim, sedangkan respirasi berlangsung lambat dan dapat disamakan dengan evolusi dibawah pengaruh enzim. Substansi yang sering mengalami respirasi adalah gula dan jarang pada protein maupun lemak. Pada gula dapat digambarkan sebagai berikut : Energi Respirasi dapat dibagi menjadi dua, yaitu : 1. Aerobik Berlangsung dengan adanya oksigen bebas. CO 2 yang terbentuk digunakan lagi dalam proses fotosintesis dan energi yang terbentuk dipergunakan dalam proses tersebut dan proses lainnya. 2. Anaerobik Berlangsung tanpa atau sedikit sekali oksigen dimana gula dan protein banyak mengalami respirasi anaerobik. Proses respirasi anaerobik berada di bawah pengaruh enzim dengan hasil utama CO 2 dan etil alkohol. Respirasi anaerobik berbeda dengan proses fermentasi yang menghasilkan CO 2, alkohol, dan lain sebagainya.
2.1 Siklus Karbon (C) Proses dekomposisi bahan- bahan organik tidak dapat dipisahkan dengan siklus karbon yang terjadi di alam dan proses dekomposisi ini sering juga disebut dengan reclamation of waste material. Hasil akhir dari proses dekomposisi ini dikenal dengan kompos. Peristiwa dekomposisi dapat berlangsung melalui dua cara, yaitu : a. Dekomposisi aerobik, seperti respirasi. b. Dekomposisi anaerobik, seperti fermentasi. Dalam proses dekomposisi inilah dapat dijelaskan bagaimana siklus karbon berlangsung di alam. Siklus karbon adalah merupakan suatu aliran atau distribusi sumber karbon dari suatu ekosistem ke ekosistem lainnya. Dengan kata lain, siklus karbon adalah juga menggambarkan bagaimana unsure- unsure karbon tersebut beredar dlam suatu lingkungan. Unsure karbon masuk dalam rantai makanan dalam bentuk karbon dioksida (CO 2 ) yang berasal dari atmosfer, kemudian masuk ke dalam tubuh tumbuhan atau bagian lain dari proses fotosintesis. Melalui proses fotosintesis, CO 2 diubah menjad gula. Kemudian dibentuk ulang menjadi berbagai zat organikoleh tumbuh- tumbuhan seperti protein, vitamin dan lain sebagainya. Ini disebut dengan siklus karbon dasar. Selanjutnya pada prose fermentasi, produk- produk karbon komplek seperti methan yang berupa gas dibebaskan ke dalam atmosfer, untuk kemudian disana dioksidasi menjadi CO 2.
presipitasi CaCO 3 Karbin organic pada sedimen (tanah, fosil, batuan) HCO 3 ; CO 3 solution Volcanic Eruption Solution in water CO 2 Oxidation in atmosfer Fire fotosintesis CH 4 autrotops respirasi Animal in the grassing food chain Respirasi & fermentasi Death & Waste Detritus Food Chain Gambar 2.2. Siklus Karbon Dari gambar siklus karbon dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu : a. Semua CO 2 dari udara melalui proses fotosintesis autotrof dirubah menjadi glukosa dan bahan- bahan organic lainnya. b. Kelompok autotrof selama respirasi mengeluarkan CO 2 kembali ke udara (atmosfer). CO 2 yang sudah diikat menjadi glukosa termakan oleh binatang/ manusia melalui rantai makanan.
Sebagian dari kelompok autotrof dapat mati atau selama hidupnya dia membuang bahan- bahan organik seperti gugurnya daun, bahan ekskresi, rusaknya jaringan dan lain sebagainya. Pada akhirnya bahan- bahan tersebut akan memasuki sistem detritus food chain c. Detritus food chain merupakan sampah, yang selanjutnya akan mengalami proses dekomposisi di dalam tanah baik melalui aerobic respiration maupun anaerobik fermentation dan menghasilkan CO 2 maupun CH 4 yang berupa gas. Selanjutnya CO 2 langsung dibebaskan dan berakumulasi di atmosfer untuk sewaktu- waktu dipakai kembali pada proses fotosintesis sedangkan CH 4 di udara langsung dioksidasi menjadi CO 2.
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian Lokasi atau tempat melakukan pratikun ini dilakukan di laboratorium Ekologi. Praktikum dimulai pukul 09.00 12.00 WIB pada hari Selasa tanggal 12 April 2011. 3.2 Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan dalam praktikum ini antara lain beaker glass ukuran 1 liter sebanyak 4 buah, plastic penutup, pipet, DO meter, kertas label dan gunting. Bahan yang digunakan adalah Lymnea sp, Hydrilla sp, air, dan Brom Timol Biru 3.3 Cara Kerja Hal pertama yang dilakukan dalam percobaan ini adalah disiapkan dua percobaan A dan B masing- masing terdiri dari empat beaker glass. Kemudian masing masing beaker glass ditandai dengan A1, A2, A3, A4 serta B1, B2, B3, B4. Dengan ketentuan A di tempat terang dan B di tempat gelap. Lalu setiap beaker glass diisi dengan air sebanyak masing- masing 300 ml. Kemudian ditambahkan 5 tetes brom timol biru pada masing- masing botol. Pada beaker A1 dan B1 dimasukkan satu hewan Lymnea sp, ke dalam beaker A2 dan B2 masingmasing hewan Lymnea sp dan Hydrilla sp. Beaker glass A3 dan B3 masingmasing Hydrilla sp. Beaker A4 dan B4 dijadikan sebagi kontrol. Kemudian beaker glass semuanya ditutup dengan plastik yang rapat. Lalu rangkaian percobaan A ditempatkan di tempat terang dan rangkaian B di tempat gelap. Setelah 24 jam di amati semua beaker glass dan dibandingkan dengan kontrol. Kemudian dilanjutkan dengan dihitung kadar oksigen terlarut dengan menggunakan DO meter.
3.4 Analisis Data Data yang diperoleh dari hasil pengamatan dapat diolah dengan menggunakan analisis berdasarkan perbandingan antara kontrol dan hasil pengukuran DO meter setelah 24 jam terhadap perubahan warna yang terjadi.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Pada percobaan yang telah dilakukan untuk dapat memahami peran produsen dan konsumen pada siklus karbon digunakan dua perlakuan yang berbeda-beda. Ada yang ditempat terang, dan ada yang ditempat gelap. Pada percobaan ini brom timol biru digunakan sebagai indikator untuk dapat mengetahui apakah terdapat CO 2 didalam tabung reaksi karena larutan brom timol biru sangat sensitif dengan CO 2, kesensitifan ini dapat dilihat dengan adanya reaksi perubahan warna. Tabel 4.1. Hasil Pengamatan Kelompok Hydrilla sp Hydrilla sp dan Lymnea sp Lymnea sp Tabung A1 Tabung A2 Tabung A3 1 (terang) 50 mg/l ; 27,1 0 C Biru 5,9 mg/l ; 27,6 0 C Lymnea melarikan diri Biru 5,7 mg/l ; 27,6 0 C Kuning 2 (terang) 5,3 mg/l ; 27,4 0 C Biru 5,0 mg/l ; 27,6 0 C Biru 4,9 mg/l ; 27,3 0 C Kuning 3 (terang) 4,9 mg/l ; 27,1 0 C Biru 4,9 mg/l ; 27,2 0 C Biru 1,9 mg/l ; 27,5 0 C Kuning 4 (gelap) 4,8 mg/l ; 27,3 0 C Biru 3,0 mg/l ; 27,6 0 C, plastik robek Kuning 5,0 mg/l ; 27,6 0 C Kuning 5 (gelap) 5,2 mg/l ; 27,1 0 C Biru 5,8 mg/l ; 27,3 0 C Biru 4,9 mg/l ; 27,1 0 C Kuning 6 (gelap) 5,1 mg/l ; 27,4 0 C 4,2 mg/l ; 27,3 0 C 5,0 mg/l ; 27,5 0 C
Kuning 7 (gelap) 4,2 mg/l ; 27,5 0 C Kuning Kuning 5,0 mg/l ; 27,5 0 C Kuning Kuning 6,2 mg/l ; 27,5 0 C Biru * DO awal = 9,27 mg/l 27,7 0 C * Kontrol tempat terang = 6,5 mg/l ; 27,3 0 C * Kontrol tempat gelap = 5,2 mg/l ; 27,2 0 C Setelah 24 jam diperoleh hasil bahwa, pada saat didalam tempat terang di peroleh hasil bahwa pada tabung A1 warna airnya biru. Ini menunjukkan bahwa Hydrilla melakukan respirasi dengan fotosintesis, yang terlihat juga Hydrilla tampak hijau segar. Berarti bahwa kadar oksigen dalam air tinggi. Pada tabung A2 tempat terang, yang diisi dengan Lymnea, Hydrilla terjadi perubahan warna menjadi biru. Ini menunjukkan terjadi respirasi dan fotosintesis, dan hasil fotosintesis lebih kuat dan banyak dari O 2 yang digunakan untuk respirasi Hydrilla. Sehingga kadar O 2 tinggi. Di tabung A3 yang diisi dengan Lymnea, kadar DO-nya rendah karena ketika O 2 digunakan Lymnea untuk respirasi habis, tidak ada pasokan lagi sehingga kadar CO 2 tinggi. Percobaan yang dilakukan ditempat gelap, pada tabung B1 yang diisi dengan Hydrilla warna airnya menjadi biru. Hal ini karena Hydrilla tidak mengeluarkan karbin dioksida karena tidak ada cahaya matahari. Pada tabung B2 warna berubah menjadi kuning karena antara Hydrilla dan Lymnea saling berebut oksigen. Sehingga kadar oksigen menurun dan DO-nya rendah. Di tabung B3, terjadi perubahan warna air menjadi kuning karena Lymnea berespirasi menggunakan oksigen, sehingga kadar oksigen menurun dan nilai DOnya rendah. Dari rangkaian percobaan dapat dilihat bahwa fungsi tabung A4 dan tabung B4 hanya berfungsi sebagai control atau sebagai pembanding untuk dapat mengetahui apakah percobaan yang telah dilakukan berhasil atau tidak.
Sementara pada nilai DO awal dan akhir tiap tabel berbeda-beda, nilai DO pada tempat terang pada botol yang berisi Hydrilla memiliki nilai DO yang tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi respirasi lebih kuat. Sedangkan pada nilai DO pada Lymnea seharusnya lebih kecil karena siput membutuhkan oksigen maka dari itu seharusnya nilai DO-nya kecil dibanding botol yang berisi Lymnea dan Hydrilla. Sedangkan pada nilai DO pada tempat gelap seharusnya nilai DO pada tempat gelap diisi oleh Lymnea, hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi proses fotosintesis sehingga siput tidak dapat mengambil O2 yang terjadi hanya proses respirasi yang dihasilkan oleh siput tersebut, sama halnya dengan botol yang diisi oleh Lymnea dan Hidrilla seharusnya memiliki nilai DO yang kecil, hal ini menunjukkan bahwa respirasi terjadi sedikit tetapi fotosintesis tidak terjadi. Dari uraian di atas jelas bahwa siklus karbon tidak dapat berjalan dengan semestinya jika hanya ada Hydrilla atau Lymnea saja. Hal ini karena tidak seimbangnya daur oksigen dan karbon dioksida. Kadar gas- gas respirasi pada percobaan di atas dipengaruhi oleh kadar oksigen dan karbon dioksida adalah faktor pembatas bagi kehidupan. Oleh karena itu, kadar oksigen terlarut (DO = Dissolved Oxygen) dan permintaan oksigen hayati (BOD = Biological Oxygen Demand) selalu diukur pada setiap percobaan untuk mengetahui kadar yang sesungguhnya. Dari tabel di atas seperti pada hasil kelompok 1 yang Lymneanya melarikan diri dan kelompok yang plastik penutupnya robek ternyata mempengaruhi kadar DO-nya. Seperti kelompok 1 kadar DO nya tidak begitu jauh dengan DO kontrol. Berarti daur karbon pada percobaan ini berjalan tidak stabil karena Lymnea melarikan diri sehingga kadar O 2 tinggi dari hasil fotosintesis dan CO 2 rendah.
BAB V KESIMPULAN Dari hasil pengamatan dan pembahasan, dapat di ambil kesimpulan : 1. Produsen berperan sebagai penyedia oksigen dan karbohidrat bagi konsumen 2. Konsumen berperan sebagai penyedia CO 2 untuk produsen untuk melakukan proses fotosintetis. 3. Hubungan produsen dan konsumen saling bergantung satu sama lain. 4. Sinar matahari, CO 2, dan O 2 adalah komponen penyeimbang kestabilan siklus karbon. 5. Siklus karbon terjadi pada tabung 2 (A2 dan B2), yaitu terjadi interaksi timbal balik antara Hydrilla sp dan Lymnea sp. 6. Faktor abiotik sinar matahari dan suhu sangat mempengaruhi siklus karbon.
BAB VI DAFTAR PUSTAKA Arsyad, S. 1989. Konservasi Tanah dan Air. IPB Press: Bogor Dwidjoseputro. 1990. Ekologi Manusia dengan Lingkungannya. Erlangga : Jakarta Hanafiah. 2005. Biologi Tanah. Raja Grafindo Persada : Jakarta Hardjowigeno, S. 2007. Ilmu Tanah. Akademika Presisindo : Jakarta Indriyanto, Ir. 2008. Ekologi Hutan. Bumi Aksara : Jakarta Odum, E. P. 1971. Fundamentals of Ecology (Third Edition). Sounders College Publishing : Georgia Setyo Laksono, A. 2007. Ekologi (Pendekatan Deskriptif dan Kualitatif). Bayu Media : Malang Soemarwoto, O. 2008. Ekologi, Lingkungan Hidup dan Pembangunan. Djambatan : Jakarta Suyasa, I Y, dkk. 2010. Ekologi Perairan. STP Press : Jakarta
DAFTAR ISI DAFTAR ISI. BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang. 1.2 Tujuan.. BAB II Tinjauan Pustaka BAB III Metode Penelitian 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian... 3.2 Alat dan Bahan 3.3 Cara Kerja 3.4 Analisis Data BAB IV Hasil dan Pembahasan BAB V Kesimpulan BAB VI Daftar Pustaka LAMPIRAN...
LAMPIRAN Kelompok 1 Kelompok 4 Kelompok 2 Kelompok 5 Kelompok 3 Kelompok 6
Kelompok 7