Konsep Ekologi PHT Dr. Akhmad Rizali KONSEP EKOLOGI PHT Tujuan uraian dalam bab ini adalah untuk membentuk konsep dasar dalam mempelajari agroekosistem dan memperkenalkan kepada para mahasiswa tentang beberapa konsep ekologi terutama yang berguna dalam mengembangkan prosedur PHT yang efisien 1
KONSEP EKOLOGI PHT Diversity and stability Trophic pyramid Biological magnification Succession Natural selection Nutrient cycle Island biogeography theory r vs K DIVERSITY AND STABILITY 2
Pendapat Umum Kekayaan spesies yang tinggi memaksimalkan perolehan sumber daya pada setiap tingkat trofik dan penyimpanan sumber daya di dalam ekosistem Keanekaragaman spesies yang tinggi mengurangi risiko timbulnya perubahan besar dalam proses ekosistem sebagai tanggap terhadap variasi lingkungan. Keanekaragaman spesies yang tinggi mengurangi kemungkinan perubahan besar dalam proses ekosistem sebagai tanggap terhadap invasi patogen dan spesies lainnya Lanskap dari kacamata ekologi adalah bentang lahan yang heterogen, yang dibentuk oleh elemen/unit pembentuk lanskap yang disebut Patch, yang saling berinteraksi. Patch adalah area homogen yang dapat dibedakan dari daerah di sekelilingnya "Keseimbangan hayati" mengacu pada keterkaitan antara organisme, termasuk struktur jaring jaring makanan dan kemampuan sistem ekologi untuk mempertahankan diri mereka dari waktu ke waktu. Karakteristik keseimbangan adalah dinamis, bukan tetap. Keanekaragaman hayati dan keseimbangan dalam sistem ekologi sering digunakan untuk menilai kesehatan ekosistem, dan pengurangan keanekaragaman hayati seringkali merupakan respon terhadap polutan atau stres lainnya. Mengembalikan keanekaragaman hayati dan keseimbangan biologis menjadi fokus perhatian PHT Keanekaragaman dan keseimbangan hayati juga menarik karena bagaimana mereka dapat mempengaruhi fungsi dan stabilitas systems ekologi. Sementara para ilmuwan memperdebatkan hubungan yang tepat antara keragaman dan fungsi dan stabilitas sistem ekologi, umumnya sepakat bahwa ketika jumlah spesies di tipe system ekologi tertentu menurun, terdapat potensi kehilangan resilience di dalam system tersebut. Hubungan tersebut dapat bervariasi tergantung pada tipe spesies yang keluar masuk. Resilience adalah kemampuan ekosistem untuk sembuh dari kerusakan yang disebabkan oleh faktor lingkungan 3
Keanekaragaman Hayati Keanekaragaman hayati adalah "totalitas gen, spesies, dan ekosistem pada suatu daerah". Menurut KTT Bumi "keanekaragaman hayati" adalah "variabilitas antara organisme hidup dari semua sumber, termasuk, 'antara lain', darat, laut, dan ekosistem air, dan mereka adalah bagian dari kompleks ekologi. Termasuk keragaman di dalam spesies, antar spesies dan ekosistem Variasi kehidupan di semua tingkat organisasi biologis adalah ukuran kesehatan ekosistem Keanekaragaman ekosistem tropis lebih kaya daripada ekosistem sub tropis Perubahan cepat di ekosistem dapat memusnahkan biota Tingkat Keanekaragaman Hayati Tingkat keanekaragaman hayati dalam agroekosistem bergantung pada 4 ciri utama agroekosistem (Southwood & Way, 1970) Keanekaragaman vegetasi di dalam dan di sekitar agroekosistem Kepermanenan dari berbagai tanaman dalam agroekosistem Intensitas manajemen Tingkat isolasi agroekosistem dari vegetasi alami 4
Agroekosistem dengan OPT rendah Ciri ciri agroekosistem dengan potensi OPT rendah (Altieri, 1994; Altieri dan Letourneau, 1982, 1984) Keanekaragaman tanaman yang tinggi melalui pencampuran tanaman dalam ruang dan waktu Memutus budidaya monokultur melalui rotasi, penggunaan varietas umur pendek, menggunakan periode tanpa tanaman atau bebas tanaman inang yang disenangi OPT Lahan kecil tersebar menciptakan sebuah mosaik struktural bersebelahan tanaman dengan lahan tidur yang berpotensi menyediakan tempat tinggal dan makanan alternatif bagi musuh alami. Hama juga dapat berkembang biak dalam lingkungan ini tergantung pada komposisi spesies tanaman. Namun, keberadaan populasi hama dan atau inang alternatif yang rendah mungkin diperlukan untuk mempertahankan musuh alami di daerahtersebut. Pertanian dengan komponen tanaman tahunan yang dominan. Perkebunan dianggap sebagai ekosistem semi permanen, dan lebih stabil dibandingkan dengan sistem tanam musiman. Karena perkebunan kurang menderita gangguan dan ditandai dengan keragaman struktur yang lebih besar, kemungkinan untuk penggunaan agen pengendali biologis umumnya lebih tinggi, terutama jika didorong tumbuhnya keanekaragamansemak semak bunga bungaan Kepadatan tanaman yang tinggi atau keberadaan tingkat spesies gulma tertentu yang dapat ditoleransi Keragaman genetik yang tinggi yang dihasilkan dari penggunaan berbagai campuran atau tanaman multilines 5
Nectar-rich flowers on rice bunds in Tien Giang, Vietnam 6
Biodiversity, ecosystem functioning and ecosystem services 7
TROPHIC PIRAMID Piramida ekologi (disebut juga piramida trofik atau piramida energi) adalah representasi grafis yang dirancang untuk menunjukkan biomassa atau produktivitas biomassa pada setiap tingkat trofik dalam ekosistem Piramida trofik adalah struktur dasar interaksi dalam semua komunitas biologi yang ditandai dengan cara di mana energi makanan dilewatkan satu tingkat trofik ke tingkat trofik berikutnya sepanjang rantai makanan. Dasar piramida terdiri dari spesies yang disebut autotrof, produsen utama dari ekosistem. Semua organisme lain dalam ekosistem adalah konsumen disebut heterotrof, yang baik secara langsung maupun tidak langsung tergantung pada produsen primer untuk energi makanan. 8
Dalam semua komunitas biologis, energi pada setiap tingkat trofik hilang dalam bentuk panas(sebanyak 80 sampai 90 persen), organisme mengeluarkan energi untuk proses metabolisme seperti tetap hangat dan mencerna makanan Semakin tinggi organisme pada piramida trofik, jumlah energi yang tersedia lebih rendah. Misalnya, tanaman dan autotrof lainnya (produsen utama) mengkonversi hanya sebagian kecil darisejumlah besar energi matahari Herbivora dan detritivora (konsumen utama) mengambil energi kurang tersedia karena mereka dibatasi oleh biomassa dari tanaman yang mereka makan. Karnivora (konsumen sekunder) yang memakan herbivora dan detritivora dan yang memakan karnivora lainnya (konsumen tersier) energi yang tersedia bagi mereka adalah terendah TROPHIC PIRAMID 9
RANTAI MAKANAN DAN JARING JARING MAKANAN Karena semua spesies mengkhususkan diri dalam makanan mereka, masing masing piramida trofik terdiri dari serangkaian hubungan makan yang saling berhubungan disebut rantai makanan. Kebanyakan rantai makanan terdiri dari tiga atau empat tingkat trofik. Urutan khas mungkin tanaman, herbivora, karnivora, top karnivora. Urutan lain adalah tanaman, herbivora, parasit herbivora, dan parasit parasit Banyak herbivora, detritivores, karnivora, dan parasit, makan lebih dari satu spesies, dan sejumlah besar spesies hewan memakan makanan yang berbeda pada berbagai tahap sejarah hidup mereka. Banyak spesies memakan baik tumbuhan dan hewan sehingga makan pada lebih dari satu tingkat trofik. Akibatnya, rantai makanan bergabung menjadi jaring makanan yang sangat kompleks 10
11
12
13
BIOLOGICAL MAGNIFICATION (PEMBESARAN BIOLOGIS) Pembesaran biologis, atau biomagnifikasi, mengacu pada akumulasi racun dalam tingkat trofik yang lebih tinggi dari jaring jaring makanan. Racun memasuki jaring jaring makanan pada tingkatan lebih rendah, terakumulasi dalam konsentrasi yang lebih besar sebagai pencemar, kemudian bergerak ke atas melalui rantai makanan. Melalui pembesaran biologis, racun dalam konsentrasi rendah di lingkungan dapat terakumulasi ke tingkat merugikan bagi predator puncak PROSES BIOMAGNIFIKASI Penggunaan Pestisida Persisten Manusia menciptakan pestisida yang persisten di alam, pestisida tidak dapat mengalami biodegradasi dengan segera. Produsen primer, misalnya tanaman atau ganggang dapat keliru mengabsorbsi pestisida persisten yang mempunyai kemiripan secara kemis dengan nutrisi yang mereka butuhkan untuk tumbuh Penimbunan Lemak Polutan yang larut dalam lemak disimpan dalam lemak organisme dan hanya bisa dihilangkan melalui aktivitas enzim tertentu. Jika organisme tidak memiliki enzim tersebut, atau jika tingkat penyerapan polutan yang larut dalam lemak lebih besar dari penghapusan enzimatik, maka substansi akan ditimbun dalam tubuh organisme. Contoh polutanadalahlogam danpestisida hidrokarbon ber khlor 14
Proses ekologis pembesaran biologis Suatu polutan yang ditimbun di dalam lemak oleh produsen primer mungkin tidak pernah mencapai konsentrasi yang cukup tinggi untuk membahayakan organisme tersebut. Di sinilah konsep kunci pembesaran biologis. Organisme yang lebihtinggi dalamrantaimakananmengandung polutan pada konsentrasi lebih tinggi. Setiap konsumen primer makan banyak produsen sehingga mengumpulkan konsentrasi polutan yang lebih besar. Berikutnya,konsumen sekunder makan banyak konsumen primer, menyebabkan konsentrasi polutan berlanjut. Pengaruh terhadap Organisme Ketika polutan mencapai konsentrasi tertentu dalam organisme tertentu, mulai dapat mengurangi fungsi dan bahkan merusak secara permanen berbagai sistem tubuh. Organisme di puncak rantaimakananberisiko mengalami kerusakan lebih besar akibat biomagnifikasi Merkuri dapat merusak sistem saraf, pencernaan dan kardiovaskular. Keracunan merkuri menjadi perhatian khusus bagi janin yang belum lahir dan anak anak, itulah sebabnya ibu hamil dan menyusui dianjurkan untuk menghindari ikan, yang seringkali mengandung kadar merkuri yang tinggi (Tragedi Minamata). Organisme di puncak rantai makanan dipengaruhi oleh berbagai polutan yang bersifat karsinogenik dan beracun terhadap sistem reproduksi, sistem saraf dan kekebalan tubuh. DDT, misalnya, dapat menyebabkan kemandulan dan kulit telur tipis terhadap burung predator 15
Penyemprotan rawa untuk mengendalikan nyamuk malaria menyebabkan residu DDT menumpuk di sel sel organisme air mikroskopis, yaitu plankton. Kerang dan ikan pemakan plankton memanen makanan dan juga DDT. Konsentrasi DDT di dalam tubuh kerang 10 kali lebih besar daripada di plankton. Burung yang memakan kerang, dapat mengakumulasi DDT sampai 40 kali lebih besar daripada konsentrasi di dalam mangsanya, terjadi peningkatan 400 kali lipat Biological Magnification 16
Biological magnification of DDT in a food chain Biological Magnification 17
Terimakasih 18