Daur Materi dan Produktivitas dalam Ekosistem

Senin, 19 Januari 2015

Daur Materi dan Produktivitas dalam Ekosistem

Daur Materi

Daur materi merupakan suatu siklus, artinya jika suatu organisme mati, tidak berarti aliran materinya terhenti. Aliran itu melibatkan unsur senyawa kimia yang mengalami perpindahan lewat organisme (biotik) dan beredar kembali ke lingkungan fisik (abiotik) yang disebut daur biogeokimia.

Daur biogeokimia dalam ekosistem meliputi unsur-unsur berikut.

a. Daur Karbon (C)
Sumber karbon bagi kebutuhan makhluk hidup terdapat dalam bentuk karbon dioksida (CO2) yang berasal dari atmosfer maupun yang terlarut di dalam air. Karbon dibutuhkan tumbuhan hijau (produsen) dalam proses fotosintesis untuk pembentukan karbohidrat, protein, dan lemak.

Adapun manusia dan hewan (konsumen) memperoleh karbon dalam bentuk senyawa karbohidrat, protein, dan lemak yang terdapat dalam tumbuhan hijau. Pelepasan karbon ke atmosfer terjadi pada pernapasan (respirasi) makhluk hidup seperti tumbuhan, hewan, dan manusia. Selain itu, pelepasan karbon juga terjadi pada proses pembusukan sisa tumbuhan atau hewan yang telah mati oleh mikroorganisme dan pembakaran karbon organik seperti pembakaran minyak bumi dan batu bara.
Daur karbon
Daur karbon

b. Daur Oksigen (O2 )
Oksigen (O2 ) dalam keadaan bebas terdapat di atmosfer dan di dalam air. Oksigen tersebut diambil atau digunakan oleh makhluk hidup seperti tumbuhan, hewan, dan manusia untuk pernapasan (respirasi). Oksigen yang diambil itu kemudian diganti oleh tumbuhan hijau yang melepas oksigen ke atmosfer pada saat berlangsungnya proses fotosintesis.
Daur oksigen
Daur oksigen
c. Daur Nitrogen (N)
Di dalam lapisan atmosfer bumi terdapat sekitar 79% nitrogen (N) dalam bentuk N2 . Beberapa unsur nitrogen (N) yang ada di alam tidak berubah menjadi unsur lain dan senantiasa jumlahnya tetap, tetapi hanya berubah dari senyawa satu ke senyawa yang lain. Tumbuhan hanya dapat memanfaatkan nitrogen dalam bentuk senyawa nitrit dan senyawa nitrat, sedangkan hewan dan manusia memanfaatkan nitrogen dalam bentuk protein.

Nitrogen relatif sangat jarang ditemukan dalam bentuk senyawa karena lambat atau susah bereaksi dengan unsur lain, maka satu-satunya cara organisme memperoleh nitrogen melalui fiksasi .

Fiksasi nitrogen (N) merupakan proses pemisahan dua atom nitrogen (gas N2) kemudian digabung. Fiksasi ini terjadi melalui kerja enzim nitrogenase dengan menggunakan energi dari metabolisme organisme, sedangkan proses fiksasi tanpa enzim dilakukan oleh industri kimia seperti pembuatan pupuk urea, NPK, dan amonium nitrat.

Beberapa cara fiksasi nitrogen, adalah sebagai berikut.
Daur nitrogen
Daur nitrogen
Proses nitrifikasi oleh bakteri dapat dituliskan sebagai berikut.

1) Fiksasi Nitrogen Udara
Nitrogen bebas di atmosfer yang bereaksi dengan oksigen atau hidrogen dengan bantuan energi petir atau kilat akan membentuk NO2 atau NH2 yang turun ke bumi bersama air hujan, sehingga bila kita minum air hujan akan terasa agak asam.

2) Fiksasi Nitrogen oleh Mikroorganisme
Bakteri Rhizobium yang hidup pada bintil-bintil akar kacang tanah dapat mengikat nitrogen bebas dari udara untuk diubah menjadi nitrat yang kemudian dimanfaatkan tumbuhan tersebut sebagai senyawa penyusun protein.

3) Nitrifikasi
Nitrifikasi merupakan proses pengubahan senyawa amoniak menjadi senyawa nitrat oleh bakteri tertentu. Proses ini dapat berlangsung pada keadaan cukup oksigen (aerob).


4) Denitrifikasi
Denitrifikasi merupakan proses penambahan ion-ion amoniak, nitrit, dan nitrat menjadi nitrogen, terjadi pada keadaan tanpa oksigen (anaerob). Jika suatu organisme mati kemudian mengalami proses dekomposisi melalui kegiatan mikroorganisme dekomposer dikeluarkan senyawa nitrogen dalam bentuk urea ke atmosfer.

d. Daur Air (H2O)

Jika hujan turun, tidak semua air hujan itu dimanfaatkan oleh makhluk hidup karena sebagian airnya menguap dengan cepat ke atmosfer dan hanya sebagian yang dimanfaatkan oleh makhluk hidup seperti tumbuhan, hewan, dan manusia kemudian dilepaskan lagi ke atmosfer melalui pernapasan, keringat, dan urin. Selebihnya, air meresap ke bawah menuju lapisan air di dalam tanah serta yang di permukaan tanah mengalir ke danau, sungai, dan pada akhirnya menuju ke laut lalu menguap ke atmosfer.
Daur air
Daur air

Perputaran air dari atmosfer berupa air hujan turun ke bumi kemudian kembali lagi ke atmosfer merupakan daur air, seperti tampak pada Gambar 10.13.

e. Daur Sulfur (Belerang)
Belerang dapat dijumpai di daerah pegunungan, belerang ini dapat dimanfaatkan untuk obat penyakit kulit. Belerang ini terkandung di dalam tanahyang terdapat di beberapa gunung berapi. Selain berasal dari dalam tanah, gas ini bisa berasal pula dari sisa pembakaran minyak bumi dan batu bara dalam bentuk SO2 . Gas inibisa pula berasal dari asap kendaraan dan pabrik.
Daur sulfur
Daur sulfur

Bila gas tersebut dihembuskan ke udara dan saat itu terkena uap air hujan akan berubah menjadi sulfat yang akan jatuh di tanah, sungai, dan lautan. Sulfat dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan atau ganggang air sebagai penyusun protein.

f. Daur Fosfor
Di alam fosfor terdapat dalam dua bentuk senyawa, yaitu senyawa organik (pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah). Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati akan diuraikan oleh bakteri dan dekomposer menjadi fosfat anorganik, sedangkan fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh sebab itu, fosfat banyak terdapat pada batu dan karang fosil. Fosfat dari batu dan fosil akan terkikis membentuk fosfat anorganik yang terlarut di dalam air tanah dan laut.

Fosfat anorganik kemudian akan diserap lagi oleh akar tumbuhan dan siklus ini akan berlangsung terus menerus.
Daur fosfor
Daur fosfor

Produktivitas dalam Ekosistem

Produktivitas dalam ekosistem merupakan hasil keseluruhan sistem dalam bentuk bioenergi per satuan waktu dalam ekosistem dengan uraian sebagai berikut:

Ingat kembali materi pada subbab aliran energi dalam ekosistem, diterangkan bahwa sumber energi makhluk hidup di bumi berasal dari energi matahari. Energi yang masuk ke dalam ekosistem akan diterima oleh produsen (tumbuhan hijau) kemudian akan diubah menjadi energi kimia dalam bentuk senyawa organik yang dapat digunakan sebagi bahan makanan yang disebut Produksi Primer.

Laju penyimpanan energi dalam bentuk senyawa kimia oleh produsen (tumbuhan hijau) per satuan luas per satuan waktu (kalori/cm2 /tahun) disebut sebagai Produktivitas Primer Kotor (PPK). Sekitar 20% dari energi PPK digunakan oleh tumbuhan hijau untuk proses pernapasan (respirasi) dan sisanya sekitar 80% disimpan oleh tumbuhan hijau (penyusun tubuh tumbuhan) disebut sebagai Produksi Primer Bersih (PPB). Selanjutnya, PPBdimanfaatkan oleh konsumen (heterotrof) seperti hewan dan manusia, kon-sumen itu mesintesis energi dan disimpan di dalam jaringan. Laju penyimpanan energi pada konsumen disebut sebagai Produktivitas Sekunder. Arus energi pada rantai makanan, ada sebagian energi yang terbuang pada setiap tingkat taraf trofi. Energi yang hilang tersebut dapat membatasi panjang atau pendek suatu rantai makanan di dalam ekosistem. Jika energi yang hilang semakin sedikit, maka rantai makanan semakin panjang atau sebaliknya.

Energi yang hilang pada proses respirasi tumbuhan hijau tidak dapat dipindahkan pada organisme lain. Adapun energi yang terbuang melalui sisa pencernaan (egesta) berupa feses dan energi yang terbuang melalui sisa metabolisme (ekskreta) berupa urin tidak hilang, tetapi energi tersebut dipin-dahkan pada organisme lain, yaitu dekomposer dan detritivor.

Dari uraian itu dapat disimpulkan bahwa produktivitas ekosistem merupakan indikator untuk mengukur total aliran energi melalui semua tingkat taraf trofi sehingga jumlah kehidupan yang didukung oleh aliran energi dalam suatu ekosistem dapat dihitung sebagai berikut.
  1. Produktivitas Primer Bersih (PPB) = laju pertumbuhan membuat energi kimia (PPK) laju pertumbuhan menggunakan energi kimia
  2. Makanan dikonsumsi = tumbuhan + respirasi + egesta + ekskreta
Daur Materi dan Produktivitas dalam Ekosistem Rating: 4.5 Diposkan Oleh: al bathn