Pengantar • 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
ONRIZAL Dept. Kehutanan FP USU
Onrizal
Pengantar
Ekosistem
• 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
3
Onrizal
Pengantar
Ekosistem
Ekosistem
4
Komponen Ekosistem
Padanan kata dalam berbagai pustaka: • Biocoenosis = komponen biotik • Geocoenosis = komponen abiotik • Biogeocoenosis/geobiocoenosis = ekosistem
Onrizal
2
Pengantar
• Ekositem Æ satuan dasar fungsional dalam ekologi, karena ekosistem mencakup organisme (komunitaskomunitas) biotik dan lingkungan abiotik yang saling berinteraksi
Onrizal
Ekosistem
Suatu ekosistem disusun oleh berbagai komponen yang dapat diklasifikasikan dari beberapa segi, yaitu: yaitu: A. tingkat makanmakan-memakan (tropic (tropic level) level) B. penyusun (struktur) struktur) C. tujuan deskriptif 5
Onrizal
Ekosistem
6
1
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem A. Tingkat makan-memakan (tropic level): 1. Komponen autotrofik,
A. Tingkat makan-memakan (tropic level):
– organisme yang mampu mensistesis makanannya sendiri yang berupa bahan organik dari bahan-bahan anorganik sederhana dengan bantuan sinar matahari dan zat hijau daun (klorofil)
1. Komponen autotrofik, 2. Komponen heterotrofik
Onrizal
Ekosistem
7
Komponen Ekosistem
Onrizal
B. Penyusun (stuktur): 1. 2. 3. 4.
– 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 Ekosistem
9
Onrizal
Komponen abiotik Produsen Konsumen Pengurai
Ekosistem
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
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
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
8
Komponen Ekosistem
A. Tingkat makan-memakan (tropic level): 2. Komponen heterotrofik
Onrizal
Ekosistem
11
Ekosistem
10
12
2
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
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 ¾
Onrizal
Ekosistem
13
Onrizal
Mana yang merupakan komponen biotik dan abiotik? Ekosistem
14
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
Organisme heterotrofik dapat juga dibedakan menjadi: zBiophage, yaitu organisme yang mengkonsumsi organisme lainnya. zSaprophage, 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)
Onrizal
Ekosistem
15
Onrizal
Ekosistem
16
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
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: z 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)
Onrizal
Ekosistem
17
Onrizal
Ekosistem
18
3
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: z Konsumer II (konsumer sekunder) karnivora dan omnivora yang memakan herbivora. Contoh: burung gagak, rubah, kucing, ular, dan lainnya
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: z Konsumer III (konsumer tersier) karnivora dan omnivora, misal singa, harimau, dan lainnya yang disebut juga Top Konsumer. z Parasit, scavenger, dan saproba
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
19
Komponen Ekosistem
Ekosistem
20
Faktor Penyebab Perbedaan Ekosistem
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi: z 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) z Konsumer II (konsumer sekunder) karnivora dan omnivora yang memakan herbivora. Contoh: burung gagak, rubah, kucing, ular, dan lainnya z Konsumer III (konsumer tersier) karnivora dan omnivora, misal singa, harimau, dan lainnya yang disebut juga Top Konsumer. z Parasit, scavenger, dan saproba Onrizal
Ekosistem
21
Onrizal
Ekosistem
Faktor Penyebab Perbedaan Ekosistem
Macam dan Ukuran Ekosistem
z Perbedaan kondisi iklim (hutan hujan, hutan musim, hutan savana) z Perbedaan letak dari permukaan laut, topografi, dan formasi geologik (zonasi pada pegunungan, lereng pegunungan yang curam, lembah sungai) z Perbedaan kondisi tanah dan air tanah (pasir, lempung, basah, kering)
Berdasarkan proses terjadinya, ekosistem menjadi dua macam: zEkosistem alam laut, sungai, hutan alam, danau alam, dan lainnya zEkosistem buatan sawah, kebun, hutan tanaman, tambak, bendungan (misalnya waduk Jatiluhur), dan lainnya
Onrizal
Ekosistem
23
Onrizal
Ekosistem
22
24
4
Macam dan Ukuran Ekosistem
Tipe Ekosistem
Ukuran ekosistem bervariasi: zsebesar kultur dalam botol di laboratorium, zseluas danau, zsepanjang sungai, zseluas lautan zsampai seukuran biosfir ini
z Ekosistem terestris (daratan) z Ekosistem akuatik (perairan)
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
25
Ekosistem
Tipe Ekosistem
Tipe Ekosistem
z Ekosistem terestris (daratan)
z Ekosistem akuatik (perairan)
{ { { {
Onrizal
Ekosistem hutan Ekosistem padang rumput Ekosistem gurun Ekosistem anthropogen atau buatan (sawah, kebun, dan lainnya)
Ekosistem
{ Ekosistem air tawar, misalnya kolam, danau, sungai, dan lainnya { Ekosistem lautan
27
Onrizal
Ekosistem
Tahap-tahap Dasar Operasional pada Ekosistem
Ekologi Niche (Relung)
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
z Niche (relung) adalah peranan suatu makhluk hidup dalam suatu habitat. z Habitat adalah tempat hidup organisme. Ekologi niche? niche? peran total dari suatu jenis (spesies) dalam komunitas. z Ekologi niche mencakup jenis organisme, faktor lingkungan, areal tempat tumbuh, spesialisasi dari populasi jenis dalam suatu ekosistem
Onrizal
Ekosistem
26
29
Onrizal
Ekosistem
28
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
Onrizal
Ekosistem
31
Onrizal
Ekosistem
Beberapa hal penting tentang energi dalam ekosistem:
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
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%.
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
33
Beberapa hal penting tentang energi dalam ekosistem:
Ekosistem
32
34
Gambar: 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 Onrizal
Ekosistem
35 Onrizal
Ekosistem
36
6
Rantai Pangan
Rantai Pangan
Rantai pangan: pengalihan energi dari sumberdaya dalam tumbuhan melalui sederatan organisme yang makan dan dimakan.
Onrizal
Ekosistem
37
Rantai Pangan: Tipe
Onrizal
Onrizal
39
38
Onrizal
Ekosistem
40
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
Rantai parasit berawal dari organisme besar ke organisme kecil. Rantai saprofit/dedritus bearawal dari organisme mati ke mikroorganisme.
Ekosistem
Ekosistem
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.
Rantai Pangan: Tipe
Onrizal
Rantai Pangan: Tipe
Rantai pemangsa Rantai parasit Rantai saprofit/dedritus
Ekosistem
Semakin pendek rantai pangan semakin besar energi yang dapat disimpan dalam bentuk tubuh organisme di ujung rantai pangan
41
Dalam suatu ekosistem, rantai-rantai pangan berkaitan satu sama lain membentuk suatu jaring-jaring pangan (food web).
Onrizal
Ekosistem
42
7
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
Komponen-komponen organisme dalam suatu ekosistem biasanya dikelompokkan ke dalam tingkat tropik (tropic level) yang terdiri atas suatu kelompok organisme.
Onrizal
Ekosistem
43
Berbagai organisme yang memperoleh sumber makanan melalui langkah yang sama dianggap termasuk pada tingkat tropik yang sama
Onrizal
Ekosistem
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
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
Onrizal
Ekosistem
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
45
Ekosistem
Onrizal
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
Onrizal
Ukuran individu menentukan besarnya metabolisme suatu organisme.
Semakin
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
44
47
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
Onrizal
Ekosistem
48
8
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
Piramida ekologi dapat menggambarkan struktur dan fungsi tropik Tipe-tipe piramida ekologi:
Piramida jumlah individu Piramida biomassa Piramida energi
Onrizal
Ekosistem
49
Produktivitas
Ekosistem
51
Produktivitas
Ekosistem
Onrizal
50
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
Onrizal
Ekosistem
52
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 Onrizal
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
Produktivitas Primer
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
Onrizal
Tipe-tipe piramida ekologi:
Ekosistem
53
Jumlah bahan organik yang diproduksi oleh organisme per satuan unit area pada suatu saat Biomassa menunjukkan net production Biomass production rate Ælaju akumulasi biomassa dalam kurun waktu tertentu Biomassa dinyatakan dalam (a) berat kering (dry weight) (b) berat kering bebas abu (ash free dry weight)
Onrizal
Ekosistem
54
9
Aliran energi Respirasi Energi cahaya
Produksi Primer Kotor
Produksi Primer Bersih
Gross Ecological Effisiency (GEE) ¾ rasio kalori mangsa yang dikonsumsi pemangsa terhadap kalori makanan yang dikonsumsi mangsa
9Dalam setiap transfer energi dari tanaman ke tingkat tropik yang berbeda, 90 % hilang sebagai panas 9Efisiensi energi Æ rasio antara aliran energi di setiap titik/tahap yang berbeda sepanjang rantai makanan (%)
55
Ekosistem
Onrizal
Produktivitas: Contoh NPP
Ekosistem
Onrizal
56
Siklus Biogeokimia & Hara
Whittaker, 1970
Ekosistem Danau dan sungai Rawa dan payau Hutan tropis Hutan temperate Hutan boreal Woodland & shrubland Savana Padang rumput temperate Tundra dan alpine Se mak gurun pasir Gu run pasir ekstrim, batu dan es Lahan pertanian Total lahan Lautan terbuka Dasar benua Alga dan pesisir Total lautan Total bumi
Produksi bersih per unit area (gram kering per m2 per tahun) Kisaran Nilai Tengah
Luas, (106 km2) 2 2 20 18 12 7 15 9 8 18 24 14 149 332 27 2 361 510
100-1500 800-4000 1000-5000 600-2500 400-2000 200-1200 200-2000 150-1500 10-400 10-250 0-10 100-4000 ... 2-400 200-600 500-4000 ... ...
Ekosistem
Onrizal
57
Siklus Biogeokimia & Hara
Onrizal
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 Æ siklus biogeokimia Pergerakan unsur-unsur dan senyawa-senyawa anorganik yang penting untuk menunjang kehidupan Æ siklus hara
Ekosistem
Onrizal
58
Dari sudut biosfir secara keseluruhan, siklus biogeokimia terdiri atas:
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 Ekosistem
hanya 30 – 40% unsur yang sangat diperlukan oleh makhluk hidup.
Siklus Biogeokimia & Hara
Kedua siklus tersebut masing-masing terdiri atas dua kompartemen atau dua pool:
Telah diketahui ada sekitar 100 unsur kimia di dunia
500 2000 2000 1300 800 600 700 500 140 70 3 650 730 125 350 2000 155 320
59
Onrizal
Tipe gas, gas dimana reservoir adalah di atmosfir atau hidrosfir (lautan), misalnya siklus karbon (CO2) dan siklus nutrien (N). Tipe sedimen, sedimen dimana reservoir adalah di kerak bumi, misalnya siklus posfor (P).
Ekosistem
60
10
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem Produser Spartina
Langkah pertama dalam membuat model grafis dari aliran energi dalam ekosistem adalah dengan menentukan anggota primer dari jaring pangan dan interaksi jaring pangan
Herbivora Prochelisia Orchelimum Serangga herbivore lainnya Bakteri
Alga
Carnivora Laba-laba Passarines Capung
Bakteri Uca dan Sesarma Modiolus Littorina Oligochaete Streblospio Capitella Manayunkia
Eurytium Clapper rail Raccoon
Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962)
Onrizal
61
Ekosistem
Input berupa cahaya Hilang dalam fotosintesis Produksi kotor Respirasi produser Produksi bersih Respirasi bakteri Respirasi konsumen lainnya Energ i total yang hilang oleh konsumen Ekspor
600.000 563.620 36.380 28.173 8.205 3.890 644 4.534 3.671
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem
kkal m2 per tahun kkal m2 per tahun; 93,9% ; 6,1o% cahaya yang terjadi ; 77% produksi kotor kkal m2 per tahun kkal m2 per tahun; 47% produksi bersih kkal m2 per tahun kkal m2 per tahun; 55% produksi bersih kkal m2 per tahun; 45% produksi bersih
Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962)
Onrizal
Ekosistem
62
Ekosistem
Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962)
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi & Produktivitas pada Suatu Ekosistem
Onrizal
63
Onrizal
Ekosistem
64
11
