MATERI DAN ENERGI Dua aspek penting dalam ekosistem

MATERI DAN ENERGI Dua aspek penting dalam ekosistem : 1. Daur materi (mineral) 2. Aliran energi TUBUH MAKHLUK HIDUP (Manusia, Hewan, dan Tumbuhan) MATERI (unsur kimia : C, H, O, N. P, dll) berkombinasi mbtk : O 2, H 2 O, Glukosa (C 6 H 12 O 6). ENERGI (Untuk melakukan kerja) Ex. Tumbuh dan berkembang M. Hidup. • Untuk mendapatkan energi dan materi, semua komunitas bergantung kepada lingkungan abiotik. Organisme produsen memerlukan energi dan mathari dari lingk. abiotik. • Energi dan materi dari konsumen I diteruskan ke konsumen tingkat berikutnya, dan seterusnya melalui rantai makanan.

I. ARUS ENERGI • ENERGI MERUPAKAN EKOSISTEM. FAKTOR UTAMA YANG MENGENDALIKAN • ENERGI DIARTIKAN SEBAGAI KEMAMPUAN UNTUK MELAKUKAN USAHA. • PERILAKU ENERGI DI ALAM MENGIKUTI HUKUM TERMODINAMIKA. - HUKUM TERMODINAMIKA I : energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. (Ex. Energi radiasi matahari energi kimia (tersimpan KBHDRT Oksidasi, energi akan menjelma menjadi wujud lain, energi panas). HUKUM TERMODINAMIKA I DISEBUT JUGA HUKUM KONSERVASI ENERGI (Conservation energy)/HUKUM KEKEKALAN ENERGI - ORGANISME BERFUNGSI SEBAGAI PENGALIR ENERGI.

• HUKUM TERMODINAMIKA II : Setiap perubahan bentuk energi, pasti terjadi degradasi energi dari bentuk energi yang terpusat menjadi bentuk yang terpancar. Ex. Benda panas akan menyebarkan panas ke lingkungan yang lebih rendah suhunya. • Urutan organisme yang dilewati energi dalam suatu komunitas disebut rantai makanan (food chain). Setiap rantai makanan dimulai dengan organisme autotrof yang merupakan produsen bagi komunitas. Dan setiap rantai makanan berakhir dengan dekomposer (jamur& bakteri) yang akan melepaskan senyawa sederhana yang dapat digunakan kembali oleh produsen.

Gambar 1. Rantai makanan sederhana

• Tingkat urutan makanan dari suatu komunitas disebut tingkat trofis. Semua produsen bersama-sama membentuk tingkat trofis I, konsumen primer (herbivora), tingkat trofis II, karnivora, membentuk tingkat trofis III, dst. • Setiap organisme hidup melakukan kegiatan-kegiatan yang mengakibatkan pelepasan energi (panas). Oleh karena itu, setiap tingkatan trofis mendapat bagian yang lebih kecil dari energi semula yang ditangkap oleh produsen. Ini akan membentuk piramida energi. Energi secara tetap sedikit demi sedikit hilang dari sistem kehidupan dalam bentuk panas • Panas tidak dapat digunakan untuk proses fotosintesis, maka energi mengalir keluar melalui rantai makanan dalam satu jurusan. Gambar 4. Piramida energi

• Ragkaian transfer energi dalam ekosistem terlihat dalam diagram aliran energi suatu komunitas (energy flow diagram of community). Gambar 2. Arus energi suatu komunitas ; Pg =Produksi kotor, Pn = Produksi bersih, dan R= Respirasi. Energi radiasi matahari sebesar 3. 000 kcal/m 2/hari

* Ditinjau dari aspek input dan output energi, pertanian pada prinsipnya merupakan suatu industri yang memiliki pola teknologi yang memerlukan energi, mengalirkan energi, memproses energi dan menghasilkan energi. Dalam proses tersebut melibatkan sistem tanaman dan sistem lingkungan untuk mengkonversi energi matahari menjadi hasil tanaman. Gambar 3. Sistem energi pada suatu areal pertanian

• Energi matahari yang tertangkap oleh tanaman dikonversi menjadi energi potensial melalui proses fotosintesis, yang berguna antara lain untuk : - mengabsorbsi air dan hara - mensintesa senyawa-senyawa organik - untuk pertumbuhan dan melengkapi siklus perkembangan tanaman. SIKLUS BIOGEOKIMIA • Energi akan diambil dari ekosistem pada saat melewati rantai makanan. Sistem tersebut tidak akan terus berfungsi tanpa masukan energi yang tetap dari luar. Dengan demikian tidak ada siklus energi. Hal itu berbeda dengan materi. Bahan yang sama dapat dan harus digunakan berulang atau bersikulasi antara lingkungan dengan organisme dalam biosfer. * Pemindahan yang berulang-ulang atau terurai dan terbentuk terus menerus antara komponen biotik dan abiotik disebut dengan siklus biogeokimia (biogeochemical cycle).

• Dalam setiap daur terdapat suatu persediaan cadangan utama (gudang unsur), dimana unsur terus menerus bergerak masuk dan melewati organisme. • Dalam setiap siklus terdapat tempat pembuangan sejumlah unsur kimia dan unsur ini tidak dapat didaur-ulangkan melalui peristiwa biasa. Dalam waktu yang lama, hilangnya bahan kimia ke tempat pembuangan dapat menjadi faktor pembatas (limiting factor). 1. SIKLUS CARBON DAN OKSIEGN • Karbon tersimpan dalam bentuk molekul CO 2 dan oksigen dalam bentuk molekul O 2. • Karbon difiksasi oleh tan dalam proses fotosintesis dan dihasilkan bahan organik, selain itu juga dihasilkan O 2 • Bila bahan organik dioksidasi akan menghasilkan kembali CO 2. • Bahan organik (hasil F. S) berpindah ke herbivora dan karnivora dan kembali ke cadangan melalui respirasi dan kegiatan bakteri.

* Sisa bahan organik yang tidak dimanfaatkan oleh herbivora maupun karnivora, akan dilapuk oleh dekomposer. • Bagian bahan organik yang tidak dilapuk (dekomposisi), melalui proses geologik akan membentuk gambut, batubara, minyak bumi. • Gambut dan batu bara mengandung karbon terikat. Bahan-bahan ini akan menghasilkan karbon ke udara bebas setelah dibakar. Gambar 5. Siklus karbon dan oksigen

2. SIKLUS NITROGEN • Udara merupakan cadangan nitrogen (N 2) • Gas nitrogen tidak dapat digunakan langsung oleh tanaman tetapi harus dikonversi ke dalam bentuk nitrat, nitrit, atau amonium. Konversi diantaranya dapat dilakukakan oleh bakteri. Tanaman legum bersimbiose dengan bakteri mampu memfiksasi N 2 NH 4. • Senyawa amonium dan nitrat kemudian dimanfaatkan oleh tanaman. • Bila tanaman dan hewan mati, megalami proses dekomposisi, akan melepaskan nitrogen dalam bentuk amonium dan diubah bentuk menjadi nitrat dan dapat digunakan oleh tanaman kembali. • Sebagian nitrogen yang tidak diambil tanaman dan hewan akan hilang ke sedimen yang dalam. • Walaupun N tidak perlu kembali ke udara pada setiap perputaran siklus, akan tetapi selalu ada pelepasan dari tanah atau air ke udara karena adanya proses denitrifikasi (Thiobacillus denitrifican).

Gambar 6. Siklus Nitrogen

3. SIKLUS FOSFOR • Cadangan utama fosfor adalah batuan fosfat, seperti apatit. Selain itu fosor terdapat pada air dan guano. • Batuan fosfat yang terlarut dalam air tanah, sebagian hilang ke badan air dan sebagian diabsorbsi oleh tanaman. • Tanaman dimakan hewan. Bila hewan mati akan menjadi sumber fosfor. • Bakteri sebagai dekomposer akan melapukkan bahan-bahan dasar mengandung fosfor , misal bahan organik (sisa tumbuhan, kerangka hewan). • Erosi akan membawa senyawa fosfat ke dalam air, dan akan dimanfaatkan oleh tumbuhan air. • Daur ulang dapat terjadi bila burung yang memakan tumbuhan air dan ikan mati, atau melalui ekreksinya.

Gambar 7. Siklus fosfor.

SIKLUS HIDROLOGI • Sumber : badan-badan air 98, 6 %, 1, 2 % terdapat di gunung es di kutub, < 0, 001 % terdapat di atmosfer. Persediaan air diatmosfer mendukung produktivitas primer di muka bumi, melalui presipitasi. • Air hujan yang jatuh ke permukaan bumi (presipitasi), sebagian segera menguap kembali ke udara dan sebagian air yang tidak segera menguap, diantaranya ada yang diserap tanaman atau diminum hewan, ada yang mengalir ke permukaan tanah (run off) akhirnya menuju sungai, danau, laut (air larian) • Sebagian lagi akan merembes ke dalam tanah yang disebut dengan infiltrasi. Air infiltrasi bergerak terus ke lapisan lebih dalam dan kemudian berkumpul menjadi air tanah bebas (ground water). Aliran air tanah juga bergerak menuju sungai, danau dan laut. • Air tanah, air larian maupun air yang diserap oleh tanaman sebagian akan kembali ke atmosfer melalui evaporasi dan transpirasi. * Siklus air yang tak pernah berhenti sebagai hujan, kembali ke atmosfer melalui evaporasi dan transpirasi, dan kembali lagi ke bumi melalui hujan memberikan suplai kebutuhan air bagi kehidupan di bumi.

Gambar 7. Siklus hidrologi